高温超导交流磁体气冷电流引线的优化设计和实验

通过研究交流超导磁体气冷电流引线两段式模型的优化设计,使得其向低温系统的漏热达到最小,并自行设计热测法实验装置进行了实验研究.结果表明在引线顶端温度为300 K、引线下端温度为77 K、引线传输电流为460 A的情况下,得到最佳引线直径为7.9 mm,与实验值8 mm符合.对交流电流引线的趋肤效应进行了分析和讨论.     

液氮传导冷却型高温超导电流引线研制

80 A和200 A液氮传导冷却型高温超导(HTS)电流引线由铜引线段、中间过渡段和高温超导段组成,HTS热端采用液氮传导冷却,HTS冷端采用液氦传导冷却。铜引线段工作在室温到中间温度(~80 K),高温超导段工作温区6—80 K。介绍该传导冷却型电流引线的结构设计和低温性能测试。实验结果表明,中间过渡段温度~78 K,高温超导热端温度77 K;80 A、200 A电流引线液氦下稳态测试电流分别为100 A和250 A。     

传导冷却电流引线热分析

为研究减小电流引线漏热的优化途径,从基本传热模型出发,对传导冷却电流引线进行了热分析,获得了最小漏热关系式,得到了综合优化参数关系式.通过实例分析提出降低电流引线温度较高端的温度,可以有效减小电流引线漏热.提出当综合优化参数偏离最佳值时,为减小漏热应当尽可能增大而不是减小该值.     

低温真空电流引线热分析

对在两级制冷机传导冷却下由高温超导和铜组成的二元电流引线进行热分析.给出了不同运行电流下,在室温温度(300 K)和制冷机一级冷头温度(77 K)间铜电流引线的温度、热流分布.认为大电流运行下,传导热等于焦耳热的一半时,在二元电流连接点的热流最小.给出了在最小热流下电流引线的尺寸优化方法.     

300kVA高温超导变压器电流引线漏热损耗的测量分析

高温超导变压器是利用高温超导材料替换铜线制作导线圈,用液氨替换变压器油当做超导线圈的冷却介质。相对于传统的变压器和低温超导变压器在性能上具有很大优势。电流引线是高温超导变压器的主要漏热源,其漏热大小能够直接对超导设备运行的稳定性以及经济性造成影响。因此,电流引线的设计和漏热测量对高温超导变压器的生产和使用均具有很大意义,也一直是变压器方面研究的重点。本文主要以300kVA高温超导变压器为例,采用量热法对其不同电流下的漏热损耗进行了简介测量,分析和探讨了电流导线漏热损耗的测量方法和相关因素。     

多级热电制冷器的数值模拟与实验研究

对多级热电制冷器进行了理论分析。在三种不同工况下,运用ANSYS模拟四种不同类型热电制冷器的制冷温度,并搭建实验台进行了实验研究。模拟结果表明,热电制冷器热电对之间的距离对其制冷温度有影响,设计热电制冷器时,应对热电对距离进行优化设计。实验结果表明,实验用热电制冷器最佳工作电压为12V,热电制冷器制冷温度受外界环境影响非常大,选择合适的绝热材料对制冷器制冷温度有重要影响。实验结果还表明,热电制冷器输入电流和功率随热端温度升高而减小,制冷温度和最大制冷温差随热端温度升高而增大。     

超导电缆循环过冷液氮温度场模拟

建立了循环过冷液氮在恒温器内迫流冷却超导电缆的模型,利用Fluent软件模拟了30 m电缆系统内液氮温度场在不同流量、终端漏热、交流损耗等工况条件下的变化情况。仿真结果表明,在终端漏热和交流损耗一定时,液氮出口断面的最高温度随流量的增大而降低;在流量和交流损耗一定时,液氮出口断面的最高温度随终端漏热的增大而升高;在流量和终端漏热一定时,液氮出口断面的最高温度随交流损耗的变化不明显。     

制冷机直接冷却高温超导磁体电流引线优化设计

针对制冷机直接冷却高温超导磁体电流引线的传热特性进行理论分析,对其在不同结构模式下进行漏热计算和比较,找到了大通流(kA级)电流引线结构优化设计方法和电流引线漏热与通电电流的关系式.     

