熔盐电磁感应加热器的数值模拟与分析

将电磁感应加热技术应用于低谷电加热熔盐蓄热供暖领域,以熔盐电磁感应加热器为研究对象,利用数值模拟方法研究不同加热条件下感应加热器壁面以及熔盐内部磁场和温度场的分布特点,并得到线圈电流、电流频率、熔盐流速和加热器材料对磁场和温度场的影响规律。研究结果表明:磁感应强度、管道壁面的感应电流密度、加热器壁面温度及熔盐进出口温升随线圈电流的增大而增大,线圈电流频率的升高仅会影响磁场在感应加热器内部的分布;熔盐流速增加时加热器壁面温度和熔盐进出口温升均显著降低,流速分别为0.1和0.4 m/s时所对应的壁面最高温度分别为406和264℃,进出口温升分别为38.79和10.05℃;加热器材料为碳钢时的磁感应强度、感应电流密度、加热器壁面温度以及熔盐进出口温升均大于同等条件下不锈钢材料。     

摆式振荡水翼的水动力性能分析

基于传统振荡水翼运动模型提出一种适用于垂直轴振荡水翼潮流能发电装置的摆式运动模型,并建立相应的数学模型。利用流体动力学软件Fluent软件建立该运动模型的网格模型,分析翼型NACA0015在不同运动参数下的水动力性能及能量捕获效率,并从水翼在运动过程中攻角的变化和漩涡结构方面分析振荡频率和俯仰振幅对水翼水动力性能的影响。结果表明,在小的振荡频率下,水翼的升沉振幅是影响能量提取效率的主要因素,随着频率的增加,升沉振幅对能量提取效率的影响减弱;在较大的频率下,俯仰振幅对水翼能量提取效率的影响更为明显。在适当的运动参数下,水流动能转化为水翼动能的效率可达30%。     

单点疲劳载荷作用下的风电叶片振动特性研究

设计一套风电叶片单点疲劳加载系统,基于拉格朗日方程推导出单点疲劳载荷作用下的风电叶片振动数学模型,得到影响叶片振动特性的一系列因素。以一阶固有频率为0.92 Hz的风电叶片为被控对象,利用Matlab/Simulink软件建立仿真模型,得到不同加载频率下风电叶片的振动特性。当加载频率为0.80、0.85 Hz时,加载点振幅均小于300 mm;当加载频率增大到0.95 Hz时,振幅达到较大值,约为400 mm,近似发生共振,能满足疲劳试验要求;当加载频率继续增大到1.00 Hz和1.20 Hz时,振幅反而衰减到220 mm和100 mm。最后进行单点疲劳加载试验,得出试验结果和仿真结果规律基本吻合,验证了数学模型和仿真模型的准确性。     

非晶合金屏蔽层固体绝缘发电机封闭母线热场分析

对于大电流的传输电设备而言,发电机出口母线的发热、温升和散热问题是影响发电机工作稳定性的一个非常重要的因素之一。针对一种采用固体绝缘结构的发电机管型封闭母线,研究其在不同工作条件下的温升和散热特性。文中采用ANSYS软件建立封闭母线的温度场分析二维模型,并结合传导、对流及辐射等热传递模式,进行温度场仿真。在此基础上分析环境温度、气体压强以及不同负荷电流下的母线发热现象,分析出具有良好温升特性的发电机固体绝缘母线绝缘结构参数和运行条件。     

基于ANSYS的户外高压隔离开关触头发热机理研究

针对户外高压隔离开关触头过热现象,对动静触头接触部分作了认真分析,将触头三维模型简化后,采用有限元软件ANSYS进行热稳定性仿真计算。分析发现,接触电阻大于100μΩ、接触电流高于400A时,触头接触部分易发热甚至过热;大电流流通时,接触面积变化越大对接触部分温升的影响越大;风速越大对触头散热的影响越平缓,环境温度变化值等同于相同条件下触头温升的变化值。通过触头温升试验验证了仿真分析结论。     

