CC BY
0ОСОБЕННОСТИ МОДЕЛИРОВАНИЯ СВЕРХПРОВОДНИКОВЫХ СИСТЕМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДА КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
Александров Д. А.1, Мартиросян И. В.1, Покровский С.В., Руднев И.А.
1 Национальный Исследовательский Ядерный Университет «МИФИ», Москва, Рос -
сия, dimax.2001@mail.ru
В настоящее время применение численных методов является наиболее релевантным подходом к моделированию сложных устройств, в конструкции которых используются высокотемпературные сверхпроводники (ВТСП). Наиболее распространенным методом описания электродинамического поведения ВТСП в области прикладной сверхпроводимости является решение нестационарных уравнений Максвелла методом конечных элементов. Для конечно-элементного моделирования разработаны и апробированы различные формулировки уравнений Максвелла, наиболее перспективными из которых являются H-формализм [1], A-формализм [2], A-J - формализм [3] и A-T-H - формализм [4]. В настоящей работе проведено сравнение эффективности и результативности указанных четырех формулировок для моделирования широкого спектра сверхпроводниковых устройств, в частности, ВТСП генераторов, а также индуктивного и кинетического ВТСП накопителей энергии.
Верификация результатов вычислений проведена путем сравнения результатов моделирования с экспериментальными данными, полученными с использованием методов сканирующей холловской магнитометрии для простой сверхпроводниковой системы с базовым набором воздействующих факторов, характерных для элементов рассматриваемых устройств, а именно: воздействие внешнего однородного и градиентного магнитного поля, воздействие транспортного (в т.ч. импульсного) электрического тока, наличие подвижных элементов в системе. Исследованы зависимости относительной и средней ошибки вычислений от числа сверхпроводящих лент в стопке в случае их намагничивания внешним магнитным полем, а также при пропускании через образцы транспортного тока в отсутствие и в присутствии внешнего магнитного поля. Проведена оценка быстродействия формулировок. Получены поверхности средней ошибки вычислений для множества комбинаций количества ВТСП лент в стопке (от 1 до 50) и амплитуд плотностей транспортных токов (от 0 до G.9 от величины критического тока ВТСП лент) в присутствии и отсутствии внешнего магнитного поля. Даны научно-обоснованные рекомендации по применению указанных формулировок для численного моделирования различных ВТСП устройств.
Работа выполнена в рамках Госзадания (проект FSWU-2G22-0013) при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ
Литература
1. Shen В., Grilli F., Coombs T. Overview of H-formulation: A versatile tool for modeling electromagnetics in high-temperature superconductor applications //IEEE access. - 2G2G. - Т. 8. - С. 100403-1GG414.
2. Sass F. et al. Superconducting magnetic bearings with bulks and 2G HTS stacks: Comparison between simulations using H and AV formulations with measurements //Superconductor Science and Technology. - 2G18. - Т. 31. - №. 2. - С. 025006.
3. Wang S., Yong H., Zhou Y. Numerical calculations of high temperature superconductors with the JA formulation //Superconductor Science and Technology. - 2G23. - Т. 36. - №. 11. - С. 115G2G.
4. Berrospe-Juarez E. et al. Real-time simulation of large-scale HTS systems: Multi-scale and homogeneous models using the T-A formulation //Superconductor Science and Technology. -2G19. - Т. 32. - №. 6. - С. 065003.
