相变路面抑制降温效果研究

本文以混凝土路面为研究对象,向路面主体材料中添加PEG300和PEG400作为相变材料,膨胀石墨为封装材料制备相变储能路面,利用COMSOL Multiphysics多物理仿真软件对路面模型进行模拟研究,探究复合相变材料(PCMs)不同掺量下的路面抑制降温能力的变化规律。结果表明:对4种不同PCMs掺量的相变储能路面传热3 h后6.76 cm深度的温度进行对比分析,发现掺量为4%,8%,12%的相变路面温度分别比水泥路面温度高1℃,1.4℃,1.6℃,掺量为4%时温度增加量最大。相变储能路面在深度为4 cm时降为0℃需要的时间均大于水泥混凝土路面需要的时间,水泥混凝土路面在4 cm时达到0℃需要的时间为3 h,PCMs掺量为4%的相变储能路面需要4.4 h,延缓了1.4 h;掺量为8%的相变储能路面需要5.6 h,延缓了1.2 h;掺量为12%的相变储能路面需要6.6 h,延缓了1 h。PCMs掺量每增加4%,其增加的延缓时间在降低,从0%掺量增加到4%时,增加的延缓时间最长。综上两种分析,最优的PCMs掺量为4%。相变储能路面抑制降温的能力可延缓路面温度降为0℃的时间,从而抑制结冰,减少路面损伤。

相变储热技术在空气源热泵供暖中的应用研究现状

空气源热泵技术因具有节能、环保、高效等优点,在我国建筑供暖领域得到了广泛应用。文章分析了空气源热泵系统在供暖过程中存在的问题,介绍了利用相变储热技术优化空气源热泵运行性能的基本方式及原理。通过分析相变材料自身热物性以及相变储热单元在系统中的应用,从材料及系统两方面简述了相变储热技术在空气源热泵供暖中的研究现状及进展。最后,得出结论并针对相变储热技术在空气源热泵供暖中的应用难点,对未来发展进行了展望。

低熔点四元硝酸盐基定型复合相变材料的制备与研究

采用冷压-热烧结方法制备研究了一种形态稳定的硝酸盐基复合相变材料,该材料具有较低的熔点和较宽的温度使用范围,适用于中低温领域的热能储存。研究选取NaNO_(3)-NaNO_(2)-KNO_(2)-LiNO_(3)共晶四元硝酸盐为相变基体材料,氧化镁为结构支撑材料,石墨为导热增强剂,并对其微观结构、化学相容性、热物理性能和循环稳定性进行了一系列表征,结果表明:在烧结前后四元硝酸盐、氧化镁以及石墨之间不发生化学反应,具有良好的化学相容性及化学稳定性。在不同质量比的样品中,四元硝酸盐与氧化镁质量比为6∶4时,为复合材料的最佳配比,且其负载质量分数8%的石墨后,仍表现出优异的结构稳定性;该复合材料的熔点较低,约为70℃,分解温度达到610℃;在50~580℃的温度范围内,具有超过749 kJ/kg的储能密度;添加8%的石墨后复合材料的热导率从0.41 W/(m·K)提高到了0.77 W/(m·K);经150次循环后,复合材料表现出良好的热循环稳定性。这种具有低熔点、宽温域的盐基复合材料是中低温热能存储的有力候选者,本研究为其在中低温领域的应用提供了实践依据。

面向脱轨后被动安全防护的转向架结构优化

为了验证和优化列车转向架部件的脱轨后被动安全防护效果,提出基于多边形接触模型的列车脱轨后接触建模方法,并建立列车脱轨后动力学模型,模拟不同结构参数组合下的列车脱轨后运行行为。将所得横移量和结构参数组合作为反向传播神经网络模型的训练样本,拟合两者之间的非线性关系,采用基于锦标赛选择的自适应遗传算法搜索横移量最小解及其对应的参数组合。以拖车制动盘优化问题为例,运用该优化模型进行结构参数优化。研究结果表明:在100 km/h脱轨速度下,制动盘的最优结构参数组合的半径为335 mm、厚度为80 mm、安装位置为320 mm;与原设计相比,车辆脱轨后横移量减少80.2%,大幅度提高了制动盘被动安全防护能力。本文所提出的建模方法和优化模型可推广应用于其他列车结构的脱轨后被动安全防护能力优化和验证,具有较大的工程实用价值。