能量桩温度场分布特征数值模拟研究

能量桩技术作为新型地热能利用技术,因其高效节能的特点而具有广阔的发展前景。为探究能量桩温度场分布特征,采用ANSYS软件对能量桩的取热过程进行了数值模拟研究。研究结果表明：稳态时,能量桩温度场整体上呈对称分布,径向温度场呈圆形,纵向温度场呈椭圆形;桩体深度不同,热影响范围也不相同;桩中部热影响范围最大,桩顶和桩底附近热影响范围较小,最大热影响半径约为2.2m。     

热声堆材料对制冷效果的影响

为了提高热声效率转换,在黄铜和不锈钢这类传统热声堆材料的基础上,创造性地引入了毛细玻璃管和PVC塑料材质的热声堆。基于搭建以氩气为工质的扬声器驱动型热声制冷机,进行热声堆两端温差对制冷效果影响的实验研究。研究表明:当激励电流不变时,随着声场频率的升高,热声堆两端温差升高,制冷效果得到改善;当声场频率与激励电流相同时,毛细玻璃管材质输出的温差最大,制冷效果最佳。     

摩托车磁流变阻尼器的优化设计

选择剪切阀式作为摩托车磁流变阻尼器的工作模式,应用MATLAB优化工具箱对磁流变阻尼器的结构参数进行优化设计。在此基础上,根据理论分析选择阻尼器的结构尺寸,设计制作了单出杆磁流变阻尼器。对设计的摩托车磁流变阻尼器特性进行了实验研究,经测试表明优化设计的摩托车磁流变阻尼器性能达到了预期要求,表明此设计方法是正确可行的,研究结果对于磁流变阻尼器在摩托车悬挂系统中的应用具有参考价值。     

一种小型热释电能量转换装置的特性分析

设计了一种小型热释电能量转换装置,基于热释电效应对该装置进行了理论分析,推导出了该装置的输出电流与电压的表达式。通过理论分析与实验的方法对简谐热激励下该装置的能量转换特性进行了研究,结果表明:当对装置进行调频处理时,热释电单元表面的温度将发生周期性的变化,并且在其正负极之间产生周期性变化的电压;调频频率、热源功率、装置散热情况及热释电陶瓷表面吸热率对该装置的输出电压会产生一定的影响;该装置产生的电能能量密度可达7.4mJ/cm3,可满足某些特殊场合的能量需求。     

安装防振锤输电线微风振动试验研究

针对安装与未安装防振锤愉电线的微风振动响应及防振锤数目和位置对防振效果的影响问题,基于能量平衡原理将分布涡激力等效为集中激励力,设计了一整套试验装置,并实测不同张力、振动频率和激振幅度下安装与未安装防振锤时输电线的振动响应.分析了防振锤数目和安装位置对防振效果的影响及原因,获得了一套真实可信的数据,为微风振动的数值仿真和实际工程中防振方案的优化奠定了基础.     

用于排架结构的铅剪切阻尼器试验及数值分析

为进一步促进铅阻尼器在工程中的应用,针对常见的排架结构,研制了一种铅剪切阻尼器,通过低周往复加载试验,逐个分析阻尼材料铅的有效剪切面积、受剪区厚度、剪切截面形式、加载位移幅值、加载频率、加载次数等因素对阻尼器耗能性能的影响。试验结果表明,设计的阻尼器的阻尼力—位移滞回曲线饱满,耗能性能良好,符合双线性力学模型,并对试验中两个典型型号的阻尼器进行了数值模拟分析,通过对比数模值和试验值,证明了数值计算模型的实用性,为阻尼器在结构体系中的减震应用奠定了基础。     

