制冷机直接冷却高温超导磁体的实验研究

利用5W／20K GM制冷机对高温超导磁体(HTS-SMES)进行了直接冷却实验研究，HTS磁体用Bi-2223带材绕制，内径72mm，外径112mm，高110mm,高温超导磁体经过16h冷却，达到25．4K低温温度.磁体轴向温差为2．8K，径向温差小于1K．实验表明，设计的高温超导磁体直接冷却结构和实验装置是可行的,为高温超导磁储能磁体直接冷却取得了理论分析依据和买验数据.     

铋系2223带材包套合金化对制备工艺的影响

对铋系2223高温超导带材的制备过程中所涉及的力学问题进行了理论分析和实验研究.结果表明,由于不同包套和超导芯间的变形阻力不同,导致带材制备过程中的变形均匀性有很大差别;通过对带材轧制过程中截面内的应力分析,解释了超导电流"肌肤效应"产生的原因;通过测量中间轧制过程中超导带材的电流密度,给出了不同包套带材单次轧制的最佳形变量.     

聚变堆用Nb_3Sn超导磁体设计分析

文章介绍了Nb3Sn CICC超导磁体的设计分析过程。根据超导磁体设计要求,以零维模型为基础,给出了磁体设计的基本方法与公式,得到了磁体运行的主要性能参数。计算结果表明,导体具有较大的温度裕度和稳定性裕度,磁体的设计是安全可靠的。     

Design and research of torque tube used in HTS motor

In order to improve the overall performance of high temperature superconducting （HTS） motor, a radial connection torque tube with high strength and low thermal leakage has been designed. Firstly, fiberglass epoxy composite is chosen as con- struction material. The structural size of the torque tube is obtained by means of load analysis and theoretical calculation. Secondly, thermal leakage of the torque tube is calculated with both theo- retical method and 3D finite-element analysis （FEA）. According to the result of the thermal analysis and mechanical loads, the struc- tural stresses of the torque tube are also obtained by FEA method. Lastly, a low temperature test platform is developed to verify the strength and the thermal leakage of the torque tube. The results show that the maximal shear stress of the torque tube is 24.3 MPa and thermal leakage of torque tube is 10.5 W, which satisfy the design requirements of the HTS motor. The torque tube also works in good condition at full-power and full-torque testing of the motor. The design method is also applicable for other similar design of torque tube in other applications.     

Design of high temperature superconducting contiguous-band diplexer

A high temperature superconducting (HTS) contiguous-band diplexer was designed and fabricated. The HTS contiguous-band diplexer was made using 2-inch-diameter LaA1O₃ wafers coated with epitaxial thin film YBO on both sides, and was made up of two 4-pole singly-terminated low-pass prototype bandpass channel filters connected in parallel. Its operation frequency was centered at 3.25GHz and 3.75GHz with 500-MHz-wide channels. The HTS diplexer operated at 77 K shows excellent performance. The insertion loss in the pass-band is less than 0.8 dB and the rejection between per channel is greater than 30dB. In comparison with the conventional diplexer, the HTS diplexer offers more than 2dB improvement in insertion loss performance and 3/4 volume reduction. This design concept can be applied to the design of HTS multiplexer and the future HTS ESM channeliser systems.     

Development of X-band high temperature superconducting filters

A synthesized design method is proposed to design microstrip band-pass filters. The impact of the box structure to the filter performance is considered besides the structure of microstrip. An X-band high temperature superconducting (HTS) microstrip filter for deep space network is designed using this method. The six-pole microstrip band-pass filter at frequency of 9500 ± 500 MHz is realized using TBCCO HTS thin film grown on 0.5 mm thick LaAlO3 substrate. The filter shows very high rejection of 90 dB in the...     

Cu-Zn催化剂的CO水汽变换反应特性

通过考察不同条件下烧结对Cu-Zn和Fe-Cr催化剂变换反应性能的影响,并结合催化剂的化学吸附表征手段,探讨了用Cu-Zn系催化剂替代Fe-Cr系催化剂作为高变催化剂的可行性.活性评价结果表明,从初期活性来看,Cu-Zn系催化剂不仅在低变温度,而且在高变温度下也优于Fe-Cr系催化剂;从催化剂的烧结特性来看,Cu-Zn系催化剂虽然在450℃的高温烧结条件下于初期阶段烧结明显,但500h之后逐渐趋于稳定,稳定后的活性仍优于Fe-Cr系催化剂.活性评价结果与CO化学吸附量测试结果相吻合.据此提出了不使用Fe-Cr系催化剂,在高、低温变换过程均使用Cu-Zn系催化剂的CO变换工艺,可将入口体积分数10%的CO去除到1%以下.     

