基于集总参数模型的天然气管道动态仿真

为解决天然气管道仿真传统数值模型受管长离散尺寸约束,导致计算效率低的问题,采用Lanczos积分法对管道流动非线性偏微分方程积分,推导建立集总参数模型。针对模型中的时间常微分项,使用有限差分离散化及Newton-Raphson方法数值求解,实现管道流动动态仿真。与商业软件Pipeline Studio、有限差分和特征线方法相比较,数值研究了模型的仿真精度和速度。结果表明:集总参数模型的仿真压力和流量平均相对误差分别为0.04%和1.37%,仿真精度与有限差分方法相当,其仿真速度是有限差分方法的20.53倍;不同管道长度(5—400 km)和时间步长(1—30 min)条件下,模型均稳定收敛。由于受积分截断误差的影响,模型仿真精度随单根管道长度增加而下降。为保证仿真精度,模型存在适用单根管道长度上限。建立的集总参数模型,在满足仿真精度的同时,显著地提高了仿真速度。所得结论为将模型推广应用于大规模天然气管网提供理论基础和支撑。

基于改进集总参数法的锂热管稳态性能分析

高温热管在空间核动力和小型可移动核电源中具有广泛的应用前景,由于内部机理复杂,开发物理模型较完整而求解简单的计算方法一直是研究的热点。本文提出了一种改进的集总参数数值热管模型,该模型考虑不同流动形态与马赫数对蒸汽流动的影响以及吸液芯工质的变化,并分析了HP-STMC空间堆超长锂热管的流动与传热特性。针对固体和流体区域,建立了基于环空丝网吸液芯的热管集总参数微分方程组,使用Python程序进行求解并与其他程序对比验证,采用该模型模拟了在定热沉和定工作温度下锂热管运行参数的变化。结果表明:1)该程序具有良好的精度;2)定热沉下,随着加热功率增加,热阻、蒸汽流速以及吸液芯干燥度下降;3)定工作温度下,当蒸汽未达到湍流时总热阻及蒸汽热阻变化很小,而当蒸汽进入湍流时热阻快速增加,且蒸汽流速和吸液芯干燥度上升,而液体工质不会达到湍流且流速很小,最大雷诺数和流速分别约为260 m·s^(-1)和0.12m·s^(-1);4)对于超长锂热管在1800K及以下工作时蒸汽热阻约占总热阻的3.9%。本文研究结果对以锂热管为代表的碱金属热管应用提供了理论基础。

基于集总参数法的EHA柱塞泵热特性分析

针对EHA(电静液作动器)工况多样、发热严重、散热环境复杂进而难以进行系统温度特性管理的问题,提出了对于其主要元件柱塞泵的热网络模型。分析了EHA柱塞泵的结构和工作原理,根据其组件特性设立网络节点,利用集总参数法建立热平衡方程。使用MATLAB在多种工况下对模型进行求解,能够得到各个组件的温度曲线,验证了模型的可行性。结果表明:热网络模型能够完成EHA柱塞泵的热分析,可以较为准确和快速地对系统温度进行预测,并在系统的设计初期针对热特性设计提供依据。

基于场路联合仿真的1785~2190 MHz集总参数隔离器设计

提出了一种工作带宽1785~2190 MHz的集总参数隔离器设计。隔离器设计使用了高效率的场路联合仿真方法,采用四层电路板交叠的交互电路排布方案。与常规的集总参数隔离器比较,提出的宽带集总参数隔离器频段覆盖三个频段,并且工作带宽内性能指标与窄带器件接近。实测结果显示在1785~2190 MHz工作带宽内,输入输出回波损耗、隔离度均大于15 dB,插入损耗小于2.5 dB,尺寸为7×7 mm。

牵引用永磁同步电机温度场集总参数热网络法分析

永磁同步牵引电机具有效率高、体积小、功率密度高等优点,在城际铁路运输领域应用越来越多,具有广阔的发展前景。但随着永磁同步牵引电机的单机容量日益增大,其内部损耗也随之不断增加,损耗的增加使得电机的温升不断增加。在高温环境下,永磁体有可能产生退磁等一系列问题,影响牵引电机的稳定安全运行。本文以一台永磁同步牵引电机为例,对电机转子内置转子等较复杂部件进行合理等效,其次使用集总参数热网络法,建立能够反映电机整体热量传递的热网络结构,该结构可快速计算电机不同工况下的温度分布情况,对电机的热设计有一定的帮助。

基于数值模拟法和集总参数法的围护结构供暖系统热平衡分析

研究围护结构供暖系统内部温度的热平衡,采用数值模拟法和集总参数法探讨内部温度的变化情况。数值模拟法可以处理多层墙体之间的导热过程,室外空气会穿过每层墙体进入到系统内部,并利用C语言迭代求解得到每个墙体及室内空气的温度;集总参数法是将整个供暖系统看作是一个整体,适用于大部分的建筑围护结构模型,可以近似地得到室内温度随时间变化的关系表达式。

