超导装置电流引线的研究进展

电流引线是连接室温端电源和低温端超导装置的重要部件,也是超导装置热损耗的主要热源之一。选择合适的电流引线形式,并进行引线结构优化设计,可以提高超导装置的可靠性和经济性。概述了电流引线的优化设计目标和分类形式,介绍了全金属电流引线、高温超导电流引线和珀尔帖电流引线的研究进展,分析比较了三类电流引线的工作特点和适用场景,可为超导装置的电流引线选型和优化设计提供参考。     

变截面电流引线的漏热分析与优化设计

电流引线的漏热大小直接关系到超导设备的运行稳定性与运行成本。文中重点探讨了变截面引线在HTS电流引线优化设计中的应用,通过有限元法计算了不同规格的变截面引线的漏热大小,得出了变截面引线漏热与引线长度及截面积之间的变化规律。并为一个基于2G HTS的YBCO高温超导储能装置设计了曲线形扁铜带变截面电流引线。文中的计算结果对于变截面电流引线的优化设计提供了一定的参考价值。。     

气冷电流引线气流不均衡分配条件下运行参数研究

气冷电流引线被广泛的应用于许多大型超导磁体及其它一些超导装置中．由于引线实际制作过程中的差异或者超导装置本身的一些问题，正负两个引线之间或者同一引线的不同流道之间都存在着冷却气流分配上的不均衡．超导装置中除电流引线外的其他低温热源也可能使流经引线的冷却气流处于非正常状态．所有这些都会使电流引线的实际工作状况偏离最优化设计．本文用数值模拟的方法对非最优化冷却气流条件下的电流引线运行状况进行了研究，分析了冷却气流偏离最优化程度与引线实际运行参数之间的影响关系．     

气冷电流引线气流不均衡分配条件下运行参数研究

气冷电流引线被广泛的应用于许多大型超导磁体及其它一些超导装置中.由于引线实际制作过程中的差异或者超导装置本身的一些问题,正负两个引线之间或者同一引线的不同流道之间都存在着冷却气流分配上的不均衡.超导装置中除电流引线外的其他低温热源也可能使流经引线的冷却气流处于非正常状态.所有这些都会使电流引线的实际工作状况偏离最优化设计.本文用数值模拟的方法对非最优化冷却气流条件下的电流引线运行状况进行了研究,分析了冷却气流偏离最优化程度与引线实际运行参数之间的影响关系.     

高温超导电流引线在EAST装置工程调试中投运

EAST全超导托卡马克核聚变实验装置有一对纵场磁体电流引线和12对极向场线圈电流引线,额定电流为14.5～16.3 kA,在第二轮装置工程调试中5对高温超导电流引线投入运行.这些电流引线的高温超导段系传导冷却,上端用79K液氮冷却,下端由4.5K超临界氦流迫冷;铜电流引线段采用氮蒸汽冷却.运行参数表明高温超导电流引线具显著的节冷效益.本文介绍这些电流引线的运行工况和安装前的接收试验结果.     

一种电流引线的热力学计算方法

从超导磁体气冷电流引线的热平衡方程出发,对电流引线进行分段,提出了一种较为精确计算电流引线长横比及由电流引线末端流入低温容器热量的计算方法;电流引线中氦气流阻是设计电流引线时一个很重要的参数,由于电流引线片形状很复杂,计算其中氦气流阻比较好的方法是采用CFD软件Fluent。氦气模型单元数很庞大,因此对氦气模型进行了简化和分段,相邻两段模型间采用流量和压力边界条件进行耦合。     

电光调Q驱动电源与晶体之间的引线研究

分析了高重频电光调Q驱动电源与晶体之间的最佳引线。由于调Q晶体和引线都存在分布电容和电感,如果晶体两端阻抗不匹配,电压脉冲就会出现阻尼振荡,从而影响激光脉冲。针对这一问题,使用脉冲反射法和分布参数电路法,以平行导线作为引线,分析了脉冲在引线中的传输、晶体高压波形和引线所要求的驱动电源的最小功率。使用脉冲反射法,以同轴线作为引线,分析了简单连接晶体和阻抗匹配后连接晶体的两种情况,得出了晶体两端电压波形和同轴引线阻抗匹配后的电路对快速开关的要求。根据以上分析,得出了电光调Q中引线的选择原则。     

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在全超导磁约束核聚变装置EAST中,采用高温超导电流引线将处于室温的电源连接处于超临界氦温区的超导磁体上。为降低实验过程中的运行成本,EAST装置中纵场磁体的电流引线采用混合式结构。电流引线测试结果表明引线符合设计要求。     

低温装置的最佳电流引线

本文提出了一种计算低温装置绝热电流引线最小热流和最佳尺寸的方法,并计算了十六种电流引线的最小热流和最佳尺寸。结果表明,铝、铁和镍等纯金属材料作电流引线较好,但是引线最佳尺寸的选择比材料的选择更为重要。     

气冷电流引线的电子计算机模拟

本文介绍利用电子计算机对气冷电流引线进行模拟计算的结果,其中包括每一根电流引线每一安培所需要的最低液氦致冷功率或液氦蒸发量;气冷电流引线的几何尺寸、电流和材料的剩余电阻率之间的最佳关系;气冷电流引线的温度分布等等.可以方便地利用本文所介绍的计算结果来设计气冷电流引线.     