Development of high-temperature superconducting filters operating at temperatures above 90 K

This paper represents the development of a high temperature superconducting （HTS） filter, the highest operating temperature of which is up to 93 K. The filter is designed for S band with 4% fractional bandwidth and fabricated using thallium-barium-calcium-copper oxide （TI2Ba2CaCu2O8） thin films. At 93 K, the measurements of the filter show that the insertion loss in the passband is less than 0.22 dB, the return loss is better than 20 dB, and the out-of-band rejection is more than 80 dB. The analysis on the characteristics of the filter operating at different temperatures shows that the filter can work well at temperatures around 90 K. The temperature of 93 K is the highest among the previous reports for HTS filters. The result reported in this paper is significant for HTS filters to be used in the field of microwave communication requiring high sensitivity.     

多频法测量高温超导薄膜表面电阻

本对介质谐振器法测量高温超导薄膜微波表面电阻的方法进行了详细的研究，并对测试系统的损耗提出了新的计算方法．由四个不同直径、相同高度的蓝宝石构成四个谐振器，对同一组铜膜进行测量，根据金属表面电阻与频率的关系，分析测试装置的损耗，从而更精确地测出薄膜的表面电阻．经实验证明，此方法能得到比传统测量更为精确的测量结果．     

管内电缆导体截面股线接触力行为分析

国际热核聚变试验堆(ITER)所希冀的是由管内电缆导体(CICC)绕制的超导磁体产生强磁场约束高温等离子体的运动,进而实现可控的热核聚变. CICC导体结构复杂,通常是由上千根NbTi/Cu或Nb3Sn/Cu经四级或五级绞缆加工而成,运行在极低温、大电流、强磁场复杂环境,承受的电磁力将引起股线间产生接触挤压变形,甚至引起股线的断裂,给装置安全性带来隐患.传统的CICC导体横截面股线接触力研究实验上多采用非实体的光弹模型,数值上采用不含颗粒变形的离散单元法(Discrete Element Method, DEM),均难以给出真实的CICC导体截面股线接触力特征.本文实验中采用真实的CICC导体,通过在横截面喷涂散斑的方式,采用数字图像相关法(Digital Image Correlation, DIC),给出了股线间的变形特征.理论上采用颗粒单元法(Granular Element Method, GEM),将DIC获得的股线变形作为输入参数,直接给出了CICC导体在横向压力作用下的横截面股线接触力的分布特征,并对接触力链大小和方向进行了统计分析.     

HT-7U托卡马克核聚变装置中纵场超导磁体系统的设计

HT-7U核聚变实验装置是"九五"国家重大科学工程项目,它是一个具有非圆截面的全超导托卡马克装置,是用于研究先进的托卡马克运行模式来获得准稳态的、极长的长脉冲等离子体,并可实现全电流下的双零高β和单零等离子体的运行实验。整个装置包括装置主机以及低温、真空、电源及控制、数据采集和处理、波加热、波驱动电流、诊断与公共基础设施等重要子系统,其中装置主机是由超导纵场磁体系统、超导极向场磁体系统、真空室及其内部部件、内外冷屏和外真空杜瓦5大部件组成。文章主要介绍了HT-7U纵场超导磁体系统结构与超导管状电缆CICC(Cable-in-ConduitConductor)的设计以及该磁体系统的各种力学分析等。     

导体结构对超导磁体最大磁场的影响

现有文献在计算超导磁体的磁场时,往往假定电流在导体截面中的分布是均匀的,而不考虑导体的具体结构。本文通过对美国威斯康辛大学5500MWh超导储能线圈设计方案在采用不同导体结构情况下的最大磁场进行计算和比较后指出,导体结构对线圈导体处磁场的分布和最大磁场的大小有很大的影响。不考虑这个因素可能对磁体的稳定和安全运行带来严重问题。文章同时指出,对于大型超导储能线圈导体的结构设计,除了要考虑传热和冷却,机械强度和制造工艺等因素外。同样需要考虑由于导体截面中电流的不均匀分布对最大磁场的影响。     

