高铁接触网的自能式组合间隙结构有效性研究

为了解决高铁接触网雷害问题,目前研制了一种应用于高铁接触网的组合型多断点灭弧防雷间隙装置(CMALPGD)。为了验证灭弧装置的可行性,论述了装置的产气及熄弧原理,建立了灭弧室电弧三维动态磁流体动力学(MHD)模型,并通过COMSOL Multiphysics仿真软件分析了CMALPGD动作时,灭弧室断口处电弧的温度、电导率及产生的高速气流速度(最高速度达1 000 m/s)的变化情况,验证了高速气流能够作用于电弧并熄灭电弧,同时抑制电弧发展,整个熄弧时间约为2. 5 ms。同时构建试验电路进行灭弧试验,得出试验条件下的灭弧时间为3. 0 ms,且一段时间内电弧未发生重燃。仿真和实验结果几乎相同,充分验证了CMALPGD应用于高铁接触网的可能性。     

低频激励下套管腐蚀电流密度响应有限元仿真研究

多频场分布扫描法通过在套管上注入多频电流,测量电极间电压的变化并绘制电流密度曲线检测各种套管腐蚀形态。通过COMSOL Multiphysics多物理场仿真环境对套管均匀、穿孔、裂缝和混合腐蚀进行建模仿真,分析了各种腐蚀状况下的电流密度响应。仿真结果表明,低频激励下的套管电流密度响应曲线能够反映各种套管腐蚀形态,低频激励时的电场响应并不能判断非穿透性腐蚀处于套管内壁还是外壁,需要测量其多频交流响应才能综合检测腐蚀参数。     

基于有限元法的±500kV同塔双回线路电磁环境仿真计算

为了研究±500kV同塔双回直流输电线路的电磁场环境对带电作业人员的影响,以及对该输电线路带电作业安全防护提供理论仿真研究。以±500kV同塔双回直流输电线路型号为Z101的直线塔作为研究对象,采用Soild Works和COMSOL混合建模技术,建立了直线塔的三维模型。针对6种典型的带电作业位置,本文采用COMSOL软件对Z101直线塔的电场和电势分布进行了仿真研究。研究结果表明:5号作业位置的人体电势差最大,且除了4号和5号作业位置外,其他作业位置人体电势差值接近;此外,作业人员器官的最大电场强度出现在颈部和四肢处;5号作业位置处人体各器官的电场强度是最大的,普遍超过了规定安全作业限值。因此作业人员在该同塔双回直流输电线路上进行带电作业时,应穿戴屏蔽服,并做好其他安全防护措施,且所研究结果可为其他工程提供技术参考。     

叠装式干式空心电抗器温度场仿真与实验分析

电抗器的热稳定校核是生产设计中的重要指标,温度监测是检修维护的重要环节。电抗器温升过高造成包封绝缘损坏,严重时引发烧毁事件。文中基于有限元的方法,运用电磁场-流场-温度场理论对三相叠装式干式空心电抗器进行了温度场的仿真计算,提出了电抗器包封温度在轴向上和径向上的分布规律。研制基于物联网模式的干式空心电抗器温度在线监测系统,对某变电站内电抗器进行了多点温升测试。通过对比分析,仿真值与测量值吻合良好。研究成果能够为干式空心电抗器的温度在线监测与故障诊断提供理论基础和参考依据。     

突出煤层钻孔有效抽采半径测定新方法

 为了提高钻孔有效抽采半径的计算速度和精度,以卧龙湖煤矿7煤为研究对象,总结了现有瓦斯抽采有效半径测定方法,分析了瓦斯流动是应力场、变形场和瓦斯流动场间的动态气固耦合过程,提出了采用COMSOL模拟软件计算抽采有效半径的方法。基于达西定律,建立了瓦斯流动方程,设定了应力位移和瓦斯流动边界条件。将现场测定的瓦斯压力、瓦斯含量、瓦斯流量、透气性系数和抽采负压等瓦斯参数带入计算模型进行数值计算。结果表明：该方法相对于传统方法快捷简便,计算周期短     

基于COMSOL Multiphysics的煤层气对流热采分析

COMSOL Multiphysics软件是一款以有限元法为基础,可以通过求解偏微分方程组来实现多物理场耦合计算的数值仿真软件。通过COMSOL Multiphysics软件,结合多孔介质弹性力学、渗流力学、热力学理论建立多物理场耦合模型,并借助前人成果,模拟向煤层注入200 ℃的水,对煤层气进行热采,计算煤层的应力场、渗流场、温度场的耦合变化规律,以及煤层气的产出量。研究结果表明:向煤层注热水60 d后,煤层温度整体达到160 ℃以上,煤体的渗透率基本能提高到2.1×10^-12 m²附近,结果证明利用对流热采新技术开发煤层气是完全可行的,开采效率极高,值得进行商业推广开发。     

