锅炉换热器管道泄漏口声辐射指向性特征数值研究

该文从理论上研究了锅炉换热器管道泄漏口声辐射的频谱规律及指向性特征，将泄漏口视作轴向坐标和方位角的可分离辐射源，计算了矩形泄漏源在不同频率下辐射声压级及位相在远场分布规律，指出了声场空间分布与电波频率、管道直径以及泄漏源强度及大小的关系，讨论了检测点布放位置及频率选择对被动式管道泄漏检测定位技术的影响，为锅炉换热器管道的泄漏检测及定位技术提供了理论依据。     

水冷壁管道泄漏声场分布特征数值研究

根据Bloch理论研究了锅炉水冷壁周期表面的声反射行为，指出了水冷壁表面将使入射声波沿多个方向发生散射，其行为类似于反射光栅，其中镜面反射方向的零级衍射波，具有较高的能量份额。炉内水冷壁管道泄漏声场，主要包括泄漏直达声和所在水冷壁面的反射声两部分组成。根据叠加原理和镜像原理，近似计算了水冷壁管道泄漏声辐射的远场空间分布特征。结果表明较高频泄漏声波具有明显的空间指向性特征．在泄漏口正前方声压级(SPL)较高。较低频泄漏声波由于空间干涉效应明显，指向性特征被干涉效应掩蔽，泄漏口正前方的声压级(SPL)甚至有时很低。因此，利用泄漏声强度特征在较低频段不宜对泄漏源进行有效定位，强度定位技术益在较高频段进行，其特征频段与水冷壁管道几何尺寸有关。     

电站锅炉内声场特征的有限元分析

在大型电站锅炉中,用声学方法来实现炉内状态监测和故障诊断是提高锅炉效率的重要手段。然而,声波在炉内的辐射与传播十分复杂。首先运用有限元分析软件计算了炉膛内模态频率下的声场分布,结果与理论计算一致;接着计算得到了锅炉燃烧温度场下的声场分布以及声能量分布。并分析得出在非均匀温度场下,炉膛内高温处声能量几乎为零,声波传播并集中到低温处,使得锅炉内低温处更容易发生燃烧不稳定现象。     

炉管泄漏口喷流噪声的辐射特性

研究了管道泄漏喷流的流动特征及其噪声产生的物理机制,指出泄漏喷流的混合区域是产生噪声的主要区域,湍流射流的速度扰动是产生辐射声能量的根本原因。根据泄漏声辐射的声功率和频谱,分析给出了泄漏喷流噪声的峰值频率与喷流速度和喷口直径,以及辐射声功率与喷流速度之间的关系。对泄漏声辐射的频谱规律和指向性特征进行了实验研究,得出管道泄漏口径大小、管内气体压力(喷流速度)等参数与喷流噪声辐射的频谱分布、声压级大小和指向性等声学参量之间的关系,为炉内管道泄漏声检测技术的进一步发展提供了实验数据和声学依据。     

管道微小泄漏内检测近场声信号特性研究

声学内检测法有较高的管道泄漏检测灵敏度,而目前对泄漏声源附近近场声信号研究较少。基于Lighthill声类比的流场-声场混合的仿真方法,计算了不同泄漏孔径、不同管道内压下整个近场计算域的声场分布。仿真结果表明,泄漏声源是一种宽频噪声,在大于特征频率的频段,信号衰减,之前则保持稳定;管内声信号是泄漏声源在管壁束缚下的频散传播,在小于一阶模态频率内,传播平面波,大于一阶模态频率有多个模态的反射波。根据仿真分析结果,选取1~3.1 k Hz频段作为泄漏信号特征识别优选频段,得到泄漏量与该频段内能量呈正相关关系。搭建模拟泄漏测试平台,测试球形内检测样机,结果表明,该检测器可检测0.15 L/min泄漏量,实验结果与仿真结果可较好的吻合。研究结论对近距离听声内检测方法在声传感单元选型设计、声信号处理等方面有理论指导意义。     

