水下稳态涡流场声传播特性

基于射线声学理论研究了水下稳态涡流场的声传播特性。首先,根据移动介质中的程函方程,推导了二维稳态涡流场的射线微分方程组,实现了声波通过涡流场的声线轨迹模拟,获取了通过不同涡流场的声信号;然后,基于稳态涡流场的声传播特性,构建了接收声信号相位与涡流场特征参数之间的映射关系,通过数值仿真反演稳态涡流场特征参数,仿真结果与理论值的相对误差在15%以内。仿真结果表明:基于射线理论可以有效模拟声信号通过涡流场的声线轨迹及信号变化,具有直观、计算效率高的优势;随着涡环量增大,涡流对声传播的影响更为明显;利用声信号相位可实现对速度分布、涡核位置、涡环量等涡流场特征参数的估计。

水下稳态涡流场声传播的数值模拟和实验研究

声波穿过涡流场时声传播特性会发生改变,可由此判断涡流场的存在及其特征参数。文章首先推导了二维稳态涡流场的射线微分方程组,实现了声波通过涡流场的声线轨迹模拟。然后开展水池超声传感器实验,采用现代计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)仿真方法获取涡流场参数。最后将通过涡流场声信号的时延结果,与实验测量值进行对比分析。结果表明,对于涡核半径为30 mm,最大切向速度为1.2 m·s^(-1)的涡流场,数值模拟误差小于10%,验证了基于射线声学的水下稳态涡流场声传播数值模拟的有效性。

水下低频振荡涡流场声散射调制机理与特性研究

水下涡流场对声波的散射问题是声波在复杂流场中传播的基本问题,在水下目标探测和流场声成像领域具有重要意义.针对水下低频振荡涡流场声散射调制问题建立了理论分析模型与数值计算方法,探究了其声散射调制声场的产生机理与时空频特性.首先,基于运动介质的波动方程,通过引入势函数将波动方程分解为流声耦合项和非耦合项,并对流声耦合项进行频域分析处理,揭示了水下振荡涡流场的声散射调制机理;其次,采用间断伽辽金数值方法对水下低频振荡涡流场中声传播过程进行了数值模拟,分析了低马赫数条件下,不同入射声波频率、涡流场的振荡频率和涡核尺度对涡流场声散射调制声场时空频特性的影响规律,并结合理论分析模型对其特性进行了解释.研究表明:低马赫数下,振荡涡流场对声波的散射可产生包含涡流场振荡频率双边带调制谐波的散射调制声场,且随着入射声波频率、涡核尺度的增大,散射调制声场强度增强,总散射声场空间分布具有对称性和明显主瓣,且主瓣方位角趋近于入射波传播方向;在频率比远大于1条件下,涡流场振荡频率对散射调制声场强度影响较小.

水下振荡涡流场声散射与调制特性

本文针对水下振荡涡流场的声散射与调制问题建立了理论模型。采用间断伽辽金数值方法模拟了水下振荡涡流场对声波的散射与调制作用,研究了不同马赫数、不同涡流场尺度与声波波长的尺度波长比和不同涡流场振荡频率与声波频率的频率比条件下水下振荡涡流场对声场散射与调制特性。研究结果表明:声波经过振荡涡流场会产生散射和调制现象;振荡涡流场对声场的散射和调制作用均随着尺度波长比、马赫数增大而增强;散射和调制作用随着频率比降低而增强,随着频率比的降低,散射和调制作用增强速度变小,直至频率比的改变对声场的散射和调制作用几乎没有影响。水下振荡涡流场的声散射与调制能够使散射声场含有涡流特征信息,对水下目标探测与识别具有重要意义。

计算三维涡流场的A—ψ法的改进及导体角点的处理

这种新算法使得在任意的几何形状的导体表面上强加的边界条件Ａ＊＝０十分容易。用分解矢量Ａ＊，预先消去在导体区和空气区的内节点的变量，最后通过导体区和空气区在交界面上的耦合，形成矩阵方程，这样可节省大量的计算机存储量。提出两种方法来处理导体角点问题。

永磁调速器的涡流场分析与性能计算

设计了一种单组结构的永磁调速器,通过对其进行静态磁场分析,得到了静态时导体环中磁通沿周向、径向及轴向的分布。然后建立了三维运动涡流场的有限元模型,理解了设备运行时涡流场的分布并对涡流进行了参数化分析。在此基础上分析了磁场间的耦合力分布,解决了轴向力失衡问题。通过实验测试,得到的实验特征参数关系曲线与有限元特征参数关系曲线相吻合,表明了所设计的永磁调速器有效、可行。

大电流母排三维涡流场-温度场耦合分析

利用有限元方法建立大电流开关柜母排的三维涡流场——温度场耦合分析模型,计算三维涡流场,得到磁感应强度和焦耳损耗的大小及分布规律;将焦耳热作为热源,通过顺序耦合方式计算出母排的温度场分布情况.实验结果验证了计算模型的准确性.在此基础上深入探讨不同工作电流对母排产生的温度场的变化规律,对设计大电流开关柜有参考价值.

