本文關(guān)鍵詞：二硼化鎂超導(dǎo)電機低溫冷卻系統(tǒng)的設(shè)計與研究

  更多相關(guān)文章： 二硼化鎂超導(dǎo)電機 低溫系統(tǒng) 低溫離心泵 冷頭換熱器 降溫過程

【摘要】：超導(dǎo)電機是利用超導(dǎo)技術(shù)及超導(dǎo)材料研制的一種高性能電機,與傳統(tǒng)的電機相比具有效率高、能耗少、體積小、質(zhì)量輕等特點,具有很大的應(yīng)用市場而受到廣泛關(guān)注。二硼化鎂超導(dǎo)材料的臨界溫度為39K,是一種介于高溫超導(dǎo)材料和低溫超導(dǎo)材料之間的新型超導(dǎo)材料,在實際應(yīng)用中具有較大的可行性和經(jīng)濟性,存在著廣闊的應(yīng)用前景。低溫系統(tǒng)是超導(dǎo)電機最基本的系統(tǒng)之一,本文的研究目標(biāo)是為二硼化鎂超導(dǎo)電機的研究提供低溫支持。首先,本文通過對比分析幾種低溫工質(zhì)的物性以及不同冷卻方式的優(yōu)缺點,確定了符合二硼化鎂超導(dǎo)電機要求的冷卻方式,設(shè)計出了多用途的低溫系統(tǒng),確立了整體冷卻方案并設(shè)計出了符合低溫系統(tǒng)工作要求的低溫離心泵。采用數(shù)值模擬的方法對離心泵進行優(yōu)化設(shè)計,結(jié)果驗證了離心泵的理論設(shè)計方法對于低溫工況是適用的。研究了葉片出口角對低溫離心泵性能的影響,發(fā)現(xiàn)低溫工況下,后向葉輪離心泵β2A=22°～28°時效率較高。其次,本文確定了冷頭換熱器的材料以及換熱器的形式——紫銅塊多通道冷頭換熱器。對冷頭換熱器各結(jié)構(gòu)參數(shù)進行設(shè)計計算,并且進行多種方案的對比分析,從中選出了最佳設(shè)計方案。運用數(shù)值模擬軟件對換熱器進行仿真模擬,驗證了設(shè)計的合理性,所設(shè)計的冷頭換熱器性能良好。然后,本文對低溫工質(zhì)氦氣經(jīng)過低溫系統(tǒng)各部件時的換熱進行了分析,建立了低溫系統(tǒng)冷卻以及冷量傳播過程的數(shù)學(xué)模型,通過一維動態(tài)模擬,得到了氦氣流經(jīng)各部件時的溫度分布以及各低溫部件的溫度隨時間的變化過程,預(yù)測了整個超導(dǎo)電機系統(tǒng)的降溫時間。最后,本文通過二硼化鎂超導(dǎo)線圈降溫測試的實驗,繪制了超導(dǎo)線圈下吊板的降溫曲線圖,對降溫過程進行分析,結(jié)果表明該低溫系統(tǒng)能夠?qū)⒊瑢?dǎo)線圈溫度降低到工作溫區(qū),性能良好。實驗研究發(fā)現(xiàn)了低溫系統(tǒng)內(nèi)存在的問題,需要在后續(xù)工作中改進系統(tǒng)的輻射絕熱以及電流引線的溫度分布,為二硼化鎂超導(dǎo)電機的降溫打好實驗基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：二硼化鎂超導(dǎo)電機 低溫系統(tǒng) 低溫離心泵 冷頭換熱器 降溫過程
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM359.9
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-16
• 1.1 研究背景9-11
• 1.1.1 超導(dǎo)技術(shù)與超導(dǎo)材料的發(fā)展9-10
• 1.1.2 超導(dǎo)電機的發(fā)展10-11
• 1.2 二硼化鎂超導(dǎo)線材的研究意義11-12
• 1.2.1 二硼化鎂超導(dǎo)材料的發(fā)現(xiàn)11
• 1.2.2 二硼化鎂的超導(dǎo)電性11-12
• 1.3 超導(dǎo)低溫系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-15
• 1.3.1 大型氦低溫系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀12-14
