Numerical analysis of the influence of radiation defects on the transport characteristics of a superconducting CORC-cable

封面

如何引用文章

全文:

详细

Aim: development of a simultaneous model, calculation and analysis of heat losses of a superconducting CORC cable based on standard HTSC tapes and irradiated HTSC tapes in cyclic load modes for magnetic energy storage system.

Methods: the CORC cable based on industrial original HTSC tapes and HTS tape with defects from irradiation is considered; to describe the electromagnetic and thermal characteristics of the system are used following methods: the concepts of the macroelectrodynamics, the fundamentals of the applied superconductivity, the finite element method are used; the calculation is implemented in the COMSOL Multiphysics.

Results: a model was developed, the optimal cooling mode was determined in 5 load cycles, it was shown that the presence of artificial pinning centers can significantly improve the thermal stabilization of the system and leads to a reduction in heat losses with the considered cooling schemes.

Conclusion: the results can be used in the development of the magnetic energy storage system based on high-temperature superconducting composites (HTS).

作者简介

Irina Mikhailova

National Research Nuclear University MEPhI

编辑信件的主要联系方式.
Email: ikmikhailova@mephi.ru
ORCID iD: 0000-0002-3222-678X

Master’s Student, Research Engineer

俄罗斯联邦, Moscow

Irina Martirosian

National Research Nuclear University MEPhI

Email: mephizic@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-2301-1768

PhD in Physics and Mathematics, Research Engineer

俄罗斯联邦, Moscow

Igor Rudnev

National Research Nuclear University MEPhI

Email: iarudnev@mephi.ru
ORCID iD: 0000-0002-5438-2548

Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Professor

俄罗斯联邦, Moscow

Sergey Pokrovskii

National Research Nuclear University MEPhI

Email: sergeypokrovskii@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-3137-4289

PhD in Physics and Mathematics, Head of the Laboratory

俄罗斯联邦, Moscow

参考

  1. Mukherjee P, Poulomi, Rao VV. Design and development of high temperature superconducting magnetic energy storage for power applications-A review. Physica C: Superconductivity and its applications. 2019;563:67-73. doi: 10.1016/j.physc.2019.05.001
  2. Zhu J, Qiu M, Wei B, et al. Design, dynamic simulation and construction of a hybrid HTS SMES (high-temperature superconducting magnetic energy storage systems) for Chinese power grid. Energy. 2013;51:184-192. doi: 10.1016/j.energy.2012.09.044
  3. Uglietti D. A review of commercial high temperature superconducting materials for large magnets: from wires and tapes to cables and conductors. Superconductor Science and Technology. 2019;32(5):053001. doi: 10.1088/1361-6668/ab06a2
  4. Wang X, Sheng J, Li XF, et al. Study on field-based superconducting cable for magnetic energy storage devices. Journal of Energy Storage. 2023;58:106386. doi: 10.1016/j.est.2022.106386
  5. Van Der Laan DC, McRae DM, Weiss JD. Effect of transverse compressive monotonic and cyclic loading on the performance of superconducting CORC® cables and wires. Superconductor Science and Technology. 2018;32(1):015002. doi: 10.1088/1361-6668/aae8bf
  6. Liu L, Liu J, Zhai P, et al. The variation of pinning efficiency in YBCO films containing columnar defects. Physica C: Superconductivity and its Applications. 2022;592:1354000. doi: 10.1016/j.physc.2021.1354000
  7. Lu J, Choi ES, Zhou HD. Physical properties of Hastelloy® C-276™ at cryogenic temperatures. Journal of applied physics. 2008;103:6. doi: 10.1063/1.2899058
  8. Shen B, Grilli F, Coombs T. Overview of H-formulation: A versatile tool for modeling electromagnetics in high-temperature superconductor applications. IEEE access. 2020;8:100403-100414. doi: 10.1109/ACCESS.2020.2996177
  9. Chudy M, Zhong Z, Eisterer M, et al. n-Values of commercial YBCO tapes before and after irradiation by fast neutrons. Superconductor Science and Technology. 2015;28(3):035008. doi: 10.1088/0953-2048/28/3/035008
  10. Attanasio C, Salvato M, Ciancio R, et al. Pinning energy and irreversibility line in superconducting GdSr2RuCu2O8. Physica C: Superconductivity and its applications. 2004;411(3-4):126-135. doi: 10.1016/j.physc.2004.07.004
  11. Umezawa A, Crabtree GW, Liu JZ, et al. Anisotropy of the Lower Critical Field in YBa 2 Cu 3 O 7-δ. High-T c Superconductors. 1988;253-259. doi: 10.1007/978-1-4899-0846-9_33
  12. Kirk M. Structure and flux pinning properties of irradiation defects in YBa2Cu3O7-x. Cryogenics. 1993;33(3):235-242. doi: 10.1016/0011-2275(93)90037-O
  13. Crabtree GW, Kwok WK, Welp U, et al. Anisotropic twin boundary pinning in YBa2Cu3Ox. Physica C: Superconductivity. 1991;185:282-287. doi: 10.1016/0921-4534(91)91986-E
  14. Hasan MK, Shobaki J, Al-Omari, et al. The rotational magnetic process and effects of-irradiation on vortex flux pinning in Tl-2223 at low temperatures. Superconductor Science and Technology. 1999;12(9):606. doi: 10.1088/0953-2048/12/9/306
  15. Civale L, Marwick AD, Worthington TK, et al. Vortex confinement by columnar defects in YBa 2 Cu 3 O 7 crystals: Enhanced pinning at high fields and temperatures. Physical Review Letters. 1991;67(5):648. doi: 10.1103/PhysRevLett.67.648

