基于微流道技术的电磁功能结构防除冰系统流场与传热特性分析

基于微流道技术的电磁功能结构气热防除冰系统设计与其内/外流场的流体流动行为及传热特性密切相关。为了实现微流道气热防除冰系统设计,提出了一种流场-传热耦合数值分析方法,以气热空心石英纤维增强树脂基复合材料为微流道实现手段,进行了典型翼面前缘电磁功能结构的流场与传热特性仿真分析。结果表明:在-15℃的外部条件下,基于微流道的防除冰方案具备满足防除冰需求的潜力,为后续进行气热防除冰方案优化设计提供了理论支持。

热射流融除冰装置的设计与试验研究

快速、经济地清除机场跑道、城市道路、桥面的积冰积雪是冰雪气候条件下保障交通畅通与行车安全的一个重要课题。在分析研究现有除冰方法不足的基础上,提出了热力水射流方法。文章设计了热力水射流融冰装置,并对射流压力、喷嘴孔径、靶距、射流喷嘴入射角等与除冰效果有关系的因素进行了理论研究与试验分析。经过相关的试验研究表明:装置可以有效地实施除冰作业,满足设计要求,可为后续学者开展相关研究提供有力参考。

导电混凝土电热除冰化雪的功率分析

分析了目前常用除冰化雪方法的利弊 ,介绍了导电混凝土电热除冰雪的工作原理 ;从能量守恒的角度分析了导电混凝土电热除冰雪的最低功率需求 ;实验测试了碳纤维混凝土电热功率与电压的关系 ,表明碳纤维混凝土通电后产生的热量能够满足冬季路面除冰化雪的需要。

变电站设备热力带电除冰技术研究

通过对各种防冰害技术进行综合比较分析,提出一种变电站设备除冰的适用技术,即热力带电除冰技术。针对包括热风除冰法、热水除冰法、辐射加热除冰法在内的3种热力除冰方法,建立工程计算模型。从理论上分析各种方法的除冰效率和能耗,并将理论计算结果与试验结果进行比较分析,同时对现场带电作业的安全性进行了理论分析和试验验证,得出的相关结论可为热力带电除冰技术的实际应用提供技术指导。

快速复合融除冰装置的研究

如何保证冰雪天气条件下交通顺畅、行车安全,提高道路通行能力和运营效益、减少和避免交通事故发生是当今面临的一大难题。为此,在分析现有不同除冰方法的基础上,提出一种融合热力-水射流切割融除冰与机械铣削除冰的复合除冰方法。介绍了热力快速复合融除冰装置和机械铣削除冰装置的结构组成、工作原理,设计了复合融除冰装置,并进行了相关试验。结果表明:该装置可以很好地完成融除冰任务,满足设计需求。

路面复合除冰机的热力射流系统的设计与试验研究

快速、经济地清除机场跑道、城市道路、桥面的积冰积雪,是冰雪气候条件下保障交通畅通与行车安全的一个重要课题。在研究分析现有除冰方法所存在不足的基础上,提出了将热力融冰、水射流切割与机械除冰相结合的复合除冰方法,探讨了热力水射流机械复合除冰装备的结构、工作原理,文章重点对热力-水射流融冰装置进行设计,并进行了相关试验。试验结果表明:该装置可以有效地实施除冰作业,满足设计要求。

热力机械复合除雪除冰方法研究

快速、经济、科学进行城市道路和高速公路冰雪清除,是保障我国冬季冻区域道路畅通的一个难题。在对现有除雪除冰方法进行研究的基础上,本文提出一种新型热力、机械复合除雪除冰方法,并通过数值模拟分析验证了该方法的可行性,确定了合适的工作参数。

布置碳纤维发热线混凝土的电热性能研究

利用碳纤维发热线的电热效应可以进行路面的融雪化冰,为了掌握碳纤维发热线用于路面融雪化冰的特性,根据能量守恒定律,建立并求解碳纤维发热线混凝土电热升温和降温微分方程,得到碳纤维发热线混凝土在升温和降温阶段温度随时间的变化曲线,该曲线综合反映了混凝土的截面尺寸、散热面积、电热功率以及对流辐射换热系数对混凝土升降温过程的影响.通过试验测试布置碳纤维的混凝土电热升温和降温曲线,试验结果与理论计算值吻合较好.

