多芯Bi-2223/Ag带材交流损耗的特性研究

Bi-2223/Ag是一种很有前景的高温超导带材,交流损耗是高温超导在大规模电力应用方面的瓶颈,如何降低Bi-2223/Ag中的交流损耗是人们一直关注的问题。带材超导部分的横截面形状对交流损耗有很大的影响,前人曾通过双轴轧制等工艺制造矩形截面的带材,以降低其交流损耗;另有人在单芯带材中得到了环状结构,从中发现可降低交流损耗。本论文尝试利用抽换芯工艺制造多芯环状截面的Bi-2223/Ag高温超导带材,以期降低带材的交流损耗。论文中,通过解析方法计算了临界态模型下,临界电流密度在径向上分布不均匀的超导体的交流损耗特性,并得到结论:带材的外围临界电流密度越高,交流损耗性能越好。     

临界电流密度对圆柱状超导体力学特性的影响

高温超导体具有较高的临界温度、高载流能力和低能耗特性,在电力领域得到了广泛的应用,其在通有承载电流情况下的力学特性得到了广泛的关注.研究了承载电流情形下圆柱状超导结构内的磁通钉扎力学响应.考虑临界电流密度沿径向非均匀分布,基于临界态Bean模型,获得了圆柱状超导结构内的感应磁场及电流的分布规律.结合平面应变方法,给出了结构内磁通钉扎力、应力及磁致伸缩的解析表达式.结果表明:临界电流密度非均匀分布时,超导结构内的应力变化趋势与均匀分布时一致,然而临界电流密度的非均匀分布将导致超导结构内的应力和磁致伸缩的极值增大,并引起结构内局部径向应力大小发生改变以及环向应力分布不连续.本研究表明临界电流密度非均匀性对超导结构力学性能的影响是显著的,可为超导体的设计和实际应用提供参考依据.     

高温超导电机电枢线圈临界电流密度研究

高温超导线材的临界电流密度受磁场的影响,在设计计算时,通常假设在线圈截面上电流密度是均匀分布的。但是,实际上在线圈截面上,电压是一致的。由于线圈中的磁场不均匀分布,各处的临界电流密度是不同的。采用数值模拟的方法,分析了高温超导线圈截面上的临界电流分布。结果显示,临界电流密度的分布是不均匀的,总的临界电流可比按均匀分布时的计算结果提高25%以上。     

拉伸应变对YBCO涂层导体传输特性的影响

本文通过实验研究了拉伸应变对YBCO涂层导体的临界电流(Ic)、n值和交流损耗的影响(零场,77K),实验结果表明,随着拉伸应变的增大,YBCO涂层导体Ic的变化分为三个阶段,开始缓慢上升,然后缓慢下降,最后快速下降,Ic的上升表明带材中存在残余压缩应变,Ic的衰减是由于应变导致弱连接区域的钉扎势与晶界间临界电流密度同时减小引起的;而n值随应变增加基本上没有变化,说明沿导体长度方向的Ic分布没有变化.由于临界电流密度沿样品宽度方向分布不均匀,实验所得的交流损耗结果与采用Norris模型计算所得的结果不一致,同时,当应变超过不可逆应变、电流接近Ic时,交流损耗快速增加.     

高温超导薄膜临界电流密度的无损测量研究

临界电流密度Jc是超导薄膜的一个重要参量,它可以衡量超导薄膜的功率承载能力。大面积高温超导薄膜制成后,其Jc需要被无损精确测量。文中提出了一种新的交流磁场下的高温超导薄膜临界态模型:(1)基于此模型对薄膜的临界电流密度进行了精确无损测量;(2)并将实验测量的三次谐波电压曲线进行拟合研究。首先,根据麦克斯韦方程和伦敦方程,计算外加直流磁场超导薄膜Meissner态下电流和磁场在薄膜内的分布;然后分析薄膜进入临界态后内部电流的变化,在考虑顶扎力作用的情况下,提出了临界态电流和磁场非均匀分布模型;最后根据其模型,推导出三次谐波电压的表达式。为了验证该理论,分别对四片超导薄膜在不同频率下进行了三次谐波和临界电流密度测量。实验结果表明:三次谐波电压的理论与实验曲线一致;与四点传输法的测量结果相比较,该方法测量超导薄膜临界电流密度的误差在5%左右,具有高精度、无损伤、方便快捷等优点。     

Bi系高温超导带材交流传输损耗的研究和分析

本文研究了Bi-2223高温超导带材的交流传输损耗和频率及运行电流的关系, 调查了热循环过程对交流传输损耗的影响. 实验中, 使用了Lock-in 放大器, 利用四引线法来测量带材交流传输损耗. 实验在温度为77K频率从45Hz到135Hz下进行. 在调查损耗和频率及运行电流的关系时, 发现在运行电流幅值小于临界电流时, 每周传输损耗和频率无关, 说明这时的损耗主要来源于磁滞损耗, 实验结果和Norris椭圆模型的计算结果很接近. 在研究交流传输损耗和热循环的关系时, 发现随着冷热循环次数的增加, 交流损耗也在增加. 这种损耗的增加来源于冷热循环过程中产生的应力, 这种应力的释放减弱了晶粒间的Josephson连接, 使临界电流下降, 从而造成了交流传输损耗的增加.     

