Экспериментальные и численные исследования тепловых характеристик ленточных сверхпроводящих композитов на основе соединения YBa2Cu3O7-x


Авторы

Мартиросян И. В.1, 2*, Александров Д. А.1, Малявина А. Ю.1, Покровский С. В.1, Батулин Р. Г.2

1. Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», Москва, Россия
2. Казанский (Приволжский) государственный университет, КГФЭИ, ул. Кремлевская, 18, Казань, 420008, Россия

*e-mail: mephizic@gmail.com

Аннотация

Современные ленточные высокотемпературные сверхпроводники обладают сложной слоистой архитектурой и выраженной анизотропией тепловых свойств, что затрудняет численный анализ крупномасштабных систем на их основе с использованием методов гомогенизации. Для решения данной проблемы необходимо проведение комплекса экспериментальных и численных исследований, направленных на изучение особенностей распространения тепла в ВТСП композитах при поперечном тепловом потоке. Настоящая работа посвящена определению эффективных тепловых характеристик (теплопроводности и теплоемкости) ВТСП лент и сборок в широком диапазоне температур. Измерения выполнены с использованием режима измерения тепловых свойств образца Thermal Transport Option (TTO) установки для измерения физических свойств PPMS-9 (Quantum Design), а численное выполнено моделирование методом конечных элементов (COMSOL Multiphysics) с учетом слоистой архитектуры композита. В результате получены экспериментальные и расчетные данные, позволяющие прогнозировать тепловое поведение ВТСП композитов для проектирования и оптимизации сверхпроводящих систем различного масштаба. 

Ключевые слова:

ленточные ВТСП композиты, анизотропия тепловых свойств, численное моделирование, термическая стабильность, анизотропия теплопроводности, эффективная теплоемкость

Библиографический список

  1. Zhang Y., Xin C., Gao P. et al. Strain Measurement Method Based on External Symmetrical Compensation Bridge Composed of Strain Gauges with Four-Wire Configuration for a Large-Scale NbTi Superconducting Dipole Magnet Detector // Journal of Low Temperature Physics. 2023. T. 213. C. 1–17. DOI: 10.1007/s10909023-02989-9
  2. Takeda Y., Maeda H., Ohki K. et al. Review of the temporal stability of the magnetic field for ultra-high field superconducting magnets with a particular focus on superconducting joints between HTS conductors // Superconductor Science and Technology. 2022. T. 35. № 4. DOI: 10.1088/1361-6668/ac5645
  3. Russo G., Yazdani-Asrami M., Scheda R. et al. Artificial intelligence-based models for reconstructing the critical current and index-value surfaces of HTS tapes // Superconductor Science and Technology. 2022. T. 35. № 12. DOI: 10.1088/1361-6668/ac95d6
  4. Zampa A., Holleis S., Badel A. et al. Influence of Local Inhomogeneities in the REBCO Layer on the Mechanism of Quench Onset in 2G HTS Tapes // IEEE Transactions on Applied Superconductivity. 2022. T. 32. № 3. C. 1–7. DOI: 10.1109/TASC.2022.3151950
  5. Zhu J., Chen S., Jin Z. Progress on Second-Generation High-Temperature Superconductor Tape Targeting Resistive Fault Current Limiter Application // Electronics. 2022.
  6. Li M., Zheng J., Sheng J. et al. Research on a novel HTS double pancake coil based on CORC: used for kA-level SMES of accelerator // Superconductor Science and Technology. 2022. T. 35. № 12. DOI: 10.1088/13616668/ac96b4
  7. Qin M.J., Dou S.X. Superconductors, High Tc. Encyclopedia of Condensed Matter Physics. Oxford: Elsevier, 2005. C. 112–120.
  8. Wolf M.J., Bagrets N., Fietz W.H. et al. Critical Current Densities of 482 A/mm2 in HTS CrossConductors at 4.2 K and 12 T // IEEE Transactions on Applied Superconductivity. 2018. T. 28. № 4. C. 1–4. DOI: 10.1109/TASC. 2018.2815767
  9. Lee J., Ko T.K. Estimation of the Engineering Critical Current Criteria for HTS Wire Carrying an Alternating Current // IEEE Transactions on Applied Superconductivity. 2014. T. 24. № 3. C. 1–5. DOI: 10.1109/TASC. 2013.2290507
  10. Dong F., Huang Z., Xu X. et al. Method and Process of Mechanical Evaluation of a 2G HTS Magnet System for Maglev Applications // IEEE Transactions on Applied Superconductivity. 2020. T. 30. № 4. C. 1–5. DOI: 10.1109/TASC.2020.2973600
  11. Pi W., Liu Z., Ma S. et al. Investigation on Thermal Stability of Quasi-Isotropic Superconducting Strand Stacked by 2 mm Wide REBCO Tapes and Cu Tapes // IEEE Transactions on Applied Superconductivity. 2020. T. 30. № 4. C. 1–6. DOI: 10.1109/TASC.2020.2977904
  12. Pi W., Liu Z., Li G. et al. 4D simulation of quench behavior in quasi-isotropic superconducting cable of stacked REBCO tapes considering thermal contact resistance // Superconductor Science and Technology. 2020. T. 33. № 8. DOI: 10.1088/1361-6668/ab9aa3
  13. Zubko V.V., Ryabov S.M., Fetisov S.S. et al. Heat Transfer Simulation to Liquid Nitrogen from HTS Tapes at the Overload Currents // Physics Procedia. 2015. T. 67. C. 619–624. DOI: 10.1016/j.phpro.2015.06.105
  14. Lu J., Choi E.S., Zhou H.D. Physical properties of Hastelloy® C-276™ at cryogenic temperatures // Journal of Applied Physics. 2008. T. 103. № 6. DOI: 10.1063/ 1.2899058
  15. Amils R.I., Gallego J.D., Sebastian J.L. et al. Thermal conductivity of silver loaded conductive epoxy from cryogenic to ambient temperature and its application for precision cryogenic noise measurements // Cryogenics. 2016. T. 76. C. 23–28. DOI: 10.1016/j.cryogenics.2016. 03.001
  16. Ikebe M., Fujishiro H., Naito T. et al. Thermal conductivity of YBCO(123) and YBCO(211) mixed crystals prepared by MMTG // Cryogenics. 1994. T. 34, № 1. C. 57–61. DOI: 10.1016/0011-2275(94)90053-1

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2018-2025