磁流体船舶推进用超导磁体系统的研制

本文简单介绍了磁流体船舶推进用超导磁体系统的研制及实验结果。结果表明该系统在磁场为５Ｔ下一次可连续稳定运行７天,液氦损耗率为０．３４１Ｌ／ｈ,完全达到和超过任务书所规定的各项技术指标。     

蓄电池-超导磁体储能系统平抑间歇性电源出力波动的研究

分析了使用蓄电池-超导磁体混合储能系统平抑间歇性电源出力波动的基本原理,给出了电源并网装置和混合储能装置的拓扑结构以及二者间的接口电路.设计并实现了基于中央控制单元和本地控制单元双层控制结构的储能控制系统,中央控制单元使用滑动平均滤波器分离功率指令中的低频成分再指派给蓄电池承担,并将剩余快速变化分量分配给超导磁体承担;本地控制器使用PI控制规律控制蓄电池和超导磁体分别跟踪功率指令和电压指令.PSCAD/EMTDC仿真结果验证了所设计系统与控制方法的有效性.     

微重力环境下水平方管内气液两相流动特性的数值研究

基于数值方法,采用流体体积函数模型(volume of fluid,VOF)对10-4g0和g0重力环境下水平方管内空气-水两相流和制冷剂R134a蒸汽-液体两相流进行数值模拟,分别得到泡状流、弹状流、搅混流和环状流4种典型流型,但两种混合物在流型上存在较大差异。通过对数值结果的统计分析,得到两种混合物在不同重力环境下的压降分布。结果显示,微重力下两种混合物的压降均大于常重力环境,且压降都随气、液速度的增大而增大;相同工况下,空气-水的压降大于R134a蒸汽-液体两相流的压降。将得到的压降数值结果与均相流模型、Friedel模型和Chisholm模型依次进行对比。重新根据分液相雷诺数(Reynolds)将流动分为层流区、过渡区和紊流区,并对Chisholm关系式进行了修正。结果显示,修正后的压降模型能较好地预测微重力环境下的气液两相流动压降。根据汽液两相流动特性,分析了发生以上现象的原因。     

基于自然对流换热末端热泵系统的实验研究

设计了一种基于自然对流换热末端的热泵的循环系统并搭建了该系统的实验装置,利用环境间对该系统的启动过程特性、制热性能、丝管式末端表面温度分布以及室内垂直温度梯度进行了测试.结果表明,该热泵系统启动迅速,丝管式末端的表面温度分布较为均匀,室内空气垂直温差仅为2.1℃,且随着室外温度的升高,该系统的制热量、功耗以及COP均逐渐升高,在室外温度为-20℃～5℃的范围内,其COP最高可达4.34.     

通电空心线圈系统产生的磁场分析

许多医用理疗设备都需要使用通电空心线圈产生磁场,磁场产生方式有利用线圈外部的磁场和线圈空心内部的磁场两种,而这两种方式都将由多个线圈实现。通电线圈排布的合理设计能够提高磁场的均匀性,这将对疗效产生重要的影响,因此分别研究了上述两种磁场的特性。研究结果表明:根据线圈的直径大小和线圈相对距离的配合可以产生最优均匀磁场。     

磁性液体的粘度在外施磁场下呈各向异性的机理研究

为了揭示磁性液体的粘度大小随外施磁场而呈各向异性的机理,对磁性微粒的受力进行了分析计算.结果表明,磁性液体是一种特殊的方向性弱絮凝的胶体,弱絮凝是胶体状态到絮凝状态的一种临界状态,既显示出特有的方向性,又不使胶体系统失稳,合乎磁性液体的粘度随外施磁场变化呈各向异性的事实,从而揭示了磁性液体在外施磁场作用下的方向性弱絮凝是粘度各向异性的形成机理.这些结论为新颖磁性液体传感器件、阻尼器件等的研制提供了设计依据.     

