Simulation of magnetization and heating processes in HTS tapes stacks

Abstract

In this work we present a computational model for a magnetic levitation system based on stacks of 12 mm x 12 mm second generation GdBa2Cu3O7-x high temperature superconducting (HTSC) tapes. In our model we have used the magnetic and transport characteristics of real industrial HTSC tapes. The thermal properties of each layer of high-temperature superconducting tape and the features of the layered structure of whole stack have also been taken into account. The numerical simulation was performed using the finite element method. Distributions of both magnetic field throughout the space and the current in every tape of the stack were calculated for two cases: (i) cryocooler cooling mode and (ii) cooling in the liquid nitrogen. The magnetization curves of the stacks in external field of a permanent NdFeB magnet and levitation force dependence on the gap between the magnet and the HTS tapes stack in these cooling modes were obtained. We have calculated heat transfer and temperature distribution in the system taking into account the effect of thermal properties of Hastelloy substrate, as well as Cu and Ag stabilization layers on the cooling process and dynamic magnetization. Simulation results were compared with the experimental data and a good agreement with numerical ones was shown.

Физические Принципы Создания Магнитолевитационных Систем На Основе Высокотемпературных Сверхпроводящих Композитов Второго Поколения (Обзор)

“…Такое упрощение может быть выполнено либо как рассмотрение нескольких основных слоев лент (как правило, слои меди, серебра, ВСТП и подложки) [79][80][81], либо как представление ВТСП-лент в виде тонких объемных ВТСП с инженерным критическим током [82,83].…”

“…где J c0 -критический ток в собственном поле при температуре кипения жидкого азота, H -напряженность магнитнго поля, H 0 -подгоночный параметр. А наиболее простым и самым распространенным подходом учета температурной зависимости критического тока является ее учет в виде следующего аналитического выражения [86]:…”

“…В литературе широко представлены работы, в которых приводятся связанный электродинамический и тепловой расчеты стопок ВТСП-лент с учетом их слоистой структуры [47,79,152,153]. В данных работах в качестве элемента левитационной системы рассматриваются стопки 2G ВТСП-лент в перпендикулярном магнитном поле [79,152] или сверхпроводящие кольца [153,154].…”

“…В литературе широко представлены работы, в которых приводятся связанный электродинамический и тепловой расчеты стопок ВТСП-лент с учетом их слоистой структуры [47,79,152,153]. В данных работах в качестве элемента левитационной системы рассматриваются стопки 2G ВТСП-лент в перпендикулярном магнитном поле [79,152] или сверхпроводящие кольца [153,154]. Для стопок ВТСП-лент проведены расчеты распределений токов и захваченных магнитных полей, а также расчеты силы левитации для стопок лент высотой от 5 до 700 лент в стопке в широком интервале температур [54] при намагничивании.…”

“…26)[54], а также динамика распространения теплового пятна при охлаждении стопки ВТСП-лент криокулером и жидким азотом (рис. 27)[86]. При этом ввиду большой разницы численных значений создание единой цветовой шкалы для приведенных распределений не представляется возможным, однако данные распределения в целом хорошо иллюстирируют физические процессы, происходящие в стопках ВТСП-лент И.А.…”