Numerical Simulation and Analysis of Power Consumption and Metzner-Otto Constant for Impeller of 6PBT

Majority of non-Newtonian fluids are pseudoplastic with shear-thinning property, which means that the viscosity will be different in different parts of the stirred tank. In such mixing process, it is difficult to predict accurately the power consumption and mean shear rate for designing novel impeller. Metzner-Otto method is a widely accepted method to solve these questions in mixing non-Newtonian fluids. As a result, Metzner-Otto constant will become a key factor to achieve an optimum way of economical mixing. In this paper, taking glycerine and xanthan gum solutions as research system, the power consumption, stirred by the impeller composed of perturbed six-bent-bladed turbine （6PBT） with differently geometrical characteristics in a cylindrical vessel, is studied by means of computational fluid dynamics （CFD）. The flow is modeled as laminar and a multiple reference frame （MRF） approach is used to solve the discretized equations of motion. In order to determine the capability of CFD to forecast the flow process, the torque test experiment is used to measure the glycerine solution power consumption. The theological properties of the xanthan gum solutions are determined by a Brookfleld rheometer. It is observed that the power consumption predicted by numerical simulation agrees well with those measured using torque experiment method in stirring glycerine solution, which validate the numerical model. Metzner-Otto constant is almost not correlated with the flow behavior index of pseudoplastic fluids. This paper establishes the complete correlations of power constant and Metzner-Otto constant with impeller geometrical characteristics through linear regression analysis, which provides the valuable instructions and references for accurately predicting the power consumption and mean shear rate of pseudoplastic fluids in laminar flow, comparatively.

Effect of lens constants optimization on the accuracy of intraocular lens power calculation formulas for highly myopic eyes

AIM: To evaluate the effect of different lens constant optimization methods on the accuracy of intraocular lens(IOL) power calculation formulas for highly myopic eyes.METHODS: This study comprised 108 eyes of 94 consecutive patients with axial length(AL) over 26 mm undergoing phacoemulsification and implantation of a Rayner(Hove, UK) 920H IOL. Formulas were evaluated using the following lens constants: manufacturer’s lens constant, User Group for Laser Interference Biometry(ULIB) constant, and optimized constant for long eyes. Results were compared with Barrett Universal II formula, original Wang-Koch AL adjustment method, and modified Wang-Koch AL adjustment method. The outcomes assessed were mean absolute error(MAE) and percentage of eyes with IOL prediction errors within ±0.25, ±0.50, and ±1.0 diopter(D). The nonparametric method, Friedman test, was used to compare MAE performance among constants.RESULTS: Optimized constants could significantly reduce the MAE of SRK/T, Hoffer Q, and Holladay 1 formulas compared with manufacturer’s lens constant, whereas the percentage of eyes with IOL prediction errors within ±0.25, ±0.50, and ±1.0 D had no statistically significant differences. Optimized lens constant for long eyes alone showed non-significant refractive advantages over the ULIB constant. Barrett Universal II formula and formulas with AL adjustment showed significantly higher accuracy in highly myopic eyes(P<0.001). CONCLUSION: Lens constant optimization for the subset of long eyes reduces the refractive error only to a limited extent for highly myopic eyes.

A Computational Study on the Discharge Characteristics of Atmospheric Dielectric Barrier Discharges at a Constant Power

The study on homogeneous DBDs at atmospheric pressure has attracted much attention for their advantages in applications. Tremendous work has been conducted both experimentally and numerically at a constant applied voltage or driving frequency. However the investigation of dielectric barrier discharges is still scarce for a constant power or power density. In this work, a new computational approach for DBDs is developed to explore atmospheric DBDs at a constant power based on a one-dimensional fluid model. The frequency and gap spacing effects on the atmospheric plasmas are systematically analyzed based on computational data. The computational results show that at a constant power both the current density and the amplitude of the applied voltage decrease, whereas the current pulse width increases, with increasing frequency. The simulation also indicates that as the gap spacing is raised with a fixed power and frequency, the current density and electron density increase initially, then reach their peak values, and then decrease, which means that there are maximum values for both of them. These results are significant for many industrial applications, as they can be used to optimize plasma devices of DBDs with the consideration of power consumption.

On maximum power point tracking control strategy for variable speed constant frequency wind power generation

Based on the characteristic of AC-excited variable speed constant frequency(VSCF)wind power generation,the vector control technique was applied in a doubly fed induction generator(DFIG).Maximum wind energy or maximum output power point can be tracked by decoupling control of active power and reactive power.The research result shows that the net power of generation system delivered to grid in maximum wind energy tracking mode is not the most.We presented a novel maximum power point tracking(MPPT)control strategy by analyzing the DFIG mathematic model and power relations which delivered the maximum power to the grid.The maximum power point could be tracked automatically without measuring wind speed in the control strategy and the control was independent of optimal turbine power curve,which had excellent dynamic and static performances and robustness.Simulation and experimental results testify the accuracy and validity of the control strategy.

