本文關(guān)鍵詞：不同外磁場(chǎng)中高溫超導(dǎo)塊材懸浮特性實(shí)驗(yàn)研究

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【摘要】：高溫超導(dǎo)塊材獨(dú)特的零電阻、邁斯納效應(yīng)和磁通釘扎特性,使它能夠在外磁場(chǎng)中實(shí)現(xiàn)無(wú)需能量輸入的自穩(wěn)定懸浮。磁場(chǎng)是研究物理現(xiàn)象和機(jī)理的重要工具,目前,國(guó)內(nèi)外在永磁體或永磁導(dǎo)軌產(chǎn)生的磁場(chǎng)中,對(duì)高溫超導(dǎo)塊材的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)懸浮特性開(kāi)展了大量的實(shí)驗(yàn)和理論研究,在一定程度上揭示了超導(dǎo)磁懸浮系統(tǒng)主要的力學(xué)特征和動(dòng)態(tài)響應(yīng)規(guī)律。然而,在高溫超導(dǎo)體的超導(dǎo)機(jī)制還不甚清晰的前題下,對(duì)不同外磁場(chǎng)中高溫超導(dǎo)塊材的懸浮特性進(jìn)行研究,有助于加深對(duì)高溫超導(dǎo)體的超導(dǎo)機(jī)制及高溫超導(dǎo)塊材與外磁場(chǎng)相互作用機(jī)理的理解。目前,對(duì)于高溫超導(dǎo)磁懸浮系統(tǒng)懸浮特性的研究,大多是以永磁體或永磁導(dǎo)軌產(chǎn)生的磁場(chǎng)作為磁源,超導(dǎo)塊材的懸浮性能受到永磁體或永磁導(dǎo)軌磁場(chǎng)強(qiáng)度、位形等的制約。近幾年,隨著超導(dǎo)磁體技術(shù)的不斷發(fā)展,可供科學(xué)研究使用的磁場(chǎng)強(qiáng)度不斷增強(qiáng),在超導(dǎo)磁體強(qiáng)磁場(chǎng)中研究高溫超導(dǎo)塊材的懸浮性能逐漸成為一個(gè)新的研究方向。本論文在單塊懸浮力測(cè)試裝置、高溫超導(dǎo)磁浮車(chē)測(cè)試系統(tǒng)和可控直冷式超導(dǎo)磁體強(qiáng)磁場(chǎng)懸浮特性測(cè)試平臺(tái)上,采用實(shí)驗(yàn)方法對(duì)比研究在永磁體、永磁導(dǎo)軌和超導(dǎo)磁體磁場(chǎng)中高溫超導(dǎo)塊材的懸浮特性。首先,研究了不同初始冷卻條件、不同工作高度和場(chǎng)冷高度下,高溫超導(dǎo)塊材在永磁體磁場(chǎng)中的懸浮力和懸浮力弛豫特性以及不同排布的高溫超導(dǎo)塊材在永磁導(dǎo)軌磁場(chǎng)中的懸浮力特性。然后,將磁化高溫超導(dǎo)塊材引入磁懸浮系統(tǒng)中,研究在超導(dǎo)磁體穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)中以不同退磁速度和磁化強(qiáng)度場(chǎng)冷形成的磁化高溫超導(dǎo)塊材,在永磁體磁場(chǎng)中的懸浮力和懸浮力弛豫特性。最后,將強(qiáng)磁場(chǎng)這一極端條件用于磁懸浮系統(tǒng)懸浮特性的研究,對(duì)不同初始冷卻條件下的高溫超導(dǎo)塊材,在超導(dǎo)磁體梯度變化低磁場(chǎng)、強(qiáng)磁場(chǎng)中的懸浮力特性進(jìn)行了研究。并研究了超導(dǎo)塊材在超導(dǎo)磁體強(qiáng)度變化的動(dòng)態(tài)變化磁場(chǎng)中的懸浮力和懸浮力弛豫特性,揭示了高溫超導(dǎo)塊材在常規(guī)永磁體磁場(chǎng)中無(wú)法觀察到的一些新的物理現(xiàn)象和特征,為未來(lái)高溫超導(dǎo)磁懸浮系統(tǒng)走向更廣泛的應(yīng)用提供了一定的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。