二代高温超导体具有临界温度高、工程临界电流密度大、临界应力大的优良性能,是目前应用在超导磁悬浮列车领域的重要材料。高温超导体通常运行在液氮环境中或者由制冷机传导冷却,但是在液氮温区的高温超导磁难以发挥其最佳性能,同时液氮冷却存在降温温度有限与冷储能不足的问题;使用制冷机传导冷却的高温超导体则存在热均匀性差、超导体在整个运行期间不能脱离电源的问题,制冷机相关附件也使得系统质量大大增加。相较而言,固氮具有制备容易、质量轻、热容大且电绝缘性好的优点,是一种温区跨度大的廉价制冷媒质;并且固氮在固-固相变时可以吸收更多的热量,抑制超导体温升,从而使得其具有更好的热稳定性。本文以固氮深冷车载超低温系统为研究对象,采用解析计算、有限元仿真以及实验测试相结合的研究方法,开展了应用于超导电动悬浮列车的制冷机可插拔承力固氮低温容器的结构设计、传热计算与结构强度建模等研究,对比分析了使用制冷机可插拔结构前后对固氮低温容器的漏热、保温时长等多项性能指标的变化情况。在对承力固氮低温容器进行结构设计时,采用液氮盒、双级冷屏、多层绝热材料以及可伸缩波纹管等结构,达到减少系统总漏热量、延长固氮温升时间的目的;并重点研究了制冷机可插拔结构,其不仅可以防止大气中的热量以传导形式和辐射形式进入固氮腔体,而且可以减轻承力固氮低温容器的重量,达到车载超低温系统轻量化的目的。其次,建立承力固氮低温容器三维模型,对低温容器的传导漏热、辐射漏热、对流漏热以及励磁阶段产生的焦耳热进行解析计算,并计算低温容器的总漏热量对生成固氮量以及固氮保存时间的影响,通过制冷机可插拔结构减少固氮深冷车载超低温系统的总漏热量,使超导磁体在20 K-40 K的固氮温区能够稳定工作8个小时以上;同时对固氮低温容器三维模型进行有限元结构仿真,模拟了固氮低温容器外腔体在高真空的环境下产生的变形量,解析计算和有限元结构仿真结果均证明了承力固氮低温容器三维模型的合理性。最后,完成了承力固氮低温容器的样机制作与性能测试,通过制冷量可达到[email protected] K的G-M双级制冷机对液氮进行传导降温固化,观察液氮盒等结构对降温时间的影响以及制冷机可插拔结构对固氮温升时间的影响。实验结果进一步证实了固氮低温容器传热解析计算的准确性,以及液氮盒和制冷机可插拔结构对减少固氮低温系统漏热的重要性。因此采用固氮深冷技术成为了冷却高温超导磁体的一种更优的选择,并且将其用于超导电动悬浮列车的低温系统中也成为了一种新的方向。