Caractérisation et modélisation des matériaux supraconducteurs à haute température critique PDF Download
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Book Description
L'objectif de ce travail de thèse est d'optimiser le processus d'aimantation des pastilles supraconductrices à haute température critique (SHTC) par un champ magnétique impulsionnel ou PFM (Pulsed Field Magnetization) afin de les mettre en œuvre dans des applications dans le domaine de l'électrotechnique. Dans l'étape de conception de l'inducteur nécessaire pour magnétiser ces pastilles SHTC, la modélisation et la simulation sont fortement recommandées pour effectuer les calculs nécessaires des différentes caractéristiques électriques du système d'aimantation. De ce fait, nous avons développé un modèle analytique pour étudier l'influence de la présence d'une pastille supraconductrice dans un circuit ferromagnétique sur la valeur de l'inductance d'une bobine inductrice. Il s'agit de résoudre les équations de Laplace et de Poisson dans différentes régions d'intérêt à travers le potentiel vecteur magnétique. La résolution analytique a été effectuée à l'aide d'un code de calcul développé sous MATLAB où les résultats obtenus ont été en bonne concordances avec ceux obtenus par simulation numérique sous COMSOL. L'inhomogénéité des pastilles SHTC de type YBaCuO en termes de la densité de courant critique Jc a été également étudiée. Pour cela, nous avons réalisé des expériences de l'aimantation des ces pastilles par la méthode PFM. Nous avons montré que la surface plane contenant le germe de cristallisation (seed) de ces pastilles est caractérisée par une Jc plus élevée que l'autre surface. Ainsi, nous avons étudié l'influence de la position du germe de cristallisation dans la méthode de caractérisation à deux pastilles.
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L'objectif de ce travail de thèse est d'optimiser le processus d'aimantation des pastilles supraconductrices à haute température critique (SHTC) par un champ magnétique impulsionnel ou PFM (Pulsed Field Magnetization) afin de les mettre en œuvre dans des applications dans le domaine de l'électrotechnique. Dans l'étape de conception de l'inducteur nécessaire pour magnétiser ces pastilles SHTC, la modélisation et la simulation sont fortement recommandées pour effectuer les calculs nécessaires des différentes caractéristiques électriques du système d'aimantation. De ce fait, nous avons développé un modèle analytique pour étudier l'influence de la présence d'une pastille supraconductrice dans un circuit ferromagnétique sur la valeur de l'inductance d'une bobine inductrice. Il s'agit de résoudre les équations de Laplace et de Poisson dans différentes régions d'intérêt à travers le potentiel vecteur magnétique. La résolution analytique a été effectuée à l'aide d'un code de calcul développé sous MATLAB où les résultats obtenus ont été en bonne concordances avec ceux obtenus par simulation numérique sous COMSOL. L'inhomogénéité des pastilles SHTC de type YBaCuO en termes de la densité de courant critique Jc a été également étudiée. Pour cela, nous avons réalisé des expériences de l'aimantation des ces pastilles par la méthode PFM. Nous avons montré que la surface plane contenant le germe de cristallisation (seed) de ces pastilles est caractérisée par une Jc plus élevée que l'autre surface. Ainsi, nous avons étudié l'influence de la position du germe de cristallisation dans la méthode de caractérisation à deux pastilles.
