小型超導磁體的電流引線及脈管制冷機研究.pdf

1、小型低溫制冷機技術(shù)的發(fā)展和高溫超導材料的發(fā)現(xiàn)，使得利用制冷機冷卻低溫超導磁體成為可能，而脈管制冷機由于冷端不存在運動部件，具有運行可靠、低振動、低噪聲以及長壽命等優(yōu)點，得到人們的青睞。本文主要介紹使用自制的二級脈管制冷機冷卻小型NbTi超導磁體系統(tǒng)以及系統(tǒng)中二元電流引線的設計問題，詳細介紹了脈管制冷機第一級恢復實驗結(jié)果。具體研究工作如下： 1、二級脈管制冷機冷卻小型NbTi超導磁體系統(tǒng)元件的加工和組裝。本文從實際的加工和組裝出發(fā)

2、，詳細介紹了系統(tǒng)中的超導磁體系統(tǒng)、低溫冷卻系統(tǒng)及一些輔助元件的結(jié)構(gòu)。 2、系統(tǒng)中二元電流引線的優(yōu)化設計。電流引線由高溫段的銅引線和低溫段的Bi-2223高溫超導電流引線組成，運行電流35A。假設遵守Wiedeman-Frantz定律的基礎(chǔ)上，對銅引線進行理論優(yōu)化，得到最佳幾何優(yōu)化參數(shù)Γ；利用擬合熱導率與電阻率的計算式，用數(shù)值方法得到優(yōu)化結(jié)果。由于對熱導率和電阻率的處理方法不同，造成了求解結(jié)果的差異。對本系統(tǒng)來說，數(shù)值求解得到的最

3、佳幾何優(yōu)化參數(shù)r和最小漏熱量略小于理論解并且兩者溫度分布不同，數(shù)值計算中的物性更接近實際物性，所以結(jié)果較為精確，但與實際優(yōu)化值相比仍存在誤差。通過計算HTS電流引線發(fā)現(xiàn)：HTS電流引線存在一個合理的長度范圍使得其對制冷機單位電流功耗影響較小且引線制作成本低；當HTS電流引線長度一定時，存在一個唯一最佳電流密度和截點溫度使得制冷機單位電流功耗最小。 3、使用有限元軟件ANSYS10.0，對電流引線中的傳熱進行有限元分析。對熱傳導有

4、限元基本理論進行了簡單介紹，建立了有限元模型。通過求解一系列不同結(jié)構(gòu)尺寸的模型，得到銅引線低溫端面漏熱與Γ值的關(guān)系曲線，驗證優(yōu)化設計得到的Γ值。銅引線最優(yōu)結(jié)構(gòu)時的溫度分布形狀與優(yōu)化設計中得到的結(jié)果存在差異，這也是由于對物性處理方法不同引起的。由于有限元分析過程中使用了實際物性，所以得到的結(jié)果更精確。數(shù)值模擬了銅電流引線尺寸不變時在不同電流下的溫度分布，由此研究當電流變化時引線內(nèi)的溫度變化，可避免因電流過大燒毀引線。 4、二級脈