Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Mô phỏng Phản ứng Động của HTS Bulk Qua Đường Dẫn Nam Châm Vĩnh Cửu Thực Tế Sử Dụng Các Mối Quan Hệ E-J Khác Nhau
Tóm tắt
Giao thông siêu dẫn nhiệt độ cao (HTS) dựa trên công nghệ maglev đã cung cấp một hướng phát triển mới cho hệ thống giao thông đường sắt cao tốc và siêu cao tốc. Để thúc đẩy sự phát triển của các vật liệu HTS trong lĩnh vực này, việc nghiên cứu phản ứng động của siêu dẫn trong phương tiện dưới trường từ trường xoay chiều tần số cao là rất đáng quan tâm. Tuy nhiên, do bị giới hạn bởi một số điều kiện thí nghiệm và các yếu tố khác, phương pháp mô hình hóa hiệu quả trở thành một công cụ không thể thiếu và tiết kiệm chi phí để dự đoán các thuộc tính điện từ của các siêu dẫn. Trong bài báo này, dựa trên cấu hình maglev khối HTS với đường dẫn nam châm vĩnh cửu (PMG) dạng đơn đỉnh, chúng tôi so sánh việc mô hình hóa sử dụng ba mối quan hệ E-J khác nhau bao gồm mô hình định luật sức mạnh (PLM), mô hình dòng từ thông và trượt (FFCM), và mô hình dòng từ thông (FFM). Kết quả cho thấy PLM có hiệu suất tính toán cao nhất và độ tin cậy tốt. Sau đó, bằng cách sử dụng PLM, chúng tôi tiếp tục nghiên cứu phản ứng động của các khối HTS trên một PMG dạng Halbach tại các tần số rung cao hơn. Ảnh hưởng của lỗi nam châm ở giữa PMG đối với hệ thống nâng đỡ cũng được thảo luận. Phương pháp phần tử hữu hạn được áp dụng với phương trình H. Lưới di động được sử dụng để thực hiện sự dịch chuyển tương đối giữa PMG và các khối HTS. Để điều tra sự gia nhiệt và tổn thất AC bên trong các khối HTS, module Truyền Nhiệt được kết hợp. Kết quả cho thấy rằng nhiệt độ bên trong các khối HTS sẽ giảm theo hàm số mũ theo thời gian nếu cường độ và tần số của trường từ trường bên ngoài không tiếp tục tăng. Công trình này có thể cung cấp một số tài liệu tham khảo cho các ứng dụng thực tiễn trong tương lai của HTS maglev cao tốc.
Từ khóa
#siêu dẫn nhiệt độ cao #giao thông maglev #mô hình hóa E-J #phản ứng động #từ trường xoay chiều #phương pháp phần tử hữu hạnTài liệu tham khảo
Zhang, M., et al.: AC loss estimation of HTS armature windings for electric machines. IEEE Trans. Appl. Supercond. 23, 5900604–5900604 (2013)
Vargas-Llanos, C., Lengsfeld, S., Grilli, F.: T-A formulation for the design and AC loss calculation of a superconducting generator for a 10 MW wind turbine. IEEE Access. 8, 208767–208778 (2020)
Lee, J., et al.: Preliminary conceptual design study on HTS toroidal field coil for compact high magnetic field tokamak. IEEE Trans. Appl. Supercond. 31, 4202207 (2021)
Ye, C., Gong, T., Ma, G., Yang, W., Yang, Z.: Numerical studies on the dynamic responses of levitated high-temperature superconductor with a strongly coupled thermo-electromagnetic model. J. Phys.: Conf. Ser. 1054, 012087 (2018)
Werfel, F., Floegel-Delor, U., Riedel, T., Rothfeld, R., Wippich, D., Goebel, B.: HTS magnetic bearings in prototype application. IEEE Trans. Appl. Supercond. 20, 874–879 (2010)
de Andrade, R., Sotelo, G., Ferreira, A., et al.: Flywheel energy storage system description and tests. IEEE Trans. Appl. Supercond. 17, 2154–2157 (2007)
Nakamura, T., Itoh, Y., Yoshikawa, M., Oka, T., Uzawa, J.: Development of a superconducting magnet for nuclear magnetic resonance using bulk high-temperature superconducting materials. Concept Magn. Reson. B 31B, 65–70 (2010)