传导冷却珀尔贴电流引线的传热分析

连接超导装置和外部电源的电流引线,是制冷系统的主要漏热源,决定着超导装置的运行效率。为实现漏热的最小化,对珀尔贴电流引线(Peltier current lead,简称PCL)进行了传热分析;引入热电参数的温度特性,建立了PCL的二维模型;采用有限元法对传导冷却下的PCL进行漏热分析与结构优化,得到了电流引线的最优几何参数。分析发现引线室温端的漏热大约为低温端的2倍;忽略热电参数的温度特性将使几何参数偏离最佳值,造成额外的制冷负荷。     

合肥光源超导波荡器用二元电流引线的设计研究

电流引线作为连接室温电源与低温超导磁体的部件,温度跨越范围大,是低温恒温器的最主要热负荷之一。超导波荡器(SCU)用高温超导电流引线主要采取小型制冷机直接传导冷却的形式,通过对合肥光源超导波荡器(HLS-2 SCU)用400 A高温超导二元电流引线铜段的长度、截面等几何参数进行理论优化,以减小小型低温制冷机的热负荷。考虑室温端热阻以及铜段低温端的温度对最小漏热的影响,得出铜段最佳值参数。通过有限元仿真计算结果进行验证,得出的结果吻合的较好。最终确定了400 A高温超导电流引线的设计参数。     

远场载荷下含椭圆孔热电薄板的热电力耦合解析解

该文研究了含椭圆孔的无限热电薄板在均匀电流和均匀总能量通量作用下的二维热电力耦合问题。采用复变函数法和保角映射技术,推导了电流密度和能量通量的解析解,并将椭圆孔退化为圆孔后的理论结果与均匀材料带圆孔的结果进行对比,进而验证了该文理论推导的正确性。通过已建立的二维热应力问题的复变函数方法,求解了绝缘椭圆孔干扰均匀热流引起的热应力并进行了数值分析。结果表明:在椭圆孔口轴端处出现电流密度和能量通量集中现象,当加载电流方向与长轴方向平行时,电流密度和能量通量随着椭圆孔口轴比的增大而减小;当加载电流方向与椭圆孔长轴方向不平行时,电流密度和能量通量随着椭圆孔口轴比的增大而增大,并且随着电流加载方向与椭圆孔长轴方向的夹角的增大而增大。由均匀热流引起的热应力也在椭圆孔口轴端出现应力集中现象,且随着椭圆孔口轴比以及电流加载方向与椭圆孔长轴方向的夹角的增大而增大。     

The effect of coolant loss on current leads for superconducting magnets

In this paper, we have examined the recovery of current leads for superconducting magnets after loss of coolant. It is found that if a lead is without cooling for longer than a time τ_max, thermal runaway can be prevented by an increase in cooling or a decrease in current through the lead. It is evident that designing a lead away from its optimal values can make the lead significantly less susceptible to problems of thermal runaway.     

空气热循环对T700/双马来酰亚胺复合材料低速冲击性能的影响

对碳纤维(T700)/双马来酰亚胺(HT280)复合材料进行了空气热循环实验(-60~180℃),分别测试了经历空气热循环前后材料的低速冲击性能和质损率,利用超声C扫描对冲击后材料内部损伤状况进行了分析。实验结果表明:随空气热循环次数的增加,质损率先迅速升高然后趋于平缓。随低速冲击能量的增大,空气热循环前后试样的平均损伤区域面积呈增加趋势,其破坏模式会发生明显变化。在相同低速冲击能量下,经历空气热循环试样的平均损伤区域面积和吸收能均大于原始态试样的。     

电磁场下颗粒阻尼动态特性试验研究

利用稳态能量流法对直流电磁场作用下颗粒阻尼器的阻尼特性进行了试验研究。试验结果表明:在一定振动情况下,通过施加直流电磁场的方法,可以改变颗粒阻尼器阻尼性能;在较低振动加速度幅值(32.5 m/s~2)下,颗粒体产生的损耗功率和损耗因子随电流强度的增强而减小;当振动加速度增大到32.5 m/s~2后,损耗功率和损耗因子会随电流强度的增强而增大。阻尼颗粒的有效质量随激励幅值的增加呈先平缓再降低的趋势,且电流强度的变化对有效质量影响较小。     

Compressive strength and microstructure of fly ash based geopolymer blended with silica fume under thermal cycle