一种低成本相变材料热沉的设计与仿真

针对现有电子设备使用复合材料相变热沉成本较高的问题,通过对某电子设备模块相变热沉的导热筋厚度、沿传热路径的布置方式、导热筋打孔孔径和孔隙率等对相变热沉传热的影响进行设计与仿真,提出一种低成本、轻量化的相变材料热沉设计策略,即导热筋仅在主要热传导方向布置、通过打孔增加比表面积。与8%膨胀石墨−高碳醇复合相变热沉相比,以该策略设计得到的相变热沉对非临界结温状态的芯片温度影响很小,温差不超过3.2℃,且质量只增加5%,而成本仅为复合相变热沉的1/3。以上研究为相变材料热沉降低成本、推广使用提供了一种新方法。

寒区相变蓄热墙体多因素热特性研究

在墙体中应用相变材料可以显著改善墙体的保温蓄热能力,但相变材料厚度和墙体构造的选择尚需科学论证。基于寒区气象特点,选择适用于寒区建筑外墙的相变储能材料,从墙体的传热特性角度出发,通过建立不同相变材料层厚度和多种构造的相变墙体模型,研究多种情况相变墙体的热特性。结果表明,相变墙体在冬季的保温蓄热能力受相变材料层位置和厚度影响,夏季效果主要受相变材料厚度影响;相变材料厚度为40 mm的中间型相变墙体和相变材料厚度为60 mm的内侧型相变墙体比较适合寒区建筑应用。研究所得结论可为寒区相变墙体的结构设计优化提供参考。

基于纳米复合PCM集蓄热构件的建筑太阳能供暖特性研究

设计一种基于吸光型纳米复合相变材料(PCM)模块化集蓄热构件,将其应用于建筑太阳能采暖,以降低能耗和碳排放。开展石墨烯-石蜡复合相变材料的制备和物性测试,建立PCM集蓄热数学模型,并结合典型气候工况进行供热特性的数值模拟,研究定风量情况下蓄热层厚度和空气流道宽度对供暖特性的影响,分析通风速度对送风温度、日供热量以及太阳能供暖保证率的影响。研究结果表明:添加石墨烯后的纳米复合PCM相对于纯石蜡的集热效率约提升了60%;对于具有18 m^(2)采光面积的集蓄热构件,当通风速度为1.0 m/s时,太阳能集蓄热墙具有较为优异的供暖性能,此时供给室内的日供热量、日平均热效率和供暖保证率分别为112.5 MJ、67.6%和90.0%,室内能够达到20℃的设定温度的时间为13 h。

基于PCM-FM体制下遥测作用距离研究

为了实现靶场试验数据的有效采集、遥测接收和发射系统的设计选择、遥测地面站合理布置等目的,在PCM-FM遥测体制下,采用靶场试验中典型的频点和码速率以及给出相应的遥测地面站的情况下,对遥测作用距离和遥测接收系统门限进行详细的分析和计算。同时对影响遥测作用距离的几个关键因素进行分析讨论,获得了对同一遥测发射和接收系统下,不同码速率的系统接收门限和遥测作用距离的计算结果。遥测作用距离的研究对遥测系统设计中码速率选择、遥测发射和接收机的研制具有重要的指导意义。

用于通用存储和神经形态计算的相变存储器的研究进展

存算一体技术目前被认为是一种可以消除冯·诺依曼计算架构瓶颈的可行性技术。在众多的存算一体器件中,相变存储器(PCM)因其具有非易失性、可微缩性、高开关速度、低操作电压、循环寿命长以及与现有半导体工艺相兼容等优点,被认为是未来通用存储和神经形态计算器件中最具竞争力的候选者之一。首先介绍了PCM的工作原理和器件材料结构,并详细讨论了PCM在通用存储和神经形态计算领域的应用。PCM具有高集成度和低功耗的共性需求,但这两个应用领域对材料性能有不同的侧重点。详细分析了PCM目前存在的优缺点,如高编程电流导致的功耗问题,以及商业化应用面临的主要挑战。最后,针对PCM的研究现状提出了一系列改进措施,包括材料选择、器件结构设计、预操作、热损耗降低、3D架构,以及解决阻态漂移等问题,以推动其进一步发展和应用。

TPC码在PCM-FM遥测系统中的性能仿真

利用Matlab搭建PCM-FM遥测系统和TPC编解码仿真模型,通过仿真验证在PCM-FM遥测系统中使用TPC码后对系统的误码率改善情况。由仿真结果可知,在TPC码码率为0.5时可获得5dB左右的增益,同时还对影响TPC增益的各个解码参数进行了详细仿真。

基于PCM的圆极化贴片天线辐射和散射性能一体化设计

针对贴片天线现有设计存在的辐射性能不足及未考虑散射性能的现状,提出了采用极化转换超表面(PCM)改善辐射性能及提升散射性能的一体化设计.通过在偏置馈电方形切角贴片天线周围布局顺序旋转超表面单元并改变排布方式,有效地改善了辐射性能及提升了散射性能.仿真结果表明,最优化布局超表面天线实现了3 dB轴比带宽为5.02~5.39GHz,峰值增益为9.50 dB;相比初始天线,增益平均提升了4.78 dB,工作带宽实现了平均增益8.76 dB与-13.81 dBsm的低RCS;通过改变顺序旋转布局方式,实现了RCS最大缩减量为22.36 dB,比初始布局提高了8.67 dB.通过特征模分析法及散射原理分析验证了本文设计的天线具有良好的辐射和散射性能,该天线有望提升雷达天线隐身与辐射性能.

