高温超导块材俘获磁通及悬浮特性研究

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高温超导块材由于具有磁通钉扎的特性,能够俘获较高的磁场从而具有更好的悬浮性能。随着高温超导技术的不断发展,高温超导块材在磁悬浮列车、高温超导飞轮储能、航天技术等领域有着巨大的应用前景。本论文是在高温超导磁悬浮测试平台和超导磁体悬浮特性测试平台中进行对比实验,研究高温超导块材在不同的条件下的俘获磁通特性和悬浮特性,寻找一种能够增强高温超导块材俘获磁通特性和悬浮特性的较优方法。论文主要工作从以下五个方面来开展:第一章介绍了论文的研究背景,高温超导块材的主要材料特性,高温超导块材悬浮特性和俘获磁通特性的研究进展。第二章介绍了高温超导磁悬浮的基本原理及计算模型,简述了其在飞轮储能、磁悬浮列车等领域的应用。第三章中详细介绍了论文中所采用的实验装置以及实验所使用的测试方法。第四章对比研究了在高温超导磁悬浮测试平台和超导磁体悬浮特性测试平台中,磁场强度和磁化过程对高温超导块材俘获磁通的影响。通过实验结果来分析得出,随着外界磁场的增大,高温超导块材的俘获磁通也会增多,而其俘获磁通率会减小,说明在条件一定的情况下高温超导块材俘获磁通能力是有限的,俘获磁通会趋于饱和。再磁化能够增加高温超导块材的最大俘获磁场和最大俘获磁通率。第五章研究了在永磁导轨上方场冷高度和工作高度对高温超导块材悬浮力的影响,在超导磁体中初始和再磁化场冷磁场强度对高温超导块材悬浮力的影响。通过使用ANSYS有限元分析软件建立超导磁体模型并进行仿真计算,结合仿真实验结果来分析磁场梯度以及初始的场冷方式对高温超导块材悬浮特性的影响。磁场强度和磁场梯度对高温超导块材悬浮特性都有影响,并且两者影响的效果不同,增加磁场梯度可以提高块材悬浮力。场冷条件下,高温超导块材的悬浮力随时间衰减速率更慢,具有更好的悬浮力弛豫特性。论文所做的仿真计算和实验研究能够得到再磁化过程可以提高高温超导块材的俘获磁通能力,通过增加磁场梯度可以提高超导块材悬浮力和使用场冷的方式可以提高超导块材的悬浮力弛豫特性,为高温超导块材在实际中的应用提供了理论及实验基础。
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