三维开域涡流场A-V位有限元与边界元耦合分析方法

在A -V位和库仑规范的前提下 ,导出了三维涡流区域微分方程和自由空间积分方程在涡流区边界上的耦合条件。在此基础上 ,提出了A -V位的三维涡流场FE—BE耦合分析方法。对国际TEAM 2 1号问题B模型进行了计算 ,靠近线圈的钢板表面磁感应强度法向分量计算值与实测值基本一致。

同步感应线圈炮内磁场及涡流场的有限元分析

为了研究感应线圈炮内磁场及涡流场的分布,根据单级实心电枢同步感应线圈炮的结构模型,基于矢量磁位和标量电位相结合的方法建立了其导体区域涡流场的数学模型。对套箍和炮管非导体区域、气隙区域分别采用矢量磁位、标量磁位来描述磁场。在电枢区域涡流场的控制方程中,考虑了电枢运动效应和位移电流效应的影响;在驱动线圈区域涡流场的控制方程中,考虑了位移电流效应的影响。采用Ansoft有限元分析软件对单级实心电枢同步感应线圈炮内的涡流场分布情况进行了仿真研究。仿真结果表明:单级实心电枢同步感应线圈炮内的磁场在电枢尾部发生明显畸变,电枢内的涡流主要分布在电枢的外表面和尾部,其方向与驱动电流的方向相反。这些工作体现了单级实心电枢同步感应线圈炮实际工作过程中磁场、涡流场以及能量损耗的分布规律,为感应线圈炮的优化设计提供了参考依据。

大电流母线桥三维涡流场的有限元分析

应用大型有限元分析软件AN SYS,采用棱边有限元方法,对大电流母线桥进行了三维涡流场的计算,得到了磁感应强度和电磁力的大小及其在母线桥中的分布规律;通过与母线桥正常运行时的实测数据对比,验证了计算模型的有效性和计算结果的可靠性,并在此基础上研究了不同工作电流、母线相间距离对磁感应强度和电磁力的影响.仿真结果表明:磁感应强度和电磁力随着工作电流的增大而增大;减小母线相间距离使得各相母线间的电磁力增大,而箱体上的电磁力减小.

线性瞬态涡流场定解问题中的法向边界条件与解的唯一性

电磁场初边值问题包括场的约束方程和定解条件。目前,许多文献使用含有磁感应强度法向分量边界条件的 初边值问题来求解线性瞬态涡流场。对于涡流场的求解而言,这种初边值问题是否有唯一解,是一个基本的理论问题。该文使用反证法,利用非涡流区中的标量位函数,构造了功率积分表达式和能量积分表达式,引入了一个在整个场域有连续一阶偏导数的新函数,在此基础上,证明了含有磁感应强度法向分量边界条件的涡流场初边值问题有唯一解。作为应用,该文针对通有单脉冲电流的单匝圆环线圈平行放置在半无限大导体上方的瞬态涡流问题,用拉普拉斯变换的方法求出了导体中涡流密度向量的解析表达式。

飞机尾涡流场参数的仿真计算方法研究综述

作为缩减尾流间隔、提高运行效率的研究基础,尾涡流场的仿真计算技术是国内外民航空管研究领域的一个研究热点。在飞机尾涡流场的数值模拟方面,介绍了雷诺平均、大涡模拟和分离涡模拟方法在流场数值模拟方面的研究现状及存在问题;在尾涡流场参数的快速仿真计算方面,综述了典型计算模型的特点及存在的主要问题,包括CROW不稳定性、Greene消散模型、APA消散模型、TDAWP消散模型、D2P消散模型和三阶段消散模型等,分析了上述模型的精度与应用情况。最后对国内外研究现状进行了总结分析,提出了该领域未来的研究方向。

基于三维有限元法U型单相自起动永磁同步电机涡流场与温度场的分析计算

为了抑制转速波动、降低振动,同时提高电机带载起动能力,在原单相自起动永磁同步电机转子外侧加了铜皮套筒.采用A,φ-A三维有限元法对涡流场进行了计算,得到了铜皮套筒内的涡流和涡流损耗.在此基础上结合利用流体相似理论得到的散热系数,针对所建立的三维温度场进行了有限元计算,分别得到了铜皮套筒内涡流损耗、永磁体平均温度与套筒厚度之间的关系曲线.将计算结果与实测值进行了对比,验证了分析计算方法的可靠性.