固-液相变材料在热水器中的应用综述

梳理了应用于热水器的固-液相变材料在稳定性、传热效率和光热转化效率三方面的性能优化研究及其在热水器中的应用研究进展,并对蓄热式热水器的发展方向提出了建议和展望。研究表明,国内外对于相变材料在热水器中的应用研究多集中于蓄热材料性能提升(蓄热能力、热导率、稳定性)及应用效果和效率提升方面,材料应用位置多见于热水器系统的水箱、蓄热器或集热器中,填充材料以石蜡居多。固-液相变材料的添加能够显著提升热水器性能,缩短加热时间,提升节能效果。但作为应用研究较少将应用成本纳入评价体系,仍需进一步结合相变材料的应用场景和经济性开展多目标综合评价研究,从而推动新型材料在热水器中的应用和推广。

基于PCM-FM遥测信号的多站时差定位技术应用研究

针对飞行目标回收测量问题,首先介绍基于PCM-FM遥测信号的多站时差定位原理,设计一种采用"单星共视授时、遥测帧同步信号采样本地时间、多站时差(距离差)定位解算"技术的定位系统;然后阐述其关键技术,并对距离差测量精度进行分析和估算;最后结合工程实践,给出试验测试数据。

基于物联网的激光侦听装置

硬件设计采用ESP32单片机为核心,采用IV变换电路、高增益放大电路、噪声滤除电路以及PCM编码电路,实现了激光信号的接收、放大、去噪和解调等功能,恢复出原始的语音信号。通过PCM语音编码技术,利用ESP32单片机控制编码器对恢复出的语音信号进行模数变换,采用MQTT协议上传至云服务器进行处理。软件部分以MQTT云服务器为核心,采用Python语言编程。接收数字音频信息后,实现语音的播放。并配合自制的GUI界面,利用语音识别技术和关键字摘要提取技术,实现了语音信号转文本以及生成摘要报告等功能。经过实践测试表明,该设备数据传输便捷、装置灵活小巧、非接触、无痕迹、且可以系统部署到更广泛的区域和环境中,非常适合于行动人员对于重点场所的侦听需求。

自动测试技术在MEMS硅腔滤波器工艺中的应用

在微波通信系统中,滤波器作为通信系统中不可缺少的微波无源器件,其性能指标直接影响整个通信系统的性能。与传统滤波器相比,微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)滤波器具有集成度高、小型化等优点,其中腔体结构在RF MEMS滤波器中有着广泛的应用。感应耦合等离子刻蚀是实现三维腔体结构的关键技术,其刻蚀均匀性直接影响腔体滤波器的性能指标。过程控制监控(Process Control Monitoring,PCM)是MEMS工艺控制中的重要监控手段,利用自动测试系统,论述了用于自动测试的PCM图形,通过数据处理得到硅腔深度分布图,并拟合出硅腔深度和中心频率对应关系,反应了当前刻蚀的工艺能力,为后续产品设计、提高刻蚀均匀性及优化版图设计提供了数据支撑。

一种以多孔结构吸附相变材料为冷却介质的锂离子电池组热管理方法

电池包作为电动汽车的动力源,其性能决定着电动汽车的成本与安全,有效的热管理系统对电池包的安全运行起到至关重要的作用。在追求更高能量密度的同时,如何有效降低热失控现象并提升电池组的热管理性能成为亟待解决的问题。针对传统相变材料(PCM)热管理方法存在的局限性,提出了一种基于多孔结构吸附PCM的创新热管理方案。基于仿真分析,相比传统PCM热管理方法,该方法使电池组在4C放电电流工况下的前0.2 h内,最高温度降低了2.1%;与此同时,最高温度与平均温度之差缩小了45.5%且各单体间平均温差幅度降低了34.1%。结果表明,该方法能够有效提高PCM的导热性并减小电池包内温度梯度,使得电池包内温度分布更加均匀,从而降低热失控的风险。此外,多孔结构吸附PCM还具有良好的安全性和耐久性,能够有效延长电池组的使用寿命。

