超导储能具有转换效率高、响应速度快、电压频率易调节以及维护方便等优点,所以它不仅用于电力系统负载调节的大型超导储能系统,而且由于满足对电压波动很敏感的计算机和精密电子设备的需要,而得到越来越广泛的应用。制冷机直接冷却方式由于其本身具有的优势,已经成为高温超导应用中冷却技术的发展趋势和主要研究方向。华中科技大学低温工程研究所根据国家高技术研究发展计划(863)高温超导磁储能系统课题任务,开始研究设计具有直接冷却技术的、高效可靠的高温超导磁储能(SMES)低温冷却系统。本文以此为背景,研究超导磁储能系统直接冷却中的相关问题。文章首先对制冷机直接冷却超导磁体进行了热力学分析,通过对连续冷却和非连续冷却两种方式的对比,提出直接冷却改进的方向,应尽可能使得热量迅速被制冷机带走,合理组织热量在高温超导磁体中的传导过程。然后根据超导材料的热导率的计算模型,提出磁体“有效热导率”的概念,并建立理论计算模型,对磁体的热导率进行预测、计算;结合热力学分析结果,对磁体的工作温度及结构进行优化设计,对影响磁体热稳定性的因素进行简要讨论,并提出改进方案。进而对二元电流引线进行热力分析与优化设计,针对二元电流引线的传热特点进行理论建模和数值模拟计算,从而为确定制冷机的最小功耗和热力最优的热截流温度点工况提供理论依据,并简要分析其热稳定性对超导系统的影响。最后以Bi-2223磁体为样品,建立超导磁体直接冷却实验装置,得到超导磁体冷却过程的降温特性以及稳态温度分布,并对不同的冷却方案及结果进行分析比较,为实际设计超导磁储能低温系统提供了参考依据。本文所进行的研究工作,为制冷机直接冷却超导磁储能低温系统的经验设计发展到计算设计提供理论基础与实验应用数据。