基于Quench-Back保护的超导螺线管磁体失超过程数值模拟研究
批准号:
51307073
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
25.0 万元
负责人:
郭兴龙
依托单位:
学科分类:
超导与电工材料
结题年份:
2016
批准年份:
2013
项目状态:
已结题
项目参与者:
葛凤华、徐惠斌、鲁文杰、刘红楷、王剑
中文摘要
超导磁体结构件的Quench-Back效应在超导磁体失超保护中已获得了广泛应用,但关于Quench-Back效应的理论研究尚待深入。本项目将对基于Quench-Back保护的超导螺线管磁体失超过程进行数值模拟研究。建立包含Quench-Back效应的,三维温度场、二维轴对称电磁场和集总参数电路耦合的失超过程三维热-电-磁模型及其求解方法,研究Quench-Back效应对失超过程局部过热的控制规律。为提高失超过程过电压计算的准确性,分别从"路"的观点和"场"的观点建立磁体内部电压分布及过电压的计算方法,研究Quench-Back效应对失超过程过电压的影响规律。建立磁体失超过程内部应力计算模型与求解方法,研究Quenc-Back效应对失超过程冲击应力的影响规律。本项研究将丰富超导磁体失超过程数值模拟理论,为Quench-Back效应在失超保护中的应用提供理论依据。
英文摘要
Quench-Back in structural component of superconducting magnet has been widely used in quench protection of superconducting magnet, but the theory of Quench-Back still need be further studied. This research project will perform numerical study on quench process in superconducting solenoid magnet protected by Quench-Back. Develop a three-dimensional coupling thermal-electromagnetic-circuit model and solving method for quench process, including Quench-Back effect, three-dimensional temperature field, two-dimensional axisymmetric electromagnetic field and lumped circuit. Study the control law of Quench-Back on local overheat in magnet during quench process. To increase the accuracy of calculation for over voltage in magnet during quench process, develop a calculation method for voltage distribution and over voltage in the magnet from the viewpoint of "circuit" and "field". Study the influent law of Quench-Back on over voltage during quench process. Develop a calculation model and solving method for the internal stress in magnet during quench process. Study the influent law of Quench-Back on shock stress in magnet during quench process. This research project will enrich the theory of numerical simulation on quench process of superconducting magnet, and provide theoretical guidance for the application of Quench-Back in quench protection.
Quench-Back效应在超导磁体失超保护中已获得了广泛应用,但其相关的理论研究尚待深入。本项目建立了包含Quench-Back效应的,三维温度场、二维轴对称电磁场和集总参数电路耦合的失超过程瞬态模型,分析了2个采用Quench-Back保护的超导螺线管磁体失超特性。研究结果表明:Quench-Back效应能够降低磁体内部的过热和过电压;Quench-Back效应与骨架结构材料关系很大,低电阻率,高导热率和低的体积比热容能够强化Quench-Back效应;Quench-Back效应与磁体结构有关,对于薄壁螺线管效果更明显。本项目分析了失超过程中磁体内部的电压分布规律,比较了3种过电压计算方法的优劣。研究结果表明:基于磁体内部总电阻电压的过电压计算法,计算方便但计算结果过于保守;基于匝单元电感网络的过电压计算法,计算结果接近实际情况,但匝单元等效电感网络建立过程非常繁琐;基于电感电压线性分布的过电压计算方法,计算精度接近于基于匝单元电感网络的过电压计算法,且应用方便。本项目建立了被动加热器诱发失超保护的螺线管磁体系统失超过程数值模型,分析了某7.0 T核磁共振成像用超导螺线管磁体失超特性。研究结果表明:不同的分析目的,宜选用不同的分析模型和不同的时间步长;与并联于线圈分段两端相比,加热器并联于线圈分段内部具有更高的驱动电压和诱发失超可靠性;加热器数目的提高,可降低磁体内的热点温度,但对磁体内部过电压影响较小;与并联连接相比,所有加热器的串联连接增大了加热器回路电阻,抑制了通过加热器的电流,提高了工作可靠性;设计不合理的加热器,有可能在诱发磁体失超后,继续向磁体传热更多的能量,引起磁体热点温度进一步上升。本项研究丰富了螺线管磁体失超过程数值模拟理论,对超导磁体失超保护系统设计有重要的应用价值。
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Numerical Study on the Quench Process of Superconducting Solenoid Magnets Using Quench-Back
超导螺线管磁体回火淬火过程的数值研究
DOI:
--
发表时间:
2016
期刊:
IEEE TRANSACTIONS ON APPLIED SUERCONDUCTIVITY
影响因子:
--
作者:
[X. L. Guo, L. Wang, Y. Zhang]
通讯作者:
Y. Zhang
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