波前编码红外成像系统的温度梯度适应能力探究

利用波前编码技术为红外光学系统进行无热化设计可提高其在不同均匀工作温度下的适应能力,但针对温度突变、成像系统内温度分布不均情况,波前编码技术是否能正常进行成像及其适用的温度范围还有待进一步研究.为简化分析流程,采用温度梯度模型来仿真非稳态下的温度变化.利用温度梯度模型来定性分析光学系统在轴向、径向温度梯度为系统引入的附加像差.计算两个方向下的光程差变化来比较两种温度梯度环境下系统的成像性能差异.在此基础上,为非稳态温度环境下红外光学系统的设计建立了结合光/机/热分析的无热化设计流程,通过ZEMAX设计了一套最大轴向尺寸为85 mm、最大径向尺寸为25 mm的红外光学系统,通过SolidWorks加载轴向和径向的热形变,探究所设计的系统能够适用的温度梯度范围.结果表明,结合光/机/热分析的无热化设计流程可以有效表明系统在非稳态温度下的成像情况.对上述采用三次相位板进行无热化设计的红外光学系统,在非稳态温度下可以适应±10℃的轴向温差范围,但是仅可以适应±1℃的径向温差范围.因此在进行红外波前编码光学系统的无热化设计时,需要对径向方向进行重点优化.

带温度梯度的钴基高温合金蠕变性能研究

二元隔热衬套是航空发动机高温燃气尾喷管的关键部件,在服役状态下承受非均温、蠕变等复杂环境与载荷。开展了二元隔热衬套钴基高温合金材料GH5188在温度梯度下的蠕变性能研究,设计了具有二元衬套孔结构特征的平板模拟件,开发了带温度梯度的蠕变加载试验装置,进行了内外壁温度差为200℃(760/560℃)以及760、980℃均温条件下带孔与不带孔二元隔热衬套模拟件的蠕变试验。研究表明:在均温与温度梯度环境下带孔模拟件蠕变寿命均高于无孔试样的,带孔试样的蠕变变形显著低于无孔试样的。

温度梯度铁电材料热释电性质的微观机制研究

在平均场近似的理论框架下,采用拓展的横场伊辛模型理论,引入分布函数描述材料内部的量子起伏效应和温度梯度导致的铁电畸变,探讨影响温度梯度铁电材料热释电性质的微观机制。研究表明量子起伏效应和铁电畸变是影响铁电材料热释电性质的两个重要因素。随着量子起伏效应的增强,热释电系数峰值逐渐下降,但对热释电峰值出现的位置影响并不显著;铁电畸变的存在,大大提高了材料热释电系数的峰值;温度梯度铁电材料内第一层级发生相变的时刻是影响材料热释电峰出现的最显著的因素。

温度梯度铁电材料极化偏移与热释电性的内在关联性研究

在平均场近似的理论框架下,采用拓展的横场伊辛模型理论,探讨温度梯度铁电材料极化偏移与热释电性质的内在联系的微观物理机制。研究表明:极化偏移的极值和材料内首发相变的梯度层的性质密切相关。极化偏移的极值和热释电系数的峰值总是成对出现,改变温度梯度铁电材料内首发相变层的性质是调控极化偏移、改善材料热释电性能的关键因素。

三芯电缆中间接头压接缺陷多物理场及温度梯度场分析

为解决传统电缆中间接头压接缺陷识别温度敏感性差、环境影响因素多、设备检测精度低等问题,提出了一种基于温度梯度矢量分析的电缆中间接头缺陷识别方法。通过对10 kV三芯电缆开展多场耦合计算,采用矢量分析方法获得了电缆中间接头的温度梯度场和热流密度分布矢量图,形成了电缆中间接头温度梯度场分布规律。结果表明:电缆中间接头表面温度梯度主要受x方向(电缆径向)温度梯度的影响;正常接头表面温度变化率不超过16.6%,其表面温度梯度变化率达49.8%;缺陷接头表面温度变化率不超过21.8%,其表面温度梯度变化率达57.8%,温度梯度场相较温度场有更高的检测灵敏度。开展电缆中间接头温度梯度场分析研究,对电缆接头致热型缺陷运维效率提升有积极意义。

