矿用XLPE电缆老化状态对温升的影响

通过分析电缆绝缘参量的温度效应和老化特征,明确运行中矿用高压电缆的介质损耗不可忽略,并据此建立了老化对在役矿用XLPE电缆温升影响的评估方法.根据单芯电缆温升计算式,给出了兼顾老化因素的三芯电缆温升解析式,进行稳态温升预测.基于导体损耗的温度正相关性,利用ANSYS有限元仿真软件,建立热电耦合迭代模型来确认理论模型,并对电缆温升进行仿真计算.算例对比分析了老化电缆水树附近和老化电缆整体的温升,为实际运行中电缆的状态监测提供参考依据.     

大功率电源热设计及热仿真分析

针对某大功率电源短时工作模式应用需要,对其进行热设计及热仿真。对发热热源进行分析,基于传热基本原理和实际工况,选择流道散热的方法对电源进行散热。对电源结构布局和散热布局进行了一体化设计,确定了散热的流道和流向,并重点阐述了导热胶的选取和散热结构的安装设计。构建了液冷散热仿真模型和自然散热仿真模型,对所设计的散热结构进行热仿真分析。液冷热仿真结果表明：在1 L/min、 60℃、0.3 MPa水冷条件下,最高温度为76℃,流导压降为0.05 bar。自然散热仿真结果表明：在环境温度为60℃的条件下,各工况最高温度为83.87℃。液冷散热和自然散热实测结果表明温升分别为10和25℃,验证了热仿真的正确性。     

基于载流子注入产热机制的半导体激光器热模型分析

为解决常用经验计算公式参数复杂、产热项考虑不足等问题,采用优化的激光器热模型分析了激光器连续工作时有源区温度的变化并进行了实验验证。通过分析有源区注入载流子产热机制,建立了替代传统的热源计算公式的经验计算公式,考虑了载流子通过激光器内部渐变异质结时的势垒电阻以提高焦耳热计算精度。制作了电极尺寸为10μm、台面尺寸为20μm的半导体激光器件并对器件热特性进行了模拟。由于未考虑热载流子注入效应,利用传统经验公式得出的有源区热功率密度比提出的优化模型偏低,因而理论模拟的器件内部温升也偏低。对激光器出光特性进行测试,推导出不同注入电流下激光器内部有源区的温升。测量与理论分析对比表明,采用经验公式得出的结果比实际测试结果偏低,而优化的热模型解决了该问题,利用该方法得出的有源区温升与测试结果最大偏差仅为0.2K,且温升随注入电流的变化趋势一致。     

星敏感器热稳定性的试验分析方法

星敏感器作为高精度姿态测量仪器,在轨工作时易受热环境的影响。针对仿真分析难以精确建立星敏感器光-机-热模型的问题,提出了一种星敏感器热稳定性试验分析方法,通过加热真空罐中的安装面和遮光罩来模拟星敏感器的在轨热环境,利用静态光星模拟器模拟星空,通过观察星敏感器输出姿态的变化评价星敏感器的三轴热稳定性。试验过程中通过自准直仪对安装面棱镜的测量值剥离安装面热变形对姿态测量的影响,经过分析后可知误差在4.5%以内。对某型号高精度星敏感器进行试验,结果表明:当遮光罩温度由27.3℃升至110.6℃时,星敏感器光轴绕x轴的偏移量为2.9″,绕y轴的偏移量为1.2″,绕z轴的偏移量为2.6″;当星敏感器安装支架控温精度为(20±0.3)℃时,星敏感器光轴的偏移量为±0.18″,满足高精度星敏感器的热稳定性指标。     

Auto THERM在MCM热设计中的应用

针对一个基于硅基板的MCM电路建立了两种不同芯片布局的有限元热分析模型。利用热场分析理论并采用AutoTHERM软件,对两种布局条件下的温度场分布进行了仿真与分析。结果表明:不同的芯片布局导致温度场分布不同,两种方案的最高温度之差为6℃;将功率器件直接置于框架角落,而其余器件分布在硅基板上,可有效地减弱热耦合现象并使最高温度显著降低。该MCM在25℃下工作1h,温升小于10℃,满足使用要求。     

