高溫超導懸浮體的靜、動力特性分析.pdf

1、超導懸浮作為超導體的重要應用之一,與其它傳統(tǒng)的物理懸浮相比較,具有十分突出的優(yōu)點.因此,使得其廣泛應用于超導磁懸浮列車和超導飛輪儲能等工業(yè)領域.目前,有關研究的總體狀況為:實驗探索多于理論分析,靜態(tài)研究多于動態(tài)研究,尤其是有關超導懸浮動態(tài)特性方面的理論研究,由于問題本身的強非線性和多場耦合特征,進展就更為緩慢.本文針對典型的超導懸浮形式-超導/永磁懸浮系統(tǒng),較為全面地研究,尤其是定量研究了系統(tǒng)的靜態(tài)懸浮和動態(tài)響應特性,得到了一些有意義的

2、結果.本文首先從一般意義上給出了超導懸浮動力系統(tǒng)的基本方程,包括電磁場方程、動力運動方程和超導電磁本構關系.作為特殊情形,也給出了退化到軸對稱情形下超導懸浮動力系統(tǒng)的基本方程.在此基礎上,建立了分析超導電磁場分布、靜態(tài)懸浮特性以及超導懸浮動力運動特性的數(shù)值計算方法,給出了具體的計算步驟,并通過與實驗結果相比較驗證了這些計算方法的可靠準確性.利用這些計算方法,編制了一系列定量分析程序,在對超導電磁場定量分析的基礎上,圍繞系統(tǒng)懸浮力分別研究

3、了準靜態(tài)懸浮力、靜磁剛度、懸浮力-距離磁滯關系、非準靜態(tài)懸浮力以及系統(tǒng)動態(tài)響應過程中恢復力的特性及其影響規(guī)律.數(shù)值結果表明:懸浮力-距離關系是高度磁滯的;內部因素如超導材料參數(shù)、磁通運動等和外部因素如永磁體表磁強度、初始冷卻條件等對懸浮力有十分明顯的影響.在此基礎上,本文進一步展開了對超導懸浮系統(tǒng)動力運動特性如超導內部磁通蠕動的影響、頻率特性以及動態(tài)響應過程中的能量損耗及阻尼特性的研究,給出了磁通蠕動對系統(tǒng)動態(tài)響應的影響規(guī)律、系統(tǒng)主共振

4、頻率隨外加激勵等因素的變化規(guī)律以及系統(tǒng)能量損耗及阻尼隨外加激勵等因素的變化規(guī)律.數(shù)值結果進一步顯示:磁通蠕動效應對系統(tǒng)動態(tài)響應的影響是十分明顯的,在理論預測其動力運動特性時,采用能正確反映超導磁通運動的電磁本構關系-磁通流動與蠕動模型-是必要的.最后,圍繞系統(tǒng)動態(tài)響應過程中懸浮體漂移現(xiàn)象,從定量上研究了懸浮漂移規(guī)律,初步探討了懸浮漂移的物理根源.數(shù)值結果表明:懸浮體振動漂移的具體規(guī)律與懸浮空間點在懸浮力-距離曲線上的具體位置密切相關;其