基于BP神经网络的混凝土箱梁最大温度梯度预测

混凝土箱梁受到太阳辐射、大气温度波动等多种气象因素的综合作用,结构内部会产生显著的非均匀温度分布。截面内温度梯度可能会导致桥梁结构产生过大的温度应力与温度变形,影响桥梁结构的安全性和耐久性。本文旨在探究气象因素对混凝土箱梁温度场的影响机理,并提出一种能精确预测中国多区域混凝土箱梁截面最大温度梯度的方法。首先建立了日照条件下混凝土箱梁温度场计算模型,将2 a以上气象资料作为输入条件,对多个地区混凝土箱梁温度场长期变化进行了仿真模拟,并对混凝土箱梁截面温度梯度的长期变化趋势进行了分析。然后利用主成分分析(PCA)确定了混凝土箱梁截面最大温度梯度预测模型所需的输入参数。最后利用遗传算法优化的BP神经网络建立预测混凝土箱梁竖向、横向温度梯度的网络模型,并与混凝土箱梁截面温度梯度进行比较。结果分析表明BP神经网络模型可以精确地预测混凝土箱梁最大温度梯度,预测值平均绝对误差(AAE)均小于0.9℃,均方根误差(RMSE)均小于1.2℃,决定系数(R^(2))均大于0.9。基于当地气象条件,本文利用经典的BP神经网络模型所建立的预测模型对中国不同地区的混凝土箱梁截面最大温度梯度均能给出准确的预测,为混凝土箱梁设计和施工阶段的最大温度梯度的计算提供一种高效的方法。

基于温度梯度的锂离子电池寿命衰减情况的研究

在实际车辆运行工况下,电池包内电池的温度分布呈现出不均匀的特征,且在较高工作温度下电池的衰减速度会加快,可能促使容量和功率的减退加速。以锂离子电池为研究对象,通过对电池组进行长周期的1 C充放电循环,对电池组的温度分布、衰减情况以及电流分布行为进行了系统的表征和分析,并将其与单个基准电池进行了对比。研究结果显示,电池组中的所有电池都经历了更高的温度上升,且衰减速度较基准电池更快。尤其值得注意的是,经过1815个循环后,电池组中间的电池容量减退至初始容量的61.2%,而基准电池的容量保持率为86.5%。此外,电池组中的电阻和电流也呈现了类似的变化趋势。通过实验性地量化非均匀温度分布对电池衰减的影响,有助于更深入地理解在存在温度梯度情况下模块化锂离子电池的衰减行为。这对于优化电池设计、提高电池性能和延长电池寿命具有重要的指导意义。

预制T梁架设阶段横向温度梯度作用侧向变形研究

为控制大跨预制混凝土T梁架设阶段由横向温差导致的侧向失稳,以标准截面预制混凝土T梁为背景,对架设阶段横向温度梯度作用下的T梁侧向变形进行研究。建立截面热传递理论模型,通过热传递有限元分析得到主梁温度时程与分布,并与实测结果对比以验证有限元分析准确性,分析极端环境条件下(最高气温、最低气温、最大温差和最强太阳辐射)截面横向温度梯度分布,提出横向温度梯度多线性分布模式和预制混凝土T梁在横向温度梯度作用下的侧向变形简化分析方法。结果表明:热传递有限元分析计算结果与实测结果吻合;混凝土T梁顶、底板温差明显,且均产生较大的横向温度梯度;顶、底板及腹板的最高温度均出现在太阳直射边缘,最低温度出现在横向中心位置附近;采用简化分析方法计算预制混凝土T梁在横向温度梯度作用下的侧向变形,并得到不同标准截面梁在极端横向温度梯度下的侧向变形与跨径的关系,可为预制混凝土T梁架设时侧向变形控制提供参考。