高温超导磁体系统发热仿真及实验研究

本论文对高温超导磁体在传输直流电流时产生的损耗进行了理论分析和实验验证.本文考虑了高温超导带材非线性模型磁场方向对带材临界电流和n值的影响,用Bi2223超导带材绕制了(一个由20个双饼组成的高温超导磁体,用数值仿真和实验方法研究了此磁体传输直流电流时的指数损耗.并对每个双饼以及每匝线圈的损耗进行了分析.在液氮温度下对一个双饼线圈进行了指数损耗的测量,测量结果与数值仿真结果相当吻合.利用高温超导体临界电流此非线性模型,本文对此磁体快速励磁情况下的交流损耗的特点进行了数值模拟.     

不同温区下准各向同性超导股线传输损耗研究

对第二代高温超导带材堆叠的准各向同性高温超导股线进行仿真，研究其在不同温区下的交流损耗。首先采用自洽模型获得20 K至77.5 K下超导股线的自场临界电流和磁场分布，然后通过T-A算法计算超导股线在不同温区下的传输不同幅值、频率的传输交流损耗。仿真结果表明，准各向同性高温超导股线在不同温区下的传输交流损耗与传输电流大小成正比，且温度越低传输交流损耗越大；不同温区下超导股线的传输损耗与频率无关。这对准各向同性超导股线应用于高场强磁体的冷却系统效率及热负荷的预估具有重要的参考意义。     

YBCO高温超导磁体临界电流密度快速确定方法

基于绘图法基本原理,以及YBCO高温超导带材的临界电流特性,采用有限元电磁场分析软件AnsoftMaxwell建立了空心圆柱磁体模型.根据磁场分布、并考虑到带材的临界电流密度随磁场大小和方向的变化关系,给出了影响磁体工作电流特性的磁场的分布.基于以上工作提出了一种利用Ansoft电磁场分析软件快速确定YB-CO高温超导带材临界电流密度的方法.     

高温超导YBCO薄膜中的传输交流损耗

基于Norris方程和Bean临界态模型,考虑薄膜超导体内的磁场和电流密度分布特性,通过解析求解的方法推导出薄膜超导体在传输外加电流时其内部的磁场和电流密度以及传输交流损耗的解析表达式,从定量的角度研究超导体截面几何形状对传输交流损耗的影响.结果表明薄膜超导体边缘处的剧烈变化的磁场和电流的分布以及无场区的电流承载能力是...     

径向线内电子束的空间极限电流

为了对径向线内电子束的空间极限电流及相关物理参量进行分析, 在径向方向无穷长与束流密度轴向均匀的假设条件下, 对电势满足的线性泊松方程进行了解析求解, 得到了空间极限电流的解析表达式, 接下来对束流密度轴向非均匀分析条件下电势满足的非线性方程进行了数值求解, 并与解析结果进行了对比。研究表明径向电子束具有较高的空间极限电流且当束流接近于极限电流传输时, 束密度的非均匀性明显增加, 相关结论可以为径向高功率微波器件的设计提供指导。     

Two-dimensional, self-consistent, three-moment simulation of RFglow discharge

A two-dimensional self-consistent nonequilibrium fluid model is used to simulate radio frequency (RF) glow discharges to evaluate the quantitative effects of the radial and axial flow dynamics inside a cylindrically symmetric parallel-plate geometry. This model is based on the three moments of the Boltzmann equation and on Poisson's equation. Radial/axial flow dynamics of plasma in low-pressure parallel plate RF glow discharges are investigated. Instead of uniform profiles along the radial direction, which are assumed in one-dimensional models, nonplate profiles are obtained from the two-dimensional simulations. Ionization rate and three moment distributions of plasma density, average velocity, and mean energy are presented in a two-dimensional configuration. The maximum ionization rate occurs in the radial sheath region and agrees with experimental results. Variations in ion density distributions at different positions, various gas pressures frequencies, and applied fields are discussed     

轴对称非均匀弹性介质中引力波对声子的作用效应

采用Ｓｅｒｅｂｒｙａｎｙ的复空间中的复坐标法，讨论了轴对称非均匀弹性介质中引力波对声子的作用效应，并给出了由引力波产生的激发力的表达式和相应的声子解。解的形式表明，平行于对称轴方向传播的引力波只对声子场的径向分量、切向分量产生扰动，垂直于对称轴方向传播的引力波则对声子场的径向分量、切向分量和轴向分量均产生扰动，扰动强度取决于切变模量径向分布函数的具体形式和引力波的振幅。此外，本文还将所得结果与含有螺旋位错的拓扑声子空间中引力波的扰动效应作了比较。 关键词：     

