《基於Quench-Back保護的超導螺線管磁體失超過程數值模擬研究》是依託江蘇大學，由郭興龍擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於Quench-Back保護的超導螺線管磁體失超過程數值模擬研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：郭興龍
- 依託單位：江蘇大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
超導磁體結構件的Quench-Back效應在超導磁體失超保護中已獲得了廣泛套用，但關於Quench-Back效應的理論研究尚待深入。本項目將對基於Quench-Back保護的超導螺線管磁體失超過程進行數值模擬研究。建立包含Quench-Back效應的，三維溫度場、二維軸對稱電磁場和集總參數電路耦合的失超過程三維熱-電-磁模型及其求解方法，研究Quench-Back效應對失超過程局部過熱的控制規律。為提高失超過程過電壓計算的準確性，分別從路的觀點和場的觀點建立磁體內部電壓分布及過電壓的計算方法，研究Quench-Back效應對失超過程過電壓的影響規律。建立磁體失超過程內部應力計算模型與求解方法，研究Quenc-Back效應對失超過程衝擊應力的影響規律。本項研究將豐富超導磁體失超過程數值模擬理論，為Quench-Back效應在失超保護中的套用提供理論依據。
結題摘要
Quench-Back效應在超導磁體失超保護中已獲得了廣泛套用，但其相關的理論研究尚待深入。本項目建立了包含Quench-Back效應的，三維溫度場、二維軸對稱電磁場和集總參數電路耦合的失超過程瞬態模型，分析了2個採用Quench-Back保護的超導螺線管磁體失超特性。研究結果表明：Quench-Back效應能夠降低磁體內部的過熱和過電壓；Quench-Back效應與骨架結構材料關係很大，低電阻率，高導熱率和低的體積比熱容能夠強化Quench-Back效應；Quench-Back效應與磁體結構有關，對於薄壁螺線管效果更明顯。本項目分析了失超過程中磁體內部的電壓分布規律，比較了3種過電壓計算方法的優劣。研究結果表明：基於磁體內部總電阻電壓的過電壓計算法，計算方便但計算結果過於保守；基於匝單元電感網路的過電壓計算法，計算結果接近實際情況，但匝單元等效電感網路建立過程非常繁瑣；基於電感電壓線性分布的過電壓計算方法，計算精度接近於基於匝單元電感網路的過電壓計算法，且套用方便。本項目建立了被動加熱器誘發失超保護的螺線管磁體系統失超過程數值模型，分析了某7.0 T核磁共振成像用超導螺線管磁體失超特性。研究結果表明：不同的分析目的，宜選用不同的分析模型和不同的時間步長；與並聯於線圈分段兩端相比，加熱器並聯於線圈分段內部具有更高的驅動電壓和誘發失超可靠性；加熱器數目的提高，可降低磁體內的熱點溫度，但對磁體內部過電壓影響較小；與並聯連線相比，所有加熱器的串聯連線增大了加熱器迴路電阻，抑制了通過加熱器的電流，提高了工作可靠性；設計不合理的加熱器，有可能在誘發磁體失超後，繼續向磁體傳熱更多的能量，引起磁體熱點溫度進一步上升。本項研究豐富了螺線管磁體失超過程數值模擬理論，對超導磁體失超保護系統設計有重要的套用價值。
