面向无绝缘 HTS 线圈的磁-热有限元分析的表面接触近似
计算物理
2026-05-28 v1 超导电性
计算工程、金融与科学
加速器物理
摘要
高温超导体（HTS）涂料导体可以缠绕成无绝缘（NI）线圈，其中电流可以通过轴向-轴向接触层（T2TCL）部分旁路局部正常区。因此，对此类线圈的准确磁-热仿真需要有效表示 T2TCL 的电气和热行为。本文引入了磁-热表面接触近似（SCA）用于 NI HTS 线圈的有限元分析。该形式化推导为更一般的薄壳近似（TSA）的特例，通过引入适当的近似，如在 T2TCL 中忽略切向表面电流和涡旋电流效应。 resulting SCA 公式将薄体积接触层替换为基于电接触电阻和热接触导热系数的专用表面弱形式。在 contrast，TSA 公式需要定义电阻率、热导率以及 T2TCL 的厚度。SCA 被实现在免费开源有限元熔竭模拟器的 Pancake3D 模块中。通过对模型 NI 煎饼线圈的瞬态磁-热仿真进行验证。数值结果与 established TSA 公式进行比较。结果表明，SCA 正确地再现了相关的电磁和热行为。对于 TSA，存在在大厚度（potentially 不物理）低电阻率导致结果不准确，或小厚度高电阻率使线性系统难以求解，增加计算工作量之间的权衡。相比之下，SCA 由于直接使用接触电阻和导热系数无需定义厚度，易于使用且稳健。
引用
@article{arxiv.2605.28574,
title = {Surface Contact Approximation for Magneto-Thermal Finite Element Analysis of No-Insulation HTS Coils},
author = {Erik Schnaubelt and Louis Denis and Mariusz Wozniak and Julien Dular and Arjan Verweij},
journal= {arXiv preprint arXiv:2605.28574},
year = {2026}
}
备注
This work has been submitted to the IEEE for possible publication