ST嬗变堆中心柱的中子学及中子辐照效应研究

基于先进核数据库ENDF/B-VI和计算机程序对ST嬗变堆中心柱的中子学及辐照损伤的二维分析计算结果，分别对中心柱导体因中子辐照影响而引起电阻率、电阻、电流和欧姆电阻功率等的沿径向不均匀分布，以及辐照损伤对中心柱热工水力问题及更换寿命的影响进行了分析和计算。结果表明，中子辐照直接改变了中心柱导体材料的电阻率分布。热工-水力学分析和计算表明，电流不均匀分布可显著地延长中心柱的使用寿命，并估算出ST嬗变堆中心柱设计的更换寿命大约8年。     

DLN燃烧室的燃料-空气预混均匀性研究

参照国产燃机DLN燃烧室的燃料-空气预混机构,模化设计了相应的试验装置,并在冷态条件下,测量了燃料-空气的预混预均匀性,发现无论在径向还是周向的燃料分空间布都极不均匀,这对控制燃烧时的NOx排放显然是十分不利的。为此,本文进一步分析了影响预混均匀性的各种因素,指出该燃烧室的预混不均的主要原因是燃料-空气射流动量比偏小,预混长度短和燃料径向喷射不匀,并通过实验验证了上述分析,提出了改进的措施和方向。     

Imaging deviation through non-uniform flow fields around high-speed flying vehicles

The non-uniform flow field around high-speed flying vehicle “bends” the ray and imposes a deviation at the end of the propagation path. This imaging deviation is a kind of aero-optic effect. In this paper, we catalog the factors that influence the deviation into two classes: the vehicle-related factors and the flowfield-related factors. Flow density computation and density–refractive index conversion are discussed. A backward ray-tracing scheme is proposed. The deviations, the propagation path distances in the non-uniform flow field, and the density distributions along propagation paths for two different flying cases are computed. Three flowfield-related factors should be considered in order to reduce the deviation: the propagation path distance in the non-uniform flow field, which should be as short as possible; the angle of incidence at the freestream boundary, which should be as small as possible; and the density distribution along propagation path in the non-uniform flow field, which should be as flat as possible.     

热扩散效应在热声分离中的作用机理

在充满二元混合气体的声波谐振管中,振荡的气体会在径向上建立振荡的温度梯度,径向的温度梯度会引起两种组分的分子沿着不同方向进行扩散,在这种热扩散效应和热声效应的共同作用下,声波能够把混合气体中的两种组分分别带向谐振腔的速度节点和压力节点,使得混合气体在声波传播方向上逐渐分离。为了研究热声分离过程的机理,本文对一个半波长的声波谐振管进行了二维的建模,并基于可压缩的SIMPLE算法,通过求解He-Ar混合气体的速度场、温度场和一种组分的浓度场,对谐振腔内的传热传质过程进行了详细的数值模拟研究。数值模拟结果与文献的理论计算值进行了比较,结果符合良好。随后,通过研究一个周期内径向上的温度、速度和Ar的摩尔分数分布,揭示了径向上的热扩散过程,以及中间气体与边界层内气体之间的热质交换过程,完整地解释了热声分离过程的发生机理。     

三环非均匀混合偏振同轴矢量光束的聚焦特性

基于Richards-Wolf矢量衍射积分公式,数值分析了同轴三环非均匀混合偏振矢量光束经过高数值孔径透镜的聚焦特性。该矢量光束由同轴三环局域线偏振矢量光束通过一个相位延迟角为δ的液晶相位延迟器产生,光束偏振变为包含线偏振、圆偏振和椭圆偏振的混合态。同轴三环局域线偏振矢量光束的偏振分布是由径向向内偏振的外环光束、径向向外偏振的内环光束和线偏振方向与径向方向夹角为φ2的中环光束构成。数值模拟结果显示该混合偏振矢量光束的聚焦强度分布与参数φ2和相位延迟角δ密切相关,当选取适当的φ2和δ时,在焦平面附近产生沿光轴方向的三维多点光俘获结构——暗光链,这在光学微操纵领域具有潜在的应用价值。     

1064 nm激光对中性密度滤光片的损伤机理研究

中性密度滤光片的典型结构是在K9玻璃上镀金属膜,来实现对激光的有效吸收.由于损伤阈值较低,严重限制了其在高能激光系统中的应用.实验研究了较高激光能量密度下滤光片的损伤形貌和损伤机理.损伤形貌的变化特征是:随着激光能量密度的增加,滤光片先出现损伤点,后以损伤点为中心产生裂纹,且裂纹长度逐渐变长,最终连接成线状和块状,导致大面积的薄膜脱落.建立了缺陷吸收激光能量升温致中性密度滤光片表面薄膜损伤的模型,计算了薄膜表面的温度和应力分布,讨论了薄膜表面不均匀温升造成的径向、环向和轴向热应力分布.理论分析显示:环向应力是造成薄膜沿径向产生裂纹的主要原因.当激光能量密度大于约2.2 J/cm²,杂质粒子半径大于140 nm且相邻杂质粒子之间的距离小于10 μ m时,裂纹才能大量连接起来引起薄膜的大面积脱落.