混沌对流中扩散性的数值计算及应用

根据混沌对流的流动特点,基于混沌动力学中的李雅普诺夫指数的数值计算,提出了混沌对流中扩散性的数值计算方法。将此法应用于混沌结构与普通结构的混沌对流与普通流中,分析了2种流体的扩散指数,并对照其传热特性,讨论了各流态中的流体扩散特性对传热强化的影响。结果认为,混沌结构流道内的流体扩散强度随着Re的增大而线性增大,同种混沌结构内流体的扩散性随流体流速线性增大,相对于普通层流,混沌对流的扩散性提高了流体宏观运动能携带热量的能力,强化了流体间的传热。     

被动湍流控制圆柱驰振能量收集的等效电路研究

为更好的预测驰振压电能量收获机的性能,首先建立了等效电路仿真模型(ECM)并通过实验验证,最大误差不超过10%。采用该方法分析了被动湍流控制(PTC)下圆柱驰振压电能量收集的仿真模型,且该方法可将驰振能量转化系统的质量-弹簧-阻尼(M-C-K)控制方程中各参数用等效电路的电子元件来表示,从而可以分析过往仿真手段所不能解决的直流电路耦合问题。其次,从能量收集效率角度分析了交流-直流等效电路中临界风速(Ucr)随外接载荷的变化规律,及输出电压与功率随不同风速和外界载荷的变化规律。结果表明,交流电路中Ucr随载荷的增大先增大后减小,直流电路中Ucr随载荷的增大逐渐减小。当风速达到Ucr的最大值时,驰振在任一电阻下均会发生。U≥Ucr时,驰振出现锁定现象,输出电压和功率均随着风速的增大而增大。当风速过大时,增长率有减小趋势。输出电压均随着电阻的增大而增大,功率随电阻的增大先增大后减小。相比于交流电路,直流电路的最佳负载由1.1 MΩ提高到2.0 MΩ,同时功率峰值从0.08 mW降低到0.04 mW。     

基于抗磁悬浮的电磁感应式气流能量采集器

提出了一种基于抗磁悬浮技术的气流能量采集器,其由提升磁体、上热解石墨板、永磁体转子、针孔喷嘴和下热解石墨板构成。利用有限元软件COMSOL对能量采集器的磁场和流场进行模拟分析,同时使用ANSYS对线圈中的感应电压进行模拟分析,对所提出的气流能量采集器的悬浮特性、旋转特性和输出特性加以研究。实验中由于永磁铁转子受到重力和提升磁体施加在转子的磁吸引力以及热解石墨板的抗磁力,永磁铁转子受力平衡并自由悬浮于两个热解石墨板中间,在两个水平对称布置的喷嘴气流作用下旋转。通过理论分析,模拟和实验研究了能量采集器的输出特性,输出电压与能量采集器的气流之间的关系是二次函数,输出电压与转子转速之间的关系是线性函数。结果表明,当气体体积流量为2 748 cm3/min时,能量采集器的最大输出电压为3 V,最大输出功率为55.8 mW,悬浮转子最大转速可达20 000 r/min。当气体体积流量达到质量流量控制器的最大值时,能量采集器的输出电压仍然根据二次函数的趋势上升。由于实验中质量流量控制器的量程限制,此时的最大输出电压并不是气流能量采集器的输出电压上限。通过降低气流能量采集器各部件之间的机械摩擦,能够有效收集气流能量。     

表面裂纹的激光超声可视化兰姆波检测研究

兰姆波在板材的缺陷检测中具有重要的地位,但兰姆波在裂纹检测过程的可视化实验研究较少。通过激光超声可视化技术,观察了激光激励出的宽频兰姆波在0.4 mm深、0.2 mm宽的裂纹上的反射和透射现象;并利用带通滤波技术,研究了不同中心频率的兰姆波在裂纹上的散射特性。结果发现:兰姆波在裂纹上发生了模态转换现象,出现了传播速度较快的兰姆波模态;并随着兰姆波频率的增加,反射兰姆波的能量增强。该研究为板中裂纹的兰姆波检测提供了实验参考。     

基于场协同理论的冷藏展示柜内流体对流换热分析

目的研究冷藏柜内对流换热机理,增强冷藏柜内流体对流换热效果,提高冷气流冷却效率。方法从冷藏柜出风口角度出发,建立数学模型,通过Ansys流体分析软件对冷藏柜内流场进行模拟仿真,应用场协同理论研究冷藏柜内流体流动及传热机理。结果出风口角度在30°附近时冷藏柜内换热效率较高且温度分布较为均匀,此时商品壁面的存在改变了冷气流流动方向。在壁面增加半圆突起后,气流沿圆弧切线方向流动,改善了速度与温度梯度之间的协同程度,从速度场、温度场及其相互作用的角度增强了冷藏柜内的对流换热效果,整体换热效率提高了38.65%。结论冷藏柜内流体流动及传热强化的根本在于流体的扰动,而出风口角度的改变和壁面凸起的存在加强了商品对流体的扰动,两者共同作用改变了冷藏柜内场的分布,进而提高了冷藏柜整体的冷藏效率,该研究可为冷藏柜的工厂化生产提供参考价值。     

基于滑模控制的MPCVD设备电源系统设计

根据企业对微波设备高压电源系统的实际需求,设计了以软开关脉宽调制(PWM)移相全桥拓扑为主电路,MKV31F256VLH12芯片为控制核心的开关电源控制系统.为了提高电源输出功率的稳定性,在电源系统中引入滑模控制(SMC)技术,并给出设计过程.在Matlab/Simulink环境下,对采用比例微分积分(PID)控制和SMC方法分别进行了建模仿真,并制作出电源样本进行实验.实验结果表明,主电路能够实现零电压软开关(ZVS),满足设计指标.SMC方法相比于PID控制,电源控制系统的动态特性与鲁棒性都有所改善.     

基于小波时间序列模型的磨加工尺寸预测技术研究

磨削加工是高精密零件的重要加工环节,且影响磨削工件尺寸精度的因素复杂。针对传统预测模型无法准确预测其趋势变化或预测效果较差,且预测精度不高这一问题,通过对磨加工过程进行分析,对尺寸预测技术的适用性进行研究,提出将小波变换与时间序列分析相结合的预测模型。通过实验验证小波时间序列模型预测平均误差不超过1μm,平均绝对误差MAE=0.105,均方根误差RMSE=0.185,平均绝对百分比误差MAPE=0.159,证明了基于小波时间序列模型的磨加工尺寸预测技术的精确性与可行性。