Szalagtekercs homogenizált térszámítási modellje

OData támogatás
Konzulens:
Dr. Gyimóthy Szabolcs
Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék

A szupravezetőkkel kapcsolatos kutatások középpontjában manapság a többrétegű, második generációs HTS (High Temperature Superconducting) tekercsek állnak. A fellépő fizikai jelenségek végeselem-módszerrel történő modellezése kihívást jelent, mivel jellemzően nagy menetsűrűségű, karakterisztikus méretéhez képest igen kis szalagvastagsággal rendelkező tekercseket kell vizsgálni eltérő mérettartományokon. Az irodalomban számos homogenizált tekercsmodell létezik, melyek főképp a nagyfrekvenciás viselkedésre koncentrálnak (skin-effektus, közelségi hatás). A jelen dolgozatban vizsgált fizikai probléma viszont ettől nagyban eltér. Ha a tekercs egy kicsiny területén megjelenő lokális hőmérsékletváltozás elég nagy ahhoz, hogy a szupravezetőt normál állapotba billentse, azaz az áramsűrűség meghaladja a kritikus értéket, az áram visszafolyik a stabilizátor rétegbe, ahol Joule-hő keletkezik. Majd ez a magasabb hőmérsékletű zóna terjedni kezd a tekercsen belül. Az irodalomban fontos mennyiségként tartják számon a normál zóna terjedési sebességét (NZPV – Normal Zone Propagation Velocity), mely igen lassú, így nehezen detektálható. A fent leírt folyamat az ún. quench-jelenség, mely ritka, viszont tartós fennállása esetén jelentős mértékben roncsolja a szupravezető réteget. Ennek az anyagnak vezetőképessége erősen nemlineáris, illetve hőmérsékletfüggő is, ennek következtében egy csatolt hővezetéses-elektromágneses problémával állunk szemben. A fentiekből viszont következik, hogy elektromágneses szempontból lehetséges a jelenséget stacionárius közelítésben tárgyalni.

A dolgozatban bemutatásra kerül egy újszerű homogenizálási eljárás, mely során egy lapos szalagtekercs részletes geometriájának helyettesítése egy homogén anizotrop vezetőképességű közeggel történt. A korábbiakban születtek az irodalomban fellelhető eredmények, például kétdimenziós hengerszimmetrikus modell szalagszintű diszkretizálással; 2D-3D vegyes dimenziójú modell, ahol a vékony HTS-szalag belső peremfeltételként lett figyelembe véve; továbbá háromdimenziós anizotrop vezetőképesség-tenzor hengerkoordináta-rendszerben is reprezentálásra került. Mindegyikben közös, hogy a teljes áramsűrűség az összes menetben előírt, a feszültség pedig integrálás útján került meghatározásra. Viszont nem készült még eddig a tekercs pályájára illeszkedő homogenizálás. A dolgozatban ismertetett modellben ez utóbbi megvalósult, illetve további előnyt jelent a közvetlenül alkalmazott feszültségkényszer is.

Jelen munka fő célja a szalagtekercs geometriájának homogenizálása, illetve a stacionárius áramlási és mágneses tér pontosságának vizsgálata, kezdetben egy könnyen kezelhető, kisebb menetszámú és menetsűrűségű réz szalagtekercs szimulációjának útján, majd a modell validációja mind hatékonysági, mind kimenetiparaméter-érzékenység szempontjából is megtörtént. Későbbiekben realisztikusabb méretek mellett is szemléltetésre került a modell alkalmazhatósága. A végső cél természetesen a quench-jelenség szimulációja.

Letölthető fájlok

A témához tartozó fájlokat csak bejelentkezett felhasználók tölthetik le.