Магнито-левитационные характеристики системы постоянный магнит–стопки ВТСП-лент с различной конфигурацией

   Сложенные в стопки композитные высокотемпературные сверхпроводящие ленты (ВТСП-ленты) являются перспективным материалом для разработки систем магнитной левитации, таких как левитационный транспорт, подшипники, кинетические накопители энергии. При использовании сверхпроводника в переменных полях неизбежны энергетические потери вследствие в сверхпроводнике тепла, приводящего к уменьшению критического тока и, как следствие, силы левитации. Одним из ключевых преимуществ стопок ВТСП-лент над традиционными объемными ВТСП является наличие металлической подложки и слоев серебра и меди, это приводит не только к высокой прочности, но и хорошей теплопроводности стопок, что позволяет эффективно отводить выделяемое тепло. Актуальной задачей является исследование механизмов управления тепловыми характеристиками систем, а также разработка эффективных методов контроля параметров теплопередачи системы при различных скоростях ввода внешнего магнитного поля. В данной работе приведены результаты расчета поведения стопки ВТСП-лент во внешнем магнитном поле методом конечных элементов, реализованного с использованием пакета программного обеспечения Comsol Multiphysics. Проведены исследования управления тепловыми характеристиками левитационной системы, а также разработаны эффективные методы контроля параметров теплопередачи системы при различных скоростях ввода внешнего магнитного поля. Показано, что улучшения тепловых и, как следствие, левитационных свойств системы можно достичь за счет как изменения архитектуры самих стопок, так использования различных конфигураций криогенной системы охлаждения. Рассмотрены различные варианты реализации криокулерной системы охлаждения, а также различные конфигурации стопок при охлаждении жидким азотом. Показано, что охлаждение жидким азотом является эффективным до тех пор, пока изменение температуры в системе не превышает 3К. В случае безжидкостного охлаждения стопки оптимальной является конфигурация с боковым охлаждением. Наличие механического канала охлаждения в виде отверстия в случае низких скоростей ввода магнитного поля приводит либо к ухудшению характеристик системы, либо не влияет на ее свойства. При увеличении скорости ввода внешнего магнитного поля наличие механического канала охлаждения приводит к увеличению максимальной силы левитации.

1. Bernstein P., Noudem J. // Supercond. Sci. Technol. 2020. V. 33. P. 033001.

2. Hull J.R. // Supercond. Sci. Technol. 2000. V. 13. No. 2. P. R1.

3. Werfel F.N. et al. // Supercond. Sci. Technol. 2012. V. 25. No. 1. P. 014007.

4. Miyazaki Y. et al. // Cryogenics (Guildf). 2016. V. 80. P. 234–237.

5. Webster J.G. et al. // Wiley Encycl. Electr. Electron. Eng. 2017. P. 1–18.

6. Liu K. et al. // Supercond. Sci. Technol. 2018. V. 31. No. 1. P. 015013.

7. Osipov M. et al. // IEEE Trans. Appl. Supercond. 2016. V. 26. No. 4. P. 3601704.

8. Rudnev I. et al. // Mater. Res. Express. 2019. V. 6. No. 3. P. 036001.

9. Pokrovskii S.V., Bura A.A., Anischenko I.V., Rudnev I.A. // Phys. At. Nucl. 2019. V. 82. P. 1503–1507.

10. Anischenko I., Pokrovskii S, Rudnev I., Osipov M. // Supercond. Sci. Technol. 2019. V. 32. Р. 105001.