基于偏航机动的常推力定点着陆制导方法

实现定点着陆终端位置速度六分量控制通常需要发动机推力可调。提出了一种通过偏航机动实现固定推力下的定点着陆制导方法。该方法通过偏转航向角,调节发动机输出在下降轨迹平面内的分量,从而实现航程控制;为了消除推力方向偏转产生的横向位置、速度偏差,设计了偏转角符号调整策略,使得着陆器在水平面内呈“之”字形运动,以一定推进剂为代价,最终保证了下降着陆终端位置、速度的全部可控。仿真表明,所提方法简单有效,易于工程实施。

抽油机井恒功率变频控制系统研究

抽油机作为陆上油田最重要的机械采油装备之一,近年来已发展出一系列的变频节能技术,但其研究主要集中在硬件方面,缺乏相关基础理论,导致现场应用普适性差,应用效果参差不齐。为此,研究有杆泵变频测控机理,优选了主要部件,对测试数据提出了要求,形成了有杆泵抽油变频控制系统。构建BP神经网络系统对正常井和漏失、柱塞碰泵、气体影响等异常井进行识别,分类提出变频计算模型:考虑负扭矩和抽油机冲次界限等建立了正常井恒功率变频计算模型,实例对比分析了变频后抽油机速度、加速度变化规律,产液量一定时,负功功率和有功功率分别下降了65%和44%。建立了上行程漏失的异常井变频计算模型,针对性地提高上行程冲次,形成“上快下慢”运行模式。实例计算表明:该系统缩短上行程时间2.6 s,较好地解决有杆泵上行程漏失和变频节能的问题。研究成果可为抽油机变频技术提供理论支持,对油田节能和提产具有指导意义。

基于双掩码技术的抗功耗攻击CMOS电路设计

为增强现有差分传输管预充电逻辑(differential pass-transistor pre-charge logic,DP^(2)L)电路结构的抗功耗攻击性能,设计并开发了一种改进型DP^(2)L电路。与改进前电路相比,改进型DP^(2)L电路在不同输入信号下晶体管的导通数目保持相同,从而表现出更好的功耗恒定性能。在此基础上,进一步设计了双轨双掩码差分传输管预充电逻辑(double masked differential pass-transistor pre-charge logic,DMDP^(2)L)电路。该电路不仅改善了原有电路的功耗恒定特性,而且引入的双掩码具有随机性,加大了攻击者获取电路运算结果的难度。模拟结果表明,设计的双轨DMDP^(2)L电路较其他3种同类型逻辑电路的标准化能量偏差(normalized energy deviation,NED)分别减小了11.33%,5.19%和3.06%,表明其具有更好的功耗恒定特性和抗功耗攻击能力。

微波含水率检测技术在复杂油水混合形态下的应用研究

在油水混合物中会出现不同的乳化形态,不同的乳化形态对应的电导率和介电常数也具有显著差异,从而导致通过检测电导率和介电常数值间接测量含水率的测量结果不准确。针对复杂油水混合状态下含水率难以测准的问题,提出一种基于微波技术的复杂油水两相流含水率检测技术,建立了基于微波技术的“油包水”和“水包油”状态分析方法。首先通过检测微波信号穿过不同介质后信号幅值的衰减和相位的偏移,推测油水混合物的含水率值。再利用不同输入功率的微波信号在不同介电常数下功率衰减比不同的原理,来区分油水混合物的乳化状态,优化含水率的测量。室内验证和矿场试验结果表明,该系统可有效区分乳化液的混合状态,通过含水率标定值对实测数据进行修正,最终测量的含水率误差可控制在1个百分点以内,实现了复杂油水混合形态下含水率的高精度测量。

基于LCL-S型两接收端无线电能传输系统传输特性研究

随着WPT应用的发展,多接收WPT系统因一个发射端可以为多个接收端同时供电,近年来受到广泛关注。对LCL-S型两接收端WPT系统的功率分配进行研究,并对LCL-S谐振补偿电路的两接收端WPT系统的传输特性进行分析,提出一种双PI功率控制,实现了发射电源恒功率控制。同时,通过移相控制调节各接收端的输出功率来实现按预设比例进行功率分配。仿真实验验证了所提出的方法实现恒功率输出和按预设比例分配接收端电能的可行性和有效性。