带缘板阻尼叶盘系统高速旋转激振试验研究

在燃气轮机高压涡轮叶片上安装缘板阻尼结构可以有效降低叶片振动应力,为了掌握叶片振动特性,进而指导阻尼结构设计,以某船用燃气轮机高压涡轮转子为研究对象,开展带缘板阻尼叶盘系统高速旋转激振试验。设计了缘板阻尼结构形式,开发了雾化油滴喷液激振试验系统;同时,模拟常温环境下的叶片工作载荷,结合试验数据分析获取叶片安装阻尼器前后的动应力变化情况。试验结果表明：所设计的试验系统能够很好地模拟叶片弯曲和扭转共振状态;无阻尼激振试验获取的叶片模态参数与理论计算值相当,试验结果验证了理论计算方法的准确性;安装缘板阻尼器后叶片弯曲振动应力下降明显,存在最优阻尼参数使减振效果最佳;根据叶片幅频响应曲线可以看出,缘板阻尼器使叶片非线性力学特征增强,出现叶片振动能量相互传递的现象。     

Dynamical Study of Pulsed Impinging Jet with Time Varying Heat Flux Boundary Condition

Pulsed jets in different configuration are potentially considered for enhancing transport phenomenon generally. Flow and temperature field in a pulsed impinging jet are simulated numerically by solving the governing equations using the control volume method. Ensemble Averaging Method as well as Phase Averaging has been employed for reporting the results in this study. In order to simulate a pulsating jet, inlet velocity profile was exerted as a time dependent sinusoidal and step signals. The results of this simulation showed an oscillatory jet could lead to an increase in jet development and its cross section with the wall and also a more uniform Nusselt profile would be obtained compared to the steady jet. For parametric investigations and extracting flow and thermal characteristics of a pulsed impinging jet, the effects of various parameters including flow frequency and amplitude and heat flux frequency were considered. It has been seen that Nusselt number varies by the changes in frequency, amplitude and the type of the excitation. It has been shown that the oscillating impinging jet has a better performance rather than the steady case when the excitation amplitude and frequency increase. Finally, it is also observed how a thermal field is going to respond with two pulsating inputs.     

叶片缘板阻尼结构参数敏感特性分析

针对某型船用燃气轮机高压涡轮叶片的缘板阻尼结构设计问题,开展阻尼结构参数敏感性分析。基于整体-局部统一滑动理论建立叶片-阻尼单接触对摩擦模型,采用谐波平衡法和能量法将非线性摩擦力等效线性化;考虑激振力相位差,迭代求解振动微分方程以获得叶尖幅值响应,找出影响阻尼减振效果的关键参数,分辨具有高敏感度的独立变量,获取阻尼结构初步设计方案。结果表明：缘板阻尼器的质量与刚度、阻尼选材及接触面宽度均属于高敏感度参数;阻尼器所受离心力与激振力幅值之比可作为结构设计过程中的独立变量;计算得到阻尼器设计质量在1.18~3.95 g之间,阻尼器轴向设计长度为31.2 mm。     

不同纵荡幅值下浮式水平轴叶轮的水动力性能分析

为研究浪流联合环境对于浮式潮流能水轮机性能的影响,对均匀来流环境下施加波浪激励下的水平轴获能叶轮进行水动力分析。结合ANSYS-Fluent流体仿真软件并对其进行二次开发,采用重叠网格法建立均匀来流时浮式获能叶轮受迫运动的水动力分析模型,模拟S型双向潮流能叶轮在不同幅值的纵荡运动时的水动力性能,并结合实际水槽试验对计算结果的准确性进行验证。分析结果显示：纵荡激励使获能叶轮周边的流场速度产生明显的瞬时波动,且获能叶轮受力载荷的波动幅值会因纵荡激励作用的增强而升高;叶轮尾流场的流速变化和流线的变化伴随纵荡幅值的增大而增大,但流场的均匀度伴随纵荡幅值的增大而降低。     

