Liquid Circulation in a Multi-tube Air-lift Loop Reactor

A multi-tube air-lift loop reactor (MT-ALR) is presented in this paper. Based on the energy conservation, a mathematical model describing the liquid circulation flow rate was developed, which was determined by gas velocity, the cross areas of riser and downcomer, gas hold-up and the local frictional loss coefficient. The experimental data indicate that either increase of gas flow rate or reduction of the downcomer diameter contributes to higher liquid circulation rate. The correlation between total and the local frictional loss coefficients was also established.Effects of gas flowrate in two risers and diameter of downcomer on the liquid circulation rate were examined. The value of total frictional loss coefficient was measured as a function of the cross area of downcomer and independent of the gas flow rate. The calculated results of liquid circulation rates agreed well with the experimental data with an average relative error of 9.6%.

超高速空气静压轴承电主轴损耗及热特性分析

电主轴作为高度集成的机电一体化产品,相对于传统的机床主轴,其将主轴电机集成内置到主轴内部,具有结构紧凑、低惯性、高转速、低噪声、快速响应等优点,但由于电机集成于主轴内部,运转时产生的大量热量,会引起电主轴温度快速升高,使电主轴的热态特性和动态特性变差,进而影响电主轴的正常加工甚至出现运转过程中卡死。为定量计算整机的损耗及发热变形情况以解决此问题,通过建立超高速空气轴承电主轴热特性分析模型,采用解析法与有限元仿真相结合的方法,求解电主轴轴芯空气摩擦损耗、电机损耗,获得了电主轴温升等热态特性参数,并通过试验验证分析模型和方法的准确性,研究模型中轴芯空气摩擦损耗理论计算数值与实验数值偏差在2%以内,为电主轴设计提供了理论依据。

高速永磁电机转子空气摩擦损耗研究

高速电机旋转速度每分钟数万转甚至高达数十万转,其转子表面的空气摩擦损耗要比普通电机高得多,在总损耗中占有较大比例。转子表面的空气摩擦损耗与电机转速、气隙结构及转子表面粗糙度等多种因素有关,很难通过理论分析和解析方法准确计算。基于3D流体场模型,对高速永磁电机的转子空气摩擦损耗与电机转子转速、表面粗糙度及轴向风速的关系进行了分析,并针对一台额定转速60000r/min的磁悬浮转子高速永磁电机,进行了转子空气摩擦损耗的计算及测试方法研究。通过电机空载试验,根据转子空气摩擦损耗和定子铁耗与电机转速之间的关系,可将空气摩擦损耗从总损耗中分离出来。实验结果和计算值一致,表明基于流体场分析的高速电机转子空气摩擦损耗计算方法是有效的。

高速永磁爪极电机铁耗与空气摩擦损耗计算

高速电机由于采用高频电源供电,铁心损耗较常规电机突出,且高速旋转引起的空气摩擦损耗亦非常严重。此外爪极电机磁路结构复杂且其磁通呈三维分布,因此需要考虑三维磁场、高频谐波和高速旋转等因素,针对该种高速电机损耗计算模型进行研究。首先通过三维有限元电磁仿真软件对该种电机的磁场分布特点进行分析;然后采用三维正交交变磁化近似等效旋转磁化建立铁耗计算模型,并考虑高频谐波对其影响,通过与有限元软件计算结果对比,验证了计算模型的准确性;此外针对转子转速、转子表面光滑度、轴向风速等因素对空气摩擦损耗的影响进行分析;最后通过实验验证了铁心损耗和空气摩擦损耗计算方法的准确性。

全封闭高速永磁电机转子结构对转子散热的影响

为研究转子物理结构对机壳水冷全封闭式高速永磁电机转子散热的影响,以一台15k W、30 000r/min的非晶合金高速永磁电机为例,基于流体力学和传热学理论,建立三维流固耦合共轭传热求解域模型,并给出基本假设与边界条件,采用有限体积法进行流固耦合求解,得到转子有无轴向通风孔和通风孔与风刺相配合时电机内流体流动特性及各部件的温度分布。在此基础上,研究通风孔尺寸、通风孔数量变化对流体场及温度场的影响。计算结果表明,转子引入风刺和通风孔等风压元件可有效提高转子的散热能力,降低永磁体温升。通过增大通风孔尺寸和数量可进一步降低永磁体温升。最后,对一台15k W全封闭式水冷非晶合金永磁电机进行了温升试验,并将试验数据与计算结果进行对比,验证了耦合场计算结果的正确性。

