[发明专利]一种REBCO导体载流效率的仿真方法

说明书

本发明属于高温超导技术领域，具体涉及一种REBCO导体载流效率的仿真方法。建立导体二维仿真网格后设置仿真计算参数，再计算超导层截面上的磁场强度和临界电流分布，最后判断临界电流分布计算误差并计算导体的载流效率。通过引入带材在高场、各个角度的临界电流测试数据，利用临界电流迭代自适应算法，在充分考虑带材各向异性特征的条件下，计算导体高背景场下临界电流密度，使计算结果更接近真实情况，弥补现有计算方法不能计算高背景场下导体临界电流密度的不足。

技术领域

本发明属于高温超导技术领域，具体涉及一种REBCO导体载流效率的仿真方法。

背景技术

高温超导带材拥有远高于低温超导的运行温度和和临界磁场，为建造超导电力设备、强磁场磁体提供了更好的选择，例如用于建造主干输电网络、聚变堆磁体、加速器磁体和探测器磁体等。由于在REBCO高温超导电力设备、磁体中，REBCO导体占据了设备的主要建造成本，因此如果能有效提高REBCO导体的载流利用率，将明显提高高温超导设备的经济性。

REBCO导体的载流效率随温度降低而迅速增加，随磁场增加而逐渐降低，并且受到磁场方向的强烈影响。相同磁场强度下，当磁场平行于RBECO带材平面时，带材临界电流最高；当磁场垂直于RBECO带材平面时，带材临界电流最低，并且远低于平行场下的临界电流。因此，在设计高温超导电力设备、磁体时，有必要针对超导设备的参数要求，充分利用高温超导带材在不同温度、磁场条件下的临界电流密度，提高超导导体的载流利用率，降低超导设备的建造成本。

当前高温超导电力设备、磁体设计以传统方法为主，而绕制常规磁体和低温超导磁体所用电缆或导体的载流能力不具有各向异性特性，因此传统设计方法未特别考虑利用REBCO导体在平行场下的高载流能力。充分利用REBCO导体载流能力的关键是明确导体在不同角度背景场下的载流效率，目前国内外有关研究人员以Matlab、Comsol、FreeFem++和Ansys等仿真环境开发了多个REBCO导体载流效率仿真分析程序，但以各自特定类型的导体、磁体和低背景场为主，不能直接用于计算高背景场下的REBCO导体载流效率仿真。

发明内容

本发明的目的是提供一种REBCO导体载流效率的仿真方法，可用于计算REBCO导体在自场和外场条件下的临界电流密度，为设计高温超导电力设备、磁体提供理论分析支持。

本发明的技术方案如下：

一种REBCO导体载流效率的仿真方法，包括以下步骤：

步骤1)建立导体二维仿真网格

采用网格划分所述超导层区域，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；