Введение к работе
Актуальность проблемы. Исследования по высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСП) проводятся в рамках комплексной программы Академии наук РФ. Разработка и начало освоения опытного производства электротехнических изделий из ВТСП вызвало острую потребность в создании методов математического моделирования и программ для численного анализа электромагнитных полей систем с деталями из этих материалов.
В магнитных системах ВТСП применяются в качестве первичных источников поля в виде проводников тока и как элементы для формирования требуемой топографии поля за счет выраженных диамагнитных свойств. Особенности ВТСП проявляются в резко нелинейных, гистере-зисных и анизотропных электрофизических свойствах по отношению к идеальным сверхпроводникам. Принципиально отличаются методы моделирования электромагнитных полей с ВТСП от используемых ранее для ферромагнитных материалов.
Настоящая работа направлена на ускорение внедрения новых перспективных ВТСП материалов в промышленность и повышение эффективности их использования.
Целью работы является:
разработка математических моделей и программного обеспечения ЭВМ для численного анализа электромагнитных процессов в осесиммет-ричных магнитных системах с ВТСП элементами, обеспечивающих высокую точность и производительность расчетов, универсальность по отношению к свойствам используемых образцов из ВТСП материалов;
разработка расчетно-экспериментальной методики определения магнитных свойств материалов изделий из ВТСП по косвенным данным измерений параметров магнитного поля;
выполнение конкретных исследований электромагнитных процессов в прототипах электротехнических устройств' с ВТСП элементами.
Методы исследования. Теоретические исследование и моделирование электромагнитных процессов в магнитных системах с ВТСП выполнены на основе классической теории электромагнитного поля. При реализации алгоритмов численного расчета использованы методы вычислительной математики и теории операций. Экспериментальные данные получены на специально созданной установке в МЭИ и установках других организаций.
Научная новизна. Получены следующие новые научные результаты:
-
Разработана и обоснована новая математическая модель ВТСП в квазистационарном магнитном поле для осесимметричных магнитных систем, учитывающая нелинейные и гистерезисные свойства материалов.
-
Разработан эффективный вычислительный алгоритм решения систем нелинейных интегральных уравнений для источников электромагнитного поля в ВТСП.
-
Разработаны новые расчетно-экспериментальные методики определения магнитных свойств материалов изделий из ВТСП.
Практическая ценность. Создан программный модуль для численного анализа электромагнитных полей осесимметричных магнитных систем с ВТСП элементами, в котором реализованы разработанные математические модели и вычислительные алгоритмы. Разработана и создана установка для экспериментальных исследований ВТСП образцов в магнитном поле. Проведены экспериментальные исследования ряда ВТСП образцов, изготовленных в разных организациях и по разным технологиям.
Реализация работы. Результаты работы используются для исследований электрофизических свойств ВТСП материалов на экспериментальной установке в МЭИ в рамках сотрудничества с предприятиями-производителями. Полученные данные применяются для совершенствования технологии производства ВТСП. Разработанный программный модуль внедрен на ГНПП "Исток" и используется при проектировании магнитных систем с ВТСП элементами.
Апробация результатов работы. Основные результаты работы доложены:
на Х-м Всесоюзном семинаре по методам расчета электронно-оптических систем, г.Львов, 1990 г.
на Х-й Всесоюзной конференции по постоянным магнитам, г. Суздаль, 1991 г.
на научных семинарах в ГНПП "Исток", г.Фрязино, Моск. обл.. 1992 - 1993 гг.
на научно-техническом семинаре "Эффективность применения постоянных магнитов в различных отраслях народного хозяйства". г.Суздаль. 1994 г.
на 1-й Международной конференции по электромеханике и электротехнологии, г.Суздаль, 1994 г.
на зимней школе по прикладной сверхпроводимости, г.Протвино. Моск.обл.. 1996 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ. Материалы диссертации вошли в 2 отчета по научно-исследовательским работам МЭИ.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения. 6 глав, заключения, списка использованных источников и приложения. Работа содеряит: 135 стр. машинописного текста, 60 рисунков. 78 наименований библиографии.
