高溫超導(dǎo)電機(jī)冷卻系統(tǒng)中過冷氮的傳熱與流動(dòng)研究.pdf

1、隨著高溫超導(dǎo)技術(shù)的不斷進(jìn)步，超導(dǎo)臨界溫度已升至液氮溫區(qū)，液氮溫度下的臨界電流密度已經(jīng)達(dá)到實(shí)際應(yīng)用水平。作為高溫超導(dǎo)的研究熱點(diǎn)之一，高溫超導(dǎo)中過冷液氮的研究已經(jīng)成為高溫超導(dǎo)技術(shù)的一個(gè)重要研究方向。本文研究軸—徑向磁通高溫全超導(dǎo)低速同步電機(jī)冷卻系統(tǒng)中過冷液氮的傳熱與流動(dòng)，為電機(jī)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。
　　本文以軸—徑向磁通高溫全超導(dǎo)低速同步電機(jī)為研究對(duì)象，首先根據(jù)高溫超導(dǎo)電機(jī)的組成結(jié)構(gòu)，運(yùn)用理論公式計(jì)算出高溫超導(dǎo)電機(jī)冷負(fù)荷。計(jì)算

2、四線并繞情況下液氮循環(huán)流量、液氮循環(huán)流速及管道直徑，對(duì)過冷液氮及線圈進(jìn)行熱—流體耦合場分析，得到磁體的穩(wěn)態(tài)溫度分布。為了簡化結(jié)構(gòu)，本文對(duì)液氮進(jìn)出口同側(cè)的情況進(jìn)行分析，并與進(jìn)出口異側(cè)進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)改變進(jìn)出口對(duì)溫度影響很小，最終選擇進(jìn)出口同側(cè)的方案。
　　低溫?fù)Q熱器是過冷液氮低溫系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備之一。本文選擇兩臺(tái)AL600制冷機(jī)的冷卻方案，運(yùn)用理論公式求得到管道的換熱系數(shù)，模擬出過冷換熱器內(nèi)液氮溫度場。對(duì)過冷換熱器進(jìn)行設(shè)計(jì)，分析浸泡在液

3、氮中的冷頭高度對(duì)換熱面積的影響以及冷頭換熱器上固著冷卻板表面對(duì)有效熱傳導(dǎo)系數(shù)、傳熱率的影響。本文用FLUENT軟件對(duì)換熱器熱-流體場進(jìn)行了仿真，結(jié)果表明在假設(shè)液氮罐內(nèi)溫度均勻分布的條件下，管內(nèi)速度保持在1.53m/s-1.54m/s之間，保持繞管換熱器的換熱面積和高度不變，僅改變盤管圈數(shù)不影響溫度變化情況。當(dāng)液罐內(nèi)液氮溫度為64.6K時(shí)，管內(nèi)液氮溫度在65K以下。
　　在高溫超導(dǎo)電機(jī)低溫冷卻系統(tǒng)中，過冷氮在流動(dòng)過程中會(huì)由于管道阻力