FAIR收集环二极超导磁体电流引线的概念设计

阐述了FAIR收集环二极超导磁体电流引线的基本原理,给出了电流引线的主要参数及初步设计方案,提出了使用复合材料和通过结构优化以减小电流引线的漏热,并根据电流引线的传热特性进行了漏热的分析和计算,实验结果验证了概念设计的可行性。     

百安级变截面珀尔帖电流引线漏热分析

横跨低温到室温温区的电流引线是连接电源和超导装置的部件,是超导装置的主要漏热源之一.因此减小由于电流引线导致超导低温系统的漏热对低温系统的稳定运行和运行效率至关重要.在传统铜电流引线的室温端插入热电材料碲化铋(Bi_2Te_3)形成的珀尔帖电流引线(Peltier current lead,以下简称PCL)可以有效地减小由于电流引线造成的漏热.珀尔帖电流引线将漏热从纯铜引线的42.4W/kA降低到30.470W/kA.在本文中采用有限元法对PCL进行优化,得到PCL的最优几何参数.改变PCL中铜引线和热电材料碲化铋的横截面面积,并计算改变横截面面积时PCL的漏热.仿真结果显示改变PCL中铜引线的横截面面积时对电流引线的漏热影响不大,而在改变PCL中热电材料的横截面,可以将PCL的漏热从30.470 W/kA降低到27.36 W/kA.     

35kV超导可控电抗器电流引线设计

35kV高温超导可控电抗器工作于70K液氮温区,通过控制超导线圈的工作状态来实现电抗的调节。线圈工作时,电流引线的焦耳热以及传导热是引线漏热的主要来源;当超导线圈开路时,线圈及电流引线则要承受高达十几千伏的感生电压,因此,电流引线的漏热优化以及电气绝缘水平是设计的重点。文中结合电流引线运行工况,设计了35kV超导可控电抗器电流引线,仿真结果表明,该设计漏热量低且温度分布均匀。此外,针对线圈开路时引线的高压情况确立了APG注射环氧绝缘的方案,有效的保证了绝缘水平。     

铜电流引线组的二元化改造

传统的铜电流引线因为在低温区的漏热过大,需要改造成漏热量低的高温超导电流引线。本设计主要针对一对200A和两对80A铜电流引线。通过计算得出了高温超导电流引线的最佳长横比,以及结构在不同低温区的收缩率,并用对电流引线组改造前后做了漏热的分析对比。结果表明,改造后的电流引线组4.5K温区的漏热量降低到未改造前的3.18%,大大降低了系统液氦温区热负荷,降低了运行成本。     

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阐述了FAIR收集环二极超导磁体电流引线的基本原理,给出了电流引线的主要参数及初步设计方案,提出了使用复合材料和通过结构优化以减小电流引线的漏热,并根据电流引线的传热特性进行了漏热的分析和计算,实验结果验证了概念设计的可行性。     

气冷变截面电流引线优化计算方法

超导低温装置中的电流引线连接室温中的电源与超导单元,其漏热直接关系到低温系统的运行稳定与运行成本.本文对传统的气冷电流引线分段计算方法做了一定的改进,形成了气冷变截面电流引线优化设计方法.使用此方法为一个YBCO HTS带材临界电流测试装置设计了变截面电流引线.本文的设计方法为变截面电流引线的实际应用提供了一定的参考.     

高温超导电流引线研究进展概述

超导装置中需要电流引线实现室温端外部电源与处于低温环境的超导磁体相连，采用高温超导电流引线可以有效降低端漏热，降低运行成本.在满足设计电流的基础上，尽可能降低电流引线的总漏热，提升其失冷时间与烧毁时间，是高温超导电流引线的优化目标.本文概述了高温超导电流引线的传热分析、结构设计、安全性评价以及国内外具体应用案例.     

EAST八对电流引线罐支撑结构的优化设计与分析

随着EAST高温超导电流引线的技术升级，针对电流引线罐内支撑结构重新进行了优化设计，开展了罐内支撑结构的稳定性分析，最后根据分析结果确定了最优设计方案。针对优化设计后的电流引线罐进行测试，表明其支撑结构可以更好地保证电流引线的安全与稳定。     

气冷变截面电流引线优化设计与实验研究

电流引线是连接超导低温装置室温电源与超导单元的桥梁,其漏热直接关系到低温系统的运行稳定与运行成本.本文对传统的气冷电流引线分段计算方法做了一定的改进,提出了气冷变截面电流引线优化设计方法.应用此方法为一个YBCO高温超导带材临界电流特性测试装置设计了变截面电流引线.通过对电流引线的温度场分布进行实验测量,并与设计值进行比较,结果吻合较好,证明了气冷变截面电流引线设计方法的有效性和实际优化效果.本文的设计方法及相关实验研究为变截面电流引线在超导低温装置中的实际应用提供了一定的参考.     

JAERI 60kA高温超导电流引线的温度分布解析

在聚变装置用大型超导磁体中使用高温超导电流引线能大大降低冷冻机的负荷。大型核聚变装置需要20对60kA的电流引线，而传统的60kA铜引线的耗电量达100kW。若使用高温超导线后耗电量可望降低2／3，这意味着在聚变装置运行过程中可以节约2．7MW的电能。日本原子力研究所(JAERI)已经设计研制了60kA的电流引线，经60kA载流实验表明该电流引线达到了4．8W的低热漏，耗电量仅为以前60kA电流引线的1／3。