一种低成本跳频测控系统

针对外场试验中接力测控和一站多机测控通信中的多址接入以及试验中的数据非法接收等问题,设计一种基于AD9361+ZynqSOC硬件构架,上下行均采用PCM/FM调制方式的跳频测控通信系统。该系统既支持连续通信波形,又支持时分跳频通信波形。内场试验结果表明:该跳频测控系统工作稳定,数据接收可靠,并具有任务规划简单、节点配置灵活的特点。

相变调温墙板热工性能试验和数值模拟研究

为解决墙体能量供给在时间和空间上的矛盾,进一步提高建筑舒适性,本文结合相变材料和水泥材料的优点,将相变微胶囊(Micro-PCM)掺入到水泥胶凝材料中得到相变砂浆,并将其粉刷在墙板表面形成相变砂浆层,采用白炽灯加热来模拟建筑围护结构外表面的太阳辐射,研究相变调温墙板在太阳辐射下的热工性能,并采用COMSOL软件对相变调温墙板的热工性能进行数值模拟。结果表明:随着Micro-PCM掺量的增大,相变调温墙板的储热性能增大,以普通墙板为基准,当Micro-PCM掺量为40%(体积分数)时,相变调温墙板的温度比基准墙板峰值降低了5.166℃,峰值温度出现时间延迟了145 min,峰值温度波幅降低了4.509℃,峰值传热量降低了22.202 W/m^(2)。当相变砂布置在加气混凝土砌块墙体内侧时,峰温度波幅降低了2.38℃,最高瞬时传热降低了1.61 W/m^(2),相变砂浆的储热性能最好,具有一定的力学强度,可以应用于围护结构表面发挥其控温作用。

冷却塔-内嵌管式相变屋面复合降温系统的性能研究

为提高相变屋面的性能,本文提出了一种冷却塔-内嵌管式相变屋面复合降温系统。基于焓法,建立了系统的数值计算传热模型,数值研究了该系统在福州地区的热性能及节能潜力,探讨了相变材料相变温度、相变材料导热系数以及内嵌管间距的影响,并与传统的无内嵌管相变屋面进行了对比分析。研究发现,相变温度越高,复合降温系统的相变材料越容易完成凝固,但潜热利用率随相变温度的升高呈现先增加后降低的趋势。当相变温度由35℃升高到41℃时,屋面的累计冷负荷由383 k J/m^(2)增大到400 k J/m^(2),增加了4.4%。相变材料导热系数越高、内嵌管间距越小,复合降温系统相比于传统无内嵌管相变屋面的潜热利用优势越显著。当导热系数由0.2 W/(m·K)增加到0.8 W/(m·K)时,复合降温系统的潜热利用率和屋面累计冷负荷分别增加了36.3%和5.1%,而无内嵌管相变屋面的潜热利用率和屋面累计冷负荷分别升高了33.1%和6.3%。当内嵌管间距由500 mm减少到100 mm时,复合降温系统比传统无内嵌管相变屋面的潜热利用提高率由2.7%增大到16.3%,累计冷负荷降低率由3.8%升高到10.9%。研究结果可促进建筑节能和双碳目标的实现。

用于红外和雷达波隐身的水泥基复合材料

红外和雷达波隐身主要是通过降低目标的红外辐射信号和雷达回波信号来提高目标的隐蔽性。将相变材料与炭黑封装为相变单元,并将其与膨胀珍珠岩-磁粉/水泥复合材料结合,研制出一种兼具红外和雷达波隐身的双功能水泥基复合材料,对其吸波性能和热性能进行试验与仿真研究。结果表明:炭黑对相变材料相变温度的影响较小,潜热仅降低了约1.9%;500次冷热循环后,相变材料的潜热留存率为78.3%,循环稳定性较好。相变单元和膨胀珍珠岩均可以提高水泥基复合材料的吸波能力,且反射损耗在-5~-15 dB可调。相变单元通过吸收大量热量来降低目标外表面温度,削弱红外辐射。相变材料的加入会增加水泥基复合材料的热导率,但相变材料高储热密度和珍珠岩低热导率的共同作用使得水泥基复合材料的隔热效应更加显著,从而降低目标的红外辐射信号。仿真结果表明:磁损耗仅出现在水泥基体中,相变单元通过电阻损耗来影响水泥基复合材料的吸波性能。热量传递在相变单元处受阻,传导热通量在相变单元边缘处的传输过程出现弯曲。当相变材料相变完成后,热量趋于均匀分布。因此,水泥基复合材料可通过损耗电磁波来降低雷达回波信号,通过相变材料吸收目标的热量来降低红外辐射,从而实现不同复杂环境下建筑材料的红外和雷达波等多波段隐身。