【摘要】：交流損耗是高溫超導(dǎo)磁體動態(tài)運(yùn)行中的主要熱源,其大小和分布直接影響超導(dǎo)磁體的熱穩(wěn)定性�？焖�、準(zhǔn)確地評估超導(dǎo)磁體在動態(tài)運(yùn)行中的交流損耗,有助于確定磁體安全運(yùn)行電流區(qū)間和變化率,優(yōu)化磁體的結(jié)構(gòu)和低溫系統(tǒng)參數(shù),降低動態(tài)運(yùn)行時(shí)的熱損耗,提高的超導(dǎo)磁體的熱穩(wěn)定性,降低失超保護(hù)裝置的壓力。超導(dǎo)磁體交流損耗的實(shí)時(shí)評估十分重要,但由于實(shí)際工程應(yīng)用中,超導(dǎo)磁體一般規(guī)模較大,目前交流損耗計(jì)算中應(yīng)用廣泛的有限元方法計(jì)算量大、計(jì)算速度慢,難以對超導(dǎo)磁體交流損耗進(jìn)行實(shí)時(shí)評估。本文提出了一種可以快速計(jì)算交流損耗的多尺度建模方法,通過一系列改進(jìn)型的背景磁場估算方法提高了多尺度模型的準(zhǔn)確度,在此基礎(chǔ)上,建立了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的交流損耗快速評估模型。具體工作內(nèi)容如下:(1)介紹了多尺度模型的基本思想和傳統(tǒng)多尺度模型的建模方法,歸納了其背景磁場估算方法——均勻電流密度法的原理,利用多尺度模型計(jì)算了單螺管高溫超導(dǎo)線圈的交流損耗,對比分析了多尺度模型、均質(zhì)化模型與H方程模型。(2)闡述了改進(jìn)多尺度模型背景磁場估算方法的思路,提出了一系列改進(jìn)型背景磁場估算方法,給出了其建模流程,以H方程模型的計(jì)算結(jié)果為參考,分析對比了不同背景磁場估算方法在計(jì)算速度、準(zhǔn)確度、適用范圍等方面的特點(diǎn)。(3)開發(fā)了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的交流損耗實(shí)時(shí)預(yù)測工具,采用多尺度模型構(gòu)建了150kJ高溫超導(dǎo)磁體在不同運(yùn)行工況下的交流損耗數(shù)據(jù)庫,得到了超導(dǎo)磁體交流損耗與運(yùn)行工況的映射關(guān)系,利用該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測了新工況下的交流損耗。以均質(zhì)化模型為參考,驗(yàn)證了該模型的準(zhǔn)確性與適用性。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM26
【圖文】：

圖 1-1 超導(dǎo)磁體熱穩(wěn)定性示意圖本文將研究一種速度快、準(zhǔn)確度高的超導(dǎo)磁體交流損耗預(yù)測模型，該模型結(jié)合了有限元仿真方法與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型，能夠快速準(zhǔn)確地評估超導(dǎo)磁體在動態(tài)運(yùn)行中的交流損耗。理論上，該模型可以預(yù)測高溫超導(dǎo)磁體的電磁特性以及任意電流波形下的交流損耗，從而預(yù)測超導(dǎo)磁體安全的電流運(yùn)行區(qū)間和變化率，有助于冷卻系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低運(yùn)行中的熱損耗，提高超導(dǎo)磁體的熱穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。交流損耗大小受磁體參數(shù)、運(yùn)行電流、溫度和材料屬性等諸多因素的影響，目前常用的傳統(tǒng)交流損耗有限元仿真計(jì)算方法需要對具體運(yùn)行工況進(jìn)行建模與仿真計(jì)算，計(jì)算速度極慢，難以達(dá)到快速評估磁體在不同狀態(tài)的交流損耗的要求，快速的交流損耗評估方法在超導(dǎo)磁體優(yōu)化設(shè)計(jì)，熱穩(wěn)定性實(shí)時(shí)評估方面發(fā)揮著重要作用。交流損耗的快速評估方法在超導(dǎo)磁體的失超保護(hù)過程中也有重要用途。失超保護(hù)直接關(guān)系著超導(dǎo)磁體的穩(wěn)定性，其主要作用是防止超導(dǎo)磁體中正常態(tài)區(qū)域的出現(xiàn)

r00r圖 2-2 超導(dǎo)單螺管線圈二維軸對稱多尺度模型示意圖結(jié)果分析驗(yàn)證采用均勻電流法估算背景磁場的多尺度模型的準(zhǔn)確性和適用性，本文四雙餅的單螺管超導(dǎo)磁體為研究對象，分別利用傳統(tǒng)的 H 方程模型，均質(zhì)多尺度模型計(jì)算該磁體在不同的運(yùn)行電流下的交流損耗情況。該超導(dǎo)磁體餅線圈組成，每個單餅線圈由 100 匝超導(dǎo)帶材繞制而成，共 100×8 匝。螺管線圈的旋轉(zhuǎn)軸對稱結(jié)構(gòu)，采用二維軸對稱模型進(jìn)行仿真分析，模型示 2-2 所示。為了比較不同模型的特點(diǎn)，同時(shí)考慮到 H 方程應(yīng)用較為廣泛，也得到很多理論與實(shí)驗(yàn)的證明[53-59]，所以在結(jié)果分析的過程中，采用傳統(tǒng)計(jì)算結(jié)果作為參考。線圈采用 Super Power 公司生產(chǎn)的型號為 4050 的材進(jìn)行繞制，磁體的工作溫區(qū)設(shè)置在 77K，相應(yīng)的磁體參數(shù)和帶材參數(shù)均

i1 1223(a)超導(dǎo)帶材分布與編號示意圖, (b) 邊緣處電流單元, (c) 中間處電流單元 所示，抽樣帶材在圖中已被標(biāo)出，指定圖中虛線框內(nèi)的超導(dǎo)帶材為，在每一個電流單元中，只有一根抽樣帶材，每根抽樣帶材的左側(cè) 5 根非抽樣帶材，位于線圈模型邊緣的電流單元只有單側(cè)存在非抽單元細(xì)節(jié)如圖 2-6（b）、（c）所示，其中（b）為處于線圈邊緣的電為處于線圈中部的電流單元。在一個電流單元中，所有非抽樣帶材該電流單元中的抽樣帶材保持一致，所有非抽樣帶材的交流損耗由帶材插值得到。抽樣帶材的抽樣密度取決于計(jì)算準(zhǔn)確度要求和速度次建模計(jì)算，反復(fù)對比，對于一個百匝量級的超導(dǎo)線圈，抽樣帶材根非抽樣帶材，這樣的抽樣密度能同時(shí)兼顧計(jì)算精度和計(jì)算時(shí)間要

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2743313