超导体与铁磁体耦合作用下的动态电磁性能仿真技术研究

超导材料在电工应用中经常会处于铁磁环境。超导体与铁磁体同属非线性材料，又具有历史依赖性。在动态应用环境下，铁磁体会影响超导体的磁场穿透过程，超导体也会影响铁磁体的磁化过程，这种耦合过程无法利用解析方法求解，也很难利用实验定量分析。.该项目拟研究超导体与铁磁体耦合作用下的电磁性能仿真算法及其实现方法，具体而言研究超导体在铁磁环境下携带传输电流或外加磁场下的磁场穿透过程;研究铁磁体与超导相互作用下的磁化过程。由超导体的磁场穿透过程，铁磁体的磁化过程不但可以精细研究两种材料的耦合物理过程，辅助实验研究，还可推导出铁磁环境下的超导体作为整体体现出来的输运，交流损耗，交流磁化率等宏观电磁特性，为超导器件设计提供参考依据。.计算仿真环境选用国内通用的ANSYS有限元软件包。核心算法采用参数设计语言APDL实现，其代码开放供相关科研单位在此基础上进行二次开发，结合具体应用实例开展深入研究。

本项目通过三年的研究，主要的研究成果有两项：. 第一，提出并完善了一种基于电阻率变化(Resistivity Adaption Algorithm；RAA)算法的超导体，超导器件磁通穿透过程数值仿真方法。利用该算法可以在任意具备涡流计算能力的数值仿真平台上，结合任意描述超导体的磁通运动模型（如临界态模型，磁通流动模型，磁通跳跃模型）实现超导体磁通穿透过程的全程模型。并由磁通穿透过程，计算超导带材，或者超导器件的交直流宏观电磁特性，仿真工作具体完成的内容有：. 建立了RAA算法的数学模型，解决RAA的算法的本征难点；完成了RAA算法在ANSYS有限元软件包上的实现；利用仿真平台开展对高温超导线圈和高温超导电缆的动态电磁性能仿真工作；系统测量了50W400型号硅钢片在77K下和室温下的交流损耗. 本项目另外一项重要的成果是在研究超导体与磁路的过程中，提出了一种基于磁路法的超导长带均匀性测试系统，该系统相对已有测试方法最大优点是：第一理论上消除了机械噪音引起的测量误差，实现快速测量；第二，系统可以测量具有铁磁基底超导带材均匀性的能力。目前已经开发出实验样机两台，其中一台在超导生产企业得到试用，有效改善了产品质量。目前关于此测量系统已经授权国家发明专利两项。 . 除了以上两条主要研究成果，还提出了一种基于闭合超导线圈结构的被动抵消式磁屏蔽系统，对低频磁场噪音具有很好的屏蔽效果，目前磁屏蔽系统已经获得授权发明专利一项，相关结果也已发表在国际知名刊物上。 . 通过该项目的研究，总计培养硕士3名，1名毕业，2名在读。博士生1名，在读。在国际学术期刊、国际会议及国内核心期刊上发表论文3篇，其中被SCI收录3篇、另有一篇SCI论文已经接受，还有两篇处于在投状态。项目总计获得国家发明专利3项。