四硫富瓦烯分子结基于连接位点热-电输运性能理论调控研究

热电材料的研究对于再利用工业废热、生产清洁能源具有很大的意义.本文以锯齿状石墨烯纳米带(zGNR)做为电极,以不同连接位点的四硫富瓦烯(Tetrathiafulvalene,TTF)分子做为中心散射分子,构建了中心连接TTF分子结器件和边缘连接TTF分子结器件两种热电器件.采用密度泛函理论和非平衡格林函数方法研究了它们的热-电输运性质.结果表明,连接位点的不同对TTF分子器件热电性能具有显著影响.基于锯齿状石墨烯纳米带独特的边缘结构,导致边缘连接TTF分子结器件电输运性质高于中心连接分子结器件;与此同时,边缘悬挂氢键局域共振效应使得边缘连接TTF分子结热输运性能略小于中心连接TTF分子器件.边缘连接TTF分子结器件获取优异热电优值(ZT=0.457),为中心连接TTF分子结器件的3.4倍(ZT=0.135).

基于IEC安全火花试验装置的电感分断放电电极热-电耦合的数值研究

研究基于IEC安全火花试验装置的电感分断弧前金属液态桥的形成是研究低压、小电流感性电路分断电子产生机制及电弧形成机理的关键。考虑镉盘电极微观表面形貌,基于流体动力学模型,建立了真空环境下钨丝-镉盘电极热-电耦合的几何与数学模型。数值模拟了极间金属液桥的形成过程,得出了液桥的温度分布、固-液相变过程和电压特性;探究了电路串联电感、初始电流及电极初始接触压力对金属液桥形成的影响。数值模拟计算结果表明,模型最高温度出现在接触区域中心,金属液桥形变受热膨胀力与马兰格尼效应共同作用;当接触区域温度均达到镉材料的沸点时,金属液桥完全断裂,此时电极两端电压与实验测量得到的最小建弧电压相符;电路电感大小对金属液桥形成基本无影响,而增大初始电流或减小电极初始接触压力会缩短电极熔化、金属液桥蒸发及完全断裂所需时间。这为进一步探究低压、小电流感性电路分断放电电弧形成及引燃机理提供了理论指导意义。

再论铁电体的热-电-力耦合内场

基于铁电体的热-电-力耦合内场的性质研究,本文进一步探讨其内场的其他性质。由于力学因素使问题变得复杂,故忽略力学因素,以简化后的物性方程为出发点,以一维体系为例推导了内电势与温度之间的关系,计算了内电场和有关的热力学力,给出了确定内电势函数中的积分常数的方法。研究表明,内电势是温度的线性函数,其中的积分常数可由内电场、温度梯度及输运系数确定。这有助于更深入地了解铁电-顺电相变,特别是一级铁电-顺电相变的内在规律。

用于IGBT模块结温预测的热-电耦合模型研究

随着IGBT模块功率等级及密度的提高,因功率损耗而导致芯片温升加剧进而导致变流系统崩溃的问题愈发突出。对功率器件及散热系统的深入研究有助于功率器件封装设计、器件选型、系统布局以及逆变器的可靠运行。本文通过有限元分析方法对IGBT模块和散热系统的瞬态热阻抗进行了提取,所得结果与厂商数据手册吻合,而且通过所用方法验证了热阻抗曲线的普适性,最后利用热特性RC等效网络建立热-电耦合模型,可对芯片动态结温进行预测。

计及燃气-蒸汽联合循环机组的热-电联合调度模型

随着我国风力装机容量的不断增加,风电消纳能力成为制约其发展的瓶颈。尤其在北方冬季供暖期,城市内的热电联产机组实行"以热定电"的运行模式,其发电功率受到供热量的限制,在电力谷荷时段可能造成严重的弃风现象。为解决该问题,本文研究了燃气-蒸汽联合循环机组的模式转换特性,讨论了利用该特性消纳弃风的运行机理,建立了计及燃气-蒸汽联合循环机组模式转换特性的热-电联合调度模型。通过算例分析发现,与常规热电联产机组相比,联合循环机组在不同时段进行"一拖一"和"二拖一"模式转换,可在更大范围内灵活调节发电功率,降低电力谷荷时段热电联产机组的发电功率,有效提升系统的风电消纳能力。

智能软材料热-电-化-力学耦合问题的研究进展

评述了聚合物胶体、水凝胶以及关节软骨等典型智能软材料的多场耦合力学问题的国内外研究现状,重点讨论了这类智能软材料以化学扩散为特征的热-电-化-力学耦合的基本理论和研究方法.详细介绍了具有代表性的国内外主要研究团体的研究进展.阐述了基于热力学理论和哈密顿原理所建立的一般性热-电-化-力学多场耦合理论框架.作为典型特例,针对等温过程的化学-力学耦合的本构关系和控制方程,证明了化学-力学耦合理论架构的封闭性.建立了化学-力学耦合系统的有限元列式,得到了一维化学-力学耦合问题的解析解,并通过数值算例分析了水凝胶和关节软骨的多场耦合作用.最后,展望了智能软材料多场耦合问题的未来研究重点和发展趋势.

