高溫超導(dǎo)懸浮系統(tǒng)在溫度循環(huán)和橫向移動(dòng)速度下的電磁力實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、高溫超導(dǎo)材料由于其具有較高的上臨界磁場(chǎng)、較大的臨界電流密度以及高于液氮沸點(diǎn)的臨界溫度，因此有著廣闊的應(yīng)用前景。利用高溫超導(dǎo)塊材的抗磁性和磁通釘扎效應(yīng)設(shè)計(jì)的高溫超導(dǎo)懸浮系統(tǒng)具有相當(dāng)高的承載能力和獨(dú)特的自穩(wěn)定性，是未來(lái)高溫超導(dǎo)應(yīng)用的重要分支。由單塊永磁體和單塊高溫超導(dǎo)體構(gòu)成的懸浮系統(tǒng)的電磁相互作用力特性研究是超導(dǎo)懸浮系統(tǒng)安全運(yùn)行設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，并作為基礎(chǔ)性研究課題受到廣泛關(guān)注。本博士學(xué)位論文主要針對(duì)由單塊圓柱永磁體和單塊圓柱YBCO超導(dǎo)體構(gòu)成的

2、高溫超導(dǎo)懸浮系統(tǒng)在低于液氮沸點(diǎn)溫度下的不同溫度循環(huán)過(guò)程中靜態(tài)電磁力特性以及在液氮沸點(diǎn)溫度永磁體垂直于懸浮系統(tǒng)軸向的水平運(yùn)動(dòng)對(duì)電磁力特性影響開(kāi)展實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)了一些新的現(xiàn)象及特性；本文還改進(jìn)了磁通凍結(jié)鏡像模型模擬了永磁體水平運(yùn)動(dòng)對(duì)電磁力特性的影響。
　　 首先，測(cè)試了懸浮系統(tǒng)中高溫超導(dǎo)體在低于臨界溫度的不同冷卻溫度下零場(chǎng)冷懸浮力-距離磁滯回線(xiàn)特性。實(shí)驗(yàn)表明：在低磁場(chǎng)情形及低于一定溫度下，懸浮力-距離磁滯回線(xiàn)存在交叉現(xiàn)象，即在小于一

3、定垂向位移時(shí)靠近過(guò)程懸浮力小于遠(yuǎn)離過(guò)程懸浮力。盡管懸浮力-距離磁滯回線(xiàn)的磁滯隨著溫度的降低而減小，懸浮力-距離磁滯回線(xiàn)的最大懸浮力隨溫度的降低而增大并趨于飽和，交叉面積卻隨溫度的降低而增大，交叉點(diǎn)的距離坐標(biāo)也隨溫度的降低而增大。
　　 其次，研究了高溫超導(dǎo)體在弛豫過(guò)程中經(jīng)歷溫度循環(huán)及在非弛豫時(shí)變溫對(duì)懸浮力的影響。實(shí)驗(yàn)表明在弛豫時(shí)從恒定溫度持續(xù)降溫將使得原本經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間弛豫已經(jīng)趨于穩(wěn)定的懸浮力繼續(xù)快速減小，減小的幅度隨初始恒溫和降溫

4、最終到達(dá)溫度之差的減小而減?。怀谠r(shí)在從超導(dǎo)體所經(jīng)歷過(guò)的最高溫度處持續(xù)升溫時(shí)，懸浮力隨溫度的升高而減小，減小的幅度與升溫速度無(wú)關(guān)；弛豫時(shí)先在一定溫度恒溫一段時(shí)間后持續(xù)降溫到另一溫度穩(wěn)定后，再次升溫且不超過(guò)初始恒溫時(shí)懸浮力隨溫度的升高而增加，最終增加的幅度不超過(guò)從初次恒溫降溫到另一溫度時(shí)懸浮力減小的幅度，由此可以提出一個(gè)升溫穩(wěn)定預(yù)處理過(guò)程，即先在一定溫度弛豫一段時(shí)間后持續(xù)降溫到另一溫度進(jìn)行懸浮系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，在此溫度下運(yùn)行時(shí)若出現(xiàn)升溫且不

5、超過(guò)初始恒溫的溫度不穩(wěn)定情形時(shí)懸浮力不隨溫度的升高而減小、僅小幅度增加；恒溫弛豫結(jié)束后，零磁場(chǎng)直接升溫至另一溫度后再弛豫、在再次弛豫結(jié)束后零磁場(chǎng)直接降溫至初始恒溫后再弛豫，該溫度循環(huán)過(guò)程中不同初始恒溫情形在恢復(fù)初始恒溫后懸浮力減小幅度與升溫后懸浮力減小幅度之比在升溫達(dá)到的溫度固定時(shí)差別很小。
　　 最后，研究了初始冷卻高度以及永磁體的水平運(yùn)動(dòng)速度對(duì)水平位移下懸浮力和導(dǎo)向力的影響。實(shí)驗(yàn)表明在由單塊永磁和單塊超導(dǎo)組成的軸對(duì)稱(chēng)懸浮系統(tǒng)