论文部分内容阅读
随着高温超导导线性能的不断提升，高温超导磁体的研发工作也在稳步进行。高温超导环型磁体是高温超导磁体的一种结构形式，它最重要和最有前景的应用场合是高温超导环型磁储能(SMES)磁体和高温超导托卡马克(Tokamak)环向场磁体(TF coil)。本文基于电磁场和弹性力学理论，对这两种磁体进行了电磁和结构优化设计研究，主要完成了以下工作：(1)提出了高温超导环型磁体电磁结构综合优化设计方法，这种方法同样适用于其它类型高温超导磁体电磁结构优化设计；(2)采用遗传算法和有限元法相结合的方法，完成了高温超导环型SMES磁体的电磁优化设计，在超导导线总用线量一定的情况下，寻找了储能量最大的环型磁体的结构参数，总结出了环型磁体结构参数与储能量之间关系的规律，分析了环型磁体漏磁场对周围电磁环境的影响范围，为环型磁体周围电磁安全评估提供了参考，分析了单元线圈的电磁力情况，为磁体支撑结构设计奠定了基础；(3)采用ANSYS有限元软件电磁结构顺序耦合的研究方法，完成了高温超导环型SMES磁体的结构优化设计，设计了适合于高温超导环型SMES磁体的支撑结构；根据在实际设计中遇到的高温超导导线机械性能不足的问题，提出有必要制造机械强度更高的高温超导导线，这样才能更大限度的发挥高温超导导线的高电流密度优势；(4)完成了ITER托卡马克高温超导环向场磁体的设计，并对高温超导环向场磁体做了电磁和结构分析，证明磁体的电磁性能可以满足磁约束核聚变的要求，高温超导导线的机械强度可以满足安全工作的需要。