基于Plecs的电力电子电路热-电仿真教学研究

提出基于Plecs平台的主电路热-电联合建模仿真的辅助教学新方法,该方法采用热路理论和Plecs热量收集器概念搭建主电路热-电仿真模型,其中热路模型采用RC热网络模型,控制模型采用Simulink模型。以降压斩波电路为例,说明基于Plecs平台的仿真教学具有建模简单、灵活、直观的优点。所建模型能同时获取主电路热-电仿真结果,热-电仿真能快速加深学生热知识理解。

气化炉床温对热-电-气-焦油多联产技术的影响

介绍了浙江大学开发的循环流化床热-电-气-焦油多联产技术,它通过煤燃烧与热解的有机耦合,利用固体热载体技术,把煤中富氢成分转化成煤气及焦油,剩余半焦送锅炉燃烧,以实现热力、电力、煤气及焦油在1个系统中的联合生产.试验结果表明:流化床气化炉床层温度对多联产系统的煤气成分和热值、焦油的产率和组成均有较大影响.通过考察煤气中H2、CH4和CO等成分的含量以及煤气的热值随气化炉床层温度的变化趋势以及不同温度下焦油的产率,找到了焦油产量最大的运行温度;利用层析和GC-MS分析方法对不同气化温度下产生的焦油成分进行了分析,得到了产生高质量焦油的运行温度.结论:在综合考虑煤气、焦油生产的情况下,应尽量使多联产系统的流化床气化炉床层温度维持在600℃左右.

10 kV交流三芯电缆中间接头直流化改造热-电耦合仿真研究

将交流电缆改为直流运行后,对电缆接头进行温度场和电场仿真并研究其温度和场强分布规律对改造后的电缆供电能力的评估非常重要,目前关于交流电缆直流化改造的研究主要是针对电缆本体,对电缆接头的研究还较少。本文建立了城市配电网中常见的10 kV交流三芯电缆接头的三维仿真模型,首先采用ANSYS中的热-电耦合模块对接触系数k=4时的接头模型进行温度场仿真;之后研究了接触电阻和空气对流换热系数对接头温度分布的影响;最后进行了电缆接头直流运行时的电场仿真,并根据温度场和电场仿真结果选取了直流载流量和合适的直流运行电压,与接头交流运行时进行了传输最大功率的比较。研究结果表明,交流电缆接头直流化改造后功率传输能力有了一定的提升。

铝电解槽换极热-电-流场仿真研究及换极策略分析

换极是现代铝电解工业的必要操作之一,新换冷极对电解槽的热场、电场和稳定性造成巨大冲击。本文开发了换极过程中的热-电-流仿真模型,对不同区域(如角部极、中间极)、不同工艺(换热极)的换极进行了模拟分析。研究发现换角部极对槽温度的影响大于中间极,可为角部极提供较大的附加电压值或较长的附加电压时间来增加换角极的热收入,提高温度恢复速度,而换热极工艺则可大大加快新极的温度恢复速度。通过本模型的研究可为换极过程优化提供模型和手段,以达到减小换极影响、提高电流效率的目的。

太阳能光-热-电转换利用系统的分析

在太阳能光热电转换利用的“三环节理论”模型的基础上,对太阳能光热电转换利用进行了经济学分析,并与常规火力发电的经济学作了对比,提出了化石能源的稀缺价值和环境成本的观点。探讨了聚焦型太阳能集热器的设计参数对太阳能光热电转换利用系统中单位输出价Cu 的影响。

重庆气-热-电-肥联产沼气工程建设及运行效果

重庆光大集团奶牛主牧场利用奶牛粪污为发酵原料进行厌氧发酵,所产沼气主要用于发电和锅炉燃烧供热,沼渣、沼液作为有机肥还田使用,种养结合形成循环经济。气-热-电-肥联产模式有效提高了整个集中型沼气工程的能量转化率。为此,着重介绍了该集中型沼气工程的工艺要点和实际运营的效益,给同类型沼气工程设计与建设提供参考。

高超声速飞行器天线罩热-电联合仿真计算方法

探讨基于ANSYS Multiphysics和FEKO商业软件平台,对天线罩进行热-电联合仿真计算的实现途径和基本步骤。利用传统的烧蚀计算程序和ANSYS Multiphysics仿真模块对某型号天线罩进行烧蚀、温度场计算,采用温度控制方法将天线罩分层,从而将天线罩烧蚀和高温状态下的电性能仿真问题转化为常温状态下的多层介质的电性能仿真问题,在FEKO软件平台进行求解,并在此基础上探讨建设天线罩热-电联合设计平台的可行性。

