填充型高导热复合材料的有限元仿真研究

为研究微米颗粒填料对填充型高导热复合材料导热性能的影响,本研究构建了填料颗粒随机分布的复合材料有限元模型,分别计算、分析了填料的填充比例、粒径、导热系数、颗粒形状等因素对复合材料导热系数的影响.结果表明:随着填料填充比例提高、填料颗粒长径比增大,复合材料的导热系数明显提高;在不考虑界面热阻和颗粒团聚的情况下填料粒径对导热系数的影响很小;填料自身的导热系数对复合物的导热性能影响很小;在不考虑界面热阻的情况下,能否有效地形成导热通道是决定填充型复合材料导热系数的关键.     

不同排列的金属球在均匀电场中的仿真研究

大量研究已证明导线表面状态会极大影响导线的电晕性能,但微观层面上是如何影响电场分布的研究并不充足。因采用均匀电场可以更好地关注颗粒本身相互影响的规律。计算了在平行板电极形成的均匀电场中,不同排列的球状金属颗粒放置在电压极板上的影响,当金属球成一字排列时,随着数量的增多,最大场强值和最大面电荷密度都会被削弱,趋向一极限值,并根据数量-场强曲线拟合了公式。当3颗球一字排列时,中间球正好位于两边球中心时削弱作用最强,且两边球距离越近效果越明显;当金属球按正多边形排列时,数量越多削弱越明显,距离越近削弱越明显。1颗金属球在距离极板不同高度时,金属球靠近但未接触极板时场强最大。计算证明并非金属球越少电场分布越好,为优化导线表面状态、去除瑕疵提供了理论基础。     

大容量永磁偏置型故障限流器的经济性分析与优化

构建了永磁偏置型故障限流器PMFCL的经济性分析模型,包括材料成本和运行成本两部分。材料成本取决于PMFCL的关键结构参数,基于等效磁路法导出了PMFCL 4个关键结构参数与电感和、电感比以及饱和深度比这3个独立电磁变量间的函数关系;运行成本由铁芯损耗和绕组铜耗组成,并给出了各自的计算方法。针对500 k V PMFCL经济性分析实例,分析了电磁变量对PMFCL经济性的影响,并建立其经济性优化模型,求得了PMFCL的最优成本和对应的结构参数。结果表明,在高压大容量应用场合,PMFCL具有较好的经济性优势。Ansoft Maxwell二维有限元仿真验证了经济性优化模型的合理性。     

外部和内部因素对纳米晶合金kHz级饱和磁化过程影响的微磁学分析

纳米晶合金在kHz级复杂高频饱和工况下的建模问题由于缺乏基础研究而变得愈加突出。基于微磁学模拟软件OOMMF,建立介观尺度下纳米晶合金(Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9)的三维模型,计算得到的模型静态磁特性参数与实验测量结果基本吻合,验证了该三维模型的正确性。采用磁矩偏转角速度ω表征饱和磁化过程中磁矩的进动情况,定量界定"动态饱和"和"静态饱和"两种工况,据此分别探究外部因素(包括附加直流偏置磁场Bd和磁化频率f)和内部因素(即晶粒尺寸d)的不同变化对饱和磁化过程的影响机理。结果表明:对于外部因素,在动态饱和工况下,增大Bd或提高f均对磁矩偏转有加速作用,其中增大Bd的效果更明显;在静态饱和工况下,纳米晶合金的磁化速度已达最大,此时增大Bd或提高f均已不能加速磁矩的偏转。对于内部因素,无论动态还是静态饱和,减小晶粒尺寸均会增大磁矩偏转角速度ω,从而加速纳米晶合金材料的磁化过程。     

SiC掺杂对直流电缆附件用硅橡胶材料非线性电导特性的优化研究

电气设备部件的性能提升不仅要依靠传统几何方法来改善绝缘结构,更要侧重于对绝缘材料自身性能的优化。该文通过实验研究了碳化硅（SiC）/硅橡胶复合材料的直流电导特性和直流击穿特性。随着温度升高,SiC晶格散射会阻碍载流子迁移,宏观上表现为电导特性非线性系数降低,而更多高能载流子的出现则会使非线性区阈值场强减小。随着SiC体积分数及粒径的增加,复合材料直流击穿场强虽有一定程度降低,但整体仍满足运行设计要求。在兼顾关键位置电场分布、损耗功率及局部温升的条件下,该文通过仿真探究了非线性电导特性参数的合理范围,所制备的掺杂10%体积分数SiC/硅橡胶复合材料作为应力锥增强绝缘参与电场调控,可有效改善电缆终端内部电场强度分布,应力锥导体锥面处电场强度降低幅度达到50%。该研究结果有望从材料改性角度为提升电缆附件性能提供思路。