第二代高溫超導帶材過流失超機理的模型和實驗研究

《第二代高溫超導帶材過流失超機理的模型和實驗研究》是依託上海交通大學，由洪智勇擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：第二代高溫超導帶材過流失超機理的模型和實驗研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：洪智勇
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

本課題從理論模型和實驗測量兩方面研究第二代高溫超導帶材過流失超傳播特性。理論方面將開發一套能夠應對複雜幾何結構的基於有限元分析的三維多物理量耦合超導仿真模型。該模型可以精確計算超導體在三維空間內的電磁量分布，在此基礎上引入熱傳導模組與之耦合，從而能夠計算超導帶材過流失超過程中溫度與臨界電流相互影響的複雜物理過程。在實驗方面將搭建一套超導帶材過流失超過程測量和觀測系統，該系統獨具匠心的將電壓測量法和氣泡拍攝法集成在同一實驗環境中，實現兩種方法的優勢互補。本課題將對單根和多根超導帶材在不同工作條件下從過流失超到逐步恢復超導態的全過程中的電磁和熱學特性進行研究，也將探索不同帶材結構、帶材排列順序、帶材性質均一度、焊點和損壞點對失超傳播過程的影響。本課題將為基於第二代高溫超導帶材的電阻型超導限流器的設計提供重要的理論和實驗依據。也將為超導磁體、電纜和電機等設備的失超保護方案提供重要信息。

結題摘要

本課題以超導帶材基本特性為出發點，分別藉助有限元仿真及基礎實驗科學手段完成面向二代高溫超導帶材過流失超機理的研究。項目完成過程中，在有限元模型及過流失超實驗手段方面均完成了創新性研究。有限元模型搭建方面，首先完成二維模型單物理場到多物理場耦合的功能擴展，實現對超導帶材過流失超過程中溫度、應力等重要特徵參數的動態模擬；其次完成二維模型到三維模型的空間擴維，攻克有限元對超導複雜結構無法進行模擬的難題，為超導複雜結構空間尺寸最佳化提供有力的理論依據；在以上模型基礎上利用場路耦合、多軟體聯合仿真手段完成電壓源型超導模型搭建，實現外部電路與超導帶材物理量的協同計算，為不均勻超導帶材過流失超特性研究提供了相應的理論支撐。以上成果均已被SCI期刊錄用或發表。基礎實驗測試方面，在課題開始的第一年內主要完成包含臨界電流測試平台、交流損耗測試平台、超導帶材長帶均一性測試平台等超導帶材基本特性測試平台搭建，為研究超導帶材過流失超特性奠定堅實的基礎；此後針對超導帶材在超導限流器中的套用需求，先後完成超導帶材交流、直流短路測試平台搭建，並同時綜合配置上海交通大學高電壓實驗室相關資源完成超導帶材雷電流短路衝擊試驗平台設計，利用以上三類平台，探索超導帶材過流失超特性與電流幅值、頻率等電流參數之間的關係，獲取超導帶材在不同電流波形下過流失超臨界參數，揭示超導帶材在過流衝擊中性能折損的機理。以上成果均已被SCI期刊錄用或發表。基於以上有限元及基礎實驗測試結果，課題組完成了兩台分別套用於交、直流電流系統的電阻型超導限流器的設計、製備、及掛網運行試驗。