喷油矢量对柴油机曲轴扭振影响的机理

采用基于集中质量法的GT-SUITE软件,建立8,V2015柴油机曲轴系统动力学与性能协同仿真模型,并对其进行必要的试验标定.开展喷油矢量对柴油机曲轴扭振的影响机理的仿真研究,并以干扰力矩矢量和这一扭振能量衡量指标进行验证.结果表明,调节气缸循环喷油量影响发动机激励力矩低频段幅值,调整喷油提前角则主要影响中高频段的幅值和相位.激励力矩的影响机理可用来抑制曲轴扭振,不同喷油矢量的调节方案表明扭振抑制的有效性,其中减振器惯性体端5.5谐次的扭转角位移幅值降低21.2%;干扰力矩矢量和与扭转角位移的变化趋势一致,可作为扭振强弱的衡量指标以及扭振抑制的优化目标.     

交流励磁发电机定子磁场定向的矢量控制研究

论述了交流励磁发电机基于定子磁场定向的控制原理,推导了发电机有功功率、无功功率与转子励磁电流的关系,搭建了交流励磁发电机双闭环控制模型,讨论了定子磁链幅值和位置的确定,进行了采用PID调节器双闭环控制的仿真研究,结果表明定子磁场定向的矢量控制原理能够实现对交流励磁发电机有功和无功功率的快速、解耦控制。     

Numerical Investigation of the Performance of a U-Shaped Pulsating Heat Pipe

In this research the performance of a U-shaped pulsating heat pipe (PHP) was investigated using numerical methods. This heat pipe consists of two sections: The evaporator is set at the two ends of the pipe, and the middle part of the pipe comprises the condenser section. This heat pipe is a type of open looped pulsating heat pipe. The governing equations are derived analytically from the continuity, momentum, and energy equations and are solved implicitly. In this model, considering the liquid mesh, the rate of convection and boiling heat transfer in the U-shaped PHP, which has not been investigated as of yet, are examined. The effect of the evaporator temperature on the pulse amplitude and frequency, rate of convection, and boiling heat transfer is also investigated. The results show that by increasing the evaporator temperature, due to the increase in pulse amplitude and frequency, the rate of heat transfer due to convection and boiling in the pipe will increase too. Furthermore, it is derived that by increasing the evaporator temperature, the share of boiling heat transfer will increase. In order to validate the results, the calculated heat transfer is compared to experimental and analytical results, and it is seen that the suggested model correctly predicts the rate of heat transfer within a precise range.     

多晶硅还原炉高频交流电加热机制研究

以多晶硅还原炉硅棒焦耳电加热过程为研究对象,考虑辐射、对流以及化学反应热3种热量传递形式,耦合频率控制的电磁场模型,建立硅棒焦耳电加热模型。基于该模型,分析不同频率下24对棒还原炉内、中、外环上硅棒内部温度及电流密度分布。研究表明,交流电频率越高,硅棒内部温度分布越均匀。当相对频率RF>10时,硅棒中心附近存在恒温区,且RF增大,恒温区范围增大。利用高频电流产生的趋肤效应可有效改善硅棒内部温度梯度,为实现增大硅棒最终沉积半径提供潜在的可能。模型预测得到低频(50 Hz)和高频(10和50 kHz)条件下电压-电流操作曲线,提出低频和高频交流电联合焦耳电加热方式。     

NUMERICAL SIMULATIONS OF ELECTRO-SLAG REMELTING PROCESS

Flow and heat transfer characteristics in the electro-slag remelting process (ESR) are important in manufacturing steel of good quality. An integrated numerical model is developed to compute the flow field and the temperature distribution inside ESR units with a metal pool profile which is solved simultaneously. In addition to the conservative equations of mass, momentum, energy, and turbulent properties, Maxwell's equations are employed to obtain the electromagnetic field by either AC or DC power supply. The results include the effects of power supply type, current amplitude, casting rate, and flow field patterns (laminar or turbulent) on flow and heat transfer characteristics. Different flow patterns and turbulent properties have been predicted using a pool profile close to the real one for AC and DC power supplies. The present model concludes that the casting rate and current amplitude are very effective in affecting the pool shape.