Numerical simulations of rip currents off arc-shaped coastlines

The rip currents induced by waves off arc-shaped coastlines are seriously harmful to humans, but understanding of their characteristics is lacking. In this study, the FUNWAVE model was used to calculate the wave-induced currents in the Haller experiment and the ideal arc-shaped coast similar to Sanya Dadonghai, Hainan Province,China. The results showed that the FUNWAVE model has considerable ability to simulate the rip currents, and it was used to further simulate rip currents off arc-shaped coastlines to investigate their characteristics. The rip currents were found to be stronger as the curvature of arc-shaped coastline increased. Coastal beach slope exerts a significant influence on rip currents; in particular, an overly steep or overly mild slope is not conducive to creating rip currents. Furthermore, the rip currents were found to become weaker as the size of arc-shaped coast decreased. When the height and period of waves increase, the strength of rip currents also increases, and, in some cases, wave heights of 0.4 m may produce dangerous rip currents.

Voltage Generation by Rotating an Arbitrary-Shaped Metal Loop around Arbitrary Axis in the Presence of an Axial Current Distribution

A thin metallic wire loop of arbitrary curvature is rotated with respect to an arbitrary axis of its plane. The device is excited by an electric dipole of infinite length and constant current. The resistance of the loop is computed rigorously as function of the position of the source. In this way, the induced voltage along the wire, under any kind of axial excitation, is given in the form of a superposition integral. The measured response is represented for various shapes of the coil, with respect to the time, the rotation angle and the position of the source. These diagrams lead to several technically applicable conclusions which are presented, discussed and justified.

电涡流缓速器优化设计与制动性能分析

文章在考虑去磁效应的基础上建立电涡流缓速器数学计算模型,采用涡流折算系数法求出闭合磁路磁感应强度,推导出电涡流缓速器电磁制动力矩表达式;在某汽车制动系统有限公司现有产品的基础上,将圆形极柱优化设计为扇形极柱,并利用Maxwell有限元仿真软件对不同长度扇形极柱的新型电涡流缓速器模型的制动力矩进行仿真分析;将最终确定的新型电涡流缓速器通过有限元仿真和台架实验与原产品进行对比验证。结果表明:新型电涡流缓速器与传统电涡流缓速器的制动扭矩在不同转速下变化的规律基本一致,制动性能有明显提升;仿真结果和实验结果最大误差小于5%,证明了新型电涡流缓速器的有效性和优化设计的正确性。

难变形金属小模数齿形件电流辅助分形旋压成形工艺优化

目的针对30CrMnSiA合金结构钢小模数齿形件电流辅助分形旋压成形工艺,探究工艺参数对小模数齿形件成形质量的影响规律,分析工艺参数间的相关性,获得优化后的工艺参数组合。方法选取小模数齿形件齿廓偏差、齿距偏差、轮齿饱和度为成形质量响应指标,以电流密度、占空比以及旋轮进给速度为影响因素,设计响应面试验方案;根据有限元模拟结果建立成形质量回归预测模型,分析电流密度、占空比以及旋轮进给速度对小模数齿形件成形质量的影响规律,计算获得最优的参数组合并进行试验验证。结果电流密度、脉冲占空比、旋轮进给速度对小模数齿形件成形质量有显著影响,成形质量随着电流密度与占空比的升高而升高,随旋轮进给速度的升高而先升高后降低;且电流密度与旋轮进给速度、脉冲占空比与旋轮进给速度在对轮齿饱和度的影响上有一定的交互性;通过建立的回归模型预测得到的优化工艺参数如下:电流密度为17.5 A/mm2、脉冲占空比为40%、旋轮进给速度为0.6 mm/min。结论回归模型预测值与试验值的相对误差小于8%,说明所构建的成形质量回归预测模型是准确的,利用优化后的参数可制备出成形质量良好的小模数齿形件。

Optimization of ambipolar current and analog/RF performance for T-shaped tunnel field-effect transistor with gate dielectric spacer

A new T-shaped tunnel field-effect transistor(TTFET) with gate dielectric spacer(GDS) structure is proposed in this paper. To further studied the effects of GDS structure on the TTFET, detailed device characteristics such as current-voltage relationships, energy band diagrams, band-to-band tunneling(BTBT) rate and the magnitude of the electric field are investigated by using TCAD simulation. It is found that compared with conventional TTFET and TTFET with gate-drain overlap(GDO) structure, GDS-TTFET not only has the minimum ambipolar current but also can suppress the ambipolar current under a more extensive bias range. Furthermore, the analog/RF performances of GDS-TTFET are also investigated in terms of transconductance, gate-source capacitance, gate-drain capacitance, cutoff frequency, and gain bandwidth production. By inserting a low-κ spacer layer between the gate electrode and the gate dielectric, the GDS structure can effectively reduce parasitic capacitances between the gate and the source/drain, which leads to better performance in term of cutoff frequency and gain bandwidth production. Finally, the thickness of the gate dielectric spacer is optimized for better ambipolar current suppression and improved analog/RF performance.