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LE TRAVAIL PRESENTE DANS CE MEMOIRE SE SCINDE EN TROIS PARTIES: LA PREMIERE PARTIE EST CONSACREE AU PHENOMENE DE SUPRACONDUCTIVITE, LA DEUXIEME PARTIE PORTE SUR LA MODELISATION NUMERIQUE EN GENERAL ET LA TROISIEME SUR LA MODELISATION NUMERIQUE DE LA SUPRACONDUCTIVITE. LA PREMIERE PARTIE COMMENCE PAR UNE PRESENTATION DES EQUATIONS DE GINSBURG-LANDAU. ENSUITE, EN VUE DE LA MODELISATION NUMERIQUE AU NIVEAU MACROSCOPIQUE, IL EST ETUDIE EN QUELLES CIRCONSTANCES UNE LOI DE COMPORTEMENT LOCALE RELIANT LE CHAMP ELECTRIQUE ET LA DENSITE DE COURANT EST VALIDE. BIEN QUE DANS LE CAS GENERAL, ELLE N'AIT PAS DE JUSTIFICATION, UNE TELLE LOI DE COMPORTEMENT EST ENVISAGEABLE DANS UN CAS PARTICULIER (FLUX-FLOW). LA DEUXIEME PARTIE EST CONSACREE A LA RECHERCHE DE METHODES NUMERIQUES INCONDITIONNELLEMENT CONVERGENTES, CAPABLES DE TRAITER LES TRES FORTES NON LINEARITES. DE TELLES METHODES, BASEES SUR LA MINIMISATION DE FONCTIONNELLES EXISTENT ET PEUVENT ETRE APPLIQUEES POUR LA RESOLUTION DES EQUATIONS DE MAXWELL COMPLETES. EN TROISIEME PARTIE LA METHODE DE RESOLUTION EST D'ABORD VALIDEE SUR UN PROBLEME SIMPLE (LINEAIRE), POUR ETRE ENSUITE UTILISEE POUR LA RECHERCHE DE LA LOI CONSTITUTIVE QUI EST INACCESSIBLE DIRECTEMENT A LA MESURE
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Nous présentons une contribution à la modélisation tridimensionnelle des phénomènes électromagnétiques et thermiques couplés dans les matériaux supraconducteurs à haute température critique. La méthode des volumes finis est adoptée comme méthode de résolution des équations aux dérivées partielles caractéristiques aux phénomènes physiques traités. Le couplage électromagnétique thermique est assuré par un algorithme alterné. L'ensemble des modèles mathématico-numériques ainsi développés et implémentés sous Matlab, sont appliqués pour étudié le comportement des supraconducteurs dans le cadre des paliers magnétiques et pour étudier le comportement des supraconducteurs durant le processus d'aimantation. Les résultats à caractère magnétique et ceux à caractère thermique sont largement présentés. La validité du travail proposé est atteinte par comparaison des résultats ainsi obtenus à ceux donnés par l'expérimentation.
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Notre étude vise une application très prometteuse des rubans supraconducteurs déposés à base d’YBaCuO pour la limitation du courant de défaut. L’objectif principal de ce travail est de définir un conducteur adapté et de trouver les paramètres importants améliorant l’homogénéité de sa transition. Pour celà, des mesures électriques, ainsi qu’un montage de mesure optique nouveau sont présentés, notamment pour étudier l’apparition de points chauds sur le conducteur aux premiers temps de la transition. Trois conducteurs déposés commerciaux différents sont étudiés (EHTS, AMSC et Super Power), en limitation. Parmi eux, l’architecture du conducteur AMSC est très prometteuse pour l’application visée. Enfin, des études théoriques de modélisation et de simulation ainsi que des études d’application au réseau réel sont exposées. Elles valident l’utilisation des conducteurs déposés pour limiter le courant de défaut.
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Les matériaux supraconducteurs présentent des propriétés physiques et géométriques particulières qui exigent des approches de modélisation spatio-temporelle fines, où les méthodes classiques trouvent rapidement leurs limites en termes de convergence, de précision et de temps de calcul. Ce dernier peut être très conséquent, ce qui est incompatible avec les problèmes de dimensionnement et d'optimisation. Dans ce contexte, ce travail a pour objectif de développer des approches de modélisation multiphysique rapides pour le dimensionnement et l'optimisation des systèmes à base de supraconducteurs. Un intérêt particulier est porté pour les méthodes intégrales. Les verrous scientifiques à lever, qui constituent également l'originalité du travail, résident dans l'intégration des lois de comportement E(J) des supraconducteurs dans les schémas numériques de ce type de méthodes. Dans ce travail on développe un modèle numérique afin d'étudier la distribution de la densité de courant et d'estimer les pertes AC dans les supraconducteurs à haute température (HTS). Le modèle développé est basé sur une formulation intégro-différentielle en termes de potentiel vecteur électrique dans les deux domaines fréquentiel et temporel. Une campagne de test est menée afin de valider et de bien cerner les possibilités offertes et les limites de cette approche pour la modélisation des supraconducteurs.