星敏感器组件的热设计

根据高分辨率卫星上星敏感器的特点和任务需求,通过仿真分析与试验相结合的方法对星敏感器组件进行热设计.首先,根据热变形分析确定星敏感器支架的热控指标为183 ℃.其次,根据轨道参数及结构布局获得3只星敏感器及其安装支架的外热流,同时考虑内热源分布及多层隔热材料表面参数的退化等因素,选用被动热控和主动热控相结合的热控模式.然后,通过仿真分析,得到星敏感器支架在低温工况和高温工况下的温度范围为17.0~19.1 ℃.最后,通过热平衡试验及在轨温度测试验证热设计,星敏支架在各试验工况下的温度范围为17.3~18.7 ℃,与分析结果相符;在轨测试星敏支架的温度范围为16.0~19.0 ℃,满足热控指标要求183 ℃.热设计合理有效,满足任务需求.     

复杂外热流条件下红外探测器组件热设计

为实现在复杂外热流条件下对CO2探测仪红外探测器组件温度的有效控制,对其进行了详细的热设计。对红外探测器周围外热流进行分析,确定了其散热面位置。基于红外探测器所处空间热环境以及自身高功耗、低热控指标的特点,提出热设计方案。对红外探测器组件有限元模型进行了热分析计算,得到各个转角姿态下的红外探测器组件的温度范围为-31.8~-26.9℃,计算结果满足设计要求。通过CO2探测仪热平衡试验对热设计进行了验证,试验中红外探测器组件的温度范围为-32.6~-30.1℃,试验结果与计算结果基本一致,满足热控指标要求,说明热设计方案在复杂外热流条件下合理可行,具有较好的适应性。     

功率型线绕电阻器的热计算

为了达到指导功率型线绕电阻设计和应用的目的,以能量守恒原理为基础,利用热功转换理论建立基本方程,采用数学分析的方法得出功率型线绕电阻器在恒定功率作用下表面温升与时间的函数关系。通过对结果的分析获得电阻热平衡状态下的表面温升及达到热平衡的时间常数。确定了通过试验和理论计算相结合获得综合散热系数的方法,并通过实验验证得出了理论与实际相符的结论,从而建立了功率型线绕电阻器恒定功率下的热模型。     

隔爆型高压电缆连接器的热电耦合分析

针对隔爆型高压电缆连接器在井下输电线路使用过程中事故多发的原因,以LBG1-200/6高压电缆连接器为研究对象,从电、绝缘、热3方面分析了连接器的结构及材料属性;运用ANSYS有限元方法,建立了高压电缆连接器的电磁-热场耦合模型,分析了运行在恶劣环境下高压电缆连接器的温度分布云图。算例定量分析了绝缘老化引起的额外温升及载流量变化,研究结果为矿用电缆连接器的安全使用提供了依据。     

电气设备的温升试验与热仿真分析

阐述电气设备温升试验和热仿真分析的过程。温升试验记录了设备在不同工作条件下的温度变化，得出了设备的热特性。利用热仿真分析技术，预测设备在不同工作条件下的温升状况。     

混合动力汽车用锂电池组冷却系统研究

热均衡性对于提高锂电池组的工作特性和使用寿命至关重要。针对某型号锂电池组,对其充放电发热特性进行研究,并设计一套非直接接触式液体冷却方案。建立三维模型,用Star CCM+软件进行充放电工况下CFD仿真模拟,得到电池组的温度场分布,对设计方案进行优化,并进行相应试验验证。试验和仿真结果具有很高的一致性。结果表明,设计的冷却系统在目标工况条件下,始终能保持整包温度低于40℃,温差小于5℃,可有效防止热失控,使锂电池始终工作在理想温度,满足设计要求。     

