不同外磁場(chǎng)中高溫超導(dǎo)塊材懸浮特性實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、高溫超導(dǎo)塊材獨(dú)特的零電阻、邁斯納效應(yīng)和磁通釘扎特性，使它能夠在外磁場(chǎng)中實(shí)現(xiàn)無需能量輸入的自穩(wěn)定懸浮。磁場(chǎng)是研究物理現(xiàn)象和機(jī)理的重要工具，目前，國內(nèi)外在永磁體或永磁導(dǎo)軌產(chǎn)生的磁場(chǎng)中，對(duì)高溫超導(dǎo)塊材的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)懸浮特性開展了大量的實(shí)驗(yàn)和理論研究，在一定程度上揭示了超導(dǎo)磁懸浮系統(tǒng)主要的力學(xué)特征和動(dòng)態(tài)響應(yīng)規(guī)律。然而，在高溫超導(dǎo)體的超導(dǎo)機(jī)制還不甚清晰的前題下，對(duì)不同外磁場(chǎng)中高溫超導(dǎo)塊材的懸浮特性進(jìn)行研究，有助于加深對(duì)高溫超導(dǎo)體的超導(dǎo)機(jī)制及高溫超導(dǎo)

2、塊材與外磁場(chǎng)相互作用機(jī)理的理解。目前，對(duì)于高溫超導(dǎo)磁懸浮系統(tǒng)懸浮特性的研究，大多是以永磁體或永磁導(dǎo)軌產(chǎn)生的磁場(chǎng)作為磁源，超導(dǎo)塊材的懸浮性能受到永磁體或永磁導(dǎo)軌磁場(chǎng)強(qiáng)度、位形等的制約。近幾年，隨著超導(dǎo)磁體技術(shù)的不斷發(fā)展，可供科學(xué)研究使用的磁場(chǎng)強(qiáng)度不斷增強(qiáng)，在超導(dǎo)磁體強(qiáng)磁場(chǎng)中研究高溫超導(dǎo)塊材的懸浮性能逐漸成為一個(gè)新的研究方向。
　　本論文在單塊懸浮力測(cè)試裝置、高溫超導(dǎo)磁浮車測(cè)試系統(tǒng)和可控直冷式超導(dǎo)磁體強(qiáng)磁場(chǎng)懸浮特性測(cè)試平臺(tái)上，采用實(shí)驗(yàn)

3、方法對(duì)比研究在永磁體、永磁導(dǎo)軌和超導(dǎo)磁體磁場(chǎng)中高溫超導(dǎo)塊材的懸浮特性。首先，研究了不同初始冷卻條件、不同工作高度和場(chǎng)冷高度下，高溫超導(dǎo)塊材在永磁體磁場(chǎng)中的懸浮力和懸浮力弛豫特性以及不同排布的高溫超導(dǎo)塊材在永磁導(dǎo)軌磁場(chǎng)中的懸浮力特性。然后，將磁化高溫超導(dǎo)塊材引入磁懸浮系統(tǒng)中，研究在超導(dǎo)磁體穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)中以不同退磁速度和磁化強(qiáng)度場(chǎng)冷形成的磁化高溫超導(dǎo)塊材，在永磁體磁場(chǎng)中的懸浮力和懸浮力弛豫特性。最后，將強(qiáng)磁場(chǎng)這一極端條件用于磁懸浮系統(tǒng)懸浮特性的

4、研究，對(duì)不同初始冷卻條件下的高溫超導(dǎo)塊材，在超導(dǎo)磁體梯度變化低磁場(chǎng)、強(qiáng)磁場(chǎng)中的懸浮力特性進(jìn)行了研究。并研究了超導(dǎo)塊材在超導(dǎo)磁體強(qiáng)度變化的動(dòng)態(tài)變化磁場(chǎng)中的懸浮力和懸浮力弛豫特性，揭示了高溫超導(dǎo)塊材在常規(guī)永磁體磁場(chǎng)中無法觀察到的一些新的物理現(xiàn)象和特征，為未來高溫超導(dǎo)磁懸浮系統(tǒng)走向更廣泛的應(yīng)用提供了一定的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
　　研究發(fā)現(xiàn)，在永磁體磁場(chǎng)中，場(chǎng)冷超導(dǎo)塊材的極性與永磁體的極性方向會(huì)對(duì)超導(dǎo)塊的受力產(chǎn)生很大影響。極性方向相同時(shí)，超導(dǎo)塊在整

5、個(gè)測(cè)試過程中都受到懸浮力，超導(dǎo)塊受到的最大懸浮力和磁滯隨著場(chǎng)冷高度的降低而增加;極性方向相反時(shí)，超導(dǎo)塊在測(cè)試過程中會(huì)受到吸引力，超導(dǎo)塊在工作高度處受到的力隨著場(chǎng)冷高度的降低而減小，而磁滯隨著場(chǎng)冷高度的降低而增大;經(jīng)過場(chǎng)冷處理后，高溫超導(dǎo)塊材的懸浮力隨時(shí)間的衰減加快，隨著場(chǎng)冷高度的增加，懸浮力的衰減趨勢(shì)減小。在永磁導(dǎo)軌磁場(chǎng)中，通過對(duì)三種不同排布下高溫超導(dǎo)塊材的懸浮力測(cè)試，指出高溫超導(dǎo)塊材的排布、工作高度、冷卻方式、場(chǎng)冷高度以及外部永磁導(dǎo)軌

6、的磁場(chǎng)分布等，都會(huì)對(duì)磁懸浮系統(tǒng)的懸浮特性產(chǎn)生影響。在將磁化高溫超導(dǎo)塊材引入磁懸浮系統(tǒng)的研究中，得到超導(dǎo)磁體磁場(chǎng)的退磁速度和磁化強(qiáng)度都會(huì)對(duì)磁化高溫超導(dǎo)塊材懸浮特性產(chǎn)生影響。磁化高溫超導(dǎo)塊材的最大懸浮力隨著退磁速度的增加而降低，隨著磁化強(qiáng)度的增加而增大，但當(dāng)勵(lì)磁電流大于30A時(shí)，觀察到懸浮力基本達(dá)到飽合，不再隨勵(lì)磁電流的增加而增大;磁化高溫超導(dǎo)塊材的懸浮力衰減隨著磁化電流的增加而加快，隨著工作高度的提高而降低。在超導(dǎo)磁體梯度變化磁場(chǎng)中的研究

7、發(fā)現(xiàn)，磁場(chǎng)梯度對(duì)懸浮力的影響大于磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)懸浮力的影響，磁場(chǎng)強(qiáng)度較低時(shí)，隨著超導(dǎo)塊材運(yùn)動(dòng)次數(shù)的增加，運(yùn)動(dòng)次數(shù)對(duì)懸浮力的影響可以忽略;在超導(dǎo)磁體強(qiáng)度變化磁場(chǎng)中的研究發(fā)現(xiàn)，隨著外磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化，超導(dǎo)塊材表現(xiàn)出一系列新穎的懸浮行為。在不完全穿透的情況下，外磁場(chǎng)的升降導(dǎo)致超導(dǎo)塊材出現(xiàn)完全不同的懸浮行為;而在完全穿透的情況下，超導(dǎo)塊懸浮力的變化趨勢(shì)表現(xiàn)出隨升場(chǎng)和降場(chǎng)呈沿著Y軸的反向?qū)ΨQ性。通過對(duì)不同強(qiáng)度超導(dǎo)磁體磁場(chǎng)中高溫超導(dǎo)塊材懸浮力弛豫特性的研