交流及脉冲GTAW铝合金焊接电弧温度及其形态数值模拟研究

控制钨极氩弧焊接(GTAW)的焊接电弧温度、形态等特性是制定其焊接工艺、提高其焊接质量与效率的措施之一。采用数值模拟研究方法,研究了6061铝合金GTAW焊接过程钨极氩弧温度及其形态,对交流及脉冲钨极氩弧温度及其形态进行了比较与分析,阐述了随焊接电流变化钨极氩弧温度及其形态变化规律。研究结果表明,在交流钨极氩弧焊接电流方向变化时焊接电弧将熄弧,其温度下降;焊接电弧形态基本保持钟罩型,其高温区域发生变化;在交流钨极氩弧达到稳定状态时,正接焊接电弧温度较反接的高,焊接电弧高温区域距工件更近,焊接电弧径向尺寸较反接的大;脉冲电流钨极氩弧焊接过程不会熄弧;从峰值到基值焊接电流过渡过程中,焊接电弧沿径向收缩,相反,焊接电弧沿径向扩张,其形态似“腰鼓”状;脉冲基值电流焊接电弧温度较峰值电流的小。

基于Ansys取能电流互感器铁心气隙仿真分析

针对取能电流互感器存在的启动电流大、铁心易饱和、无法适应较宽的输电线路电流等问题,对铁心部分进行设计与改进。依据初始磁导率、饱和磁通密度、铁心损耗以及成本等参数确定铁心材料,从铁心的选材上进行预处理;利用Ansys软件对铁心气隙形状进行设计并仿真,通过铁心在不同气隙形状下的磁泄露情况得出矩形半开口效果最优;采用控制变量法对气隙尺寸进行仿真,对铁心气隙尺寸进行了定量的分析,并对比分析了铁心的饱和特性以及二次侧输出功率情况,为电流互感器取能电源铁心的结构设计和参数的实际选取提供了良好的工程价值。

330 kA铝电解槽异形阴极碳块对水平电流的影响

采用有限元仿真计算,对330 kA铝电解槽传统阴极碳块结构和异形阴极碳块结构的电场进行仿真模拟,主要对铝液中水平电流分布进行分析。研究发现,异形阴极碳块结构相对于传统阴极碳块结构能够在影响压降较小的前提下降低水平电流密度。模拟结果表明,在异形阴极碳块表面凸起中增加隔断并改变凸起角度,对降低铝液中水平电流效果明显,能够降低铝液中最大水平电流密度27.8%,平均水平电流密度34.3%,有效提升了铝电解槽电流效率。

异形孔电解加工流场仿真分析

针对航空发动机零部件中的花瓣状异形孔电解加工难题,文中建立了异形孔工件三维模型并抽取流道模型,对其进行流场仿真和优化。结合电场仿真计算,通过电流密度分布预测工件阳极型面的溶解差异,完成了阴极成型边界的修正。通过流场和电场分析,优化了通液孔的数量、大小和布局,以及阴极外形曲线,完成阴极结构设计。仿真结果表明:设置加工参数电解液入口压力为0.6 MPa,出口压力为0.1 MPa时,工件表面的电解液流速、压力以及加工区域工件边界的电流密度均具有良好的均匀性。

基于刀片式激励线圈旋转的脉冲涡流探头

脉冲涡流检测裂纹时,微裂纹在感应涡流中产生的扰动微弱,检测信号的信噪比低;另一方面,单向扫查下的常规脉冲涡流探头难以获得多向裂纹检测的最大灵敏度和判断裂纹方向。提出一种采用机电旋转脉冲涡流激励线圈的检测方法,实现了多方向微裂纹的高灵敏度检测。刀片式激励线圈具有明显的聚磁性与方向性,机电旋转激励线圈后可以获得不同转角下的接收信号,将该接收信号与基准信号进行差分,提取出微小的峰值变化量,得到角度与峰值变化量之间的图谱。试验验证与测试结果表明:基于刀片式激励线圈在空心接收线圈内旋转的脉冲涡流探头不仅具有亚毫米级裂纹深度区分的检测能力,且能有效分辨裂纹方向,误差为±5°。