无线电能传输系统最大效率追踪及恒压输出复合控制方法

针对无线电能传输(WPT)系统的传输效率受耦合线圈之间的互感以及负载影响的特点,该文提出一种基于阻抗匹配技术的最大效率追踪及基于前馈PI控制的恒压输出复合控制方法。首先,对双边LCC型WPT系统的参数和传输效率进行分析,通过调整系统参数优化系统的传输效率。其次,在二次侧使用DC-DC变换器采用阻抗匹配的方法实现最大效率追踪,同时在一次侧采用DC-DC变换器利用前馈PI控制器闭环控制负载端电压实现恒压输出。该方法中,效率追踪和电压控制之间相互独立,互不干扰。此外,该方法还通过系统工作时的电路参数来估算线圈间的互感值,并通过线性拟合的方法对该估算互感值进行修正,得到更精确的互感估算值。最后,通过搭建实验平台验证了该方法的可行性和有效性。与PI控制相比,前馈PI控制方法在快速性和抗扰动性上均具有明显优势。

无线电能传输系统恒流输出控制方法研究

此处提出了一种发射端控制的无线电能传输(WPT)系统输出恒流调节方法。该方法无需在接收端增加传感器和无线通信装置,即可实现对系统输出电流的调节,因此,能够减小接收端体积和重量。首先,建立WPT系统等效电路模型,考虑整流电路等效输入阻抗的电阻和电感分量,推导得到发射端电压/电流与负载电流之间的量化关系;然后,采集发射端并联电容电压有效值和输入直流电流值,并通过逆变器移相控制,实现系统恒流输出;最后,搭建WPT实验台架,实验结果表明:在变负载工况下,恒流控制精度在3%以内,动态调节时间小于200ms,从而实现了负载电流快速、精准的调节。

基于“88Q”线圈的三维抗偏移WPT系统

针对谐振式无线电能传输(WPT)系统在传输距离和负载变化时引起输出电压不稳定的问题,提出一种“88Q”线圈耦合装置,结合LCC/S与S/LCC型负载无关恒压谐振拓扑可实现平面线圈的三维抗偏移恒压输出。给出了“88Q”线圈的空间位置和特征参数,分析线圈激发磁场的分布特性、线圈水平偏移和改变传输距离情况下线圈互感变化趋势。最后,搭建系统实验平台。实验结果表明,系统负载变化或耦合装置发生偏移时,均可实现恒压输出。

基于改进型ZVT Buck电路的IPT充电系统设计

为了避免在感应式无线电能传输系统的耦合机构中增加多余的开关器件以及额外的无源元件,同时减小系统工作在高频率、大功率时全控型开关器件存在的开关损耗,提出基于改进型ZVT Buck电路闭环控制的方法实现对电池的恒流、恒压充电,通过分析改进型ZVT Buck电路的工作模态以及对电路参数的设计,确保在整个充电过程中DC-DC变换器均工作在软开关状态,最后搭建充电电流为35 A、充电电压为370 V的实验平台验证该方法的可行性。结果表明:该方法控制简单,并且降低了系统电路结构的复杂度,传输效率相对较高,能够满足恒流恒压充电需求。

基于频率切换实现恒流/恒压输出的电场耦合无线电能传输系统

电场耦合无线电能传输(electric-field coupled wireless power transfer,EC-WPT)技术的实际应用中,有些用电设备需要系统具有不同的恒定输出特性(恒流/恒压),即系统输出电压或输出电流与负载解耦,此外,系统还需具备在恒流、恒压模式间按需切换的功能。针对该需求,基于LC-CLC谐振网络提出1种具有恒流/恒压输出特性的EC-WPT系统,分析LC-CLC谐振网络特性,推导恒流/恒压输出特性的实现条件以及恒流频率和恒压频率的计算方法,并给出系统参数设计方法,分析系统对工作频率的敏感性。最后通过仿真和实验验证所提出的EC-WPT系统恒流/恒压输出特性及其参数设计方法的正确性和有效性。实验结果表明所提出的系统在输入电压恒定的不同负载工况下分别实现2 A的恒流输出以及96 V的恒压输出,其最大传输效率分别为87.83%及88.17%。