• 1.3.2 超導(dǎo)電機冷卻方式的研究現(xiàn)狀14-15
• 1.4 本文的主要研究內(nèi)容15-16
• 第二章 二硼化鎂超導(dǎo)電機低溫系統(tǒng)的方案設(shè)計16-25
• 2.1 低溫系統(tǒng)冷卻方式的選擇16-19
• 2.1.1 低溫工質(zhì)的選擇16-17
• 2.1.2 冷卻方式的選擇17-18
• 2.1.3 多用途低溫系統(tǒng)冷源的確定18-19
• 2.2 二硼化鎂超導(dǎo)電機低溫系統(tǒng)的組成19-20
• 2.3 低溫系統(tǒng)各組成部件的介紹20-24
• 2.4 本章小結(jié)24-25
• 第三章 低溫離心泵的設(shè)計25-37
• 3.1 引言25
• 3.2 離心泵的設(shè)計計算25-31
• 3.2.1 設(shè)計要求和已知條件25-26
• 3.2.2 主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定26-31
• 3.3 數(shù)值模擬計算與結(jié)果分析31-33
• 3.3.1 實體建模以及網(wǎng)格劃分31
• 3.3.2 CFD模型控制方程31-32
• 3.3.3 模擬計算求解及結(jié)果分析32-33
• 3.4 葉片出口角對低溫離心泵性能的影響33-36
• 3.4.1 葉片出口角在20°～70°之間變化時對流動效率的影響33-34
• 3.4.2 葉片出口角在20°～40°之間變化時對流動效率的影響34-36
• 3.5 本章小結(jié)36-37
• 第四章 冷頭換熱器的設(shè)計與仿真模擬37-44
• 4.1 冷頭換熱器形式的選擇37
• 4.1.1 冷頭換熱器材料的選擇37
• 4.1.2 冷頭換熱器形式的選擇37
• 4.2 冷頭換熱器的設(shè)計計算37-40
• 4.2.1 已知條件37-38
• 4.2.2 冷頭換熱器的主要計算步驟38-40
• 4.3 冷頭換熱器的數(shù)值模擬40-43
• 4.3.1 幾何建模及網(wǎng)格劃分40-41
• 4.3.2 設(shè)置求解器和邊界條件41
• 4.3.3 模擬結(jié)果及分析41-43
• 4.4 本章小結(jié)43-44
• 第五章 低溫系統(tǒng)降溫過程分析44-54
• 5.1 引言44
• 5.2 各組成部件降溫過程分析44-48
• 5.2.1 充氣和安全管道45
• 5.2.2 冷頭換熱器45-46
• 5.2.3 低溫插接頭46
• 5.2.4 超導(dǎo)電機46-47
• 5.2.5 低溫循環(huán)泵47-48
• 5.3 低溫系統(tǒng)降溫過程計算與結(jié)果分析48-51
• 5.3.1 降溫過程計算48-50
• 5.3.2 結(jié)果分析50-51
• 5.4 冷質(zhì)量對系統(tǒng)降溫的影響51-53
• 5.4.1 低溫循環(huán)泵和冷頭換熱器質(zhì)量對降溫時間的影響51-52
• 5.4.2 超導(dǎo)電機轉(zhuǎn)子質(zhì)量對降溫時間的影響52-53
• 5.5 本章小結(jié)53-54
• 第六章 二硼化鎂超導(dǎo)線圈的降溫實驗研究54-61
• 6.1 超導(dǎo)線圈降溫過程分析54-56
• 6.1.1 二硼化鎂超導(dǎo)線圈54-55
• 6.1.2 電流引線漏熱損失55
• 6.1.3 各冷質(zhì)量參數(shù)的確定55-56
• 6.1.4 超導(dǎo)線圈冷卻時間估算56
• 6.2 超導(dǎo)線圈降溫測試實驗56-59
• 6.2.1 降溫測試流程56-59
• 6.2.2 實驗結(jié)果分析59
• 6.3 本章小結(jié)59-61
• 第七章 結(jié)論與展望61-63
• 7.1 結(jié)論61
• 7.2 展望61-63
• 參考文獻63-67
• 攻讀學(xué)位期間學(xué)術(shù)成果67-68
• 致謝68

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本文編號：627316