制冷机直接冷却高温超导磁体电流引线优化设计.pdf

《制冷机直接冷却高温超导磁体电流引线优化设计.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、2005年第5期低温工程No152005总第147期CRYOGENICSSumNo1147制冷机直接冷却高温超导磁体电流引线优化设计范宇峰龚领会张亮李来风(中国科学院理化技术研究所北京100080)摘要:针对制冷机直接冷却高温超导磁体电流引线的传热特性进行理论分析,对其在不同结构模式下进行漏热计算和比较,找到了大通流(kA级)电流引线结构优化设计方法和电流引线漏热与通电电流的关系式。关键词:高温超导磁体制冷机直接冷却电流引线中图分类号:TB69文献标识码:A文章编号:1000-6516(2005)05-0017-05Optimumdesigno

2、fcurrentleadonthecryocooler-cooledHTSmagnetFanYufengGongLinghuiZhangLiangLiLaifeng(TechnicalInstituteofPhysicsandChemistry,CAS,Beijing100080,China)Abstract:Thetheoreticalanalysisofheattransferperformanceofcurrentleadoncryocooler-cooledHighTemperatureSuperconducting(HTS)magne

3、tispresented.Throughtheheatleakcalculationandre-sultcomparisonunderthedifferentmodesofcurrentleadexcitedbythelargeelectriccurren,tthemethodoftheoptimumdesignofleadstructureisfound.Finally,therelationalexpressionbetweenheatleakofcurrentleadandelectriccurrentisobtained.Keyword

4、s:HTSmagne;tcryocooler-cooled;currentlead低温下的超导磁体上,因此,这一电流引线是超导磁1引言体低温系统的主要热源,它在很大程度上决定了超导在高温超导应用技术中,高温超导体的稳定工作磁体正常运行时制冷机的制冷功率和低温介质(液与低温制冷技术密不可分,如大电流高温超导磁体在氮、液氦)的消耗。励磁(供电)时,电流引线的漏热对超导磁体和低温为此,对制冷机直接冷却高温超导磁体系统,电系统的正常工作将起到决定性影响。为了减小电流流引线的设计是十分关键的,好的电流引线设计,使[1]引线的漏热,超导开关、磁通泵等技术应

5、运而生,得在一定电流下通过电流引线传入制冷机冷头的漏但由于其结构、技术、操作上的复杂性,使用较少。高热最小。电流引线的漏热包括两部分:热传导漏热和温超导磁体在通常情况下仍采用处在室温下的电源引线焦耳热。对于大电流(kA级)工作的高温超导来励磁,这就需要通过一对电流引线将室温电源与超磁体,其工作温度通常在20~30K温度下,以提高磁[2]导磁体连接起来。电流引线直接从室温连接到处于体运行的稳定性。收稿日期:2005-08-20;修订日期:2005-09-20作者简介:范宇峰,男,27岁,博士生。18低温工程2005年ddT2Q(T)2电流引线理论

6、分析A(x)#K(T)#=-I#(1)dxdxA(x)2.1制冷机直接冷却高温超导磁体电流引线的结构3电流引线漏热计算单级G-M制冷机直接冷却高温超导磁体,电流引线使用铜引线,其结构如图1所示,两电流引线由3.1室温端存在接触热阻电流引线室温直接连接到高温超导磁体和制冷机冷头上。电设K为电流引线室温端与室温母线连接之间的接流引线2焊接在铜片上,铜片再与导热陶瓷电绝缘片触热阻,Troom为室温母线的温度,Tc为电流引线低温3(陶瓷材料AIN)焊接或压接在一起,以实现相互间端温度。电流引线温度边界条件可以表示为式(2)。的电绝缘,然后与热桥6紧密连

7、接在一起。AIN是实dT(0)1Troom-T(0)=-#现导热不导电的关键材料,现在的AIN产品的热导dxKAK(2)16[3]T(L)=T接近200W/(m#K),室温电阻大于108/m。c在电流引线等截面积情况,假设沿电流引线铜的电阻率和导热系数不随温度变化,联立式(1)和(2),解微分方程得温度分布和电流引线漏热的关系式B221T(x)=2(L-x)+#2AKA#K[Troom-T(0)]#(L-x)+Tc(3)Troom-T(0)Qload=KB#E+(4)K2Q式中,B=I#,T(0)=KB21#E+#E#Troom+Tc2K#KL

8、,E=(定义为长度截1A1+#EK#K面比)。图1单级G-M制冷机冷却高温超导磁体装置示意图1.单级G-M制冷机;2.电流引线;3.导热陶瓷电绝缘片;