超导电磁建模的新基准问题：高温超导发电机

高温超导（HTS）发电机是一种有前景的装置，可向闭合超导电路中注入大直流超电流。这对于在无电流引线连接到电源的情况下为 NMR/MRI 磁体与超导旋转电机中的 HTS 线圈供能尤其具有吸引力。直到最近才开发出能够分析 HTS 发电机并解释其潜在物理机制的定量准确预测模型。本工作中，我们提议将 HTS 发电机用作 HTS 建模界的一个新基准问题。该基准几何由在开路构型下经过静止 HTS 涂层导体线的永磁体旋转构成，为简单起见假设为 2D（无限长）情形。尽管几何简单，其解却很复杂，包含整个超导体积中随时间变化且空间非均匀的电流与场。本工作中，该基准问题已通过若干不同方法实现，包括基于 H 公式的方法、耦合 H-A 与 T-A 公式、最小电磁熵产生法，以及基于积分方程与体积分方程的等效电路方法。这些方法在开路等效瞬时电压与累积时间平均等效电压，以及磁体经过期间 HTS 线内关键位置处的电流密度与电场分布上，均显示出极好的定性与定量一致性。基于以下关键指标：HTS 线中网格单元数、模型中网格单元总数、自由度（DOFs）数、容差设置以及各模型每周期大致耗时，对各建模框架进行了批判性分析与比较。