高溫超導無絕緣線圈電磁及熱學特性的模型和實驗研究

《高溫超導無絕緣線圈電磁及熱學特性的模型和實驗研究》是依託上海交通大學，由洪智勇擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：高溫超導無絕緣線圈電磁及熱學特性的模型和實驗研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：洪智勇
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

本課題將從實驗測量和仿真模型兩方面開展基於第二代高溫超導帶材的無絕緣線圈電磁動態特性的機理研究。本課題將搭建測試平台對超導線圈的電壓、電流、溫度信息進行測量。對於超導線圈的溫度測量，本課題新穎的採用將測溫光纖和超導帶材一體封裝的方法，從而獲得超導線圈內部任意位置的實時溫度值。實驗數據可以用於解讀電流和溫度在無絕緣線圈中的演變過程。理論分析方面，將構建包含電路格線在內的三維有限元數學模型來分析線圈充放電過程中電磁量和溫度量的互相影響和互相耦合的關係。本課題將充分了解不同結構的帶材繞製成無絕緣線圈後的升流特性和失超特性。本課題的研究結果將幫助人們理解超導無絕緣線圈的電磁機理，從而指導人們將超導無絕緣線圈套用到最合適的超導產品中。

結題摘要

無絕緣線圈取消了傳統線圈的匝間絕緣，匝與匝之間直接金屬接觸。相比於傳統絕緣線圈，無絕緣超導線圈具有更高的電熱穩定性、更好的自我保護能力，成為當前國際高溫超導套用研究的一個熱點。由於沒有匝間絕緣，無絕緣高溫超導線圈的充放電特性和失超傳播特性與傳統的絕緣線圈有很大不同，其在工程套用中的很多問題還未得到充分的研究。本項目對基於二代高溫超導帶材的無絕緣線圈的充放電和失超特性進行仿真和實驗研究，取得了以下成果：（1）搭建了全新的針對無絕緣高溫超導線圈的分布參數等效電路網路模型。通過對無絕緣高溫超導線圈充放電特性的實驗研究驗證了該模型的有效性。（2）基於上述等效電路網路模型對單個無絕緣高溫超導線圈的充放電特性進行了研究。分析了充放電過程中線圈內部的電流分布，揭示無絕緣線圈充放電延遲現象的內在機理；從勵磁的角度分析了影響無絕緣線圈充電時間的各種因素；將等效電路網路模型和高溫超導體的H方程有限元模型相耦合，對無絕緣線圈的充電損耗特性進行了細緻分析。（3）基於等效電路網路模型，進一步發展了針對無絕緣高溫超導線圈的失超模型。對其局部失超過程進行了仿真分析，仿真結果為多個實驗中得到的無絕緣線圈自我保護能力超強的結論提供了理論支持。研究還發現無絕緣線圈的中心磁場和線圈電壓會在局部失超的早期發生顯著變化，這為無絕緣高溫超導線圈的失超保護提供了新的思路。通過本項目的順利開展，發表SCI論文7篇，獲國家發明專利授權2項，培養博士生3人，碩士生4人。本項目的研究結果揭示了無絕緣高溫超導線圈的充放電和失超傳播暫態過程，在理論上為無絕緣高溫超導線圈走向工程套用奠定了重要的基礎。