电动汽车用新型模块化聚磁转子永磁电机设计及其对比分析

将轮辐型内置式转子和Halbach永磁阵列结合,并取消转子铁心加强筋,减小漏磁达到高聚磁同时兼顾凸极比,实现高转矩/功率密度和宽调速范围。在保证永磁体用量相同的情况下,建立新型高凸极比聚磁转子和V型转子两种电机模型,针对两者的分段转子拓扑,开展电磁性能对比分析,包括气隙磁密、凸极比、功率以及弱磁扩速能力等。同时,考虑到无转子铁心加强筋会导致转子分段存在结构强度问题,仿真验证新型高凸极比聚磁转子结构在最高转速6000 r/min时给予碳纤维护套保护下转子结构强度的可靠性;分析温度限制下新型高凸极比转子电机的功率输出。另外,对比两种不同电机结构的振动噪声情况。最后,研制一台16极/72槽新型高凸极比转子永磁电机样机,实验验证有限元分析结果的准确性。进一步说明了新型高凸极比转子永磁电机在转矩/功率密度和宽调速运行等方面的性能优势。

多级柱面炸药内爆磁通量压缩技术研究

柱面内爆磁通量压缩发生器是利用炸药内爆压缩其内部磁通量至轴线附近小体积内从而实现超高磁场,传统的单级装置因受到金属套筒内爆失稳等影响性能指标受限。开展了多级内爆磁压缩技术研究,突破多项关键技术,包括研制特殊结构的密绕螺线管、脉冲功率源及大电流放电开关等,具备在直径135 mm套筒空间内实现20 T以上初始磁场产生能力,并建立了动态磁光测量系统。利用磁流体力学编码SSS-MHD开展多级装置设计,计算显示,设计的多级装置能够将约42%的初始磁通量压缩至轴线附近直径7 mm的空间内。最终研制成功多级内爆磁压缩装置CJ-150,在亚立方厘米以上空间实现轴向峰值磁场强度906 T,数据不确定度5.35%。10余发动态考核实验显示,CJ-150装置工作稳定,能够满足物理实验需要。利用经实验验证的磁流体模型计算显示,CJ-150具备1000 T以上超强磁场产生能力,能够对大尺寸样品实现500 GPa以上的准等熵加载。

GH4169惯性摩擦焊界面摩擦及瞬态热过程数值模拟研究

针对GH4169高温合金惯性摩擦焊过程,基于有限元方法研究了界面摩擦机制的转变、摩擦产热和温度场等热过程参量的分布特征及瞬态演化规律。利用试验数据对有限元模型的准确性进行了对比验证。结果表明,焊接初始整个界面均为库仑摩擦区,从0.54 s开始库仑摩擦区逐渐缩小并在9.60 s完全消失,剪切摩擦区从0.31R0(R0为工件半径)处开始形成并逐渐扩展至整个界面。根据模拟结果,提出了描述库仑摩擦区演化过程的解析公式。分析了摩擦机制转变引起的界面热流密度、摩擦应力和温度的耦合关系及变化规律。研究表明,界面上库仑摩擦机制向剪切摩擦机制的转变有利于焊接界面附近温度场的均匀化。

千特斯拉级内爆磁压缩装置初始磁场电源系统研制

初始磁场电源系统用于激励千特斯拉级内爆磁压缩装置的初级线圈产生初始磁场,是内爆磁压缩装置的关键设备。在分析千特斯拉级内爆磁压缩装置初始磁场电源需求和技术难点的基础上,系统设计了核心部件选择方案和主脉冲电路及控制系统结构,研制成功一套输出电压1~40 kV可调、主放电电流脉冲上升沿约60μs、总峰值电流达3.2 MA的初始磁场电源系统,已应用于千特斯拉级内爆磁压缩装置动态试验。

不均匀喷氨的NO_(x)通量获取方法和喷氨格栅阻力特性

不均匀喷氨的方法是根据喷氨格栅建立不同分区的NO_(x)通量,设计分区不同的喷氨量,而NO_(x)通量由两个参数即烟气流速和NO_(x)浓度决定,试验和数值模拟方法是获得这两个参数的重要手段。通过对比发现,数值模拟的边界条件在实际中难以确定,无法较好地模拟流速场,而试验是更优的一种方法。试验结果显示,不同负荷和煤种下,喷氨格栅截面的流速分布基本不变,某些区域始终高,某些区域始终低。同时得到NO_(x)浓度的不均匀系数相对于流速不均匀系数很小,且考虑喷氨截面到催化剂还有一段扩散距离,可以仅考虑主要影响因素即烟气流速对不均匀喷氨的喷氨量进行设计,该方法简单有效,在工程实际中应用效果较好。同时对喷氨支管的阻力特性进行了试验研究,利用多孔介质代替该区域可以极大简化数值模拟区域。

