超导电力低温技术展望

从超导电力应用的角度出发 ,详细阐述了低温技术的基础理论、研究方法、技术思路及研究发展的变化与趋势 ,指出用微低温工程学观点研究制冷机直接冷却机理、界面热阻最佳耦合问题和高温超导二元电流引线动态稳定性等 ,是超导电力低温技术的研究热点 ,具有重要发展前景。

廉金属低温稀磁铜铁合金热偶替代贵金属金铁的应用研究

基于稀磁铜铁合金低温热电偶4—273 K分度实验,对铜铁热电偶低温热电势进行理论分析,提出了有别于金铁低温热电势理论的铁磁性杂质之间相互作用对低温热电势影响的观点,并对提出的低温热电势理论分析计算进行了实验验证。研究结果表明铜铁热电偶不仅在液氦、液氢温区范围能代替贵金属金铁热电偶使用,特别在高温超导技术领域的温区中的应用更有优势,同时铜铁热电偶具有廉金属热电偶及偶丝机械强度远高于金铁等特征,廉金属低温稀磁铜铁合金热电偶,可以替代贵金属金铁热电偶,而具有广阔的应用前景。

未来电力系统中的超导技术

简要介绍了与超导电力应用技术有关的超导基本特性 ,评估了超导线材的发展现状 ,给出了超导电力应用技术的一些基本概念 ,并概述了超导技术在电力系统中应用的优越性。超导技术被美国能源部的专家称为“2 1世纪电力工业惟一的高技术储备”。为了引起电力界同仁对超导技术的兴趣和关注 ,促进超导技术在我国电力系统中的应用与发展 ,本刊特邀华中科技大学超导电力科学技术研究与发展中心的有关专家组织撰写了一组超导技术系列讲座。本期刊出第 1篇“未来电力系统中的超导技术”,作为这一组文章的前言 ,以后将分别介绍超导电机、超导变压器、超导电缆、超导限流器、超导储能系统等主要超导电力装置的基本特性及国内外发展状况 ,并探讨超导技术应用于电力系统须研究和解决的新课题。

35kJ／7kW直接冷却高温超导磁储能系统

介绍了直接冷却高温超导磁储能(SMES)系统(35 kJ／7 kW)的总体结构和基本试验结果。该系统主要由超导磁体、低温系统、功率调节系统和监控系统组成。实验结果表明．通过直接冷却将储能磁体成功冷却到了20 K以下;储能磁体的直流临界电流达到150 A,临界储能量84 kJ,磁体中心场强4．5 T;监控系统和变流器能控制SMES与系统快速独立地在四象限进行有功功率和无功功率交换;在电力系统动态模拟实验中,SMES能有效抑制电力系统中因发电机机端短路故障引起的功率振荡。

超导旋转电机——发电机和电动机的研究现状

简要介绍了超导发电机和超导电动机的基本特性及其在电力系统中应用的优越性能 ,阐述了这两种旋转电机的发展现状和未来研究方向。

高温超导直接冷却中AlN与Bi-2223间界面热阻的实验研究

基于微结构低温工程学 ,提出三维低温界面层的概念 ,指出界面热阻是制冷机直接冷却超导磁体需要解决的关键技术之一。以GM制冷机为冷源 ,按稳态热流法原理测量了Bi 2 2 2 3、AlN的热导率及它们之间的低温界面热阻。在 0 15MPa～ 0 5 5MPa压力范围内 ,AlN和Bi 2 2 2 3间的界面热阻随界面层温度和接触压力的升高而降低 ,并随接触界面处温度的不同表现出不同的变化率。当界面层Bi 2 2 2 3侧温度为 5 5K时 ,在 0 5 469MPa的接触压力作用下 ,Bi 2 2 2 3和AlN间的界面热阻是厚度为 10mm的AlN垫片体积热阻的 3 8 86倍 ,是接触压力 0 2 2 81MPa时界面热阻的 3 8 7%。

超导电力科学技术与低温技术研究的现状与进展

随着低温超导的发展，低温超导已在若干领域进入实际应用，而高温超导材料研究10余年来的巨大进步，高温超导的应用将步随其后。预计在21世纪前期，超导将进一步出现实用化、产业化契机，超导技术是通向未来高科技的道路。随着低温超导和高温超导技术的进一步发展，超导技术将进入一个新的应用超导的发展阶段，并对相应的低温技术提出了新的要求。超导技术的进步将进一步促进低温技术研究新热卢、的增长，并推动多学科的发展，从而迎接未来高科技发展的机遇与挑战。

应用高温超导线(带)的研制现状与进展

提供了当前高温超导线的最新发展 ,第一代高温超导材料的机电性能参数和热物性参数 ,以及 4种美国超导公司的商业产品和中国超导带材的基本参数。论述了第二代高温超导线的研究进展。从高温超导电力应用的观点 ,展望高温超导电力技术应用前景 ,文中的工程与实验数据对高温超导线 (带 )材的应用可供参考。

低温下接触界面热阻的实验与模拟研究

在20—300 K和1.20—4.28 MPa范围内,分析温度和加载压力对铜-不锈钢接触界面热阻的影响,并进行回归分析和仿真研究。完全二次型模型与铜-不锈钢接触热阻实验结果吻合较好,最大相对误差为7%。仿真结果表明,在温度低于150 K时温度和压力的耦合对接触热阻的影响比较明显。

