本文關(guān)鍵詞：高溫超導(dǎo)體交變磁場下的特性及其螺管磁體的結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究

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【摘要】：高溫超導(dǎo)磁體在實(shí)際中能否安全運(yùn)行和大量投入使用,其熱穩(wěn)定性起著關(guān)鍵作用。而作為影響磁體熱穩(wěn)定性的重要方面,研究超導(dǎo)磁體運(yùn)行過程中出現(xiàn)的交流損耗和熱傳導(dǎo)特性就顯得十分有意義。由于高溫超導(dǎo)材料十分昂貴,使得在制作高溫超導(dǎo)磁體時,應(yīng)盡量減少材料用量來降低超導(dǎo)體的制作成本以提高其運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。故針對超導(dǎo)磁體運(yùn)行過程中的交流損耗和熱傳導(dǎo)特性問題,本文對YBCO高溫超導(dǎo)體在超導(dǎo)態(tài)運(yùn)行中的電磁特性、溫升特性及交流損耗進(jìn)行數(shù)值仿真研究；針對超導(dǎo)磁體的制作成本和運(yùn)行中的經(jīng)濟(jì)性問題,本文對YBCO高溫超導(dǎo)帶材繞制的三種結(jié)構(gòu)類型的螺管磁體進(jìn)行電磁結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計研究。本文首先介紹超導(dǎo)體的基本知識及其在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀與應(yīng)用、電磁場分析基礎(chǔ)、大型有限元仿真軟件Comsol特性以及適用于超導(dǎo)磁體電磁結(jié)構(gòu)優(yōu)化的幾種常用優(yōu)化算法。然后,基于Comsol軟件的多物理場耦合特性,引入其中的AC/DC模塊和熱傳導(dǎo)模塊,建立了高溫超導(dǎo)體的電磁-熱相耦合的數(shù)值計算模型。利用此數(shù)值計算模型,研究了不同頻率、不同交變外磁場激勵下,對處于液氮溫度下的高溫超導(dǎo)的的電磁特性和溫升特性進(jìn)行實(shí)時模擬仿真,并分析其處于交變磁場中的交流損耗特性,為超導(dǎo)體安全穩(wěn)定運(yùn)行,避免超導(dǎo)體失超提供了一定的參考。最后,基于螺管線圈簡單的結(jié)構(gòu),較高的材料利用率以及廣泛應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn),引入全局搜索能力較強(qiáng)的遺傳算法和局部搜索能力較強(qiáng)的非線性規(guī)劃算法相結(jié)合的非線性規(guī)劃遺傳算法對三種不同結(jié)構(gòu)類型的螺管磁體進(jìn)行電磁結(jié)構(gòu)優(yōu)化,使其在滿足一定的磁場要求下,達(dá)到最少的帶材用量,以節(jié)約超導(dǎo)磁體的制作成本、提高其經(jīng)濟(jì)性。同時比較分析了結(jié)構(gòu)優(yōu)化前后三種螺管磁體DSV區(qū)域的均勻度和雜散場分布,這對超導(dǎo)磁體在實(shí)際中的設(shè)計具有一定的指導(dǎo)意義。
【關(guān)鍵詞】：Comsol 溫升特性 交流損耗 非線性遺傳算法 均勻度 雜散場
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM26
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-13
• 第1章 緒論13-19
• 1.1 引言13
• 1.2 超導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識13-15
• 1.2.1 超導(dǎo)體的基本特性13-14
• 1.2.2 超導(dǎo)體的臨界值14
• 1.2.3 超導(dǎo)體的分類14-15
• 1.3 超導(dǎo)體的應(yīng)用及在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀15-17
• 1.3.1 超導(dǎo)體的應(yīng)用15-16
• 1.3.2 熱傳導(dǎo)和交流損耗的研究現(xiàn)狀16
• 1.3.3 電磁優(yōu)化的研究現(xiàn)狀16-17
• 1.4 本課題的背景和意義17
• 1.5 本課題的主要內(nèi)容17-19
• 第2章 高溫超導(dǎo)體電磁特性及優(yōu)化設(shè)計的理論和方法19-36
• 2.1 引言19
• 2.2 電磁場分析基礎(chǔ)19-26
• 2.2.1 電磁場方程19-21
• 2.2.2 邊界條件21-22
• 2.2.3 電磁本構(gòu)關(guān)系22-26
• 2.3 Comsol軟件簡介26-30
• 2.3.1 Comsol模塊設(shè)置26-27
• 2.3.2 部分模塊簡介27-29
• 2.3.3 基本建模過程29-30
• 2.4 優(yōu)化設(shè)計算法簡介30-35
• 2.4.1 模擬退火算法(SA)30-31
• 2.4.2 遺傳優(yōu)化算法(GA)31-32
• 2.4.3 序列二次規(guī)劃法(SQP)32-33
• 2.4.4 粒子群優(yōu)化算法(PSO)33-34
• 2.4.5 非線性規(guī)劃算法34-35
• 2.5 本章小結(jié)35-36
• 第3章 高溫超導(dǎo)體在外磁場激勵下的交流損耗和溫升特性的數(shù)值仿真36-53
• 3.1 引言36
• 3.2 交流損耗及溫升機(jī)理36-38
• 3.2.1 交流損耗36-37
• 3.2.2 溫升機(jī)理37-38
• 3.3 高溫超導(dǎo)體數(shù)值計算模型的建立38-41
• 3.4 數(shù)值模型仿真結(jié)果及分析41-52
• 3.4.1 電磁特性仿真結(jié)果及分析41-45
• 3.4.2 溫度特性模擬結(jié)果及分析45-50
• 3.4.3 交流損耗特性模擬及分析50-52
• 3.5 本章小結(jié)52-53
• 第4章 YBCO高溫超導(dǎo)螺管磁體的優(yōu)化設(shè)計53-64
• 4.1 引言53
• 4.2 螺管磁體優(yōu)化設(shè)計的理論分析53-55
• 4.2.1 YBCO高溫超導(dǎo)帶材的電磁特性53-54
• 4.2.2 螺管線圈磁場的計算54-55
• 4.3 優(yōu)化算法的選取及模型的建立55-59
• 4.3.1 優(yōu)化算法的選取55-56
• 4.3.2 螺管磁體模型的建立56-59
• 4.4 螺管磁體優(yōu)化設(shè)計的仿真結(jié)果及分析59-63
• 4.4.1 體積和DSV區(qū)域均勻度的結(jié)果及分析59-61
• 4.4.2 漏磁大小的結(jié)果及分析61-63
• 4.5 本章小結(jié)63-64
• 總結(jié)與展望64-66
• 致謝66-67
• 參考文獻(xiàn)67-72
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文72

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 胡立發(fā),A.Sulpice,E.Mossang,李成山,紀(jì)平,吳怡芳,馮勇,張平祥,周廉;4.2K直流背景場下Bi2223超導(dǎo)帶材的交流損耗[J];稀有金屬材料與工程;2003年09期

2 胡立發(fā),周廉,李成山,紀(jì)平,滕鑫康,王金星,張平祥,劉向宏;磁化法測量Bi2223/Ag高溫超導(dǎo)帶材的超低頻交流損耗[J];低溫物理學(xué)報;2000年06期

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本文編號：761681