输电线路单导线覆冰形状对直流大电流融冰时间的影响

直流大电流融冰是输电线路冰灾防御的有效手段。根据实际运行条件下输电线路单导线覆冰形状在导线各处不一的情况,计算分析单导线圆形覆冰和翼形覆冰的直流大电流融冰时间。计算结果表明,翼形冰融冰时间仅为圆形冰融冰时间的10%左右。在重庆大学雪峰山能源装备安全国家野外观测研究站对LGJ—300/50和LGJ—400/35两种型号单导线进行直流大电流融冰实验。实验结果表明:LGJ—300/50导线翼形冰融冰时间为圆形冰融冰时间的10.6%,LGJ—400/35导线翼形冰融冰时间为圆形冰融冰时间的8.3%。基于此,该文提出抑制导线形成圆形冰促使其生长为翼形冰可降低直流大电流融冰时间,减少融冰能量消耗。

特高压直流GIL运行可靠性设计与研究

特高压直流GIL运行可靠性取决于内绝缘设计的可靠性。此外,导电元件直流电流密度的取值、弹簧触头的定位设计、GIL各元件中的绝缘件与金具连接处的楔形气隙的处理以及母线中支撑件的结构设计细节,都会对产品运行可靠性产生重大影响,不能忽视。对于运行环境十分严酷的UHV DC GIL为保证内绝缘工作可靠性和减少气体维护工作量,文中还提出了高气密性结构设计。为适应-50℃低温运行要求,产品选用了液化温度很低的N_(2)/SF_(6)混合气体,对两种气体的配比,压力特性和绝缘特性进行了讨论与计算。还有产品的局放、气体密度及微水含量的监视系统的可靠性设计,都会对产品运行可靠性产生直接影响。文中对上述问题的研究成果作了介绍,可供高压直流产品设计使用。对其中未解的新技术如基于冷镜露点测试原理、微机电技术制作的智能气体湿度和密度监测装置、高压直流复合绝缘套管伞面局放起始场强提出了研究方案。文中提出的诸多GIL运行可靠性设计要点,对于其他超/特高压直流气体绝缘电器可参考选用。

基于ANSYS的双回路“品”字形排列电缆温度场仿真分析

文章利用ANSYS软件对隧道双回路“品”字形排列电缆的竖直敷设方式和水平敷设方式进行温度场仿真分析。分析结果表明,水平敷设方式的双回路“品”字形排列电缆之间耦合作用更小,散热效果更好,有利于提升电缆载流量。

龙源新解

现在一般认为,龙是人类想象的产物,龙的原型是鱼类、爬行动物结合某些天象而形成的。但该文认为龙的源头在于水,水是动物所必需的,龙与水不能分离。龙乃水之物,是泉瀑之类条形水的升华与神化。龙能幽能显、能短能长的外形活动,与水流的明暗延曲有关,龙字的发音来源悬瀑涌泉的“隆隆”之声。水部中,与龙同一声母且同韵近韵的字大多有水的撞击、奔流之义。以“龙”作为声旁的一些字词,都有收束、聚集、条形性集中的内涵。经笔者长期探索,认为龙最基本、最原始的形象是水,是泉瀑一类特殊的水。水是生命之源,是生存的必需,最贴近人的生活,把泉瀑之类的条形水,想象为龙并不奇怪。

表贴式轴向磁通电机梯形削极分段结构研究

采用多极少槽结构和分数槽集中绕组可有效提高轴向磁通永磁(AFPM)电机的转矩密度,但磁动势谐波含量较大、频率较高,会引起永磁体涡流损耗增大和温度升高。通过优化表贴式轴向磁通永磁电机的永磁体结构可有效降低永磁体涡流损耗并抑制转矩波动,因此提出梯形削极分段结构。首先,基于精确子域法分别建立不同永磁体结构的解析模型。其次,通过解析模型和三维有限元模型对不同永磁体结构的气隙磁密、输出转矩和涡流损耗进行分析对比。然后,通过研究永磁体分段对永磁体涡流损耗的影响,确定梯形削极分段结构的参数。最后,制造一台样机并进行实验,实验结果证明,梯形削极分段结构可有效降低永磁体涡流损耗并且改善轴向磁通永磁电机输出性能。

