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一种快速计算高温超导线圈临界电流的方法

2023.8.04

  2020年底,一种用于大型YBCO线圈/堆叠仿真的递推计算方法被提出。计算表明,对2000匝线 圈模型,在相同网格划分条件下,利用该方法比目前已知最快的T-A方法计算速度提升300%左右,计算时间从原来的2.56小时每状态点,压缩至0.58小时。由于该模型使用电流密度J作为变量,因此将方法命名为J模型。

  2022年初,有学者在J模型的基础上提出了一种快速计算高温超导线圈临界电流的方法。与传统的使用有限元仿真软件计算方法相比,该方法使用J模型建模,通过Python编程语言实现,简单快速。为了验证该方法的准确性以及计算效率,使用了H模型进行仿真对比,以及自主绕制了两个匝数不一样的高温超导线圈(如图1),进行实 验对比。在使用两种模型建模过程中,对两种模型进行了相同网格大小的划分,以及相同电流函数的激励。通过与参考的有限元仿真模型(H模型)比较,该方法的计算速度是H模型的4倍以上(如表1)。并且,从高温超导线圈临界电流实验结果得出,J模型法的准确性是很好的(如图2)。更为重要的是,由于J模型的计算优势,该方法非常适合大匝数线圈临界电流的计算,推进了大匝数线圈设计这一研究领域的研究。

  表1. 计算时间对照表

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图1. 高温超导线圈:Coil 1(左,15匝),Coil 2(右,27匝)

 

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  图2. J、H模型和实验测量下线圈的I-V曲线:左(线圈1),右(线圈2)

  注:临界电流判据为 1μv/cm


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