炉内双排换热器管阵列声传播特性的数值研究

根据炉内单排换热器管阵列声传播特性的研究,利用Twersky声散射理论和光学法布里-珀罗干涉原理,研究双排换热器管阵列的声传播特性,分析了双排管阵列对声波的反射、透射和衍射机制,给出了计算炉内双排管阵列声透射与反射系数的数学模型,计算了炉内双排管阵列的声反射与透射系数随声波频率、管阵列横向与纵向节距等参数变化的关系曲线,以及传输泄漏声辐射信号时的聋带和聪带的分布特征,指出双排管阵列对声波的截止带和导通带的位置与管阵列结构参数和炉内温度有关,并在炉内实际环境参数下对声传播特性进行了数值计算,为研究多排管阵列的声传播特性提供了方法,也为利用管阵列透射声谱判断管道泄漏口发生在管排阵列中的位置提供了依据。     

基于COMSOL对超声相控阵特性对比分析

在超声波辐射过程中,相控阵技术有助于实现能量聚焦和传输定向,从超声相控阵的阵列结构入手,对比分析平面圆形、平面矩形、平面六边形、凹球面圆形、凹球面矩形、凹球面六边形6种阵元阵列在焦点的能量分布和声场指向性,并以这两点作为评定超声相控阵作用效果的依据.实验结果表明,在所有阵元阵列中平面圆形阵元阵列能够平衡声场的低旁瓣干扰...     

电晕放电电磁辐射信号的双谱估计与时频分析

研究电晕放电辐射信号的时频特性,对于电气设备的故障诊断、在线监测以及辐射源定位等都有重要意义。笔者利用Hinich法和ADF法对电晕放电电磁辐射信号的高斯性、线性和平稳性进行了定量分析和检验,结果显示此类信号具有非高斯性、非线性和非平稳性。在此基础上,通过双谱估计和时频分析方法研究了电晕放电辐射信号的时频域特征,结果表明:放电辐射信号的持续时间较短,其频率主要分布在较高频段,分布范围较宽,能量主要集中在400~800 MHz范围内,与背景噪声信号的时频域特征有明显区别,有利于对信号进行特征提取和目标识别。     

基于Helmholtz模型的流注放电过程光电离快速计算

流注放电过程通常用流体模型来描述,它由粒子连续性方程耦合泊松方程组成,光电离作为源项加在电子和正离子连续性方程上。目前光电离一般用精度较低的空间均匀背景预电离代替或者用计算效率低的Zheleznyak积分模型进行求解。针对上述两种方法的不足,有学者用多组Helmholtz方程代替积分方程计算光电离,但并没有揭示此方法的物理意义和得到有效的边界条件。结合Penney和Hummert用离子室测量光电离的实验,若把吸收函数表示成指数和形式,即可得到Helmholtz模型的控制方程;根据辐射物理特性,给出了Helmholtz方程Sommerfeld远场辐射边界条件。将该方法应用于高斯辐射源和大气压下双向流注传播过程计算,并与采用其它边界条件的Helmholtz方法和Zheleznyak积分方法进行对比实验。仿真结果表明:采用Sommerfeld远场辐射边界的Helmholtz模型和采用Zheleznyak积分方法计算结果接近,但计算效率更高。     

太阳能吸热器内超临界二氧化碳对流换热特性数值研究

为分析聚光太阳能热发电中吸热器内超临界二氧化碳（S-CO₂）在高温非均匀壁面热流密度分布下的对流换热特性，采用ANSYS Fluent软件建立了管排式吸热器的三维数值模型，对其中S-CO₂对流换热特性进行数值仿真，并考虑了吸热器与外界环境的辐射和对流换热，分析了吸热管半周均匀受热、半周周向均匀轴向高斯受热和半周周向余弦轴向高斯受热3种非均匀壁面热流密度分布的影响。仿真结果表明:外界环境的辐射和对流换热对吸热器壁面温度影响较大，相较于未考虑外界环境的辐射和对流换热，考虑辐射和对流换热的壁面最高温度下降6.84%；3种壁面热流密度分布中半周周向余弦轴向高斯受热的吸热器出口温度和壁面最高温度均最高，其壁面最高温度比半周均匀受热高353.4 K；非均匀壁面热流密度分布虽然对吸热器内流体流量分配不均匀性的改善不明显，但可明显削弱流量分配不均造成的各吸热管流体温度偏差的影响。     