欧式围网起网理网机负载敏感液压系统设计及仿真

欧式围网是海洋捕捞中上层鱼类效率最高的围网渔法之一。研究了理网与起网传动控制协同性技术,以保障欧式围网高效连续起网作业。以某新型40 m欧式围网示范渔船上的起网与理网适配需求为基础,采用负载敏感控制技术设计起网理网机液压传动控制系统,构建“渔具负载-起网速度”阻力特性模型,基于液压负载敏感和电液恒功率控制的双闭环反馈控制系统,以协同控制围网起网理网机自适应工作负载,并通过AMESim软件对起网理网机负载敏感液压传动控制系统进行仿真。结果显示:起网理网机负载敏感液压传动控制系统可以自适应围网起网渔具负载变化,自动调节理网速度实现恒功率理网,实现连续起网作业。相比传统液压系统传动的起网理网机,在相同海况下,起网效率提高32.78%。本研究涉及的液压负载敏感传动控制技术为欧式围网渔业高效捕捞提供了解决方案。

计及多储能单元出力水平的风功率波动平抑控制方法

在风电场侧配置电池储能是缓解风电功率波动、提高风电可调控性的有效途径。为满足风功率波动平抑要求,提出了一种计及多储能单元出力水平的风功率波动平抑控制方法,充分考虑多储能单元实时出力能力,在兼顾功率平抑目标的同时实现减小储能电池能量调用、各储能单元充放电切换次数、放电深度及荷电状态波动区间。首先分析了滤波时间常数对风功率平抑效果以及储能功率分配方法对各单元荷电状态变化的影响;其次引入超短期风功率预测,根据风功率预测数据建立滤波时间常数优化模型,得到滤波时间常数最优解以及最小储能功率指令;然后分析了各储能单元出力水平与功率平抑需求的影响,进一步提出了一种分层复合式储能单元功率分配方法,实现了多储能单元的功率指令分配,避免了各储能单元频繁与过度充放电,有利于延长使用寿命;最后以湖南省某实际风电场为例,通过实际算例验证了所提方法的有效性。

高抗偏移集成LCC-S型无线电能传输系统研究

为了进一步提高LCC-S型无线电能传输(WPT)系统的抗偏移性能,设计了一种高抗偏移集成LCC-S型的WPT系统。首先,通过对集成LCC-S型电路进行分析,得出集成LCC-S型电路内3个耦合系数与电压增益的关系。其次,在Ansys Maxwell软件上对所选耦合机构进行仿真,初步证明了集成LCC-S型具有优越的抗偏移特性。最后,搭建了一台150 W的实验样机,实验结果证明了集成LCC-S型系统能够在偏移较大范围内实现恒压输出,证明了系统抗偏移特性的有效性。

基于恒定功率的热式流量计设计与测试

针对热式流量计的温度漂移问题,提出了一种恒定功率模式下的热式流量计结构,并对其数字校准方法进行了研究。与传统热式流量计相比,增加了环境探头,该探头内嵌于流体管道壁。各传感器之间采用隔热措施,利用环境探头和感温探头测量得到的电压信号进行实时数字校准。采用音速喷嘴法燃气表检验装置对流量计进行检测。检测结果显示:流量在0.016~0.25 m^(3)/h范围内误差率小于0.5%,流量在0.25~6 m^(3)/h范围内误差率小于1.0%,温度漂移现象有效改善。

基于平均电流控制的恒功率控制电路设计

为解决HID灯的老化及灯的伏安特性变化引起的功率漂移问题,基于Buck降压变换器的平均电流控制模式,设计并制作了一款具有恒功率控制能力的数字控制电子镇流器驱动电路,包含两个控制环路:内电流环路用于维持稳定驱动,外功率环路用于维持灯在其使用期间的功率恒定,并根据Buck降压变换器DCM模式下的小信号模型,以PI算法作为数字补偿器,完成补偿环路设计,保证电路输出稳定性。为抑制声共振,该电路结构采用三级式结构的电子镇流器,以低频方波驱动。设计和测试结果表明,该电子镇流器驱动电路可实现450 W的恒功率控制,误差值小于3%。该电子镇流器驱动电路结构简单,可靠性高,可适用于450 W HID灯驱动。

考虑构网型和跟网型变流器的孤岛微电网小信号稳定性分析

由电力电子设备主导的孤岛微电网面临系统惯量小、无频率支持而导致的稳定性问题,恒功率负荷的渗透也加剧了系统的失稳风险。研究了由构网型变流器和跟网型变流器为主导的,计及恒功率负荷的孤岛微电网稳定性。首先,建立了孤岛微电网系统的全阶小信号模型,通过特征值分析法研究了构网型变流器控制中下垂系数对稳定性的影响并得到了下垂系数的数值上界;其次,通过参与因子法揭示了系统参数和控制参数对小信号稳定性的影响;最后,在Matlab Simulink中建立了该孤岛微电网的开关模型,仿真验证了小信号分析结果的准确性。