基于转子磁场定向的无轴承异步电机逆系统解耦控制

无轴承异步电机是一个多变量、强耦合、非线性的系统,根据无轴承异步电机的运行机理,推导了旋转力和径向悬浮力方程,建立了基于转子磁场定向的电机的状态方程,根据状态方程分析系统的可逆性,应用α阶逆系统的方法实现了径向悬浮力与旋转力之间、径向悬浮力之间的动态解耦;并采用线性综合方法设计了系统的闭环控制器。仿真结果表明,系统具有良好的动、静态性能。     

高压脉冲电流放电环境中电场和磁场分量的研究

建立简单的物理模型 ,通过时变电磁场的 Maxwell方程组 ,计算了高电压脉冲电流放电环境中的电、磁场分量 ,初步得出脉冲电流发生器结构可改变环境中电磁分量的分布以及安全工作区域的大小。为高压脉冲电流装置的设计及放电环境中安全操作距离的制定提供一定的理论依据和指导。     

磁场作用下磁流变液的流变行为

制备了羰基铁粉为磁性颗粒的水基磁流变液。分别测定了该磁流变液磁场作用下的流变行为及零场流变行为,并采用Bingham模型和Casson模型及剪切稀化关系对获得的流变行为进行了拟合计算,探讨了磁流变液的剪切屈服强度和磁场强度之间的响应关系。研究表明,Bingham模型和Casson模型均可较好地描述磁流变液的流变行为;磁场作用下,磁流变液的剪切应力和表观粘度显著增高,剪切屈服强度从约2Pa增大到约80kPa;剪切率为50s-1时的表观粘度从约64mPa.s增加到约1600Pa.s;该磁流变液的剪切屈服强度与磁场强度之间存在指数关系,其值约为1.7~1.8。     

高电流密度超导储能磁体的研制

分析了不同结构超导储能磁体的特点,针对储能量为MJ量级的超导储能磁体计算了漏磁场分布和超导材料的利用率,提出了储能为1 MJ的单螺管型超导储能磁体的设计方案。采用窄液氦通道技术,利用多芯NbTi/Cu复合超导线,研制了储能量为1 MJ的紧凑型超导储能磁体。磁体内径为439 mm,外径为600 mm,高为550 mm。在运行电流为305A时,磁体的最大磁场为4.9 T,中心磁场为4 T。对超导磁体的试验结果表明,磁体的最大运行电流为303 A,放电功率为100 kW。研制的超导储能磁体可作为恒压/恒功率放电的不间断电源的关键部件。     

高精度加速器超导磁铁电源的研究

针对超导磁铁对电源的要求,提出了基于Buck Chopper电路的多相多重化的电源拓扑结构,采用IGBT为卸能开关来实现失超快速保护,分析了其工作原理。按该方案研制了一套高精度加速器超导磁铁电源,进行了严格的测试,结果表明,该方案满足了同步加速器超导磁铁对电源的高要求。     

Magnet Science and Technology for Basic Research at the High Field Laboratory for Superconducting Materials

1 Introduction The High Field Laboratory for SuperconductingMaterials(HFLSM)has demonstrated the activities formaterials science and condensed matter physics,especially for superconducting and magnetic materials.These activities have been supported by Ins…     

考虑磁体动态特性的高温超导磁储能磁体设计

超导磁体是超导磁储能系统（SMES）的核心部件,其优化设计可以提高SMES的经济性和运行性能。提出了一种考虑磁体动态特性的高温超导磁储能磁体设计方法,该方法以有限元方法为基础,选取遗传算法作为优化工具,对高温超导磁体的内径、单饼匝数和双饼个数进行了优化。该方法将超导磁体的优化分为了两个部分,一次优化以磁体的用线量为优化目标,二次优化将交流损耗低为优化目标。最后用此方法对储能容量为150 kJ的高温超导磁储能磁体进行了优化设计,经过两次优化后的150 kJ磁体方案兼具低用线量和低交流损耗的优点。     