温度梯度对生物质气流床气化产物的影响

气化温度是影响生物质气化性能的重要参数,而工业气化炉内温度分布不均匀,阻碍了生物质高效气化的发展进程。为了预防或减少温度分布不均所造成的不良影响,提高生物质气化性能,通过实验方法研究了炉内温度梯度(axial temperature gradient,ATG)对生物质气化三相产物的影响。实验设定落下床的上段炉温为1300℃不变,下段炉温范围为900℃~1300℃以模拟工业气化炉火焰区存在的轴向温度梯度,以碳转化率和冷煤气效率为评价指标,对松木屑的气化特性进行了实验分析。结果表明:在ATG为100℃~300℃范围内,合成气中有效气体(CO+H_(2))产率、碳转化率和冷煤气效率随着ATG的增大而逐渐减小。半焦产率均低于0.2%,表明松木屑在上段炉(450 mm)1300℃高温区域内几乎实现了半焦的完全气化。碳烟为生物质高温气流床气化的主要含碳固体产物,其产率为半焦产率的3~6倍,且难以被完全清除。当上下两段的ATG高于300℃时,气相均相重整和气-固非均相反应在下段低温区几乎停滞,产物产率、碳转化率和冷煤气效率几乎保持不变,同时有少量焦油生成,占比约0.01%。

“π”形钢-混凝土组合梁竖向温度梯度研究

钢-混凝土组合桥梁结构在日照作用下产生的非均匀温度场对整体结构稳定性起着主要影响作用。以盐坪坝长江大桥为依托,基于桥梁健康监测、实时阴影算法和有限元方法,研究了“π”形钢-混凝土组合梁在日照作用下的非线性温度分布;提取组合梁竖向温度梯度,通过数据拟合和统计分析,采用广义极值理论来描述最不利温差,得到组合梁夏季温差的概率密度分布函数,并参考欧洲规范(重现期50 a),得到升温模式、降温模式两种温度梯度的温度基数,在此基础上得到预测“π”形钢-混凝土组合梁的温度梯度模式,并与规范进行对比,说明差异性。研究方法可为其他直桥的温度场研究提供依据,并为后续开展的钢-混凝土桥梁温度效应研究提供参考。

温度梯度相互作用色谱在聚烯烃表征中的应用

研究了高温-温度梯度相互作用色谱(HT-TGIC)在聚烯烃表征中的应用,并与结晶分级技术进行了对比,同时分析了实验条件对HT-TGIC曲线的影响。实验结果表明,相比结晶分级技术,HT-TGIC在表征结晶度较低或完全无定形树脂时具有明显优势。HT-TGIC可用于定量表征聚烯烃树脂及其共混物的化学组成分布,并具有良好分辨率。优化的操作条件为:尽可能快的冷却速度、升温速率/淋洗流量的比值在一定范围内、动态降温、较小的动态吸附流量、冷却循环最终温度高于结晶温度。利用辛烯含量差与HT-TGIC淋洗峰偏离值呈线性关系,可快速确定共聚单体含量,包括高共聚单体含量树脂。

流道扰流体对固体氧化物燃料电池温度梯度的影响研究

固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)内部过高的温度梯度会导致电池失效,如何降低SOFC温度梯度、提高电池温度分布的均匀性至关重要。结合电、热、流动和传质物理场建立了SOFC多物理场耦合模型,通过与实验数据对比验证了模型准确性;通过SOFC模型研究了SOFC温度和温度梯度分布情况,确定了电池反应区最大温度梯度为优化指标,提出了扰流体流道结构设计,并在考虑功率密度的影响情况下,证明了扰流体结构的有效性。对扰流体结构的形状、高度和宽度进行了分析讨论,分析发现:扰流体主要是通过改变流体流速和反应层氧气浓度来影响反应区最大温度梯度的,扰流体对于流道压降的改变主要影响了损失功率密度;最终确定了圆弧扰流体结构(h=0.8 mm,d_(1)=4.0 mm)为较优结构,在净功率密度与传统直流道相同时,最大温度梯度为43.35 K/cm,相比传统直流道,降低了9.4%。