Author: SANDRA.. HO TAM FOU Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 131
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LA DECOUVERTE DES MATERIAUX SUPRACONDUCTEURS DITS A HAUTE TEMPERATURE CRITIQUE EN 1986 A FORTEMENT RELANCE L'INTERET POUR CES MATERIAUX. LEUR UTILISATION EST SERIEUSEMENT ENVISAGEE DANS DIVERS DOMAINES TELS QUE LA PRODUCTION, LE TRANSPORT, LE STOCKAGE D'ENERGIE, LES LIMITEURS DE COURANT, LA FABRICATION DE CABLES, DE MACHINES OU DE PALIERS MAGNETIQUES. C'EST A CES DERNIERS QUE L'ON S'INTERESSE TOUT PARTICULIEREMENT DANS CE TRAVAIL. LA PROPRIETE REMARQUABLE DES SUPRACONDUCTEURS DE FAIRE LEVITER ET DE MANIERE STABLE UN AIMANT PERMANENT PERMET D'ENVISAGER LEUR UTILISATION POUR DES DISPOSITIFS EN SUSPENSION. L'OPTIMISATION DE CES DISPOSITIFS NECESSITE DE CONNAITRE LEUR COMPORTEMENT ELECTROMAGNETIQUE ET DE DETERMINER AVEC UNE BONNE PRECISION LES GRANDEURS ELECTROMAGNETIQUES LIEES AUX SUPRACONDUCTEURS. IL EST DONC IMPERATIF DE DEVELOPPER DES MODELES MACROSCOPIQUES. CE MEMOIRE PRESENTE UN MODELE ORIGINAL BIDIMENSIONNEL AXISYMETRIQUE REDUISANT DE MANIERE CONSEQUENTE LES TEMPS DE CALCUL TRES IMPORTANTS DANS LES AUTRES MODELES DEJA EXISTANTS. LE MODELE CONDUIT A LA DETERMINATION D'UN DISPOSITIF ADAPTEE A UNE MEILLEURE STABILISATION DU SYSTEME ET/OU UNE FORCE D'INTERACTION OPTIMALE. CELA CONSISTE, PAR EXEMPLE, A FAIRE VARIER LA GEOMETRIE DE L'AIMANT OU CELLE DU SUPRACONDUCTEUR. CEPENDANT, EN PRATIQUE, LA GEOMETRIE DE CE DERNIER EST RAPIDEMENT LIMITEE PUISQUE LES TECHNIQUES DE FABRICATION ACTUELLES SONT TELLES QU'IL EST TRES DIFFICILE D'OBTENIR DES PASTILLES DE DIAMETRE SUPERIEUR A 100 MM AVEC DE BONNES PERFORMANCES EN TERME DE DENSITE CRITIQUE. DANS CETTE OPTIQUE, L'ASSEMBLAGE DE PASTILLES SUPRACONDUCTRICES PERMETTANT DE REMPLACER UN MATERIAU MASSIF EST DISCUTE. ENFIN, UN BILAN ENERGETIQUE OBTENU A PARTIR D'UN COUPLAGE ELECTRODYNAMIQUE-MECANIQUE A CONCLU CETTE ETUDE. IL A PERMIS DE METTRE EN EVIDENCE LE COMPORTEMENT HYSTERETIQUE DES SUPRACONDUCTEURS FOURNISSANT UNE PREMIERE EXPLICATION AU PHENOMENE DE LEVITATION.
Author: Paolo Di Barba Publisher: IOS Press ISBN: 9781586030247 Category : Electromagnetism Languages : en Pages : 762
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This text is a collection of contributions covering a wide range of topics of interdisciplinary character, from materials to systems, from microdevices to large equipment, with special emphasis on emerging subjects and particular attention to advanced computational methods in order to model both devices and systems. The book provides the solution to challenging problems of research on non-linear electromagnetic systems and is expected to help researchers working in this broad area.
Author: Mohamed Elbaa
Author: Mohamed Elbaa
Author: Joseph Duron
Author: STEFAN.. VASILIU
Author: Lotfi Alloui
Author: Nhat Tung Nguyen
Author: Mohamad Farhat
Author: SANDRA.. HO TAM FOU
Author: Paolo Di Barba
Author: André Guinier
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