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载
2. Рис. 1. Архитектура ВТСП ленты

下载 (15KB)
索引源数据
3. Рис. 2. Исследуемый образец: слева – геометрия CORC-кабеля; справа – конечно-элементная сетка кабеля с использованием многомасштабного структурирования

下载 (123KB)
索引源数据
4. Рис 3. Временная зависимость для прикладываемой нагрузки в течение 5 циклов, общий вид приложенной функции в относительных единицах

下载 (25KB)
索引源数据
5. Рис. 4. Распределения температур в CORC кабеле при амплитуде нагрузки 1кА, хладагент-жидкий азот, а-время нагрузки 2 секунды, б-время нагрузки 20 секунд

下载 (20KB)
索引源数据
6. Рис. 5. Временная зависимость рассеянной мощности CORC-кабеле при охлаждении жидким азотом и максимальной амплитуде тока в 1кА для 5 циклов нагрузки

下载 (88KB)
索引源数据
7. Рис. 6. Температурное распределение в CORC кабеле при амплитуде нагрузки 1кА, хладагент-жидкий азот, а-распределение температур в лентах, б-распределение наиболее «холодных» зон в мельхиоровой трубке

下载 (70KB)
索引源数据
8. Рис. 7. Временные зависимости рассеянной мощности (мВт) для облученного образца CORC-кабеля при охлаждении жидким азотом (5 циклов токовой нагрузки амплитуды 1 кА(а) и 1,2 кА(б))

下载 (121KB)
索引源数据
9. Рис. 8. Результаты моделирования ВТСП CORC-кабеля при охлаждении жидким неоном (5 циклов токовой нагрузки амплитуды 1кА): а – распределение температуры в облученном образце; б – временные зависимости рассеянной мощности (мВт) для стандартного и облученного образцов

下载 (140KB)
索引源数据

版权所有 © Mikhailova I.K., Martirosian I.V., Rudnev I.A., Pokrovskii S.V., 2023

Creative Commons License
此作品已接受知识共享署名 4.0国际许可协议的许可

link to the archive of the previous title

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».