Noe, M., Juengst, K., Werfel, F., Elschner, S., Bock, J., Breuer, F., Kreutz, R.: Testing bulk HTS modules for resistive superconducting fault current limiters. IEEE Trans. Appl. Supercond. 13, 1976–1979 (2003)
Deng, Z., Zhang, W., Zheng, J., et al.: A high-temperature superconducting maglev ring test line developed in Chengdu, China. IEEE Trans. Appl. Supercond. 26, 3602408 (2016)
Sotelo, G., de Andrade, R., Dias, D., et al.: Tests with one module of the Brazilian Maglev-Cobra vehicle. IEEE Trans. Appl. Supercond. 23, 3601204–3601204 (2013)
Beyer, C., de Haas, O., Verges, P., Schultz, L.: Guideway and turnout switch for the SupraTrans project. J. Phys.: Conf. Ser. 43, 991–994 (2006)
https://us.cnn.com/travel/article/china-high-speed-maglev-train-intl-hnk/index.html. Accessed 15 Oct 2021
Huang, C., Xu, B., Zhou, Y.: Dynamic simulations of actual superconducting maglev systems considering thermal and rotational effects. Supercond. Sci. Technol. 32, 045002 (2019)
Irina, A., Sergei, P., Igor, R., et al.: Modeling of magnetization and levitation force of HTS tapes in magnetic fields of complex configurations. Supercond. Sci. Technol. 32, 105001 (2019)
Chen, S., Liu, J., Zhou, D., et al.: The longitudinal inhomogeneity of applied magnetic field above. PMG Physica C: Supercond. 569, 1353561 (2020)
Zheng, J., Chen, N., Zhang, W., Deng, Z.: Modeling study on high-temperature superconducting bulk’s growth anisotropy effect on magnetization and levitation properties in applied magnetic fields. Supercond. Sci. Technol. 34, 035011 (2021)
Ainslie. M.D., Zou, J., Mochizuki, H., et al.: Pulsed field magnetization of 0◦ -0◦ and 45◦ -45◦ bridge-seeded Y-Ba-Cu-O bulk superconductors. Supercond. Sci. Technol. 28, 125002 (2015)
Li, J., Zheng, J., Huang, H., et al.: Motion stability of the magnetic levitation and suspension with YBa2Cu3O7-x high-Tc superconducting bulks and NdFeB magnets. J. Appl. Phys. 122, 153902 (2017)
Paul, W., Hu, D., Baumann, T.: Voltage-current characteristic between 10−13 V/cm and 10−3 V/cm of BSCCO and time decay of the magnetization. Physica C 185, 2373–2374 (1991)
Zhang, M., Coombs, T.: 3D modelling of high-Tc superconductors by finite element software. Supercond. Sci. Technol. 25, 015009 (2011)
Sass, F., Sotelo, G., Andrade, R., Sirois, F.: H-formulation for simulating levitation forces acting on HTS bulks and stacks of 2G coated conductors. Supercond. Sci. Technol. 28, 125012 (2015)
Morandi, A., Fabbri, M.: A unified approach to the power law and the critical state modelling of superconductors in 2D. Supercond. Sci. Technol. 28, 024004 (2015)
Yoshida, Y., Uesaka, M., Miya, K.: Magnetic field and force analysis of high Tc superconductor with flux flow and creep. IEEE Trans. Magn. 30, 3503–3506 (1994)
Sugiura, T., Fujimori, H.: Mechanical resonance characteristics of a high-Tc superconducting levitation system. IEEE Trans. Magn. 32, 1066 (1996)
Sirois, F., Grilli, F., Morandi, A.: Comparison of constitutive laws for modelling high-temperature superconductors. IEEE Trans. Appl. Supercond. 29, 8000110 (2018)
Bean, C.: Magnetization of high-field Superconductors. Rev. Mod. Phys. 36, 886–901 (1964)
Ainslie, M., Rodriguez-Zermeno, V., Hong, Z., et al.: An improved FEM model for computing transport AC loss in coils made of RABiTS YBCO coated conductors for electric machines. Supercond. Sci. Technol. 24, 045005 (2011)