基于柔性LCP基板的小型化三通带集总参数滤波器设计

本文基于柔性液晶高分子聚合物基板优异的微波特性,设计并实现了一款小型化三通带带通滤波器。通过在多层LCP基板中采用立体布局,创新性地运用垂直螺旋电感和垂直叉指电容结构,实现了滤波器的小型化设计。研究重点分析了多层螺旋电感设计和垂直叉指电容设计的关键技术,并对缺陷地结构的影响进行了深入探讨。测试结果表明,该滤波器具有体积小、性能优的特点,测量结果与仿真结果吻合度高,为小型化通信系统的发展提供了新的技术方案。

一种高精度的锅炉单相区段集总参数动态修正模型

通过惯性补偿的方法对锅炉单相区段集总参数模型进行动态修正，所得修正模型能较好地反映热工对象的分布参数特性，既适用于全工况实时仿真培训系统研究，又适用于电站全程控制系统仿真研究。

基于集总参数法的车用内燃机传热计算机仿真研究

针对车用内燃机某些部件不能直接应用集总参数法研究传热的问题,根据集总参数法的限制条件,提出了将集总参数法用于内燃机所有部件研究传热问题的方法。将车用内燃机的流动问题与传热问题耦合起来作为一个系统,建立了车用内燃机的流动与传热问题的综合模型,编制了计算程序。对某型坦克内燃机的传热进行了实例计算。计算结果表明,坦克内燃机传热不但与内燃机的工况有关,还与外界环境中的大气压力与大气温度有关,文中给出了坦克内燃机传热随外界环境中大气压力与大气温度的变化规律,并将计算结果与实验值作了比较,其结果吻合较好。

功率器件集总参数热路模型及其参数提取研究

为准确计算功率器件运行温度,在热平衡原理和热电类比理论基础上,提出功率器件集总参数热路模型。为实现模型等效热路参数的提取,设计相关温升实验平台,并基于遗传算法对热路模型进行辨识。研究结果表明,辨识方法能够有效克服功率器件等效热路参数难以确定的问题,揭示模型参数随电流等级及散热器规格变化的规律。在获得模型参数变化规律后,即便未知功率器件的实验温升曲线,所提模型也可准确计算器件温升的动态过程,克服传感器直接测温所带来的弊端,尤其适合在传感器固定困难及测量精度易漂移的场合应用。

活塞热冲击集总参数模型的随机温度分析

将随机过程理论与热传导理论相结合,分析了内燃机随机热冲击的随机成分对活塞温度场的影响,建立了与热冲击试验台加热环境相适应的矩形热冲击模型和集总参数导热模型,求得了相应的解析解,并利用迭代法求得其随机解及其均值、均方值和方差。在试验台上的活塞温度场测试结果表明随机热激励模型可以更精确地模拟活塞的受热响应。集总参数模型给出了活塞随机温度随时间变化的基本规律,为定性分析活塞温度场随机变化规律提供了依据。

基于集总参数方程的超燃冲压发动机性能计算模型

针对目前常用的基于微分方程的超燃冲压发动机性能计算模型的不足,提出了基于集总参数方程的超燃冲压发动机性能计算模型。将基于控制体法的0D积分形式的守恒方程(流量连续方程、动量守恒方程和能量守恒方程)和化学动力学模型相结合,辅以临界流量法,应用于隔离段和燃烧室的1D流场计算,实现了双模态超燃冲压发动机各种模态的隔离段和燃烧室的流量平衡计算,可以捕捉到热力学喉道,确定了隔离段流动状态和燃烧室的工作模态,进而实现超燃冲压发动机全飞行包线内和全工况下的特性计算。计算结果表明,基于集总参数方程的计算模型不但能够克服基于微分方程的计算模型的缺点,而且还具有计算精度高、计算速度快、收敛性好等优点,为超燃冲压发动机总体性能计算和方案设计提供了一种很好的参考。

悬臂梁压电振动能采集器的集总参数模型和实验验证

压电振动能采集器是无线传感节点的一种理想电源,近年来受到广泛关注.考虑质量块和逆压电效应影响,建立了在基础激励作用下的悬臂梁压电振动能采集器的集总参数运动微分方程,得到了采集器固有频率的解析表达式.引入了2个反映压电层连接方式的常数,建立了对单压电层、双压电层并联和双压电层串联的悬臂梁压电振动能采集器均适用的耦合电路方程.求解以上方程,得到了简谐基础激励下的输出电压表达式.实验结果表明,固有频率和输出电压表达式的相对误差分别小于10%和20%.