压电喷油器压电执行器热-电-机械耦合迟滞特性

针对所开发的压电式共轨喷油器,采用压电执行器作为驱动元件,为了更好地对这类执行器的潜力进行开发,试验研究了压电执行器在准静态条件下的热-电-机械耦合特性。结果表明:在200~1200N范围内,位移随着预紧力呈先增大后减小趋势;在25~80℃范围内,位移整体呈增大趋势,但随着温度升高,增长趋势逐渐变缓。一个包括压电堆迟滞特性和温度影响的数学模型被用来对试验结果进行模拟,仿真与试验结果具有良好的一致性。

线性热-电-弹理论解的唯一性

经典的热力学理论，由于采用了抛物型的Fourier热导方程，导致了在离热扰源任意远处可同时感受到热效应，也就是说热的传播具有无穷大速度．从物理直观上看，这显然是不真实的．为克服理论上的不合理性，避免上述情形产生，建立新理论通常有两种手段：一是在热导方程中加入流率项，二是在本构方程中插入温度率项．随着新现象的发现、多功能新型材料的开发和利用，有效准确地分析物质的具有多耦效应的变形过程尤显重要．文献[2]便是讨论了一种具有多功能的热电弹性材料模型，其本构变量中除了温度率等还有称之为四极矩的新变量．它的适用范围比Tiersten模型【3’更为广泛．文献[4]则讨论了文献[2]中模型的线性化理论，线性化理论允许热信号以有限速度传播．本文对具有对称中心的物体在比[4]中条件弱得多的情况下仍然得到了其模型的解的唯一性，极大地扩充了原有模型的有效范围．

考虑电动汽车充电方式的热-电-氢耦合孤岛综合能源系统优化配置

为实现热-电-氢综合能源系统在满足多种负荷需求的同时,能有效地降低经济成本,提出了一种以经济性为目标的双层优化配置算法,研究了孤岛综合能源系统的优化配置。首先,搭建了热-电-氢混合耦合综合能源系统(the combined hydrogen,heat and power system,CHHP),然后考虑到设备购置、运维以及燃料电池、电解槽和蓄电池的老化建立了系统总目标函数。再采用上层算法为混合正余弦灰狼算法(gray wolf optimization with sine cosine algorithm,GWO-SCA),下层算法为混合整数线性规划(mixed integer linear programming,MILP)的双层优化配置算法对设备容量进行求解。最后运用算例,验证了该算法的优越性。并对系统中的电动汽车负荷考虑了多种充电方式,讨论了不同充电方式对配置结果和经济成本的影响。结果表明所提优化配置方法能够实现综合能源系统的经济、稳定运行。

热-电联合机组多时间尺度调峰优化调度模型

针对我国"三北地区"风热冲突问题,建立了考虑热-电联合机组多时间尺度调峰能力的优化调度模型。模型在已有理论基础上严格定义了纯凝机组在不同工况下可达到的上下旋转备用容量限值,充分发挥了纯凝机组的可调节灵活性;同时,在供热机组侧加装储热装置,扩大供热机组电热负荷调节范围,充分发挥了供热机组的可调度灵活性。所建模型能够利用纯凝机组与供热机组在时间尺度上的不同特性在一定程度上提高电网对风电消纳水平,通过求解实际算例验证了模型的有效性。

考虑可再生能源不确定性的热-电耦合微能源系统多目标鲁棒规划方法

由于可再生能源出力具有高度随机性和间歇性,其大规模并网会严重影响电力系统的安全稳定运行。为促进可再生能源消纳,可通过大力发展热-电耦合微能源系统解决此问题。为此,提出一种考虑风电不确定性的热-电耦合微能源系统多目标鲁棒规划方法。以投资运行成本最小及系统峰谷波动最小为目标,构建热-电耦合微型综合能源系统多目标鲁棒规划模型。采用NSGA-Ⅱ和TOPSIS相结合的求解算法实现多目标问题求解。仿真结果表明,该方法可以提高风电利用率和系统经济性,对于工程应用有一定的参考价值。

基于热-电耦合有限元法的隔离开关热稳定性分析

运行状态中的隔离开关由于电阻损耗发热而温度升高,极端情况下会超过允许温升,影响电力系统的工作稳定性。为了分析其工作可靠性,使用三维有限元方法建立某型号隔离开关的有限元模型,对隔离开关进行热-电耦合仿真分析,得到稳态及瞬态的温度分布云图与最高温升数值,现场试验结果验证了仿真分析的准确性。该方法可为产品设计提供参考,并为隔离开关可靠运行提供理论计算依据。

相变材料对退役电池过充热-电特性影响研究

为提升退役动力电池梯级利用中的安全可靠性,针对退役的32650磷酸铁锂动力电池,开展了组合式相变材料对电池过充的热-电特性影响机制研究,基于不同健康状态(state of health,SOH)下分别测试了2.5和5.0 A过充下的温升、电压和内阻特性曲线,提出一种基于典型特征参数来识别电池过充的预警策略;其次,对组合式相变材料在电池过充及常规使用中的温升抑制功效进行了探究,表明在电池散热设计中相变材料的匹配设计尤其重要。