汽轮发电机转子匝间短路对定子热响应特性的影响

本文分析了汽轮发电机转子匝间短路故障前后定子热响应特性,不仅考虑转子匝间短路引起电压下降对发电机强励动作的影响,还研究了热分布不平衡而引起的定子力学响应。首先推导了正常情况和转子匝间短路故障后加强励磁电流下的气隙磁通密度,得到了铁心损耗和绕组铜耗的解析表达式;然后建立了发电机故障前后的三维有限元仿真模型,对不同短路程度故障下的铁心损耗、绕组铜耗与定子温度进行了求解计算;最后实测了CS-5型故障模拟发电机在正常运行和不同短路程度故障下的定子温度,实验结果与理论分析、有限元仿真结果基本一致。结果表明,转子匝间短路故障后由于励磁电流的增强,发电机铁心损耗和绕组铜耗均会增加,定子温度明显上升,并且随着短路程度的增加而加剧;定子端面边缘位置的变形和应力幅值最大并且为热响应下的危险位置。

气流与激光联合作用铝合金板热响应研究

为了获得激光加工等应用中气流环境激光辐照材料的热响应特性和熔穿规律,采用面热源近似和不定常热传导分析方法构建了包括热传导、对流换热、熔化烧蚀等主要机制的物理模型,并通过实验校核后进行了气流环境激光辐照铝合金热学响应定量评估,获得气流环境不同激光功率密度下铝合金靶板温升和烧蚀熔穿规律。结果表明,相同靶参数下,熔穿时间随着激光功率密度增加而急剧减小,并且熔穿时间变化规律与热平衡积分方法气化烧蚀模型结果一致;不同条件下熔穿时间显示,在激光功率密度较小(500 W/cm^(2)附近)时,气流引起对流换热因素对激光烧蚀熔穿影响较大,而在激光功率密度较高(1500 W/cm^(2)以上)时,气流引起对流换热因素对激光烧蚀熔穿影响较小。建立的气流条件下激光辐照热响应模型与实际物理过程更接近,计算获得的熔穿规律为激光辐照模型合理简化提供了定量的参考依据。

多脉冲飞秒激光切割加工炸药装药过程的热响应

为分析多脉冲飞秒激光切割加工炸药过程的安全性,建立多脉冲飞秒激光切割加工炸药装药的二维数值计算模型,对飞秒激光切割加工HMX、TATB、RDX和TNT 4种炸药装药的情况进行数值计算,获得不同加工状况下炸药装药的热响应规律。实验结果表明:飞秒激光切割加工炸药装药过程中,当激光光斑的移动速度为80~300 mm/min时,4种炸药均未发生点火,反应光斑移动速度越慢,热累积效应越明显,且HMX相比其他3种炸药,动态分析区内HMX的热累积效应最明显;当激光重复频率和能量分别为0.1~200 kHz和50~200μJ/pulse时,提高飞秒激光的重复频率和能量对切割速率提升效果呈先上升后降低趋势;飞秒激光对炸药装药的切割加工速率和安全性,会受到炸药的性能参数的影响,切割速率与炸药的激光吸收系数呈正相关,切割安全性与炸药的热感度呈负相关。

空间折展结构热响应研究现状与展望

中国航天正面向世界科技前沿和国家重大战略需求飞速前进,航天事业已成为我国整体发展战略的重要组成部分。近年来,随着航天核心技术的逐渐提升和突破,高精度、大尺度和轻量化的新型空间折展结构逐渐得到广泛应用,然而,其柔性大、刚度小,尤其是受空间极端环境显著影响等问题也备受关注。例如,空间折展结构中的典型应用——空间可展开天线,该新型结构作为航天和国防领域传递与获取信息的核心装备,在轨服役期间受空间热交变环境影响,其形面精度和网面稳定性问题凸显,甚至干扰航天器及其附件在轨工作姿态,从而导致航天器失效。为满足应用需求,文中归纳总结了伸展臂、太阳翼及可展开天线等空间折展结构的热致变形和热致振动等热响应研究进展。基于研究现状,从热-结构耦合情况、非线性因素、新型结构组合、结构连接及热控措施优化等方面展望空间折展结构热响应研究发展趋势,为我国空间折展结构的优化设计和防护方案提供理论依据及应用参考。