A Superconducting Magnet with Center Field of 10 T and φ100 mm Warm Bore

A conduction-cooled superconducting magnet with central field of 10T and warm bore of 100 mm was designed based on a Nb3Sn and two NbTi superconducting coils. At the first stage, the NbTi coils have been fabricated and tested. A two-stage 4 K Gifford-McMahon (GM) cryocooler with the second-stage power in 1W, 4.2K is used to cool the magnet from room temperature to 4 K. The superconducting magnet with the same power supply has the operating current of 116A. The magnet can be rotated with a support frame to be operated with either horizontal or vertical position. A pair of Bi-2223 high temperature superconducting current leads was employed to reduce heat leakage into 4.2K level. The NbTi coils reachto the operating current of 120A without training effect to be observed during charging of the magnet during 40 minutes charging time and generate the center field of 6.5T. The training effect in the NbTi magnet directly cool-down by cryocooler and inter-winding support structure in magnet can be remarkably improved. The superconducting magnet has been stably operated for more than 275 hours with 6.5T. In this paper, the detailed design, fabrication, stress analysis and quench protection characteristics are presented.     

基于大电流脉冲的超导储能磁体快速放电方法研究

常规的超导储能磁体放电方法不能满足磁体快速放电的要求,而且放电瞬间还会在磁体两端产生高峰值的过电压脉冲,这对磁体的安全是一个隐患,因此寻找快速、安全的放电方法具有一定的现实意义。通过理论分析,笔者研究了在直接放电方法基础上加入电阻性和电容性两种转换电路的可行性。仿真结果表明:两种不同类别的转换电路与直接放电方法相比,不仅放电速率明显提高,还能有效抑制过电压。加入电阻性或电容性转换电路后,磁体中的能量转移更加迅速,输出的电流脉冲峰值更高,对同类超导储能磁体放电研究提供了重要的参考依据。     

超导电感储能高功率脉冲技术及其仿真研究

提出了利用超导磁储能系统(SMES)来提高电力系统稳定性、提供紧急备用电源和实现新概念武器脉冲电源的“一机三职”功能的基础上,研究了一种基于超导电感储能系统和超导开关的脉冲功率成形技术,探讨了超导脉冲功率技术需要解决的重要基础问题;并根据超导电感储能系统及超导开关特性,提出了超导磁体和超导开关的理想结构,设计了一种脉冲成形网络模型;通过控制外加电流触发超导开关失超来控制超导开关断路,实现高密度无损耗储能、可控脉冲整形,并在电阻负载下,进行了脉冲成形回路放电仿真实验,得到了较理想的脉冲功率输出。     

Present Situation of Fukushima and Possibility of Decontamination Technology by Superconducting Magnetic Separation System

A large amount of radionuclides were spread by the accident of Fukushima Daiichi nuclear power plant in 2011. The situation of surrounding area of nuclear power plant is momentarily changing. In order to consider for decontamination or volume reduction of radioactive wastes, it is necessary taking into account not only the technical needs but also feelings of inhabitants, reduction of environmental load, reduction of the radiation exposure on workers, and efficiency and cost of decontamination work. In this paper, the application possibility of superconducting magnetic separation system for decontamination and volume reduction was discussed compared with other technologies from above multidirectional viewpoint.     

超导储能装置在提高电力系统暂态稳定性中的应用

超导储能(superconducting magnetic energy storage,SMES)装置可以很好地改善电力系统暂态稳定性。文中基于PSS/E平台研究了储能装置改善电力系统暂态稳定性的作用,分析了储能装置在不同安装地点以及不同安装容量下对系统暂态稳定性的影响,并给出了效果对比分析,对储能装置实际应用具有一定的指导意义。最后,通过实际华东电网宁德-双龙通道的仿真分析,验证了储能装置在改善电力系统暂态稳定性,抑制系统振荡方面的效果。     

采用ADAMS与电磁系统的耦合优化永磁机构

采用多体动力学软件包ADAMS建立了带四连杆的配永磁机构真空断路器的动力学模型。将磁场方程、电路方程和机械运动方程耦合求解,解决复杂传动方式永磁机构动特性的计算问题。基于永磁机构动特性的计算,对永磁机构的设计参数和结构进行了优化,并且将断路器的灭弧室通过四连杆传动来驱动和通过一个杠杆来驱动进行了比较,结果表明前者的分合闸最大操作电流较小,即永磁机构通过四连杆传动来驱动真空灭弧室比通过一个杠杆来驱动优化效果更好。