超低温下甲烷爆炸极限分析及实验测试装置设计

国内大量学者对含氧煤层气液化流程中各阶段的爆炸危险性进行了分析评价,而评价过程中采用的超低温下甲烷的爆炸极限数据都是基于现有的经验公式计算得到的。通过低温下甲烷爆炸极限实验数据与该等经验公式的计算结果进行对比发现,该等经验公式在计算超低温下甲烷的爆炸极限时已不再适用,因此前人对煤层气液化流程爆炸危险性的评价结果不完全正确。针对现有低温下甲烷爆炸极限数据的局限性,构建了一套测试超低温工况下甲烷爆炸极限的实验装置,并对实验过程中爆炸容器的热应力进行了建模分析。研究结果表明:爆炸过程中,容器会产生很大的热应力,超过了材料的许用应力;在容器体积不变的情况下可通过增加长径比来减小热应力。

基于水冰盐模型的道路除冰融雪剂用量研究

模拟道路除雪过程,在冰雪路面添加融雪剂构成融雪剂溶液、冰、融雪剂物理模型(WIS),以仿真模拟软件Star-CCM+为工具,考虑环境温度、风速和降雪等级等环境因素,基于除雪过程本质上是融雪剂溶液温度接近其冰点的过程,模拟物理模型WIS融雪过程,得出融雪剂溶液稳态温度,利用融雪剂溶液稳态温度与溶液浓度的函数关系求出融雪剂用量。共模拟出风速为0,1,2,3 m/s,环境温度分别为0,-3,-5,-7,-10℃,降雪为小雪、中雪、大雪、暴雪下100种不同环境条件融雪剂用量模拟值,旨在为融雪剂的工程应用提供参考和指导。

系留气球系统除冰雪装置的研制

对适用于大容积系留气球的除冰雪装置进行了分析论证,并结合具体工程实践,介绍了一种气压热能的复合除冰雪装置.通过冲击射流对冰层传热的分析计算,设计了一套集合气压与热能两者优势的除冰雪装置,最后阐述了该除冰雪装置应用方面的实用性.

防冰涂层材料及电力材料防覆冰应用的研究进展

防冰涂层材料可有效减轻自然界结冰现象的影响,其通过防冰材料低表面能或高润滑性的特点,降低在低温严寒天气条件下物体表面冰的粘附强度,延迟材料覆冰时间,减少表面覆冰量,在保护电力材料免受冰冻灾害影响方面有着重要应用价值。基于热喷涂法制备的复合型表面防冰涂层材料,以及主被动相结合的防覆冰方法,是未来电力材料防覆冰应用发展的重要方向。然而截止目前,有关复合型表面防冰涂层材料的热喷涂制备,以及涂层在电力材料防冰中应用的研究进展综述鲜见报道。从超疏水材料与光热、电热除冰相结合的除冰方式,及超疏水-超润滑复合材料实现防冰除冰的角度出发,对近年来国内外复合防冰涂层的制备及性能的研究进展进行了综述,并重点讨论了适合于热喷涂制备的复合型涂层的防冰除冰效果。最后,讨论了超疏水防冰涂层、复合型防冰涂层在电力材料表面防覆冰方面应用的研究进展,并对热喷涂法制备防冰涂层在的局限性问题进行了总结,对其应用前景进行了展望,希望在复合型防冰方面进一步开展研究,为电力材料表面防冰涂层的未来发展提供指导。

直升机旋翼防/除冰电加热控制律仿真

电热防除/冰系统的控制涉及到电加热与外流场的传热耦合,计算较为复杂,可利用的数据资料较为稀少.为探索电热防/除冰系统工作时与外流场的耦合传热规律,建立了二维电热除冰的数学模型,该模型在Messinger模型和改进的焓法模型基础上耦合了外表面与环境的复杂换热以及融冰和重新结冰过程的相变换热;采用控制容积法对控制微分方程进行离散后,使用TDMA(Tri-Diagonal Matrix Algorithm)和ADI(Alternating Direction Implicit)方法对离散得到的线性方程组进行求解,进而得到了除冰表面温度分布,同时揭示了电热防/除冰系统的耦合传热规律;分析了不同结冰条件下,加热时间控制律和加热热流密度对除冰表面温度的影响.计算发现合理设计加热热流密度大小及分布和加热时间控制律,可实现电热除冰系统能源的高效利用,进而确保飞行安全.