高温超导交流电缆电流分布及结构优化的研究

针对高温超导电缆各导电层电流分配不均将导致交流损耗增大的问题，计算了导电层自感和层间互感，然后依据超导电缆的等效电路模型，给出了求解各层电流的电路矩阵方程．以各导电层的绕向角、绕制方向和层半径为优化变量，以各层电流均衡分布建立目标函数，考虑带材的机械性能、临界电流等约束条件，采用遗传一模拟退火优化方法，对电缆导电层进行结构参数优化．计算结果表明，通过优化调整电缆导电层的结构参数，各层电流可以达到均衡分布，交流损耗显著降低．     

高温超导线圈的交直流冲击安全性仿真

超导磁体的稳定性和线圈产生的热量在线圈中积累有着很重要的关系,因此超导线圈在大电流冲击下的热稳定性问题的研究就有着典型意义.本文建立一个载流高温超导线圈的温度分布随时间的推移数值模型,并采用差分法模拟线圈在大电流冲击下的发热和传热情况.研究发现超导线圈的散热能力和热容是决定其能否工作在很高温度下的决定性因素.     

Second generation YBCO coated conductors： A review

The advance in first generation Bi-2223 HTS wire has enabled the demonstration of superconducting power cables, magnetic energy-storage devices, transformers,fault current limiters and motors. However, the low irreversibility field (H^*) prevents application of Bi-2223 at 77 Kin any significant field. Worldwide activities are therefore,focused on developing a second-generation HTS technology based on YBCO, for which H^* (77K)-7 T. In this paper, we discuss the status and commercial prospects of second generation HTS wire technologies. In addition, we review the recent results and discuss the prospects of future applications.     

超导“邻近效应”与电子能态分布研究

运用稳恒条件和动量守恒定律说明了稳恒电路中,穿过任意横截面的全部载流子的定向运动总动量在数值上是守恒的;比较了超导薄膜中和正常导体的外表面层中载流子的能态,用以上的两个结果解释了超导“邻近效应”.     

基于暂态等效风速系数的高压架空线路载流量估计*

基于等效风速系数的架空线路载流量估计方法无需风速和风向参数,具有计算简单和精度高的优势;但由导线稳态热平衡方程推得,使用时要求线路温度和等效风速系数处于稳定状态,一定程度上限制了方法的精度。为此,提出一种基于暂态等效风速系数的线路载流量估计方法。首先利用导线非稳态热平衡方程计算暂态等效风速系数,再结合马尔科夫链方法模拟导线在不同电流下的温度变化,最后通过概率方式估计线路载流量。利用导线载流温升实验平台对所提方法进行了实验验证。结果表明,即便导线温度和风速系数处于波动状态,所提方法也可在不依赖风速和风向条件下,准确估计线路载流量。     

高温超导电缆的磁场计算

以螺旋电流导体磁场分析为基础，推导了超导输电电缆各层导体自感和层间互感，以及各层导体所承受的不同方向的磁场强度计算公式，并给出算例，这些计算方法是优化超导电缆层间分流均匀性，分析超导电缆交流损耗的基础．     

改进粒子群算法及其在超导电缆参数优化中的应用

提出了一种改进粒子群优化算法，引入平均粒距和差分进化算子改善了传统粒子群算法在高维、多峰函数寻优应用中容易出现“早熟”的问题，并且应用物理加速度的概念，描述了其他粒子的速度信息对某个粒子速度产生的影响，从而加快了粒子群算法的收敛速度．针对高温超导电缆电流分配不均将导致交流损耗增大的问题，应用改进粒子群算法对冷介质超导电缆的绕制方向、绕向角和半径进行了优化．计算结果表明，通过优化调整电缆导电层的结构参数，各层电流可以达到均衡分布，交流损耗显著降低．     

聚酰亚胺/ Al2O3掺杂薄膜热老化寿命计算方法研究

利用热失重仪(TG)测定了Al2O3掺杂聚酰亚胺的热稳定性,采用Kissinger法和Coats-Redfern法计算动力学参数,预测杂化薄膜长期使用的上限温度.实验结果表明:在空气气氛中的反应级数大于氮气气氛中的反应级数,且趋于二级反应.利用Kissinger法求出的E值低于Coats-Redfern法求出的E值,选取Coats-Redfern法求取相应的碰撞系数(A)值后,预测杂化PI膜长期使用的上限温度在300℃左右,与文献报道基本相符.结果表明Coats-Redfern方法是预测杂化PI材料长期使用上限温度的可靠方法之一。