温度梯度对天平轴向力测量精度影响分析

应变天平作为风洞试验的测量元件,保证天平的测量精度是相关领域的研究重点。但在连续式风洞中,由于风洞运行时间长及马赫数连续变换,天平体的温度会出现分布不均匀的情况,产生温度梯度。这种温度梯度对天平轴向力测量精度的影响尤为明显。为探究在连续式风洞中温度梯度对天平轴向力应变输出的影响,根据实际工况,总结出3种温度加载情况,利用ANSYS Workbench对80A天平进行热-固耦合分析。研究结果表明:在不考虑后支杆热传导的情况下,温度梯度基点的温度越高,温度输入越快,天平体的温度分布越不均匀,温度梯度越大,轴向力应变输出越大;在考虑后支杆热传导的情况下,天平体的温度分布相对均匀,温度梯度较小,轴向力热应变输出较小。

基于长期监测数据的混凝土箱梁温度梯度取值研究

为研究矮塔斜拉桥混凝土箱梁施工期的温度梯度取值,文中以广东东平水道矮塔斜拉桥为研究对象,详细分析了一年施工期内混凝土箱梁的实测温度结果,通过假设检验、参数估计、极值分析等统计学方法进行温度样本数据分析。结果表明,箱梁顶底板东西两侧的温差分布不同,特别是顶板的东西两侧温差累计概率分布差异较大;箱梁顶板最大正温差出现在西侧位置处,最大负温差出现在东侧,而底板最大负温差与最大正温差均出现在东侧;箱梁混凝土顶板的梯度升降标准值可偏于安全地,取22.5℃,梯度降温可以取9.0℃,底板的梯度升降标准值可偏于安全地,取5.5℃,梯度降温可以取4.0℃。

钢混组合梁桥竖向温度梯度分布规律研究

为研究钢混组合梁桥竖向温度梯度分布规律,以某高速公路第2标段先简支后连续30 m钢混组合梁桥为例,基于热传递基本理论,采用经设计文件计算结果核准的热传递有限元模型进行传热分析。结果表明,本文建立的有限元模型计算结果与实测较为接近,精度较高;同一时刻下边梁与中梁温度分布差异不大,在有日照情况下均表现出顶部温度高、底部温度低的特点,在无日照情况下则表现为混凝土板核心区域温度高而其余部分温度低的特点。综合来看,混凝土区域竖向温度梯度更大,在设计、施工、运营时应重点关注该区域及钢梁与混凝土结合处,避免温度效应过大降低结构自身安全储备。

无铺装层连续刚构桥温度梯度分析

为研究悬臂施工时无桥面铺装的连续刚构桥竖向温度梯度,文章依据实桥的温度监测数据,拟合了不同时期悬臂施工时的温度梯度曲线,分析了温度梯度作用在连续刚构桥不同悬臂阶段的影响,并基于温度场实测数据,采用最小二乘法推导了PC连续刚构桥主梁竖向温度梯度曲线的拟合公式。结果表明:拟合曲线的计算值与实测值吻合良好,说明了该温度梯度曲线拟合公式精度很高,符合实际工程使用要求。

基于温度梯度对吸烟效果影响的仿真及系统控制研究

吸油烟机清除室内油烟气粒混合物的过程主要分为拢油烟、吸油烟和排油烟三个阶段。拢油烟的能力是吸油烟机排烟效果的首要保障,研究发现灶具在加热过程中产生的热量会在炉头和吸油烟机吸烟口之间形成温度梯度,温度梯度油烟颗粒作用产生了向上的热浮力,在热浮力的作用下,油烟颗粒混合物上升和扩散的速度也不同。从模拟仿真和实机测试两个维度进行分析,由于燃气灶和电磁灶的加热原理和热传导方式不同,分别使用燃气灶和电磁灶两种不同加热方式验证不同的温度梯度对吸油烟机吸烟效果影响。分析发现燃气灶加热比电磁灶加热油烟气粒混合物体扩散速度提升约2倍,油烟捕集率下降约12%,通过温度作为判断条件,可在不增加能耗的情况下保证吸烟效果。