红外热像技术在船用电气控制箱状态监测中的应用研究

在对船用电气控制箱进行红外跟踪监测的基础上,选取2个典型实例进行监测诊断研究。为进一步对实际监测结论进行验证,并对以后监测工作提供理论指导,根据接触器具体结构特点简化建立了一个三维导热模型进行理论仿真。综合分析实际监测和理论仿真数据,结果显示,控制箱最高温度受环境温度、接触电阻及电流的影响,而温升和温差与接触电阻和电流大小有关,与环境温度无关;对船用电气设备控制箱进行红外监测时,利用同类比较法结合绝对温度法综合判断,则能避免单纯依靠温升诊断而造成的漏诊。     

海上风电电缆故障定位的优化算法研究

针对并网的海上风电场发生海底电缆故障时,难于巡线以及参数测量误差太大等困难,本文提出了一种利用海上和陆上变流站的电流电压频谱信息对故障位置进行优化辨识的算法。本文首先建立海上风电场线路模型,并基于集中参数模型确定测距观测方程,同时引入误差归一化构建定位最优化模型,最后将电流电压的频谱分量代入优化模型并用模拟退火算法求解。PSCAD仿真结果表明算法基本满足海上风电场海底电缆故障定位要求。     

碳纤维复合材料电导率-温度特性测量及其在预测雷击热效应中的应用

飞机的碳纤维复合材料（carbon fiber reinforced polymer,CFRP）蒙皮在遭受雷击时将经受急剧的温升效应,对材料电导率造成重要影响,而这一影响又反作用于焦耳热产生过程.文章通过直接加热和电加热两类实验分别测量了ZT7H/5229D碳纤维/树脂层合板在升降温过程中的电导率温度特性;开展了脉冲大电流试验,测量了模拟雷击情况下材料表面的瞬时温度.将实测的电导率温度参数应用到仿真模型中,仿真分析了脉冲注入实验的瞬时温度,结果表明:两类实验的电导率温度特性有着良好的一致性,CFRP在升降温过程中的回滞环现象、热解及基体热固性变化,会影响加温前后及升降温过程中的电导率;基于实验测量规律的仿真模型能够更准确预测雷电流注入时CFRP的温度场.     

电磁感应式无线充电发热与电磁辐射仿真研究

目前大多数对于无线充电电磁环境安全的研究都局限在电动汽车磁共振式无线充电,然而电磁感应式无线充电装置更接近人体,使用时间更长,本文针对电磁感应式无线充电导体异物易感应出涡流引起发热以及人体电磁辐射问题进行了仿真研究. 无线充电系统结构参考Qi标准,首先利用参数电路对负载电阻、线圈间距及偏移距离对传输效率和输出功率的影响进行仿真;随后使用确定的参数仿真研究不同材质的导体异物在30 min内的温升. 仿真结果表明:当导体异物正对线圈时温升明显,金银等材料的温度均可达100 °C以上;当导体异物不正对线圈时,温升在可接受范围内. 最后使用CST仿真得到电磁场强度、人体温度以及CEM43 °C热剂量值,以此来体现电磁感应式无线充电对人体电磁辐射的非热效应及热效应,电场最大值0.642 7 V/m,磁场最大值2.694 0 A/m,人体大脑温度最高37.3 °C,CEM43 °C热剂量值0.009 5,结果基本在正常参考值范围内. 本文研究有利于电磁感应式无线充电装置的推广应用.     