热辐射对圆管内层流半透明流体换热的影响

通过数值模拟圆管内半透明流体层流充分发展流动时的辐射与对流耦合换热,了辐射对耦合换热中的温度分布及对流换热的影响,流体是吸收,发射与各向同性散射常物性百介质,管壁温度保持均匀,恒定。采用离散坐标法求解圆柱坐标系下的非线性积分一微分形式的辐射的传递方程,以获得介质内的辐射换热项,并将该项作为耦合换热能量控制方程的源项处理。采用控制容积法离散能量控制方程,并结合管内层流充分发展流的速度分布进行数值求解,在不同的贝克利数和光学厚度条件下,考察了介质的辐射－导热参数以及散射反照率对耦合换热中的无量纲温度分布及对流换热局部努射尔数分布的影响。研究结果表明,热辐射对圆管内层流半透明流体的传热特征有重要影响,除了促进流体内温度场的发展外,热辐射作用还使对流换热局部努谢尔数分布发生较大变化。与相应条件下无辐射伴随发生的对流换热相比,辐射与对流耦合换热中的对流换热局部努谢尔数在加热起始位置附近的一个区域内首先下降,然后逐渐回升,随着热边界层的充分发展最终达到一个更高的数值,并保持稳定,对加热管（流体被加热）和冷却管两种不同场合中的耦合换热,热辐射在后者中所起的作用更加明显。     

基于 COMSOL 的变压器铁心振动声场分布的 有限元仿真

为了研究变压器铁芯振动噪声的分布情况,本文基于COMSOL的多物理场耦合计算分析一台200 kVA油浸式变压器铁芯振动的声场分布。首先利用COMSOL有限元计算软件,构建了200 kVA油浸式变压器铁芯振动的电-磁-力多物理场模型,计算出变压器铁芯磁场分布情况及铁芯所受应力分布变化规律、位移分布规律,并对铁芯的典型位置的应力时域数据做频谱分析,得到铁芯所受应力集中在100、200、300 Hz.再将上述多物理场计算出的铁芯表面加速度经过FFT变换后的频域数据作为声场的激励源,作声场的谐响应分析计算出变压器铁芯振动的声场分布。最后,以一台200 kVA变压器空载实验数据验证仿真数据的正确性,经过比较发现有较好的吻合效果。仿真与实验得到的一致规律是：变压器铁芯振动噪声频率集中在500 Hz以下,且发现规律：变压器油箱的侧方声压>上方声压>正面声压;变压器油箱的侧方及上方的声压频率含量是100 Hz>200 Hz>300 Hz,而油箱的正面声压频率含量是100 Hz>300 Hz>200 Hz。     

基于声波除灰的单排管阵列声场特性分析

基于边界元法,以单排管阵列为模型,运用ANSYS软件建立边界元模型.用振动一噪声分析软件SYSNOISE模拟计算了在不同位置的点声源激励作用下,管壁表面声场分布特性及指向性;通过计算场点,得出管阵列周围和远场的声场分布特性图.     

电力变压器有源降噪系统次级声源优化布放

次级声源数目、位置和声源强度的选择是设计变压器有源降噪系统的核心环节。针对变压器降噪应用环境,建立了半自由空间声场辐射模型;选定局部空间声压平方和作为控制系统的目标函数,采用遗传算法优化出相应数目次级声源的布放位置,利用解析法求出相应位置的最优次级源强度。对优化结果的分析表明,随着次级声源数目的增加,声源间的横向和纵向间距呈减小趋势,而且次级声源阵列要尽量靠近初级声源。相同次级声源布放参数下,待消声平面的不同位置降噪效果也不同。100 Hz单频物理实验的结果验证了优化布放参数的有效性。     

电力变压器噪声研究与控制

为了降低变压器噪声给人们工作和生活带来的影响,笔者较全面地阐述了变压器噪声控制的重要意义和这些年来国内外的研究成果,说明了振动是产生变压器本体噪声和冷却装置噪声的原因.归纳了变压器噪声的研究方法:变压器远场辐射噪声可以通过实测数据统计和建立计算模型两类方法进行分析,变压器辐射噪声的测量用声强法比传统的声压法更加接近真实情况.详细介绍了变压器的噪声控制方法,在噪声源控制上选用优质高取向硅钢片,在设计、工艺和安装等诸多方面采取有效措施降低噪声;在噪声传播过程中采用缓冲装置、消声法、设置隔音层、隔音室等方法增大噪声在传播过程中的衰减以降低噪声.最后,对变压器噪声控制的发展趋势提出了一些看法.     

