自然空化下潜艇感应电磁信号的演化

[目的]扰动海水切割地磁场所引起的感应电磁特征可为非声探测技术提供重要信息,鉴于高速航行潜艇流场与电磁场之间复杂和高度非线性作用,需深入分析自然空化引起的湍流结构变化对感应电磁场的影响规律。[方法]首先,基于流体动力学和电磁学,建立流体-电磁耦合的多物理场数学模型;然后,采用Fluent软件进行数值模拟以获得空化演变过程中近场电磁信号的强度和范围,以及不同空化数下感应电场的时频特征。[结果]仿真结果表明:空泡形态的演变使电磁场表现出明显的准周期性非稳态波动特征;感应电场和磁场的量级分别为10^(-1)mV/m和10^(-2)nT,均在目前最先进的仪器测量范围之内。此外,空化数与感应电场的时频特性高度相关,当空化数由0.4减小到0.2时,感应电场的波动强度显著增强,其主频率从49.94 Hz减小至34.19 Hz,且低频波动分量随之增加。[结论]潜艇的感应电磁特性可用于指导水下运动体的非声探测,同时感应电场的主频率范围可为高速潜艇的电磁通信频率选择提供参考。

复杂环境下潜艇感应电磁噪声的数值模拟

对潜超低频通信信号会受到很强的电磁噪声干扰,为有效抑制噪声,对潜艇周围复杂流场切割地磁场产生的电磁噪声进行研究。基于流体动力学以及有限元建模方法,将潜艇阻力和压力的计算值与实验数据进行对比,验证了数值方法的有效性。在此基础上建立电磁流体耦合模型,分析潜艇在不同航速和不同航向下感应电磁噪声的频谱特性和变化特征。研究结果表明,潜艇周围流体产生的电磁噪声属于超低频噪声,具有明显的线谱特征。潜艇航速对噪声幅值影响显著,同时各个航向上的噪声分量具有很大的相关性。分析得到的噪声频谱特性可为对潜通信的噪声特性研究提供参考,为降低电磁干扰或其检测提供一定的支持。

高温超导俘获场磁体脉冲充磁仿真模型研究

在对俘获场磁体的脉冲充磁过程进行三维仿真时,现有的数值模拟方法有待具体分析比较,同时由于计算时间长和收敛困难,难以实现对大规模带材堆叠的模拟。针对以上问题,系统分析了H模型、H均一化模型和T-A模型的三维脉冲充磁仿真,对比了它们在77 K时不同堆叠层数下的俘获场、磁化损耗和计算时间,并基于以上模型提出了分组合并的简化模型。结果表明H均一化模型和T-A模型的计算误差随层数的增加而减小,验证了分组合并模型的有效性,并成功对上百层的堆叠进行了仿真。因此,分组合并模型解决了三维大规模堆叠有限元仿真困难的问题。

直流高温超导电缆用于数据中心配电的可行性

高温超导直流电缆是一种无传输损耗、高载流密度的特殊电缆,有潜力解决数据中心耗电功率密集、物理空间受限等问题。为了探究高温超导电缆在数据中心直流母线中应用的可行性,以某可再生能源供电、交直流混合配电的数据中心为原型,设计了高温超导电缆为数据中心配电的直流母线结构及其与支路的连接方式,通过有限元仿真的方法,设计了母线的基本结构,并对配电的效率、优势进行了初步分析。结果表明,在分布式新能源供电的数据中心中,应用高温超导直流电缆具有减少变电环节、减少空间占用、改善通风散热的作用,从而可以降低数据中心中的能量损失。