時變外磁場下高溫超導(dǎo)體塊材YBCO的導(dǎo)向力性能研究.pdf

1、自從1986年高溫超導(dǎo)材料被首次發(fā)現(xiàn)以來，世界上許多科學(xué)家紛紛對其表示了極大的興趣并投入大量的精力進行研究，使得高溫超導(dǎo)體的性能不斷提高，為其在工程方面的應(yīng)用開辟了廣闊的前景。由于高溫超導(dǎo)塊材YBCO可以工作在液氮溫區(qū)，具有較強的磁通釘扎能力，可以構(gòu)成自穩(wěn)定的懸浮系統(tǒng)，因此在實際應(yīng)用中具有巨大的開發(fā)潛力，其應(yīng)用主要包括：高溫超導(dǎo)磁懸浮旋轉(zhuǎn)軸承、飛輪儲能、無源振動自由平臺、陀螺儀和磁懸浮列車等。本研究小組對高溫超導(dǎo)磁懸浮列車系統(tǒng)進行了大量

2、的研究工作，并于2000年12月31日研制成功世界首輛載人高溫超導(dǎo)磁懸浮實驗車。為了使高溫超導(dǎo)磁懸浮車系統(tǒng)早日走向工程應(yīng)用，本論文對在時變外磁場作用情況下穩(wěn)定懸浮于永磁導(dǎo)軌上方的高溫超導(dǎo)體塊材的導(dǎo)向力性能進行研究，目的在于揭露時變外磁場對塊材導(dǎo)向力性能影響的作用機理，從而為高溫超導(dǎo)磁懸浮車系統(tǒng)的動態(tài)懸浮性能研究提供一定的實驗依據(jù)與理論指導(dǎo)。 本文對高溫超導(dǎo)磁懸浮車用永磁導(dǎo)軌表面磁場的不均勻性進行研究。借助高溫超導(dǎo)磁懸浮測試系統(tǒng)S

3、CML-01對導(dǎo)軌表面磁場進行掃描測試，并輔以計算機仿真計算，通過實驗測試結(jié)果和計算結(jié)果的對比，得出導(dǎo)軌表面磁場確實存在不均勻性的結(jié)論。此外，在準(zhǔn)靜態(tài)測試條件下，實驗研究了導(dǎo)軌表面磁場不均勻性對高溫超導(dǎo)塊材的懸浮力性能的影響情況。 導(dǎo)向力是反映高溫超導(dǎo)體懸浮特性的特征量，同時也是磁懸浮系統(tǒng)設(shè)計中的關(guān)鍵參數(shù)之一。本文通過實驗的方法研究了時變外磁場對穩(wěn)定懸浮于永磁導(dǎo)軌上方的高溫超導(dǎo)體塊材的導(dǎo)向力性能的衰減影響。首先研究了時變外磁場擾

4、動對導(dǎo)向力磁滯回線以及導(dǎo)向力弛豫性能的影響情況，借助于Bean模型分析了在時變外磁場作用情況下，塊材的各種性能參數(shù)（包括交流損耗、俘獲磁通、溫度以及臨界電流密度等）的變化情況；闡述了時變外磁場對塊材導(dǎo)向力衰減影響的作用原理。接著研究在不同場冷高度或者工作高度情況下，時變外磁場對導(dǎo)向力性能的衰減影響情況，最后研究了塊材在結(jié)冰冷卻不充分的情況，其導(dǎo)向力受時變外磁場擾動影響的變化情況。 基于Bean臨界態(tài)模型，針對目前的高溫超導(dǎo)磁懸浮

5、車系統(tǒng)，提出了一種模擬計算方法，該方法可計算在時變外磁場中塊材導(dǎo)向力的衰減變化情況。通過實驗結(jié)果和模擬計算結(jié)果的對比，驗證了該方法的可行性。另外，在此基礎(chǔ)上對實驗中難以進行或者不能進行的一些研究進行拓展。討論了超導(dǎo)體相關(guān)各參數(shù)（臨界電流密度、熱導(dǎo)率、熱容以及塊材尺寸大?。r變外磁場中高溫超導(dǎo)塊材導(dǎo)向力的影響情況；最后研究了時變外磁場對超導(dǎo)體各性能參數(shù)（俘獲磁通、平均溫度、交流損耗以及導(dǎo)向力）的影響情況。所有這些模擬計算結(jié)果為高溫超導(dǎo)磁