研究發(fā)現(xiàn),在永磁體磁場(chǎng)中,場(chǎng)冷超導(dǎo)塊材的極性與永磁體的極性方向會(huì)對(duì)超導(dǎo)塊的受力產(chǎn)生很大影響。極性方向相同時(shí),超導(dǎo)塊在整個(gè)測(cè)試過(guò)程中都受到懸浮力,超導(dǎo)塊受到的最大懸浮力和磁滯隨著場(chǎng)冷高度的降低而增加；極性方向相反時(shí),超導(dǎo)塊在測(cè)試過(guò)程中會(huì)受到吸引力,超導(dǎo)塊在工作高度處受到的力隨著場(chǎng)冷高度的降低而減小,而磁滯隨著場(chǎng)冷高度的降低而增大；經(jīng)過(guò)場(chǎng)冷處理后,高溫超導(dǎo)塊材的懸浮力隨時(shí)間的衰減加快,隨著場(chǎng)冷高度的增加,懸浮力的衰減趨勢(shì)減小。在永磁導(dǎo)軌磁場(chǎng)中,通過(guò)對(duì)三種不同排布下高溫超導(dǎo)塊材的懸浮力測(cè)試,指出高溫超導(dǎo)塊材的排布、工作高度、冷卻方式、場(chǎng)冷高度以及外部永磁導(dǎo)軌的磁場(chǎng)分布等,都會(huì)對(duì)磁懸浮系統(tǒng)的懸浮特性產(chǎn)生影響。在將磁化高溫超導(dǎo)塊材引入磁懸浮系統(tǒng)的研究中,得到超導(dǎo)磁體磁場(chǎng)的退磁速度和磁化強(qiáng)度都會(huì)對(duì)磁化高溫超導(dǎo)塊材懸浮特性產(chǎn)生影響。磁化高溫超導(dǎo)塊材的最大懸浮力隨著退磁速度的增加而降低,隨著磁化強(qiáng)度的增加而增大,但當(dāng)勵(lì)磁電流大于30A時(shí),觀察到懸浮力基本達(dá)到飽合,不再隨勵(lì)磁電流的增加而增大；磁化高溫超導(dǎo)塊材的懸浮力衰減隨著磁化電流的增加而加快,隨著工作高度的提高而降低。在超導(dǎo)磁體梯度變化磁場(chǎng)中的研究發(fā)現(xiàn),磁場(chǎng)梯度對(duì)懸浮力的影響大于磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)懸浮力的影響,磁場(chǎng)強(qiáng)度較低時(shí),隨著超導(dǎo)塊材運(yùn)動(dòng)次數(shù)的增加,運(yùn)動(dòng)次數(shù)對(duì)懸浮力的影響可以忽略；在超導(dǎo)磁體強(qiáng)度變化磁場(chǎng)中的研究發(fā)現(xiàn),隨著外磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化,超導(dǎo)塊材表現(xiàn)出一系列新穎的懸浮行為。在不完全穿透的情況下,外磁場(chǎng)的升降導(dǎo)致超導(dǎo)塊材出現(xiàn)完全不同的懸浮行為；而在完全穿透的情況下,超導(dǎo)塊懸浮力的變化趨勢(shì)表現(xiàn)出隨升場(chǎng)和降場(chǎng)呈沿著Y軸的反向?qū)ΨQ(chēng)性。通過(guò)對(duì)不同強(qiáng)度超導(dǎo)磁體磁場(chǎng)中高溫超導(dǎo)塊材懸浮力弛豫特性的研究,得到在超導(dǎo)磁體強(qiáng)磁場(chǎng)中,采用在預(yù)加載的過(guò)程中設(shè)置一個(gè)額外的磁循環(huán)過(guò)程,可以使超導(dǎo)塊的懸浮力弛豫得到較好的緩減,同時(shí),有效懸浮力又不會(huì)受到太大抑制。
【關(guān)鍵詞】：高溫超導(dǎo)塊材 磁化高溫超導(dǎo)塊材 超導(dǎo)磁體 強(qiáng)磁場(chǎng) 梯度變化磁場(chǎng) 強(qiáng)度變化磁場(chǎng) 懸浮特性
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TM26
【目錄】：