Identification of Power Frequency Industrial Magnetic Field Sources for Shielding Purposes

In any industrial installation, power electric systems generate extremely low frequency magnetic fields. Field amplitude values must fulfill the limits related to health effects or to disturbances on electromagnetic devices, and a shielding system is sometimes necessary. The design of magnetic field shields requires the simulation of the sources and of the shields in order to evaluate the main parameters like geometry, material, and position with respect to sources. An alternative approach is proposed in this paper which requires one to measure a spatial distribution of the magnetic field amplitude. Actual field sources are simulated by means of suitable simplified sources handled by analytical relations. An identification process of measured magnetic fields is performed using a genetic algorithm applied to the simplified source system. The simplified system is a suitable combination of three-phase sources, and it seems able to create a realistic magnetic field distribution in both space and time. This paper presents the proposed method and its application to the design of a conductive shielding to reduce the leakage fluxes of a three-phase transformer without enclosure. The magnetic field to be shielded is evaluated with a simple 3-D model of a transformer constituted by three windings in air with current values deduced from the equivalent magnetomotive force which is considered the actual source. Unshielded fields on a plane region are used to identify the simplified source, and the effects of a conducting aluminum shielding are compared using actual and simplified sources. The influence of some parameters of the simplified sources on the results is discussed. Finally, the application for the design of a magnetic field shielding in real substation is presented.      

管道漏磁内检测的管壁缺陷漏磁场解析模型

漏磁内检测技术是长输油气管道缺陷检测的主要手段,缺陷几何特征识别对管道安全运行评价具有重要意义。基于二维磁偶极子模型,建立管道内壁缺陷漏磁场空间分布的三维解析模型,对磁化方向垂直缺陷时磁荷产生漏磁场的变化规律进行研究;基于内壁解析模型,引入管壁退磁影响因子,对模型进行补偿,建立管道外壁缺陷漏磁场三维解析模型,得到了管道外壁不同缺陷漏磁场的分布特征。搭建漏磁检测实验平台,对所建模型有效性进行实验验证。结果表明,管壁对外壁缺陷漏磁场具有一定屏蔽作用,实验结果和理论分析具有很好的一致性,所建模型可有效描述管道内外壁缺陷漏磁场空间分布特性,对缺陷识别和定量评估具有一定工程指导意义。     

典型表面状态下的绝缘子空间电场特性研究

实时监测绝缘子运行状态，可以有效地保证输配电外绝缘的安全稳定运行。目前通常依靠监测绝缘子表面泄漏电流来实现污闪预警，作为一种接触式在线监测手段，其在可靠性、便捷性等方面仍有很大的提升空间。而已有研究指出，不同运行状态下污秽绝缘子其空间电场分布会发生变化，电场作为重要的电气参量之一，可通过非接触的方式有效获取。因此，本文研究典型表面状态下染污绝缘子空间电场分布特性，首先利用有限元仿真软件建立了普通支柱绝缘子的静电场仿真模型，对比分析了干燥、湿润、放电情况下的绝缘子周围空间电场的幅值大小及变化规律；最后利用人工污秽试验，对污闪放电过程中的绝缘子空间电场进行测试，并与仿真结果进行对比分析。研究结果表明，不同表面状态下的绝缘子空间电场所反映的幅值大小差异明显，在表面湿润及有电弧爬电的情况下，空间电场垂直分量分别增长近50%和20%。研究结果可为输配电外绝缘的状态监测提供新思路。     

采用声波法监测四角切圆流场二维分布特性的模拟研究

该文模拟研究了声波法四角切圆燃烧锅炉炉膛二维速度场监测方法。建立了一个由6个参数决定的四角切圆流动二维速度场简化模型，该模型能够反映切圆流场的基本特征。采用声波传感器测量得到的多个路径上声波的传递时间包含流场的信息，据此建立了重建出流场分布特征的方法。在一定的模拟流场及测量条件下，通过计算获得声波传递时间，以此作为模拟检测数据，加入不同幅度的测量误差后，所重建出的二维速度场能够反映设定流场的基本特征，证明所研究的方法是稳定和有效的。