Zheng, J., Huang, H., Zhang, S., Deng, Z.: A general method to simulate the electromagnetic characteristics of HTS maglev systems by finite element software. IEEE Trans. Appl. Supercond. 28, 3600808 (2018)
Liao, H., Zheng, J., Huang, H., Deng, Z.: Simulation and experiment research on the dynamic levitation force of bulk superconductors under a varying external magnetic field. IEEE Trans. Appl. Supercond. 29, 3600805 (2019)
Quéval, L., Liu, K., Yang, W., et al.: Superconducting magnetic bearings simulation using an H-formulation finite element model. Supercond. Sci. Technol. 31, 084001 (2018)
Yang, W., Quéval, L., Ma, G., et al.: A 3-D strong-coupled electromagnetic-thermal model for HTS bulk and its uses to study the dynamic characteristics of a linear HTS maglev bearing. IEEE Trans. Appl. Supercond. 30, 3602814 (2020)
Ma, G., Wang, J., Wang, S.: 3-D Modelling of high-Tc superconductor for magnetic levitation/suspension application—part I: introduction to the method. IEEE Trans. Appl. Supercond. 20, 2219–2227 (2010)
Zeldov, E., Amer, N., Koren, G., et al.: Optical and electrical enhancement of flux creep in YBa2Cu3O7-δ epitaxial films. Phys. Rev. Lett. 62, 3093–3096 (1989)
Berger, K., Lévêque, J., Netter, D., Rezzoug, A.: Influence of temperature and or field dependence of the E-J power law on trapped magnetic field in bulk YBaCuO. IEEE Trans. Appl. Supercond. 17, 3028–3031 (2007)
Xu, M., Shi, D., Fox, R.: Generalized critical-state model for hard superconductors. Phys. Rev. B 42, 10773 (1990)
Philippe, M., Fagnard, J., Kirsch, S., et al.: Magnetic characterisation of large grain, bulk Y–Ba–Cu–O superconductor–soft ferromagnetic alloy hybrid structures. Physica C 502, 20–30 (2014)
Ainslie, M., Fujishiro, H., Ujiie, T., et al.: Modelling and comparison of trapped fields in (RE)BCO bulk superconductors for activation using pulsed field magnetization. Supercond. Sci. Technol. 27, 065008 (2014)
Grilli, F., Morandi, A., de Silvestri, F., Brambilla, R.: Dynamic modelling of levitation of a superconducting bulk by coupled H-magnetic field and Arbitrary Lagrangian-Eulerian formulations. Supercond. Sci. Technol. 31, 125003 (2018)
Hong, Y., Zheng, J., Liao, H.: Modelling of high-Tc superconducting bulk using different Jc–T relationships over dynamic permanent magnet guideway. Materials 12, 2915 (2019)
Gou, X., Zheng, X., Zhou, Y.: Drift of levitated / suspended body in high-Tc superconducting levitation systems under vibration—part II: drift velocity for gap varying with time. IEEE Trans. Appl. Supercond. 17, 3803–3808 (2007)
Alloui, L., Bouillault, F., Mimoune, S.: Numerical study of the influence of flux creep and of thermal effect on dynamic behavior of magnetic levitation systems with high-Tc superconductor using control vomume method. Eur. Phys. J. Appl. Phys. 45, 20801 (2010)
Liu, L., Wang, J., Wang, S., et al.: Levitation force transition of high-Tc superconducting bulks within a maglev vehicle system under different dynamic operation. IEEE Trans. Appl. Supercond. 21, 1547–1550 (2011)
Wen, P.: Studies on temperature rise and levitation characteristics of high temperature superconducting bulk under magnetic levitation dynamic excitations (in chinese). Dissertation. Southwest Jiaotong University. (2021)