高速永磁无刷电机转子护套周向开槽的有限元分析

转子损耗造成转子局部高温是高速永磁无刷电机的主要问题之一。高速永磁无刷电机的转子损耗主要包括风摩损耗和涡流损耗,而涡流损耗主要由转子金属护套损耗和转子永磁体损耗组成。该文采用有限元的方法分析研究高速电机转子护套开周向浅槽对转子涡流损耗、风摩损耗及温升的影响;同时,分析了转子护套开槽前后的转子护套应力变化情况。通过上述分析,证明在转子护套上开周向浅槽可以有效减小高速电机转子损耗、降低转子温升,且不影响转子护套强度。

高速永磁电机流体场与温度场的计算分析

为了研究中小型高速永磁电机内部流体场与温度场分布规律,以一台15k W,30000r/min内置式高速永磁电机为例,基于计算流体力学和传热学理论建立了三维流体场与温度场的物理模型,应用有限体积法对流体场与温度场进行耦合计算,得到了电机内空气的流动特性与各部件的温度分布规律。针对高速电机运行时转子表面空气摩擦损耗大的问题,基于所建立的3D流体场模型,分析了转子转速、转子表面粗糙度对空气摩擦损耗的影响。研究结果表明,高速永磁电机端腔空气的流动性差,加之空气摩擦损耗的影响,导致转子温升较高,且转子转速、转子表面粗糙度对空气摩擦损耗有着重要影响。

LNG泵用低温高速永磁电机转子摩擦损耗研究

以一台额定转速为35000 r/min的低温高速永磁电机为例,研究电机转子在液化天然气(LNG)中的摩擦损耗。为得到低温高速永磁电机转子LNG摩擦损耗随电机转速的变化规律,基于流体力学原理,建立三维流体场物理模型,对不同转速下电机转子LNG摩擦损耗进行计算,并分别考虑介质轴向流速、介质温度、转子表面粗糙度等因素对电机转子LNG摩擦损耗的影响,揭示电机转子LNG摩擦损耗与各个影响因素之间的数值关系。同时,利用解析法计算不同转速下电机转子LNG摩擦损耗。将解析计算结果与数值计算结果进行对比,验证数值法的有效性。此外,对比空气对电机转子摩擦损耗的影响,随着电机转速的变化,电机转子LNG摩擦损耗的变化规律与空气摩擦损耗变化规律相似。

高速电主轴内置电机空气摩擦损耗研究

为研究高速电主轴内置电机空气摩擦损耗随电机转速的变化规律,采用解析和计算流体动力学两种方法对不同转速工况下的内置电机空气摩擦损耗进行了理论分析。结果表明,基于解析计算得到的空气摩擦损耗与采用计算流体动力学方法仿真的结果基本一致。通过电机空载试验,采用损耗分离法得到不同转速下内置电机的空气摩擦损耗,试验数据和仿真分析结果相吻合,表明对高速电主轴内置电机空气摩擦损耗解析与仿真的方法是有效的。

气升式环流反应器的流体动力学模型

用空气 -水体系 ,在下降管直径和上升管直径分别为 0 .0 3m和 0 .0 9m ,反应器的总高度为 1.3m的气升式环流反应器中对气含率和流体循环速度进行了实验研究 ,总结了液体速度和气含率随表观气速的变化规律 ;根据动量平衡原理和漂流通量模型建立了气升式环流反应器中液体循环速度和气含率间的理论关系式 ,给出了各局部阻力损失系数的计算方法 ,并对这些阻力损失系数和分布参数进行了计算 ,实验结果表明 ,气速小于 0 .0 6 5m·s-1时 ,气含率与下降管液体速度随气速的增加明显增加 ,在实验气速范围内 ,总阻力损失系数与气速无关 ,其值为3.75。模型计算表明 ,循环液速和气含率的预测值与实测值的平均相对误差分别为 3.6 %和 0 .2 9%

多管气升式环流反应器的流体动力学

用空气 -水体系 ,对三种管径比 (下降管直径与上升管直径之比 )的具有两个上升管的新型多管气升式环流反应器的液体循环速度进行了试验 ,总结了液体速度随两个上升管气速及管径比的变化规律 ;根据动量平衡原理和漂流通量模型建立了多管气升式环流反应器中液体循环速度和气含率间的理论关系式 ,给出了各局部阻力损失系数的计算方法 ,循环液速和气含率的模型预测值与实测值的平均相对误差分别为 8 3 %和 8 1%。

空调滑片式压缩机用圆柱滚子轴承摩擦功耗特性分析

为了降低空调滑片式压缩机的摩擦功耗,对其所用圆柱滚子轴承的摩擦功耗特性进行了研究。基于滚动轴承动力学理论,考虑周期性载荷因素,建立了压缩机用圆柱滚子摩擦功耗数学模型,在此基础上分析了轴承工况参数和结构参数对圆柱滚子轴承摩擦功耗特性的影响规律。研究结果表明:在满足轴承使用要求前提下,选取较大的径向游隙有利于降低轴承的摩擦功耗;圆柱滚子轴承存在合理的保持架引导间隙和保持架兜孔间隙,使得轴承摩擦功耗最小;随着滚子个数增加,轴承摩擦功耗增加,在保证轴承承载能力前提下,可以适量减少滚子数量,以降低轴承摩擦功耗;新型滑片式压缩机摩擦功耗比传统型降低了39%.