基于采样序列整形的配电网线路保护防励磁涌流误动策略

针对配网线路中配变空载合闸导致励磁涌流从而引起上游线路保护误动的问题,提出了一种基于采样序列整形的配电网线路保护防励磁涌流误动策略。当线路电流同时满足快速启动和二次谐波含量低判据时,进入电流序列整形程序。首先,根据二次谐波有效值的稳定区段将电流信号分割为正弦区段和畸变区段,并利用稳定区段的长度设置结束判据。然后,通过确定自适应窗长和标准正弦曲线对正弦区段进行相似度计算,得到原始正弦区段的幅值和相位参数,从而对畸变区段完成整形。最后,将修复后不带励磁涌流的电流信号送至线路保护进行判断。所提策略能够有效应对混叠在负荷电流和故障电流中的励磁涌流,并通过仿真分析验证了所提策略的有效性和可靠性。

Wire-Shaped 3D-Hybrid Supercapacitors as Substitutes for Batteries

We report a wire-shaped three-dimensional(3D)-hybrid supercapacitor with high volumetric capacitance and high energy density due to an interconnected 3D-configuration of the electrode allowing for large number of electrochemical active sites,easy access of electrolyte ions,and facile charge transport for flexible wearable applications.The interconnected and compact electrode delivers a high volumetric capacitance(gravimetric capacitance)of 73 F cm−3(2446 F g−1),excellent rate capability,and cycle stability.The 3D-nickel cobalt-layered double hydroxide onto 3D-nickel wire(NiCo LDH/3D-Ni)//the 3D-manganese oxide onto 3D-nickel wire(Mn3O4/3D-Ni)hybrid supercapacitor exhibits energy density of 153.3 Wh kg−1 and power density of 8810 W kg−1.The red lightemitting diode powered by the as-prepared hybrid supercapacitor can operate for 80 min after being charged for tens of seconds and exhibit excellent electrochemical stability under various deformation conditions.The results verify that such wire-shaped 3D-hybrid supercapacitors are promising alternatives for batteries with long charge–discharge times,for smart wearable and implantable devices.

基于暂态电流相关系数的环状直流配电网保护方法

基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的环状直流配电网因其供电可靠性优势而备受瞩目,MMC环状直流配电网的稳定运行与快速而又可靠的线路保护方法息息相关。为了保证环状直流配电网系统的安全运行,提出了基于故障暂态电流的Pearson相关系数保护方法。首先,提取环状直流配电网中线路首末两端电流的线模分量,利用其线模电流的差异完成区内、外故障的识别;根据单极接地和双极短路故障时的特征,利用线路正负极暂态电流相关系数数值差异进行单双极故障判定,并完成故障选极;最后,在PSCAD/EMTDC(power systems computer aided design/electromagnetic transients including DC)中搭建环状直流配电网模型进行验证,结果表明:所提方法在2 ms内可以快速可靠动作,可以保护线路全长,耐过渡电阻能力强,在40 dB噪声情况下,依旧可以识别故障,有一定的抗干扰能力,并且不严格要求同步通信。

深沟球轴承电蚀失效分析

针对某深沟球轴承内外圈滚道面形成搓衣板纹,使轴承出现噪音和振动的问题,采用化学成分分析、金相组织检验及洛氏硬度检验等技术,对失效原因进行了分析。结果表明:内外圈滚道表面轴向平行状凹槽和钢球磨损痕迹均为轴电流持续通过造成的电蚀。可对该轴承进行绝缘设计,能有效阻断电流,解决其电蚀失效问题。

矿用带式输送机的速度-电流环二级级联调速装置

直流调速系统常用于煤矿带式运输装置,最常见的是脉宽调制(PWM)直流调速系统。但煤层变化,可能使运输装置工作时运输煤量发生变化。为避免运输装置高频变换、降低运输电机开关次数,同时达到精度高、响应速度快等调速需求,给出一种结合PWM技术和转速-电流二级级联控制技术的数字控制装置的设计方案。以Z4-312-1三相无刷直流电动机为例,通过参数计算得出主要器件选型。利用Simulink搭建二级级联控制系统电路模型,分别对电机空载和带载两种工况进行仿真。结果表明,电流和转速超调量低,系统具有较好跟随性能,运行稳定。