温度梯度作用下非饱和土中铅离子迁移机理研究

基于多孔介质理论及连续介质热弹性力学,研究了温度梯度作用下重金属离子在非饱和黄土中的迁移机理。首先,通过非等温吸附试验确定了黄土颗粒对铅离子的吸附模型;其次,以固、液、气三相系统中各组分质量、能量以及动量守恒方程为基础,建立了表征温度梯度下非饱和土中污染物迁移的多场耦合数学模型,模型考虑了重金属离子的吸附、孔隙流体的迁移及相变、温度梯度下土体的变形等因素,以温度、孔隙率、孔隙水压、孔隙气压、重金属离子浓度、吸附浓度、土体骨架位移为基本未知量,较全面反映了非饱和土体中热质迁移规律及变形特点;最后,开展非饱和黄土中铅离子迁移土柱试验,验证理论模型的可靠性,并分析了各因素对铅离子迁移规律的影响。结果表明:Langmuir非线性吸附模型比较符合黄土颗粒对铅离子的吸附特征,最大吸附量随温度升高而降低,温度梯度对非饱和黄土中污染物迁移有较明显促进作用;不计土体湿陷效应时,温度梯度及吸湿膨胀使土柱产生拉伸变形,重力、孔隙水压及孔隙气压共同作用使土柱产生压缩变形,后者影响大于前者,故土柱整体为压缩变形;污染物迁移随时间增长而减弱,吸附作用是长期过程,时间增长对其影响不显著。

低温温度梯度下环氧玻璃纤维材料表面电荷积聚行为及其对沿面闪络特性的影响

超导能源管道终端由于其特殊的运行环境,终端用绝缘材料在承受高电场的同时,也承受着近百摄氏度的低温温度梯度。为此基于超导电缆终端常用绝缘材料——环氧玻璃纤维材料,研究了低温温度梯度下绝缘材料表面电荷积聚特性及其对沿面闪络特性的影响机制。首先测量了环氧玻璃纤维材料在不同温度以及不同温度梯度下的沿面闪络特性;随后利用仿真软件建立了绝缘材料气-固界面的电荷迁移模型,分析了不同温度以及不同温度梯度对材料表面电荷积聚特性和表面电场分布特性的影响;最后结合试验结果与仿真结果,提出了低温温度梯度对绝缘材料沿面闪络的影响机制。试验结果表明:当温差ΔT=100K时,绝缘材料表面的局部放电起始电压与闪络强度分别为无温度梯度时的74.0%和75.9%。而仿真结果显示,低温温度梯度下绝缘材料表面电荷积聚现象明显,表面最高电场强度可达到不存在温度梯度时的10倍左右。因此,温度梯度下材料表面电荷积聚以及电场的畸变被认为是造成绝缘材料沿面绝缘强度下降的重要原因。该研究有助于理解低温温度梯度下材料表面电荷积聚特性及其对电场分布和闪络电压的影响机制,对低温下绝缘材料的绝缘特性研究以及绝缘优化设计具有重要意义。

基于拉曼散射的分布式光纤传感系统真空低温热沉环境温度梯度测量

新型分布式光纤温度传感器具备电类温度传感器所不具有的独特优势,扩展了温度测量在真空低温环境中的应用领域。在真空低温热沉环境下使用分布式光纤温度传感器进行温度梯度测量。传统热电偶温度传感器和分布式光纤温度传感器布置在同一双层铝板结构中,铝板以及传感器放置在真空低温热沉环境中。铝板由加热片进行控温,以实现真空低温热沉环境下不同温度梯度的测量。对两类传感器所测铝板的温度数据进行分析,结果表明,基于拉曼散射原理的分布式光纤温度测量系统能够对真空低温热沉环境下的温度梯度实现精确测量,可以满足低温工况下工件的温度测量。