一种低摩擦低泄漏新型旋转式空调压缩机的设计与分析

针对目前滚动活塞式压缩机存在内部泄漏损失多和运动件摩擦损失大的缺陷,提出一种新型全封闭旋转式空调压缩机,该机采用新颖的减摩技术和密封结构,将叶片、端盖与旋转式的缸套紧固连接在一起并同步旋转,消除了这些部件之间的配合间隙,改善了它们之间的摩擦与泄漏状况。介绍了该类压缩机的工作原理和结构特点,探讨了将其作为房间空调器压缩机的设计思路。与传统滚动活塞式压缩机相比,新型旋转式压缩机在减摩、密封、消振、制造以及装配等方面确有其独特之处。

静止叶片式空气压缩机的研究

提出了一种新型静止叶片式空气压缩机,该压缩机具有一个做摆动运动的转子和一个静止不动的叶片,叶片的外端与气缸的内孔壁面密封紧固连接,叶片的侧端与端盖密封紧固连接,借此减少了气体直接从压缩腔向吸气腔窜逸的通道,有效地消除了压缩机在这些部件间的泄漏损失和摩擦损耗。介绍了压缩机的结构特点及工作原理,建立了压缩机的数学模型。研究表明:转子的扭摆惯性力矩对滑块与叶片运动副的摩擦及磨损有较大影响,应减小转子的转动惯量以降低滑块与叶片间的接触力;转子与端盖的轴向间隙对压缩机内部泄漏损失十分敏感,应采取轴向密封措施以减少转子轴端处的泄漏量。

基于等效热网络法和CFD法高速永磁同步电机热计算研究

针对高速永磁同步电机的温度场计算准确性问题,采用等效热网络法和流固耦合的数值方法,对一台水冷非晶合金定子电机进行了热计算。建立了电机的流固耦合模型,考虑电机内空气温度分布不均匀对密度、比热容、动力粘度以及导热系数的影响。基于最小二乘法原理,得到了空气物理属性随温度变化的表达式,对电机内空气施加变温物理属性,并与恒温下电机内空气恒定物理属性的温度场计算结果和转子外表面的空气摩擦损耗计算结果进行对比分析。结果表明:对机内空气施加变温物理属性后,转子高温区域面积增加,温升计算值更接近实际,并且转子外表面空气摩擦损耗降低了4.0%。最后,搭建了样机温升实验平台进行温升实验,验证了等效热网络和流固耦合法计算结果的准确性。

摆锤式冲击试验机能量损失检测方法的比较与分析

摆锤式冲击试验机的能量损失包括:指针的摩擦(或接触式电子角位移传感器的摩擦)、空气阻力和摆轴轴承的摩擦所引起的能量损失;基础的冲击、机架和摆锤的振动所引起的能量损失。国内外还没有成熟的测量方法和测量仪器测定基础的冲击、机架和摆锤的振动所引起的能量损失,没有形成技术文件,目前摆锤式冲击试验机能量损失的检测主要针对前者。本文针对国内计量部门计量摆锤式冲击试验机所依据的常用标准和规程,比较能量损失的检测方法和计算公式,做出简要分析,指出某些计算公式值得商榷之处。

划片机气静压电主轴热态特性研究

从划片机气静压电主轴的工作机理出发,研究主轴电机的功率损耗发热、空气轴承的气膜剪切摩擦发热;根据分析结果提出减小主轴发热和加强散热的措施。

高速电机转子碳纤维圆度误差对风摩损耗的影响

永磁体碳纤维护套圆度误差对转子表面风摩损耗和电机温度场具有重要影响,进而影响永磁体的不可逆退磁和电机运行的安全性,但该问题目前尚未圆满解决。为此,本文建立永磁同步高速大功率电机计入碳纤维护套圆度误差的气隙三维不可压缩稳态湍流数学模型,基于CFD对模型进行求解,研究永磁体护套圆度误差、冷却参数、转速和温度边界对转子表面风摩损耗的影响规律,并通过与经验公式的计算结果进行比较对模型方法进行特例验证。研究结果表明:随着圆度误差幅值的增大,转子表面风摩损耗不断增加,定子内表面和转子外表面的散热量亦随之增加。

空气阻力是滚摆能量损失的主要原因吗?

本文首先分析了理想麦克斯韦滚摆系统的动力学过程,然后半定量地分析了3种机制所造成的能量损失,最后通过测量滚摆每次上升能够到达的最大高度分析出空气阻力不会是能量耗散的主要原因.