This work aims to reveal the effects of silica fume on properties of fly ash based geopolymer under thermal cycles. Geopolymer specimens were prepared by alkali activation of fly ash, which was partially replaced by silica fume at levels ranging from 0% to 30% with an interval of 10%, by mass. Microstructure, residual strength and mass loss of fly ash based geopolymer blended with silica fume before and after exposed to 7, 28 and 56 heat-cooling thermal cycles at different target temperatures of 200 °C, 400 °C and 800 °C were assessed and compared. The experimental results reveal that silica fume addition enhances strength development in geopolymer. Under thermal cycles, the compressive strength of geopolymer decreases, and the compressive strength loss, as well as the mass loss, increases with increasing target temperature. The strength loss is the same regardless of silica fume content after thermal cycles. Microstructure analysis uncovers that pore structure of geopolymer degrades after thermal cycles. The pores of geopolymer are refined by the addition of silica fume. The incorporation of silica fume optimizes the microstructure and improves the thermal resistance of geopolymer. Silica fume increases the strength of the geopolymer and even though the strength loss is the same, the strength after heat cycle exposure is still good.     

Heat transfer and thermal exchange processes in low temperature current leads

This paper deals with the theory of heat transfer and thermal exchange processes in combined and normal current leads during cooling with cryogenic gases. The lead metal's thermal and electrical conductivity in the general case may be functions of temperature. The cross-section may also depend upon arbitrary coordinates; the optimum solutions in the analytical form being found. The optimum ratios between length, current, and cross-section are given, as well as the method of lead calculation at arbitrary values of the parameters. Methods of providing for safe operation of leads are considered, and the results are compared with available experimental data.     

Effect of an asymmetrical V-notch on the load carrying capacity of eccentrically loaded columns

In this paper theoretical and experimental investigations have been carried out to determine the effect of an asymmetrical V-shaped notch on the load carrying capacity of eccentrically loaded columns. The depth of the notch was kept constant whereas the notch angle, notch root radius; eccentricity of loading and length of the column was varied. It has been concluded that an asymmetrically placed V-notch decreases the load carrying capacity of the column. The load carrying capacity is not affected appreciably upto a notch angle of approx. 90°, but beyond 90° it increases. The load carrying capacity of the column also increases as the notch root radius increases but it decreases as the eccentricity of load and slenderness ratio increase.     

低热通量下碳纤维/环氧树脂层合板的燃烧特性

使用锥形量热仪研究了35 kW/m²热通量下碳纤维/环氧树脂层合板的点燃时间、质量损失速率、热释放速率等燃烧特性参数与其厚度的关系,建立了热穿透深度的数学模型以得到不同厚度层合板的热穿透深度、判别层合板的热厚热薄特性并分析燃烧过程。结果表明：在低热通量下,随着碳纤维/环氧树脂层合板厚度的增加其点燃时间延长、平均质量损失速率和质量损失速率峰值下降、总释放热量增大、热释放速率峰值先增大后减小;碳纤维/环氧树脂层合板在点燃时表现为热薄型或是热厚型,与其物理厚度有直接关系。热厚型材料有一个由热厚型向热薄型转变的热响应过程。     

铜基粉末冶金滑块材料组织及性能研究

采用冷压烧结粉末冶金法制备了铜基受电靴滑块材料。测试了材料的力学性能,用SEM、电滑动磨损试验等方法分析了材料的断口形貌和载流摩擦磨损性能,探讨了其磨损机理。结果表明,该材料的拉伸断裂呈脆性断裂,在非载流条件下,试样的磨损量随着试验载荷的增加而增大;载流条件下,电流产生大量的电弧热促进了石墨的润滑作用;加载10A电流情况下,磨损量随滑动速度的增加先减小后增大;加载30A电流情况下,磨损量随滑动速度的加快而增大。摩擦系数在滑动初始阶段迅速升高,在低速、载流情况下,这一现象更为明显。电流的加入使平稳阶段的摩擦系数相对较低。     

退火温度对纳米多孔金微米线热导率的影响

采用T形探针法测量了纳米多孔金微米线的热导率．实验结果表明,热导率随着退火温度的升高而减小．如果只考虑孔隙率及金孔壁宽度的影响,根据已有模型计算得到的热导率将大于实验结果．纳米多孔金结构的形态学分析显示,随着退火温度的升高,纳米多孔金的孔壁宽度增大,从而可能导致孔壁内部的拉应力增加．内部拉应力将引入纳米结构缺陷,进而使得电子与缺陷之间的散射增强,最终降低了纳米多孔材料的热导率．