地基动力阻抗的双自由度集总参数模型

在土－结构动力相互作用分析中，下覆地基对基础与结构的阻抗函数通常强烈地依赖于外加激振频率．当结构为线性时，耦联体系的动力分析可采用子结构法在频域上有效地实施．但对于非线性结构，在时域上采用与频率有关的动力阻抗进行相互作用分析就变得十分困难与复杂．而单靠采用某一频率下动力阻抗函数固定值的单自由度集总参数模型不能充分地包含所有频率成分而难以反映实际性态．为了克服这些困难与缺陷，根据地基阻抗函数的解析和数值解答，发展了可用于时域分析的双自由度集总参数模型，其中所含有的８个与频率无关的定常参数可通过曲线优化拟合求取．这种离散模型简便实用，且与工程惯例相协调。

群桩基础阻抗函数的集总参数模型研究

利用改进后的Chebyshev多项分式进行复数拟合,得到群桩基础阻抗函数可扩展精度的集总参数模型,以获取时域分析和非线性分析的群桩基础参数。基于薄层法求解得到半无限地基中群桩基础的阻抗函数,利用改进的Chebyshev多项式的比值表示地基的动力柔度函数,将改进的Chebyshev多项分式表示成部分分式的形式,最后将其等效为两种基本类型的集总参数模型。通过与薄层法求解得到的地基动力刚度阻抗函数进行比较,给出的集总参数模型能在很宽的频段上与弹性半空间解吻合良好,得到的集总参数可以直接运用到群桩地基-结构相互作用的时域分析和非线性分析中。

车用动力电池组集总参数换热模型

新能源车辆的发展和动力电池组热越来越突出的安全问题,促使了换热系统的研究需求。在考虑电池组自产热率的基础上,利用集总参数法建立了车用动力电池组换热规律的简化模型。以某动力电池组为例,运用该模型分析换热过程中的时间、流体温度、电池组温度、换热功率及换热量。分析结果用于评价现有换热系统是否合理,或运用该模型优化换热过程参数使得设计的换热系统合理。结果表明,恒定流体温度换热策略并不是最佳的换热策略。

快沿脉冲下传输线集总参数电路模型的验证与分析

为得到快沿电磁脉冲对传输线的耦合规律,建立了无损和有损传输线的集总参数电路仿真模型,并利用其他方法和试验结果对其进行了验证。以一端接频变负载的无损三导体传输线为代表,建立了其无损集总参数电路模型,并利用状态变量法验证了模型的正确性。仿真发现:迭代线段长度越短,仿真结果越接近实际值,仿真时间越长;在迭代线段长度相同的情况下,传输线越长,仿真时间越长,2者基本成线性关系。以端接电阻、电容和瞬态抑制二极管的低损4芯电缆为代表,建立了其有损集总参数电路模型,并利用试验验证了模型的正确性。同时发现:负载上的响应与芯线排布、负载类型等有关。研究结果说明采用集总参数电路模型可以分析传输线对快沿电磁脉冲的串扰耦合问题,同时便于解决频变和非线性负载的响应,对多芯互联系统的电磁脉冲防护设计具有指导意义。

适用于低压电力线通信的集总参数线缆模型

为在实验室环境下模拟实际低压电力线缆的信道特性,需要建立电力线通信频段下的线缆集总参数模型。提出了一种通过电磁仿真方法获得分布电阻和电感,以及采用开路阻抗测量方法获得分布电容的方法,在此基础上得到线缆的传输参数并将传输参数转换为Y参数,建立π形等效电路。基于矢量匹配法求解π形电路各支路的无源等效电路,从而建立线缆的集总参数模型。通过对比分布和集总参数模型下传输和阻抗特性的计算结果,证明了集总模型的准确性。所建模型可以通过电路级联模拟各种长度的实际线缆。

梁式构件动力学响应分析的集总参数方法

详尽阐述了一种适用于梁式构件动力学响应分析的集总参数方法——有限段方法。采用有限段方法建立柔性梁式构件的离散模型，基于Ｋａｎｅ方程的Ｈｕｓｔｏｎ方法建立柔性多体系统动力学方程。该方程计入了梁式构件的几何非线性变形的惯性影响，在求解过程中，引入了相对位移的模态变换以提高计算效率。通过典型实验验证了有限段方法可以解决具有几何非线性变形的柔性梁式构件的多体系统动力学问题。

两类实用的单相受热管集总参数动态修正模型

通过惯性补偿的方法,对锅炉单相受热管的两类常用的集总参数模型进行动态修正,得到两类高精度的集总参数动态修正模型;该两类修正模型均能较好地反映热工对象的分布参数特性,既适用于全工况高精度实时仿真培训系统研究,又适用于电站全程控制系统仿真研究。两类修正模型均具有建模简单、计算方便及实用性强的特点,有较广泛的工程应用前景。