高温超导磁悬浮动态特性研究及改善方法

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1、国内图书分类号:TM26密级：公开国际图书分类号:621.3西南交通大学研究生学位论文高温超导磁悬浮动态特性研究及改善方法年级2015姓名金李炜申请学位级别硕士专业载运工具运用工程指导老师邓自刚研究员二零一八年五月ClassifiedIndex:TM26U.D.C:621.3SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisStudyontheDynamicCharacteristicsandImprovementMethodsofHighTemperatureSuperconductingMaglevGr

2、ade:2015Candidate:LiweiJinAcademicDegreeAppliedfor:MasterSpeciality:VehicleOperationEngineeringSupervisor:Prof.ZigangDengMay2018西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要超导现象自1911年被发现以来，由于超导具有零电阻、迈斯纳效应、约瑟夫森效应和磁通钉扎等特性使其能够运用到超导发电机、超导电缆、超导磁浮线列车、热核聚变反应堆、超导电磁炮、超导计算机等诸多领域。2000年由王家素教授领导的西南交通大学超导团队成功研制出了世

3、界首辆载人高温超导磁悬浮实验车，此后世界多国都相继开展了高温超导磁悬浮车的研究。前期对高温超导磁悬浮的研究主要集中在准静态上，包括对静态悬浮力、导向力、力磁豫、刚度等的研究。而未来高温超导磁悬浮列车的工程化运用必须在动态环境下进行，因此有必要开展其动态特性研究。而在实际运行情况下，磁悬浮列车难免会历经不均匀外磁场环境，这必然会对其悬浮特性产生影响。为此，本论文以高温超导磁悬浮动态测试系统装置为实验条件，开展不同超导块材在不均匀外磁场下的动态特性研究。本论文重点研究了YBCO和GdBCO两种块材在不同外磁场环境下的动态悬浮力和块材上下表面中心位置处

4、的磁场变化信号，从磁场信号角度出发分析其悬浮力变化的原因，并综合对比二者的悬浮性能，为以后的工程化车载块材选取提供一定的参考意义。然后本文研究了在不同运行速度和不同场冷高度下的液氮蒸发特性，根据液氮蒸发特性推算出块材在变化外磁场下的交流损耗特性。接着运用多物理场耦合有限元软件COMSOL仿真计算了超导体在变化外磁场下的温升特性和交流损耗特性。最后，根据实验和仿真结果，提出改善高温超导磁悬浮特性的两种方法：一是用GdBCO块材替代YBCO块材；二是在动态运行中减小外磁场变化的频率和幅值，尽量保持外磁场恒定。关键词：高温超导磁悬浮；动态特性；交流损耗

5、；YBCO和GdBCO块材；液氮蒸发；数值仿真西南交通大学硕士研究生学位论文第II页AbstractSuperconductingphenomenonwasfoundsince1911,becauseofthezeroresistance,Meissnereffect,Josephsoneffectandfluxpinningeffect,superconductinghasbeenappliedtosuperconductinggenerators,superconductingcables,superconductingmagneticlev

6、itation(Maglev),thermonuclearfusionreactor,superconductingelectromagneticcannon,superconductingcomputersandmanyotheraspects.In2000thesuperconductingteamledbyWangJiasuresearcheroftheSouthwestJiaotongUniversitydevelopedsuccessfullytheworld'sfirstmannedhightemperaturesuperconduc

7、ting(HTS)maglevtestvehicle,thenmanycountriesintheworldhavecarriedouttheresearchofHTSmaglev.EarlydaystheresearchaboutHTSmaglevwasmainlyfocusedonquasi-static,includingstaticlevitationforce,guidingforce,magnetism,rigidityandsoon.Inthefuture,engineeringapplicationofHTSmaglevmustb

8、ecarriedoutinadynamicenvironment.Sowemustcarryoutitsresearchaboutdyn