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高温超导悬浮系统在不同条件下的电磁力实验研究

作　者: 张兴义
导　师: 周又和
学　校: 兰州大学
专　业: 固体力学
关键词: 高温超导悬浮系统实效性三维测试悬浮力导向力交叉磁通蠕动弛豫抑制翻转冻结镜像模型漂移
分类号: O469
类　型: 博士论文
年　份: 2008年
下　载: 382次
引　用: 7次
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内容摘要

高温超导悬浮系统因其具有独特的自稳定性成为未来高温超导体应用的重要分支。作为超导体最主要应用之一的高温超导悬浮系统,其由单块永磁体和单块超导体构成的电磁相互作用力特性研究一直是超导悬浮系统安全运行设计的基础,成为这一领域的基础性研究课题并受到广泛关注。本博士学位论文主要针对高温超导悬浮系统在不同环境条件下的静、动态电磁力特性开展实验研究,揭示出了一些新的现象及特征。并采用宏观超导理论,对所得结果给予了阐释。首先研究了高温超导体的时效性对悬浮系统中悬浮力的影响,实验表明悬浮力在零场冷情形下具有随机性,而在场冷过程中其绝对值随冷却时间增加而增大;通过对永磁体和超导体之间悬浮力和导向力三维分布的测试,获得了零场冷情形下该系统的最优悬浮区间,同时还发现悬浮力-距离的磁滞回线存在交叉现象,并测试了永磁体的运动速度对悬浮力和导向力的影响。其次,研究了初始冷却高度对轴对称高温超导悬浮系统悬浮力的影响。通过对冻结镜像模型的改进,实现了对最大悬浮力饱和特征问题的理论解释。在此基础上,测试了不同冷却高度的悬浮力弛豫特征,提出了一种悬浮力弛豫的抑制方法,该方法既不显著降低悬浮力的有效值,又可有效抑制悬浮力的时间弛豫。对非轴对称悬浮系统中悬浮力和导向力时间弛豫的测试发现,随着初始冷却高度的降低,不仅存在导向力行为翻转,而且导向力时间弛豫也存在明显的翻转现象。当冷却高度与悬浮高度一致时,悬浮力行为和弛豫行为随着横向位移的改变也存在类似的翻转现象。我们采用Bean模型和Anderson-kim模型定性解释了这种翻转现象,并给出了悬浮力和导向力随时间增大的理论判据。最后,研究了永磁体振动引起悬浮系统的漂移现象。在悬浮力-距离磁滞回线中,当振动测试点位于返回过程时发现永磁体振动可引起悬浮系统悬浮力的下漂移。分析了超导体临界电流密度、外加激励、悬浮体的重量、悬浮高度以及冷却高度等对悬浮漂移的影响。在此基础上,讨论了如何减小或避免悬浮体漂移的可能途径。

全文目录

中文摘要  6-7
英文摘要  7-9
致谢  9-11
第一章绪论  11-30
  1.1 悬浮稳定性机理及技术进展  11-14
  1.2 高温超导材料  14-18
  1.3 高温超导悬浮系统电磁力特性研究现状  18-29
  1.4 本文的主要内容  29-30
第二章高温超导磁悬浮电磁力测试系统  30-40
  2.1 测试系统构成  30-34
  2.2 主要测试功能及性能指标  34-37
  2.3 实验方法  37-39
  2.4 本章小结  39-40
第三章高温超导磁悬浮系统悬浮力和导向力测试  40-57
  3.1 永磁体温度对悬浮系统悬浮力的影响  40-42
  3.2 高温超导体冷却时间对悬浮力的影响  42-46
  3.3 高温超导悬浮系统悬浮力-距离磁滞回线的交叉现象  46-52
  3.4 高温超导悬浮系统悬浮力和导向力的三维测试  52-55
  3.5 本章小结  55-57
第四章不同环境条件对高温超导磁悬浮系统静态电磁力的影响特性  57-87
  4.1 轴对称悬浮系统的静态电磁力  57-64
  4.2 非轴对称悬浮系统的静态电磁力  64-73
  4.3 基于冻结镜像模型的理论分析  73-84
  4.4 悬浮系统的优化策略  84-85
  4.5 本章小结  85-87
第五章高温超导磁悬浮系统的悬浮漂移测试  87-99
  5.1 动态测试实验装置  87-91
  5.2 高温超导悬浮系统的悬浮漂移  91-95
  5.3 悬浮漂移的影响因素分析  95-97
  5.4 关于减小或者避免悬浮漂移的讨论  97-98
  5.5 本章小结  98-99
第六章结束语  99-101
参考文献  101-113
作者简介及攻读博士学位期间完成的论文  113-114

高温超导悬浮系统在不同条件下的电磁力实验研究

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