EHD空气泵气流加速分析

为了得到更高的空气放电离子风速度和流量,对基于空气放电离子风技术的电流体动力学(EHD)空气泵气流加速机理进行了微观说明和宏观分析。在理想流体下,对EHD空气泵进行数学建模,应用Matlab软件对EHD空气泵电气耦合过程进行了理论探讨。并建立了多极静电空气泵气流加速系统模型。研究结果表明EHD空气泵极间距、极间夹角、极间电压值和极间电流对气流速度影响较大,为后续实验研究提供理论基础。

红外激光在线烧结EHD打印多层微米导电薄膜的性能实验研究

以相片纸为基底,以自制的纳米银导电墨水为介质,通过EHD电流体动力学设备制备出1~4层不同打印厚度的导电薄膜。采用激光烧结的方式对不同薄膜厚度的薄膜图案进行固化;用电阻表测量出固化后各厚度的导电薄膜的电阻率;采用扫描电子显微镜观察烧结前后不同层厚导电薄膜的表面形貌。结果表明:不同厚度薄膜图案烧结后的电阻率、表面形貌、薄膜表面孔隙率存在较大差异;3层厚导电薄膜的电阻率为2.9μΩ·cm,与块状银的电阻率接近,其导电薄膜表面形貌均匀,且孔隙率仅为7.9%,整体效果明显优于1、2和4层薄膜。通过研究给出薄膜制备相应的印刷层数以及不同厚度导电薄膜对应的最佳烧结参数,为纳米银导电薄膜的制备提供参考。

基于EHD的聚酰亚胺打印工艺研究

针对目前多数增材制造设备在加工聚酰亚胺(PI)聚合物材料时成型分辨率低、精度差等缺点,课题组提出将电流体动力学(electro-hydro dynamics, EHD)打印方法应用于PI的高精度成型,并对此进行了研究。采用控制变量的方法探究了打印喷嘴处施加的工作电压以及收集板移动速度对PI线条成型分辨率的影响;在分析其打印原理的基础上对PI打印工艺进行了优化。研究结果表明:在一定范围内,PI线条直径随电压增大而减小,随收集板速度增大而减小。通过优化后的工艺参数实现了复杂网格形状的微图案打印,证明了利用EHD打印PI的可行性。

非均匀电场对高黏流体中气泡分散特性的影响

电场强化多相流相间分散和传质技术广泛应用于化工生产领域,气泡的尺寸和分散行为以及连续相的物理性质是影响多相流系统中传质效率的重要因素。本研究设计并搭建了荷电液气分散实验平台,对非均匀电场作用下气泡在高黏流体中的分散行为进行可视化研究。捕捉了气泡在生长和分散过程中的形貌特征,研究分析了电场强度和气体流量对气泡分散行为和气泡尺寸的影响。实验结果表明,随着电场强度的增大,当电邦德数(BoE)达到4.5时,空气在甘油中的分散行为由滴状模式转变为串珠模式;而在达到8.7后又转变为混合模式,并最终在电邦德数达到17.8时转变为电晕模式。气泡直径随电场强度的增大显著减小,相比于无电场条件下的气泡尺寸,当电邦德数达到6.4时气泡直径减小了80%。在混合模式下气泡破碎成大量微气泡,微气泡直径在100μm以下,从而有效增加了气液两相接触面积。同时,研究表明气泡分散模式的转变主要取决于电场强度,增大气体流量对气泡分散模式的转变和气泡直径的影响较小。在现有的数据基础上,在0<BoE<16范围内建立了气泡直径与电邦德数相关的预测模型。该研究结果可为电场作用下复杂流体中气泡的生长和分散行为提供参考。

电流体动力学静音泵制备及性能研究

为实现快速、精确和智能主动控制,课题组设计制备了一种电流体动力学(electro hydro dynamics,EHD)静音泵。该种泵是基于电场与介电液直接相互作用的一类非机械泵,采用三明治结构,上、下2层电极完全对称,呈梳齿状排布;中间为宽度2 mm,高1 mm的通道层。通道层中充满了介电液,在高强度电场下介电液中杂质或弱电解质的解离产生自由电荷,致使介电液产生流动。为了对电流体静音泵驱动力的影响因素有更深入的了解,课题组用液位差表征静音泵的驱动力,通过控制变量法分析了不同电极间距、不同电极宽度和不同电极对间距对静音泵驱动力的影响。结果表明:不同电极宽度的变化对驱动力影响较小;在发生击穿前的同等电压下,电极间距越小,驱动力越大;而在发生击穿前的同等电压下,电极对间距在大于4 mm后,驱动力变化不大。