池火灾环境下喷涂涂料液化石油气储罐热响应机理试验研究

以无机水性非膨胀型防火涂料为研究对象、以涂层厚度为主要影响因素,进行了池火灾环境下的液化石油气罐热响应试验,研究了喷涂防火涂料后池火灾环境中储罐的壁温响应、毁坏时间和失效模式。结果表明:无机水性非膨胀型防火涂层对于迟滞储罐在火灾作用下发生爆炸的时间效果显著。对于民用液化石油气储罐,充装水平相同时,涂层厚度2 cm的储罐在池火灾环境下的持续时间是裸罐的6.91倍,涂层厚度3 cm的储罐持续时间是涂层厚度2 cm储罐的1.20倍,涂层厚度4 cm的储罐持续时间是涂层厚度3 cm储罐的1.05倍。增加涂层厚度对迟滞储罐在池火灾环境下毁坏时间的效果逐渐降低,因此,建议储罐涂层厚度以3 cm为宜。研究结果对池火灾环境下储罐的安全防护应用和防火涂料研究具有一定的意义。

火灾环境下火焰包覆厚度对DNAN炸药热响应特性影响的数值模拟研究

为获得火灾环境下火焰包覆厚度对弹药热响应特性的影响规律,针对火焰辐射热流的主控影响机制——火焰包覆厚度,综合考虑了弹药内部空气夹层复合传热效应以及炸药高温热分解放热效应等因素,建立了可用于预测不同火焰包覆厚度下弹药热响应特性的数值模型及计算方法,对不同火焰包覆厚度下典型弹药模型的热响应特性开展了数值模拟研究。结果表明:火焰辐射率和辐射热流会随火焰包覆厚度的增加而增加。随火焰包覆厚度的增加,弹药的温升呈非线性增加,温升速率也随之增加。点火延滞时间则随火焰包覆厚度的增加而减小,当火焰包覆厚度L<1 m时,点火延滞时间随火焰包覆厚度增加呈非线性减小;当火焰包覆厚度L≥1 m时,点火延滞时间逐渐趋于恒定值。因此,在火焰包覆厚度L<1 m时,需考虑火焰包覆厚度大小对弹药热响应特性的影响。

基于动态共价键的热响应暂堵用水凝胶的制备及性能

针对化学凝胶封堵油气管道实现热工作业后难以破胶的问题,基于动态共价键和氢键作用,以胍胶、琼脂和十水四硼酸钠制备了一种具有热响应破胶的水凝胶。通过红外光谱和扫描电镜表征了凝胶的形成机制以及微观形貌;利用流变仪研究了水凝胶的机械性能和热响应行为。结果表明,随着胍胶含量的增加,水凝胶的机械强度逐渐增大,凝胶-溶胶转变温度也越高。向凝胶体系中加入适量的琼脂,可以降低凝胶-溶胶的转变温度,以此提高水凝胶的破胶效率。利用自制可视化管道研究了该水凝胶的封堵与解堵性能,结果表明,该水凝胶具有优异的封堵性能,封堵段长度为100cm时,能够承受0.156MPa的突破压力。使用70~90℃的热水冲洗水凝胶,10cm长的封堵段能在100min内完全解堵。该水凝胶作为封堵材料能够保证管线热工作业安全、简化工艺流程,同时避免管道二次损坏等优势,有望代替传统管道封堵用化学暂堵材料。

温度传感器热响应时间测试及分析

国内对于温度传感器的热响应时间测试大部分采用油浴法,即在90℃硅油中进行测试,测试方式单一,没有考虑温度传感器实际使用环境与测试环境之间的关系,且测试方式为人工测试,效率较低,复现性差。针对此问题,基于Labview软件设计了温度传感器热响应时间自动测试装置,对PT100铂电阻、PT1000铂电阻和热敏电阻三类温度传感器的热响应时间进行测试,并分析不同封装方式以及不同加热方式对温度传感器热响应时间的影响,证明了不同封装方式和加热方式对热响应时间测试存在较大影响。研究的测试装置可应用于所有类型温度传感器的响应时间测试。

长沙市某区浅层地埋管岩土体热响应试验性能研究

长沙市某区为高新技术发展示范基地,能源冷热需求量大,该片区地质条件复杂,邻近少有地源热泵热响应测试数据,通过性能研究,揭露研究区地层以第四系覆盖层及元古界泥岩、砂岩、板岩为主,10~40 m存在上层少量上层滞水;通过线热源模型热响应试验,测试岩土体综合平均导热系数为1.78~1.95 W/(m·K),钻孔热阻值为0.18~0.23(m·K)/W,并与钻孔取芯和室内热物性测试进行对比,吻合度较好。考虑长沙地区气候特征,在不考虑大量钻孔换热过程中存在热干扰和长时间持续运行情况下,通过换热计算,夏季每延米换热量最大可达51~53 W/m,冬季每延米换热量最大取值为47~49 W/m。

