高溫超導懸浮系統(tǒng)在溫度循環(huán)和橫向移動速度下的電磁力實驗研究.pdf

1、高溫超導材料由于其具有較高的上臨界磁場、較大的臨界電流密度以及高于液氮沸點的臨界溫度，因此有著廣闊的應用前景。利用高溫超導塊材的抗磁性和磁通釘扎效應設計的高溫超導懸浮系統(tǒng)具有相當高的承載能力和獨特的自穩(wěn)定性，是未來高溫超導應用的重要分支。由單塊永磁體和單塊高溫超導體構成的懸浮系統(tǒng)的電磁相互作用力特性研究是超導懸浮系統(tǒng)安全運行設計的基礎，并作為基礎性研究課題受到廣泛關注。本博士學位論文主要針對由單塊圓柱永磁體和單塊圓柱YBCO超導體構成的

2、高溫超導懸浮系統(tǒng)在低于液氮沸點溫度下的不同溫度循環(huán)過程中靜態(tài)電磁力特性以及在液氮沸點溫度永磁體垂直于懸浮系統(tǒng)軸向的水平運動對電磁力特性影響開展實驗研究，發(fā)現(xiàn)了一些新的現(xiàn)象及特性；本文還改進了磁通凍結鏡像模型模擬了永磁體水平運動對電磁力特性的影響。
　　 首先，測試了懸浮系統(tǒng)中高溫超導體在低于臨界溫度的不同冷卻溫度下零場冷懸浮力-距離磁滯回線特性。實驗表明：在低磁場情形及低于一定溫度下，懸浮力-距離磁滯回線存在交叉現(xiàn)象，即在小于一

3、定垂向位移時靠近過程懸浮力小于遠離過程懸浮力。盡管懸浮力-距離磁滯回線的磁滯隨著溫度的降低而減小，懸浮力-距離磁滯回線的最大懸浮力隨溫度的降低而增大并趨于飽和，交叉面積卻隨溫度的降低而增大，交叉點的距離坐標也隨溫度的降低而增大。
　　 其次，研究了高溫超導體在弛豫過程中經(jīng)歷溫度循環(huán)及在非弛豫時變溫對懸浮力的影響。實驗表明在弛豫時從恒定溫度持續(xù)降溫將使得原本經(jīng)過長時間弛豫已經(jīng)趨于穩(wěn)定的懸浮力繼續(xù)快速減小，減小的幅度隨初始恒溫和降溫

4、最終到達溫度之差的減小而減?。怀谠r在從超導體所經(jīng)歷過的最高溫度處持續(xù)升溫時，懸浮力隨溫度的升高而減小，減小的幅度與升溫速度無關；弛豫時先在一定溫度恒溫一段時間后持續(xù)降溫到另一溫度穩(wěn)定后，再次升溫且不超過初始恒溫時懸浮力隨溫度的升高而增加，最終增加的幅度不超過從初次恒溫降溫到另一溫度時懸浮力減小的幅度，由此可以提出一個升溫穩(wěn)定預處理過程，即先在一定溫度弛豫一段時間后持續(xù)降溫到另一溫度進行懸浮系統(tǒng)長時間運行，在此溫度下運行時若出現(xiàn)升溫且不

5、超過初始恒溫的溫度不穩(wěn)定情形時懸浮力不隨溫度的升高而減小、僅小幅度增加；恒溫弛豫結束后，零磁場直接升溫至另一溫度后再弛豫、在再次弛豫結束后零磁場直接降溫至初始恒溫后再弛豫，該溫度循環(huán)過程中不同初始恒溫情形在恢復初始恒溫后懸浮力減小幅度與升溫后懸浮力減小幅度之比在升溫達到的溫度固定時差別很小。
　　 最后，研究了初始冷卻高度以及永磁體的水平運動速度對水平位移下懸浮力和導向力的影響。實驗表明在由單塊永磁和單塊超導組成的軸對稱懸浮系統(tǒng)