基于有限元分析的高压喷射式熔断器弧前时间仿真计算

弧前时间是描述熔断器开断性能的重要参数,针对熔断器弧前时间仿真计算研究的不足,结合熔断器在系统中的等值电路和熔丝在短路电流故障下的弧前热电耦合数学方程,以熔丝三维几何模型为基础,基于多物理场仿真软件COMSOL Multiphysics和有限元理论建立了熔丝弧前时间计算模型。计算模型分析了熔丝在短路电流作用下的温度场,绘制了熔丝的最大温度随时间的变化曲线,以熔体熔化到电弧出现瞬间的时间间隔为熔断器的弧前时间,并与试验数据做对比,验证了此计算方法的可行性。研究结果对产品改进提供了依据。     

Numerical study of the effect of the channel and electrode geometry on the performance of microfluidic fuel cells

Using COMSOL Multiphysics 3.5, 3D numerical models of different microfluidic fuel cells have been developed in this paper to determine the effect of different modifications which have been implemented in the microfluidic fuel cell since its advent. These modifications include the channel geometry aspect ratio and electrode configuration, the third flow between the anolyte and catholyte in the channel (i.e., multi-stream laminar flow), and multiple periodically placed inlets. To be consistent with the convention, the output power of the device is normalized by the electrode surface area; however, the power density calculations are also performed through normalization by the device volume. It is shown that the latter method is more realistic and providing more information from the design point of view since the ultimate goal in designing the microfluidic fuel cell is to fabricate a compact, yet powerful device. Finally, a novel design of the microfluidic fuel cell with a tapered channel is suggested and compared to the non-tapered geometry through the polarization curves. The steps which have been taken in COMSOL to obtain these polarization curves are clearly and thoroughly explained. The Butler-Volmer equation was implemented to incorporate for the electrochemical reactions at the electrodes. The “Conductive Media DC” module, in COMSOL, is used to model the electric fields within the fuel cell. The concentration distributions of the reactant species are obtained using the “Incompressible Navier-Stokes” and “Convection and Diffusion” modules. Solving these equations together predicts the current density for given cell voltage values. The results demonstrate the cell voltage losses due to activation, ohmic and concentration overpotentials. It is shown that for a fixed value of the cell voltage (say 0.45 V), the fuel cell with multiple periodically placed inlets has the highest fuel utilization (i.e., 62.3%); while the “Simple square” geometry depicts 13.8% fuel utilization at this potential. Thus, the multiple-inlets design is particularly suitable for low-voltage applications which require high current. Also, the results of the tapered geometry proposed in this paper show that tapering the channel enhances the polarization curve comparing to the square cross-section geometry with extended electrodes. In essence, the fuel utilization of the “Extended square” geometry is increased from 15.4% to 57.6% by tapering the channel. This is due to the fact that the mixing region growth rate is restricted in the tapered geometry, and hence the electrodes on the top and bottom walls of the channel can be more extended toward the centre of the channel before the crossover occurs.     

电涡流测功器低速检测时最佳匹配问题的研究

针对矿用轻型胶轮车低速检测时底盘输出功率与电涡流测功器外特性曲线不匹配的问题进行研究,建立胶轮车行驶阻力功率和电涡流测功器吸收功率的数学模型,对电涡流测功器进行参数化分析并获得外特性曲线,利用COMSOL软件对不同转盘材料进行电磁模拟仿真。分析了气隙长度、定子极对数、励磁电流和转盘材料对电涡流测功器吸收功率和临界转速的影响。结果表明:改变电涡流测功器定子极对数和使用不同转盘材料对其外特性曲线有较显著的影响。     

利用COMSOL对气体扩散层及燃料电池进行仿真模拟的研究进展

本文综述了利用COMSOL软件进行质子交换膜燃料电池相关结构仿真模拟的研究进展,分析基材层（碳纸层）和整个气体扩散层特性（几何参数、孔隙率等）及操作条件（压力等）对电池性能的影响,并且回顾了利用COMSOL仿真模拟在燃料电池运行条件（温度、电压等）、水管理、电池流场结构设计及性能优劣评估等方面的研究,以期为气体扩散层的结构设计和电池的性能优化提供参考。