低温技术在高温超导(HTS)电力系统中的应用

阐述低温技术在超导电力系统中的制冷机直接冷却技术、液氮迫流循环系统以及基于Peltier材料的Peltier冷却方法等几个重要应用。指出用微低温工程学 (micro nanocryogenics)观点研究三维低温界面层和界面层热阻对高温超导动态稳定性的影响是高温超导电力应用低温技术的研究热点及重要研究方向之一。

固-固接触界面热传输研究

提出了固-固接触热传导接触界面层的概念并进行了解释。接触界面层的建立,把微结构的散射和辐射热传导机制统一于界面层内,通过对接触界面层、接触界面层的厚度和界面层热导率等的讨论,初步揭示了接触界面层热传导的机制。在界面层微观传热的机制上,建立了接触界面层热阻预测模型,并把模型预测接触热阻值与扩散失陪模型(DMM)以及实验值进行了比较。结果显示该模型克服了DMM模型预测值偏低的缺陷,这些将对接触界面层的微尺度热分析有一定的帮助。

制冷机直接冷却超导二元电流引线的优化

二元电流引线是制冷机直接冷却低温超导磁体系统的关键技术之一。对制冷机直接冷却的二元电流引线的传热情况进行理论建模和数值计算 ,确定制冷机的最小功耗和热力最优的热截流温度点工况 。

G-M制冷机辐射屏温度随动控制

该文提出低温与超导系统温度控制新方法 -基于泛逻辑代数的温度随动控制。这是一种以低温实验为基础 ,依据概念和专家知识的泛逻辑控制 ,控制特性用一组泛逻辑代数方程描述 ,从而可以有效解决 G- M制冷机辐射屏温度的随动控制问题。该系统可应用于低温界面热阻实验和超导材料热物性测试等。温度随动控温范围为 4 0 K- 15 0 K,精度优于3K。

直接冷却高温超导电流引线的有限时间热力学分析

用有限时间热力学最小熵产率的方法对连续冷却电流引线进行优化 ,比较高温超导电流引线连续冷却和冷端冷却两种直接冷却方式。优化后的连续冷却电流引线上热流量随温度的降低而减小 ,温度在高温段变化较快 ,熵产率小。冷端冷却时在整个引线上热流量分布相同 ,温度在低温端变化较明显 ,熵产率较大。优化后的连续冷却方式比冷端冷却方式合理。

高温超导SMES磁体直接冷却的热分析

用G-M制冷机(5W/20K)将Bi2223带材绕制的SMES超导磁体,在10^(-3)Pa真空度下,从常温300K左右冷却到25K,得到了磁体冷却过程速率和磁体温度分布。在实验研究超导磁体降温特性的基础上,对SMES磁体的冷却过程进行了热分析,实验研究表明为使超导磁体有效地冷却和稳定运行,除了减小磁体漏热和其内部发热,有效控制热传导部件间的接触界面热阻是高温超导直接冷却磁储能装置研发应用中的关键技术问题。

直接冷却中高温超导电流引线的传热研究

降低高温超导电流引线向低温环境的漏热， 以及实现电流引线与制冷机冷头导热不导电的直接接触冷却， 是制冷机直接冷却超导系统走向应用的关键技术之一。本文提出了高温超导电流引线的基本结构， 并对进入制冷机一、二级冷头的漏热进行了理论推导和数值模拟计算。

直接冷却的高温超导磁体热稳定性有限元仿真

制冷机直接冷却超导磁体是一门新兴技术,研究超导磁体在直接冷却下的热稳定性具有重要意义。用有限元方法解决复杂边界问题的热力学问题非常有效,而有限元分析软件ANSYS能使得用有限元法解决问题更加方便。该文用有限元方法对直接冷却高温超导磁体进行了热稳定性数值仿真。仿真结果表明,在设定热负荷作用下,直接冷却的B i2223系高温超导磁体具有较好的热稳定性,磁体温度低于其临界温度。

超导应用Peltier电流引线界面热(电)阻特性研究

对一种新型的超导低温系统电流引线(Peltier引线)进行了分析;建立了考虑热界面效应的数学模型,给出了可用于迭代求解的解析表达式;以最小漏热和最小功耗两种目标分别对直接冷却下的Peltier引线进行了结构优化,分析了热电材料与铜之间的接触界面热阻、电阻的影响。不考虑界面阻力时,优化得到的PCL引线与二元电流引线相比,漏热可减少近30%,功耗可减少约26%。界面阻力会明显削弱PCL引线的优势,需在设计中给与足够重视,依据工作电流将界面阻力控制在可以接受的范围。

直接冷却超导磁储能磁体加载实验与热分析

阐述了35 kJ高温超导磁储能系统及其实验装置,通过对直接传导冷却超导磁储能磁体进行电流加载实验,对磁体进行了动态热分析.研究表明:在变流器对超导磁储能磁体充放磁储能过程中,磁滞损耗是功率损耗的主要部分,对磁体温升影响最大;减小变流器直流侧频率有利于抑制磁体温升.基于热稳定性分析了导冷结构的优化因素,指出直接冷却导冷结构应强化关键部位(磁体上部)的传热,以减小磁体轴向温差.

宇宙空间超流氦低温技术的现状与进展

概述了宇宙空间超流氦低温技术的现状和最新发展，重点论述了空间探测器超流氦冷却技术，低温冷却系统中的关键技术，如多孔塞相分离器、微重力下杜瓦内ＨｅⅡ的管理、界面热阻等技术，宇宙空间飞行中ＨｅⅡ的在轨补充技术。