LED圆筒太阳花散热器设计与实验北大核心CSCD

为了提高发光二极管(LED)的散热能力,基于烟囱效应,在传统太阳花散热器外侧加装圆筒壁,形成特殊的烟囱结构。运用Solidworks软件构建三维模型,用其插件Flow Simulation进行热仿真,并以散热器翅片数12个、最大直径70mm、高度40mm为基础模型参数,进行优化研究。研究表明,在翅片数为20个、最大直径为85mm、高度为65mm时,LED圆筒太阳花散热器的散热效果最好。此时,LED的最高温度为48.98℃,比优化前降低了13.05℃。当功率为8,12,16,19W时,LED芯片的最高温度都满足LED工作的安全要求。对功率为8W的LED散热器样品的实验测试结果表明,4个监测点的实际温度与仿真所得温度的平均误差为4.8%,在允许范围内,验证了研究的正确性。在功率为32 W时,配备圆筒太阳花散热器的芯片最高温度仍满足低于125℃的技术要求,并比配备传统太阳花散热器的芯片温度低6.44℃。所设计的LED圆筒太阳花散热器为解决大功率LED散热问题提供了一个新的途径。     

石英灯电热特性建模分析及测试方法研究

石英灯作为红外辐射式热环境模拟试验系统的加热元件,在各类飞行器地面防隔热试验和结构热试验中已得到广泛应用。针对直接影响高温辐射试验能力的热源(即石英灯)的电热特性进行了分析。建立了热源计算模型并对4种不同灯管进行了计算和修正,所得结果与实测值间的最大相对误差小于4%。通过试验对热源在额定工况下的实际发射率进行了测量,结果表明,发射率随温度升高时的最大变化量为4.5%。对灯丝进行红外测温时可以忽略背景温度对测温精度的影响。实测系统热源温度上限可由2278℃提升至3180℃。本研究建立的模型和方法可为后续红外辐射式地面热环境模拟试验方案的优化和试验结果的预测提供可靠的技术支撑。     

光纤复合低压电缆温度分布与光单元传输特性研究

研究线缆发热与光单元传输特性变化之间的关系对光纤复合低压电缆(OPLC)设计及应用十分重要。用COMSOL软件模拟仿真光纤复合低压电缆的稳定运行和短路故障状态,得到其相应的电缆温度分布以及光单元传输损耗特性。选取线缆上不同位置处的特征点进行仿真,结果表明：电缆故障时导体绝缘层内升温较明显,外护套温度变化不明显;光纤温度变化很小,其温度在5 s内只有0.2 ℃的上升。由热膨胀引起的位移很小,使得传输损耗在这2种情况下几乎一样,短路故障对光纤的温度影响不大。设计光单元升温实验得到光缆传输损耗的数据,并与仿真数据进行对比分析。实测温度数据滞后于仿真数据5 s,但与仿真数据变化趋势一致,证明了仿真模型的可靠性和可行性。     

高压开关柜温度测控装置的设计与实现

为监测高压开关柜内部关键电流传送环节的实时温度,设计了一种基于433MHz无线网络数据传输的温度测控装置。介绍了测控装置的功能及组成,对CC1101带应答机制的无线唤醒功能进行了分析,给出了测控装置硬件电路、软件低功耗设计与多机通信防冲突设计的实现方法。实验测试结果表明,测温终端平均电流消耗低,温度测量误差在-1℃~1℃范围之内,满足测温系统±1℃的温度测量精度和低功耗要求。     

星载差分吸收光谱仪热设计与试验研究

星载差分吸收光谱仪是一种高精度的空间光学遥感器,基于被动DOAS技术,利用成像光谱仪获取高光谱、高空间分辨率的光谱信息。载荷的温度水平、温度波动范围对仪器的正常工作与测量精度有较大影响,温控指标要求较高。由于光机结构紧凑复杂,且需兼顾光路系统的温度要求,导致局部散热成为整个系统中的难点。为满足探测器对温度环境的要求,本文针对仪器的结构布局特点及热耗分布情况,提出了被动热控为主,主动热控为辅的设计方案;利用I-DEAS/TMG热分析软件对光谱仪的在轨温度水平进行了仿真计算,得到典型工况下各散热环节的温度分布及温度波动情况。仪器进行了整机热平衡试验,验证了热设计的合理性,并将试验结果与热分析结果进行了对比。试验结果表明：光谱仪各部件温度均能够满足指标要求,热设计合理可行。