第2章 电流引线的设计方法
2.1 引言
电流引线通常由金属或者合金材料制成,本身有一定的电阻,因而在传输电流时要产生热量,这些热量的一部分由引线末端传人低温容器。小型超导磁体的运行电流小,对电流引线可以不作特殊考虑;但是,在大型超导磁体中,电流引线漏热在很大程度上决定着超导磁体正常运行时液氦的消耗量。因此在大型超导磁体系统中,电流引线的设计是十分讲究的,必须仔细考虑引线各个部分的设计方法。电流引线的设计就是要在满足超导磁体运行电流要求的前提下,尽可能地减小流入低温容器的热量。
在一定的电流下,引线漏热与制作引线的材料有关,一旦引线材料确定后,则引线的漏热与引线的形状和尺寸密切相关,因此对引线形状和尺寸的优化十分重要。由引线传人低温容器的热量来自电流引线的热传导和焦耳热两个方面,恰当地处理好传导热和焦耳热之间的关系是引线设计的要点之一,两者之间存在着矛盾的统一。加大引线的截面积,可以减小引线的焦耳热,但会增加由热传导所引起的引线漏热;减小引线的截面积,情况正好相反。经研究表明,在引线各项参数已知的情况下,存在着一个热损耗*小的长横比u(引线长度与引线截面积之比),使引线末端流人磁体容器的热量*小。氦气从4.2K升温至300K吸收的热量——显热,约为液氦气化潜热的74倍,如1J的热量能使约0.38mL的液氦气化,这些气体温度由4.2K升温至室温可吸收约74J的热量,所以利用液氦容器中由液氦蒸发出来的氦气带走电流引线的传导热和焦耳热(即气冷电流引线)是一个充分利用氦气显热行之有效的办法,能大大降低电流引线的漏热,减少液氦蒸发量。
因此,电流引线应设计成类似热交换器的形式,使蒸发出来的氦气流过引线,采取一些适当措施增大引线与氦气之间的换热系数,这样引线的传导热和焦耳热的绝大部分被氦气带走,从而减少由引线流入低温容器的热量。
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