低压断路器中空气电弧运动的仿真及实验研究

以磁流体动力学(MHD)为基础建立了三维空气电弧等离子体在外部磁场作用下运动时的数学模型。考虑到阴极和阳极各自的特点,提出了更加合理的电流分布边界条件;采用一种与电弧等离子体自身电导率密切相关的方法确定电弧的弧根位置。利用基于有限容积法的商业软件对上述模型进行求解,并利用高速数字摄像机进行了相关的实验,对仿真结果进行验证,充分证明模型的有效性,揭示了空气电弧在外部磁场作用下,在低压断路器的灭弧室中的运动规律,并指出压力波在灭弧室中的传播和反射是产生这种运动规律的原因。此外,对阴极喷流所形成的双漩涡和电弧等离子体后部的“尾巴”这2种物理现象进行了详细的描述。

调度主站AGC中水电机组振动区的动态建模与跨越方法

针对区域电网自动发电控制(AGC)软件中水电机组振动区建模方式不清晰,无法满足实际振动区跨越需求的问题,提出一种全厂控制方式下基于遥测信息的调度主站端动态振动区建模方法。基于该动态振动区模型,进一步探讨了调度主站AGC系统中水电机组振动区的躲避和跨越方法。针对不同的基点功率控制模式,论述了机组出力波动进入振动区后拉回及主动跨越振动区的控制逻辑,在保证水电机组安全性的前提下,充分利用水电机组的调节优势,实现水电机组调节范围内的连续调节。实际系统的运行效果表明,该方法有效改善了水电机组自动控制的安全性能,显著提升了AGC的区域调节效果。

采用动态风险管理方法的水电站短期优化调度

市场环境下,径流的随机性、发电量的不确定性使得水电站愈加关注其面临的收益风险,如何在调度决策中进行风险管理是其需要解决的重要问题。提出以随机场景分析方法表示电价的波动特征,结合风险惩罚模式和风险约束模式,建立基于动态风险管理方法的水电站短期优化调度模型,以改进快速进化算法(improved fast evolutionary algorithm,IFEP)与遗传算法(genetic algorithm,GA)相结合的IFEP-GA混合优化算法作为模型的求解方法,进化策略结合了高斯变异和柯西变异的特点,约束的处理结合了惩罚机制与修复机制,这使得算法具有良好的寻优能力和收敛特性。不同风险管理模式对水电站优化运行影响的分析结果表明,动态风险管理策略能够更好地平衡期望收益、风险及末期库容约束的违反,减小风险的同时获得了更高的期望收益,为水电站依据自身风险接受程度灵活安排调度决策提供理论依据。

基于PMU多点测量数据的中小水电机群等效模型辨识

针对传统在线辨识等效模型存在多解的问题,提出了一种改进的辨识策略,利用联络线与研究系统内部多节点的动态过程作为目标函数,不仅保证了系统内外部各节点的动态过程在等效前后一致,也解决了辨识模型多解问题。同时,针对水电机组运行工况转换频繁对辨识实时性要求较高的特点,提出了一种改进的粒子群优化(PSO)算法,提高了辨识效率。最后通过系统仿真算例验证,证明该方法能有效解决多解的问题,并提高了辨识效率。

大型水轮发电机组横向振动的有限元分析

建立了考虑各种影响因素的大型水轮发电机组自振特性和动力响应计算模型。基于有限单元法,对机组临界转速和动力响应的计算公式进行了推导,编制了与大型软件相接口的程序,并对工程实例进行了计算和分析。讨论了陀螺效应、磁拉力、刚度及阻尼等因素对机组临界转速和动力响应的影响及影响程度,计算结果表明:陀螺效应对机组临界转速影响显著,而对机组的动力响应影响不大;而磁拉力对大型机组的自振特性影响不明显,却是影响机组动力位移的主要载荷;轴承刚度对机组的自振特性和动力响应均有显著的影响。计算模型和计算结果较为合理,为大型水轮发电机组的振动设计和减振研究提供了理论支持。

水平光滑管外油自然对流换热的电场强化效应

对水平光滑管外油的自然对流高压直流电场强化换热效果进行了实验研究 .实验确认了对自然对流换热性能很差的油类工质施加高压电场能够有效地促进换热强化 ,同时比较系统调查了换热系数强化率与电场强度、油温、热负荷之间的相互耦合关系 ,发现换热系数强化率基本不受热通量的影响 ,而与电场强度存在强函数关系 .实验中 ,当外加电压为 4 k V时的对流换热系数比大空间内自然对流换热系数约提高

制动器电液推动器流场数值模拟及试验验证

根据流体动力学理论,对制动器电液推动器的流体区域进行几何建模与网格划分,利用计算流体动力学软件CFX进行流动特性的模拟,求解不同输入频率下推动器的推力数值解,并对电液推动器进行力学性能试验,对比试验数据与计算结果,分析输入频率对推力的影响.结果表明输入频率与电液推动器推力之间具有正相关的关系,这一结果可为新型制动器实现智能化控制的制动过程(尤其是紧停制动过程)提供重要的科学依据.

