[发明专利]一种REBCO导体载流效率的仿真方法

权利要求书

1.一种REBCO导体载流效率的仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)建立导体二维仿真网格

采用网格划分超导层区域，并输出网格节点坐标矩阵；

步骤2)通过归一化临界电流衰退表设置仿真计算参数；

步骤3)计算超导层截面上的磁场强度；

步骤4)计算超导层截面上的临界电流分布；

步骤5)判断临界电流分布计算误差；

步骤6)计算导体的载流效率；

步骤1)中采用矩形单元，以矩形中心作为网格节点坐标，REBCO带材宽度方向节点数取N_w＝20、厚度方向节点数取N_h＝1，建立仿真模型计算矩阵A_x，A_y，A_β，A_B和A_J，矩阵中的x_i、y_i、β_i、B_i、J_i分别表示第i个节点处的x坐标、y坐标、带材平面与x轴的夹角β、磁场强度B和临界电流密度J，其中i为导体超导层二维模型节点编号；

i＝(j-1)N_hN_tN_w+1至i＝jN_hN_tN_w为第j根股线节点，j为股线编号，j取值为1至N_s的整数；A_B和A_J初始赋值A_J0为全1矩阵；

所述的步骤2)中，REBCO导体在4.2K、20T背景磁场下，E_c为带材临界电压判据，取E_c＝1*10^-4V/m，J_c0为超导层临界电流密度，取J_c0＝5*10¹¹A/m²，n表示超导层从超导态转变为电阻态的速度，n＝21，设置REBCO带材宽度方向节点数为N_w＝20、厚度方向节点数为设置临界电流计算误差Tol_Ic＝1*10^-9；利用0-25T、0-90°下REBCO带材的归一化临界电流衰退表；

所述的步骤3)中

3.1)以A_B为原始矩阵，复制空矩阵A_bg，A_bgx，A_bgy，A_bsfx，A_bsfy，A_bsfz，A_b∥，A_b⊥；

A_bg为背景磁场强度，磁场方向与x轴的夹角为α；

A_bgx为背景磁场在x轴方向的磁场强度；

A_bgy为背景磁场在y轴方向的磁场强度；

A_bsfx为导体轴向电流产生的x轴方向磁场强度；

A_bsfy为导体轴向电流产生的y轴方向磁场强度；

A_bsfz为导体环向电流产生的z轴方向磁场强度；

A_b∥为导体的平行磁场强度；

A_b⊥为导体的垂直磁场强度；

3.2)REBCO导体处于B_bg＝20T背景磁场中，背景磁场强度为A_bg＝B_bg·A_B；将背景磁场分解为平行外场和垂直外场，其磁场强度分别为A_bgx＝cos(α)·A_bg和A_bgy＝sin(α)·A_bg，α为计算节点处背景磁场方向与x轴方向的夹角；

3.3)计算各个节点的x方向相对距离矩阵A’_x为A_x的转置矩阵，符号.2表示矩阵元素点乘，同上，计算y方向相对距离矩阵

3.4)计算导体轴向电流产生的x轴方向自场强度计算导体轴向电流产生的y轴方向自场强度节点电流矩阵A_J＝J_c0·A_J0；

计算导体环向电流产生的z轴方向自场时将导体划分为N_t层，导体环向电流产生的z轴方向自场强度其中t为层数编号，取值为1至N_t间的整数，J_tk为同层节点的电流密度，t1为同层的第1个节点；tk为同层的第k节点；

同层节点通过以下方式计算获取：

1)对于扭转换位导体，第1至N_t层的半径为坐标满足为同层节点；

2)对于共垂面换位导体，第1至N_t层的半径坐标满足为同层节点；

其中，

h为REBCO带材厚度；

θ为股线缠绕角度；

L为股线缠绕截距；

w为REBCO带材宽度；

T_h为超导层厚度；

N_w为REBCO带材宽度方向节点数；

N_t为REBCO带材的层数；

3.5)计算导体的垂直磁场矩阵A_b⊥＝sin(A_β)·(A_bgx+A_bsfx)+cos(A_β)·(A_bgy+A_bsfy)，计算导体的平行磁场矩阵符号.2表示矩阵元素点乘；

所述的步骤4)中

4.1)计算导体中REBCO带材平面与磁场的夹角矩阵磁场模量矩阵

4.2)查表

在REBCO带材归一化临界电流衰退表中查找如下参数

导体中REBCO带材平面与磁场的夹角矩阵A_γ中每一个角度值γ对应的小于且最接近于γ的角度γs，大于且最接近于γ的角度γb，输出对应插值矩阵A_γs，A_γb；

磁场模量A_bm中每一个磁场值bm对应的、小于且最接近于bm的磁场bms，大于且最接近于bm的bmb，分别输出对应插值矩阵A_bms，A_bmb；

A_γs和A_bms对应的归一化临界电流密度矩阵，记为A_Jcss；

A_γb和A_bms对应的归一化临界电流密度矩阵，记为A_Jcbs；

查找A_γs和A_bmb对应的归一化临界电流密度矩阵，记为A_Jcsb；

查找A_γb和A_bmb对应的归一化临界电流密度矩阵，记为A_Jcbb；

4.3)三次插值计算得到导体截面的临界电流密度分布

第一次插值计算的临界电流密度

第二次插值计算的临界电流密度

第三次插值计算的临界电流密度

所述的步骤5)中

5.1)临界电流密度分布计算误差为Err＝norm(J_c0·A_JC-A_J)，其中，norm为矩阵奇异值；

当Err大于Tol_Ic时，返回步骤3.4)重新计算，重新计算时A_J＝J_c0·A_JC；

当Err小于或等于TolIc时进入步骤5.2；

Tol_Ic＝1*10^-9；

5.2)判断当前临界电压是否满足设定阈值；

超导带材上的电压的表达式为选取最大电压判断方式时E＝max(A_E)，选取平均电压判断方式时E＝avg(A_E)；

当E小于Ec时，返回步骤3.4重新计算，重新计算时A_J＝J_c0·A_JC；

当E大于或等于Ec时进入步骤6；

E_c＝1*10^-4V/m。