低密度树脂基烧蚀材料热响应数值模型及防隔热性能预示

针对低密度酚醛树脂基烧蚀材料的热响应行为,基于阿伦尼乌斯方程和傅里叶传热定律,耦合热解反应、热量传递、热阻塞效应、表面烧蚀等多重因素,构建出一维热响应数值模型。采用有限差分法进行离散化处理,通过Python程序实现了数值求解,并与热响应程序PATO结果、电弧风洞试验结果对比,验证了模型的计算精度。在此基础上,采用单一变量考察法预测了材料比热容、热导率、热解反应参数、厚度变化对防隔热性能的影响。结果表明,增大材料比热容可以同时降低材料的表温与背温,但是受限于热阻塞效应的减弱,温度变化幅度较小;增大材料热导率会降低表温而升高背温,相较于比热容,热导率对背温的影响更为显著;增大材料活化能会同时升高表温与背温,但是反应级数和指前因子对温度影响有限;增大材料厚度可以有效降低背温,但是对上层材料传热影响较小,因此表温基本不变。

基于非线性热响应的玻璃纤维/乙烯基酯复合材料拉伸响应预报方法

为探究复合材料结构在火灾条件下的力学响应,建立考虑基体热解和纤维软化效应的复合材料热-拉伸响应模型,通过多维数组运算对非线性方程组进行求解,研究高温下玻璃纤维/乙烯基酯复合材料的拉伸性能变化规律、预测玻璃纤维/乙烯基酯复合材料在不同拉伸载荷和单侧热流工况下的失效时间。结果表明:建立的非线性热-拉伸性响应模型,能够有效预测乙烯基酯及玻璃纤维/乙烯基酯复合材料在单侧恒定热流下的拉伸性能。通过模型预测曲线可知,玻璃纤维/乙烯基酯复合材料拉伸强度随温度的下降主要分为两个阶段:第一阶段为其在玻璃化转变温度附近快速下降;第二阶段为材料基体完全玻璃化转变后,玻璃纤维/乙烯基酯复合材料拉伸强度的缓慢下降。另外,随着拉伸载荷的增加,玻璃纤维/乙烯基酯复合材料失效时间迅速缩短,且失效时间随拉伸载荷变化情况在不同热流密度下具有相同的趋势。在相同拉伸应力下,热流密度的下降可延长材料的失效时间。在80%室温强度的拉伸应力下,层合板在10 kW/m^(2)下的失效时间较75 kW/m^(2)延长了300 s。在10 kW/m^(2)条件下,施加拉伸应力低于50%室温强度时,层合板在长时间内不会发生失效。

海藻酸钠/单宁酸-铁复合物近红外光热响应纤维的制备及表征

以简易方法制备的单宁酸-铁复合物(TA-Fe^(3+))与海藻酸钠(SA)共混,通过湿法纺丝制备了具有近红外光热响应性的SA/TA-Fe^(3+)复合纤维。研究了TA-Fe^(3+)复合物含量对SA/TA-Fe^(3+)纺丝液流变性能和SA/TA-Fe^(3+)复合纤维力学及光热性能的影响,借助单纤维强力机、红外光谱仪、扫描电镜、红外热成像仪对SA/TA-Fe^(3+)复合纤维的性能进行了表征。研究表明,TA-Fe^(3+)复合物含量对纺丝液黏度几乎没有影响,复合纤维断裂强度都大于2.1 cN/dtex;随着TA-Fe^(3+)复合物含量的增加,复合纤维的近红外光热响应更加敏感。通过调节TA-Fe^(3+)复合物添加量可以满足近红外光热响应复合纤维不同升温要求应用的需求。

基于叠加理论的柱热源模型岩土体热响应试验测试研究

岩土体热物性参数是计算浅层地热能资源量和进行地热能利用规划设计需要的重要参数,为获取岩土体热物性参数,本文基于叠加理论的柱热源模型,分析了换热孔内外相应的传热数学模型及数据拟合计算方法,以江苏省宿迁沭阳城区HRK1号孔为例,采用了恒定热流法试验测试,取得了现场热响应试验测试数据,采用基于叠加理论的柱热源数学模型对数据进行了拟合分析,分析结果表明,当埋管深度98.7 m,初始温度19.80℃,实际平均加热功率为3829 W,平均流量为1.30m^(3)/h(流速为0.68 m/s)时,岩土综合导热系数为2.32 W/(m·K),体积比热容为1.42×10^(3)J/(kg·K),换热孔内总热阻为0.125(m·K)/W。结果表明,基于叠加理论建立的柱热源模型处理现场热响应试验测试数据是可行的,可用于现场热物性测试数据的处理分析。

热响应试验在浅层地热能资源评价中的应用

在我国国民经济的迅速发展的今天,各种能源需求量日益增加。现阶段我国的能源结构仍以煤为主,因煤炭属于不可再生资源,存在着能源利用率不高易造成雾霾等环境污染的问题,致使煤炭在我国能源结构中所占的比例将逐年减少已成为一种必然趋势。浅层地热能作为一种清洁、价廉、丰富且可再生的新型能源,利用前景十分广阔。目前,对浅层地热能的评价可分为城市区域浅层地热能评价和地源热泵工程场地浅层地热能评价两类,而热响应试验是获取地下岩土热物性的最有效的工作手段,为地源热泵工程的地下换热器系统设计提供主要依据。