涡轮增压器动力学建模及振动特性研究

采用结合有限元法(FEM)的多体动力学方法,对某车用浮环轴承涡轮增压器进行多体系统仿真模型的建立:以模态综合法为基础,建立增压器壳体与转子的柔性体子结构模型;以广义不可压缩雷诺方程为基础,建立增压器浮环轴承的EHD弹性液力润滑模型(Elastic Hydro-Dynamic)。计算得到内外油膜压力、转子振动特性以及增压器壳体表面振动速度,并进行实验验证。结果表明,采用柔性体多体动力学与EHD轴承润滑模型相结合的建模方法能够有效用于增压器的振动特性分析,该方法的应用也为研究增压器同步、次同步振动与噪声问题提供了理论依据。

贯流式机组水电站厂房整体结构动力分析

介绍了利用三维结构模型对某一正在设计中的贯流式机组水电站厂房整体结构的自振特性,用激光全息干涉测振技术进行了模型试验,并用动力有限元法计算其整体结构的自振特性和在地震作用下的动力反应特性。通过上述研究,得到了目前采用平面模型分析所不可能得到的许多新的认识,可作为整体厂房结构抗震设计的参考。

溶液属性对电流体动力学喷印的影响研究

为研究电流体电喷印中流体动力黏度、表面张力及电压等参数对喷印过程的影响,在前人对电流体动力学理论分析的基础上以质量分数为10%~20%的聚氧化乙烯为模拟材料,采用多物理场耦合软件COMSOL构建电流体动力学数学模型进行仿真验证。在电场力、液体内部黏性力和表面张力的作用下泰勒锥保持平衡,当电场力大于液体表面张力和黏性力时,液体破碎喷印形成锥射流。液体表面张力和动力黏度越大,喷印所需电场力就越大,相应时间锥射流的形成也就越慢。

电场强化层流搅拌的荧光可视化试验及模拟分析

在层流搅拌中,搅拌桨的周期性扰动使搅拌槽内出现封闭、孤立的环状隔离流场。隔离流场严重阻碍了搅拌介质之间的有效交换,降低了搅拌效率。本文提出外加电场以强化层流搅拌的方案,利用电流体动力学效应改变流场的对称结构,消除混合死区。试验采用平面激光诱导荧光(planner laser induced fluorescence,PLIF)技术实现了搅拌槽内流场结构的实时可视化,并通过自编程程序识别并计算出非混合区域面积百分比。结果表明,随着电场强度的增大,混合效率逐渐提升,当电场强度为1.5kV/cm时混合效率可达98%。研究建立了基于有限元法及浓度扩散模型的混合搅拌模拟平台,探究搅拌槽内部流场结构时空演变规律。通过模拟分析发现,当外加平行板电场强度达到0.5kV/cm以上时,搅拌槽内部出现明显的二次涡流。二次涡流的出现与径向混合相互作用从而不断削弱隔离流场。在电场强度不变的条件下,外加周期性电场可以进一步提高搅拌效率,电场强度1kV/cm条件下的外加周期性电场可以使搅拌效率提升至98%以上。

基于电弧磁流体仿真的DC 1500V两极塑壳断路器气道优化设计

该文开发了用于DC 1500V光伏和储能系统的新一代两极直流塑壳断路器样机。通过DC 1500V/15 kA,时间常数10 ms的短路分断实验发现,电弧电压快速升至350 V是提升断路器限流和分断性能的关键。为了加快初始燃弧阶段电弧运动速度使弧压快速上升,建立了断路器触头区域的二维局部电弧磁流体仿真模型,通过分析灭弧室温度、压力分布和气流速度变化曲线,明确了初始样机中电弧运动停滞的机理,并以此为依据提出了参差栅片排布和添加导流锥的气道优化设计方案。使用优化后的样机进行分断实验,比较优化前后的电压变化曲线和电弧运动高速摄像,验证了优化方案的有效性,对于DC 1500V两极直流塑壳的设计开发具有很强的实践指导意义。

水电站压力管道最优管径序列的确定

水电站压力管道的管径通常分段用解析法计算确定,由此所得的管径序列不能确定为最优序列.本文对用动态规划法决策露天钢管最优管径序列的方法进行了探讨,在该法的优化计算中,将具有N管段的管径作N维设计变量考虑、取整个管道的年费用最小为计算准则,而管道中的水击压力分布和流量过程则通过迭代计算同时确定.文中列有某工程算例的一些结果.计算表明该法所得最优管径序列可信,结果较解析法精确,计算工作量较枚举法小得多,是一种可靠而有效的确定最优管径序列的方法.