行波磁场中高温超导块材磁体力学性能及作用机理研究

The mechanism between high temperature superconducting (HTS) bulk magnets and sinusoidal traveling magnetic field will be investigated. Problems concerning the trapped-flux, electromagnetic forces and temperature fluctuations caused by ac losses are explored.The correspondence between trapped-flux and traveling magnetic field parameters and the optimal topology features of multiple superconducting magnet arrays will be sought. To find the negative effects of HTS bulk magnet linear propulsion system, magnetic relaxation and force decay behavior, which will be caused by the ac losses, flux flow and creep and thermal effects, will be studied.The dynamic characteristics of the induction current, trapped-flux, temperature fluctuations and electromagnetic forces will be also studied based on the three-dimensional superconducting model including the thermal-magnetic coupling relationship.Solutions will be proposed to any negative effects encountered during the experimental studies and theoretical analyses. The fundamental research on The mechanism between high temperature superconducting bulk magnets and sinusoidal traveling magnetic field will help the design and optimization of linear propulsion systems consisting HTS bulk magnets.

本课题将全面研究高温超导块材磁体与交变行波磁场间的作用机理。力图揭示行波磁场中的高温超导磁体内部磁通运动规律，能量损耗、内部温升、力学性能的潜在联系，以寻求块材磁体俘获磁通大小、空间分布与行波磁场参数的最佳对应关系，以寻求多块块材磁体阵列的最优拓扑结构特征；增加对高温超导磁体内部磁通钉扎、蠕动及流动本征问题的考虑，探讨磁通运动、交流损耗和热效应等造成的磁弛豫和力衰减行为，以发现高温超导块材磁体直线电机的不利因素。开发电磁场与热学温度场耦合的三维超导仿真模型，研究临界电流密度和温度相互影响下，块材磁体俘获磁通、内部感应电流分布、温度分布以及宏观电磁力的动态过程，力图探索其物理本质。从实用角度给出抑制不利因素的解决方案，探讨其技术实施的可行性和有效性，为正弦波高温超导同步直线电机的设计提供实验依据和理论指导。相关研究成果有望为高温超导体应用于交流场合的损耗机制等研究提供启示。

本项目研究了高温超导块材磁体与交变行波磁场间的作用机理。揭示了行波磁场中的高温超导磁体内部磁通运动规律，能量损耗、内部温升、力学性能的潜在联系，主要研究内容涉及超导块材磁体与行波磁场作用过程的实验研究。探讨磁通运动、交流损耗和热效应等造成的磁弛豫和力衰减行为，以发现高温超导块材磁体直线电机的不利因素。利用数值仿真方法研究了多块高温超导块材磁体在行波磁场作用过程中的相互影响机制。建立和求解高温超导体的三维电磁场控制方程，以及温度场耦合问题，研究临界电流密度和温度相互影响下，块材磁体俘获磁通、内部感应电流分布、温度分布以及宏观电磁力的动态过程。从实用角度给出抑制不利因素的解决方案，探讨其技术实施的可行性和有效性，为正弦波高温超导同步直线电机的设计提供实验依据和理论指导。