银川盆地浅层地温能热响应试验分析

为研究银川盆地的浅层地温能热响应,选取永宁县闽宁镇和贺兰县纺织园两地作为试验区进行分析。采用地埋管试验孔热响应试验,通过原始数据收集、数据预处理、数据分析、结果验证与修正等数据分析过程,测得两试验区孔域的岩体初始平均温度,通过大小功率恒热流试验测得平均综合导热系数,并进行模拟夏季和冬季的恒温度测试。根据测得的排热量和取热量计算出单位孔深换热量永宁县闽宁镇为59.2 W/m、-43.8 W/m,贺兰县纺织园为57.6 W/m、-25.7W/m。从数据结果对比来看,永宁县闽宁镇的各项试验数据均高于贺兰县纺织园,为该地区浅层地温能资源评价及浅层地温能开发利用适宜区评价提供依据。

储能同轴深井换热器岩土热响应试验及换热性能分析

本文主要针对储能同轴深井换热器的换热性能问题,采用岩土热响应试验和数据分析方法进行了研究。在同轴深井换热器的基本结构和换热原理基础上,通过试验井的岩土热响应试验,获得了土壤初始平均温度和土壤热物性等实验数据,接着,文章进一步对换热器的换热能力进行了分析,包括释热工况、吸热工况以及换热能力分析。研究结果表明,本文提出的储能同轴深井换热器具有较高的换热性能,为今后同轴深井换热器的研究提供了有益的参考。

寒区隧道地源热泵型供热系统岩土热响应试验

为解决寒区隧道冻害问题,将地源热泵型供热系统应用于内蒙古博牙高速林场隧道中。通过开展寒区隧道地源热泵供热系统岩土热响应试验,研究热交换管管内循环介质的入口温度、流量和管间距对换热量的影响以及热交换对隧道围岩和衬砌温度场的影响。试验结果表明:管内循环介质的流量一定时,换热量随着入口温度的增加而呈线性增加;管内循环介质的入口温度一定时,换热量随着流量的增加而呈指数增加。增加流量可以提高热交换管内循环介质的换热能力,但却增加管内循环介质与管壁之间的阻力,建议热交换管管内循环介质流量不宜超过0.75 m3/h。热交换管间距为100和50 cm时,围岩温度场的影响深度分别约为75和100 cm。热交换管间距越小,围岩温度场的影响范围则越大,温度增量也越大。

碳化材料三维烧蚀热响应有限元计算研究

针对碳化烧蚀热防护材料三维温度场计算问题进行了研究。采用弹簧松弛法模拟防热层表面后退运动,应用化学反应动力学模型描述材料内部热解过程,内部温度场计算模型考虑了防热材料的热传导、热解吸热、热解气体在碳化层内的流动以及热解气体与碳化层之间的热交换。对控制方程采用有限元方法进行离散,时间方向采用Newton-GMRES隐式迭代推进求解。将计算结果与经典程序的计算结果及实验数据进行了比对,初步验证了计算方法的可靠性,并通过球头算例展示了程序对三维问题的良好处理能力。

土壤热响应特性的一种改进实验装置

建立了一种基于恒温法的土壤热响应特性实验的改进装置,可以进行排热和取热工况实验。给出了上述装置实验数据处理的方法和数学模型,比较了恒温法和恒热流法土壤热响应实验装置的优缺点。实际测试数据表明:改进后的土壤热响应实验装置在测试工况的稳定性、调节性以及稳定时间上具有一定优势,其测试结果可以为地源热泵系统优化设计提供直接的指导依据。

基于现场热响应测试方法的地下岩土热物性分析

目前获取导热系数的主要方法是现场热响应试验,但该方法缺乏统一的技术标准,导致计算结果可比较性差,难以应用。笔者开展了不同热响应试验设备的原位热物性测试系列试验,分析了测试与数据处理方法对测试结果的影响,探讨了试验过程中需要注意的问题。结果显示：为减少试验误差,两次热响应试验测试的时间间隔不应少于10d;应尽量避免循环水与岩土介质以外的其他介质产生热量交换;对于恒热流热响应试验,导热系数值与舍弃时间（1.0~12.0h）成正相关关系;而对于定进回循环水温差的热响应试验,导热系数值与舍弃时间（0.0~12.0h）成负相关关系;舍弃时间大于12.0h时,导热系数变化趋于稳定。按统一标准舍弃前12.0h的测试数据进行导热系数计算,6家单位的导热系数计算值都在2.2~2.8W/（m·℃）范围内,测试结果合理可靠。