• 中文摘要6-8
• Abstract8-13
• 第1章 緒論13-34
• 1.1 引言13-14
• 1.2 高溫超導(dǎo)材料14-18
• 1.3 高溫超導(dǎo)磁懸浮系統(tǒng)的懸浮原理及特點(diǎn)18-20
• 1.4 高溫超導(dǎo)塊材懸浮性能研究現(xiàn)狀與進(jìn)展20-32
• 1.5 本論文的主要研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)32-34
• 第2章 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與測(cè)試方法34-42
• 2.1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)34-38
• 2.1.1 單塊懸浮力測(cè)試裝置34-35
• 2.1.2 高溫超導(dǎo)磁浮車(chē)測(cè)試系統(tǒng)35-36
• 2.1.3 超導(dǎo)磁體強(qiáng)磁場(chǎng)懸浮特性測(cè)試平臺(tái)36-37
• 2.1.4 高溫超導(dǎo)塊材37-38
• 2.2 實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法38-40
• 2.3 本章小結(jié)40-42
• 第3章 高溫超導(dǎo)塊材在永磁體磁場(chǎng)中的懸浮特性研究42-71
• 3.1 永磁體磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)42-45
• 3.1.1 圓柱形永磁體磁場(chǎng)42-43
• 3.1.2 永磁導(dǎo)軌磁場(chǎng)43-45
• 3.2 高溫超導(dǎo)塊材在永磁體磁場(chǎng)中的懸浮特性研究45-55
• 3.2.1 工作高度對(duì)超導(dǎo)塊材懸浮力的影響47-50
• 3.2.2 場(chǎng)冷高度對(duì)超導(dǎo)塊材懸浮力的影響50-51
• 3.2.3 場(chǎng)冷高度和工作高度對(duì)超導(dǎo)塊材懸浮力弛豫的影響51-55
• 3.3 高溫超導(dǎo)塊材在永磁導(dǎo)軌磁場(chǎng)中的懸浮力性能研究55-69
• 3.3.1 永磁導(dǎo)軌磁場(chǎng)的數(shù)值研究55-59
• 3.3.2 永磁導(dǎo)軌磁場(chǎng)中高溫超導(dǎo)塊材的懸浮特性59-63
• 3.3.3 真空管道高溫超導(dǎo)磁浮車(chē)系統(tǒng)63-69
• 3.4 本章小結(jié)69-71
• 第4章 磁化高溫超導(dǎo)塊材在永磁體磁場(chǎng)中懸浮特性研究71-84
• 4.1 高溫超導(dǎo)塊材的磁化原理和磁化方式71-72
• 4.2 外磁場(chǎng)退磁速度對(duì)磁化高溫超導(dǎo)塊材懸浮力的影響72-75
• 4.3 外磁場(chǎng)磁化強(qiáng)度對(duì)磁化高溫超導(dǎo)塊材懸浮特性的影響75-82
• 4.3.1 磁化高溫超導(dǎo)塊材懸浮力特性研究75-78
• 4.3.2 磁化高溫超導(dǎo)塊材懸浮力弛豫特性研究78-82
• 4.4 本章小結(jié)82-84
• 第5章 高溫超導(dǎo)塊材在動(dòng)態(tài)變化磁場(chǎng)中的懸浮特性研究84-112
• 5.1 超導(dǎo)磁體變化磁場(chǎng)84-87
• 5.1.1 超導(dǎo)磁體梯度變化磁場(chǎng)85-86
• 5.1.2 超導(dǎo)磁體強(qiáng)度變化磁場(chǎng)86-87
• 5.2 梯度變化磁場(chǎng)中高溫超導(dǎo)塊材的懸浮力特性研究87-98
• 5.2.1 低磁場(chǎng)中高溫超導(dǎo)塊材的懸浮力特性89-96
• 5.2.2 強(qiáng)磁場(chǎng)中高溫超導(dǎo)塊材的懸浮力特性96-98
• 5.3 強(qiáng)度變化磁場(chǎng)中高溫超導(dǎo)塊材的懸浮力特性研究98-105
• 5.4 不同強(qiáng)度磁場(chǎng)中高溫超導(dǎo)塊材的懸浮力弛豫特性105-107
• 5.5 改善超導(dǎo)塊材懸浮力弛豫的方法107-110
• 5.6 本章小結(jié)110-112
• 結(jié)論112-115
• 致謝115-116
• 參考文獻(xiàn)116-135
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文及科研成果135-136

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前9條

1 朱敏,任仲友,王素玉,王家素,江河;YBaCuO超導(dǎo)塊的厚度和形狀對(duì)其懸浮力的影響[J];低溫物理學(xué)報(bào);2002年03期

2 張亞莉;趙勇;宋宏海;;強(qiáng)釘扎高溫超導(dǎo)體與永磁體系統(tǒng)的懸浮力數(shù)值模型[J];低溫物理學(xué)報(bào);2006年01期

3 肖玲,任洪濤,焦玉磊,鄭明輝;YBCO超導(dǎo)塊的磁浮力及其測(cè)量[J];低溫物理學(xué)報(bào);1999年04期

4 岑冀娜;王家素;宋宏海;鄭s，

本文編號(hào)：1102126