安全电压下石墨基导电砂浆的致热、除湿和除冰效果

以自制的石墨基导电砂浆板为研究对象,在外加安全电压下,对其致热、除湿和除冰的效能进行了研究。介绍了石墨基导电砂浆板的制作流程及实验装置,SEM表征了其内部形貌结构,得出了导电砂浆板的温度变化、工作效能等随通电时间的变化结果。实验结果表明,石墨作为导电砂浆的功能基元,能均匀分散,形成一个完整的导电网络;给石墨基导电砂浆板输入35.8 V的安全电压,其自身升温速率平均达1.57℃/min,最高除湿速率为0.42(g·m^(-2)·℃^(-1)·s^(-1)),最高除冰速率达到100(g·m^(-2)·min^(-1))。

基于BP神经网络和多因素权重分析的气热除冰温度影响因素研究

对典型叶片的气热除冰系统,建立全尺寸三维换热模型,对流固耦合传热过程进行模拟观察,同时,简化并构建一维换热模型,探究了环境温度等关键参数对除冰气流温度的影响;基于BP神经网络,建立环境条件与最低除冰气流温度之间的对应关系。结果显示:在叶片铺层结构与叶片流道布置的综合影响下,叶片前缘中部处气热除冰难度最大;利用BP神经网络可实现不同条件下的最低除冰气流温度的快速计算和预测;多因素权重分析显示,环境温度、PVC材料导热系数是影响最低除冰气流温度的两大关键参数;对于0.2r~r范围内的除冰,叶片长度也是影响最低除冰气流温度的关键参数,其影响权重达到14.3%。

内置式发热电缆路面除雪融冰能效分析

针对路面内置式碳纤维发热电缆融雪化冰的具体情况,建立路基结构的热力学模型和有限元分析模型,采用瞬态热分析方法,计算出路基内部温度场分布情况。采用实验测定数据对有限元模型进行修正后,研究发热电缆铺设间距、埋深、输入电流以及环境温度和风力等因素对发热效率的影响。最后结合工程施工情况,确定一组优化的发热电缆铺设参数和加热控制参数,提高了发热能效,为内置式碳纤维电缆路基施工提供了理论依据。

基于LabVIEW的电热防除冰温控系统设计

设计了一套基于LabVIEW和Agilent 34972A数据采集仪的电加热温度控制系统,用于对防除冰对象的表面温度进行监测与控制。以LabVIEW软件为设计基础,PC、Agilent 34972A、温度传感器与功率控制器共同构成监控系统。通过数据采集仪内置的LAN接口与PC通信,利用LabVIEW上位机软件,实现采集的温度数据实时显示和存储。针对飞机电热防除冰系统,设计开发了周期性加热和设定温度区间加热两种模式。实验结果表明,基于Agilent 34972A搭建的测控系统构造简便,采用LabVIEW的在线编程与控制,操作便捷,提高了测量精度和测量效率。两种加热控制模式能够自由切换,对航空工程领域电热防除冰测控系统的设计开发具有参考价值。

2 MW风机叶片气热法防除冰的传热试验研究

在凝冻地区风电场采用气热法进行风机叶片防除冰工程应用时,叶片传热试验至关重要。文章针对现场2 MW风机叶片,结合叶片重点结冰区域分布,设计研发叶片传热试验系统并实施9 h传热试验。试验采用12支温度传感器和红外热成像技术监测记录叶片温度,并分析叶片传热过程及传热效果。传热试验结果表明,在叶片前缘通道内施加30 kW加热器持续加热叶片本体,无日照时叶片前缘外表面15 m处温度为39.4℃,40 m处温度为25.3℃,温升在10℃以上,且分别沿叶尖和后缘两侧方向呈现递减分布。验证了利用气热法对该复合材料叶片进行防除冰,在理论上和技术上是可行的。

国内路面冰雪清除技术的现状及发展趋势

快速又经济地清除机场跑道、城市道路、桥面的积冰积雪,是保障冰雪气候条件下交通畅通与行车安全的一个难题。介绍了目前路面冰雪清除技术的发展现状及研究情况;阐述了各种冰雪清除技术的原理及优缺点;分析了目前路面冰雪清除技术存在的问题并对发展趋势进行了探讨,并且指出路面冰雪清除技术向高效化、低耗化、智能化和环保化等方向发展。

基于碳纳米管薄膜的新型电热防除冰系统设计及其应用性能

对新型化学气相沉积法(CVD法)制备的碳纳米管薄膜(CNTF)的相结构和微观形貌进行了表征。根据CNTF内的碳纳米管杂乱交错,排列无规则,但孔隙率较高的微观结构特点,提出了基于这种CNTF的飞机电热防除冰系统的设计方案及其制备工艺流程。该方案采用了CNTF和环氧树脂等轻质材料,对样件制备工艺进行了探讨和优化。通过电发热特性测试及防除冰功能测试对此种新型电热防除冰系统样件的电热性能进行了研究。试验结果表明,此种新型电热防除冰系统结构简单,质量小,易于与飞机铝合金蒙皮相结合,有利于减小飞机空重,降低飞行成本;在电热过程中获得的有效平均温度为47℃,可有效地加快冰层融化,在实际应用中具有良好的前景。