破壞性脈沖強磁場的數(shù)值模擬和實驗研究.pdf

1、高強度磁場的實現(xiàn)一直以來都是技術(shù)難題，其中百特斯拉級磁場的實現(xiàn)更是極具挑戰(zhàn)性。目前，產(chǎn)生百特斯拉級磁場的方法主要有單匝線圈法、電磁壓縮法和爆炸磁通壓縮法[1]；其中單匝線圈法和電磁壓縮法因其破壞程度的可控性和良好的可重復(fù)性獲得了更多的應(yīng)用。但它們的放電過程很復(fù)雜，涉及電磁學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)、等離子體科學(xué)等眾多學(xué)科。因此要對其進行深入的研究，必須借助合理的數(shù)值模型。
　　本文首先從“路”和“場”的角度討論了單匝線圈法二維線狀模型和有限元

2、模型（包括二維和三維模型）的建立方法；研究了線圈的動態(tài)變形過程，分析了線圈溫度和速度對電流分布的影響，并將三種模型在合理性和準(zhǔn)確性方面進行了對比。
　　其次在二維線狀模型的基礎(chǔ)上，分析了電磁壓縮法角箍縮形式模型的建立過程，并考慮了驅(qū)動線圈移動變形的影響，使模型更加合理準(zhǔn)確；討論了感應(yīng)電流、磁場和線圈運動情況之間的關(guān)系，并分析了不同時刻電流和溫度的分布；還研究了線圈間磁場的分布，討論了套筒線圈的變形情況；同時建立了磁通壓縮階段的能量

3、關(guān)系式，解釋了最優(yōu)種子磁場的存在性。
　　然后討論了電磁壓縮法 Z箍縮形式的建模方法，重點分析了線圈的互感和磁壓力的計算方法；根據(jù)計算結(jié)果，分析了其磁壓力的產(chǎn)生方式，以及軸向電流和角向電流的變化情況，并將其與角箍縮形式的過程進行了對比。
　　最后在脈沖電源裝置的基礎(chǔ)上，設(shè)計了單匝線圈實驗系統(tǒng)，對比了在不同電源系統(tǒng)和線圈尺寸下的放電過程；并結(jié)合仿真結(jié)果，研究了分別由溫度和電磁應(yīng)力引起的爆炸情況。同時驗證了該模型的合理性和準(zhǔn)確性