用棱边与节点有限元耦合的E-E-ψ法计算三维涡流场

该文提出了计算三维涡流场的棱边与节点有限元耦合的E-E-y 法。详细推导了E-E-y 法的Galerkin有限元方程,并讨论了其收敛过程,对PICCG算法作了改进,组合了PICCG法和ICCG(g)算法的优点,称为PICCG(g)算法。最后给出了数值算例,计算结果表明,该方法具有通用、方便、计算量小,精度高等优点。

有限元–边界元耦合法在运动导体涡流场中的应用

基于A,φ-A法和库伦规范,推导了导体区域和非导体区域的有限元方程及自由空间的边界元方程,通过引入交界面条件,实现了将边界元矩阵等效为有限元矩阵求解的有限元-边界元耦合法(finite element and boundary element coupling method,FE-BECM)。将FE-BECM应用于TEAM-7问题的计算,验证了该方法处理开域涡流问题的有效性。当FE-BECM应用于运动导体涡流场(moving conductor eddy current,MCEC)问题时,用有限元离散源电流区域和运动部件,用边界元离散自由空间并关联相互独立的有限元区域。该方法克服了常规有限元法使用1套网格处理运动问题所遇到的麻烦。使用有限元-边界元耦合法对单级线圈炮问题进行了计算,验证了算法处理运动导体涡流场问题的有效性。

大规模工程涡流场有限元计算的困境与展望

精确计算涡流场分布及其在导电材料中产生的损耗,对于电工设备的优化设计与安全运行至关重要。在现阶段,特大型电机、变压器等电工设备中的三维工程涡流场有限元分析存在计算规模大、计算时间长和计算精度不能满足工程精度要求的问题。该文主要从计算方法的层面分析这类问题的研究现状和关键难点,介绍诸如叠片铁心材料特性的传统和改进型均匀化模型、子问题扰动有限元法、区域分解法、单元级别的并行有限元法等针对上述问题的研究对策,分析不同方法的优点和局限性,并提出对今后进一步研究策略的建议,作为快速、高效地实现三维工程涡流场大规模计算任务的参考。

基于时域有限元方法的配电房大电流母排涡流场分析

母排工作状况对整个配电系统的运行起着决定性的作用。针对配电房普遍使用的平板型空气绝缘母排结构,根据母排实际尺寸、位置等参数构建其工频磁场分布的计算模型。采用基于时域有限元的方法研究了矩形大电流母排满足的二维(2D)、三维(3D)涡流场问题。分析其磁感应强度变化,并与圆管型母排进行了比较,通过仿真验证,矩形母排磁感应强度与实测数据的最大误差小于5.79%,而圆管型母排磁感应强度与实测数据的误差较大。重点研究了不同工作电流对电磁力、磁场能量及功率损耗的影响。结果显示随电流增大,磁场能量、电磁力及功率损耗均呈增加趋势。当电流为2400A时,其三维涡流场的功率损耗高达114.462W/m。

大型变压器三维涡流场和结构件杂散损耗的工程研究

对非导磁钢板和导磁钢板进行了三维涡流场的数值计算与验证,并分析了计算方法对钢板杂散损耗的影响因素。

非重叠Mortar有限单元法在运动导体涡流场计算中的应用

使用非重叠Mortar有限单元法(non-overlapping mortarfinite element method,NO-MFEM)对2维轴对称滑动问题进行了计算。在处理运动问题时,NO-MFEM将求解区域分解为运动和静止2个子域。在子域交界面上,NO-MFEM不要求节点逐点匹配,在运动发生后只需要改变运动部件所在区域节点的坐标,从而克服了传统有限元法(finite elementmethod,FEM)在处理运动问题时需要不断进行网格重剖的麻烦。该文首先介绍了NO-MFEM的基本原理;说明了适合于该方法处理的运动问题的类型;通过2维静电场问题分析了NO-MFEM的非协调误差;使用NO-MFEM对感应线圈炮模型进行了计算,分析了发射过程中不同时刻空间磁场和电枢涡流的分布,通过与实验结果和其他数值仿真结果进行对比,验证了NO-MFEM在处理运动导体涡流场(moving conductor eddy current,MCEC)问题上的有效性。

用多极理论分析载流导体涡流场问题

提出用多极理论分析工频情况下的载流导体涡流场问题。从稳态情况下的Maxwell方程出发,推导出用多极理论计算载流导体涡流场问题的计算公式和相应的约束方程,并给出其计算实施过程。实例计算结果表明:多极理论的计算结果与实验值和其他数值方法的计算结果完全一致。