六相横向磁场磁通切换直线磁悬浮电机温度场有限元分析

以用于轨道交通的六相横向磁场磁通切换直线磁悬浮电机(SPTMFFSLMSM)为研究对象。该电机电枢绕组、励磁绕组以及永磁体都在动子铁心上,可同时实现牵引、悬浮与导向。由于SPTMFFSLMSM结构特殊,因此电机散热比较困难,极易引起电机的温升,从而影响电机的运行特性。为解决动子铁心温升严重的问题,设计了一套冷却系统,确保电机正常运行。首先,根据电机的结构建立了三维稳态温度场数学模型,并推导出边界条件;然后,确定电机内部各种材料的热参数,对电机的热源和损耗进行分析,计算得到对应的生热率;最后,采用三维有限元法分析电机在自然散热和强迫水冷下的温度场,并对比两种散热方式下的温度分布。结果表明采用水冷装置降低了动子铁心的温度,验证了所设计冷却系统的有效性和可行性。

某抽水蓄能电站地下厂房渗流特性及渗控效果研究

地下厂房洞室群是抽水蓄能电站发电的主要部位,厂区渗流场的分布对其结构稳定性至关重要.某抽水蓄能电站深埋于地下,其上下水库水位差超过600 m,在高水库水位和山体高地下水位的作用下,地下厂房周围将产生很高的渗透压力.为研究该地下厂房设计渗控措施下的渗控效果,建立了符合工程区实际地形、地质和输水发电系统的三维有限元模型,基于地质勘测钻孔水位数据,首先对计算模型进行了参数率定及边界验证,然后探讨了地下厂房正常运行和排水系统失效时厂区的渗流特性.计算结果表明:建立的三维模型可用于工程区渗流场分析;厂区设计渗控措施的渗控效果良好,多层排水廊道与排水孔幕结合对于降低渗流自由面效果显著,可以有效缓解厂区渗透压力;排水系统逐渐失效会引起厂区渗流量的增加和不同程度地抬高地下水入渗高程,失效面积过大时,厂房有较大发生渗透破坏的风险.

基于FluxNet的热传导方程反问题的求解器

热传导偏微分方程的求解是工业应用中一种重要的计算,为了解决传统的热传导方程正演运算耗时过长的问题,提出一个基于新型的网络结构FluxNet的求解器。通过热传导方程的正演运算获得关于温度场分布图以及对应的热流密度图的数据集,基于深度学习训练该数据集,建立一个具有卷积层和反卷积层的热流密度网络结构FluxNet模型。使用该求解器预测数据以及实际数据的热流密度图进行测试和验证,实验结果得出该求解器预测的热流密度结构相似度均达到90%以上,达到了工业应用需求。

二次反射塔式电站运行测试与模拟研究

光热发电中的二次反射塔式技术具有高聚光比、低泵耗和安装维护要求低等优点,依托玉门鑫能第一电力有限公司50 MW二次反射塔式电站建立了定日镜场、二次反射模、吸热器、熔盐储罐和发电循环等关键部件模型,并完成了模型验证。运行测试结果表明:当直射辐射为739.70 W/m^(2)时,熔盐出口温度可以在559℃下维持50 min;12:00定日镜场的余弦效率、阴影与遮挡效率、二次反射阴影效率和大气透射率分别为0.856 8、0.999 7、0.994 1、0.974 6,二次反射镜照度和吸热器照度分别为11.3 kW/m^(2)和400.5 kW/m^(2),同时电站在50 MW的额定发电功率下维持16 h。该研究内容对二次反射塔式电站运行和理论研究具有一定参考意义。

基于Workbench的高压圆盘气体轴承共轭传热研究

高压圆盘气体轴承流道间隙内高速气流的对流换热与轴承圆盘内部热传导紧密耦合在一起,是一个典型的共轭传热问题。基于ANSYS Workbench工作平台的Fluid Flow(Fluent)模块对高压圆盘气体轴承进行共轭传热数值模拟,获得轴承流道间隙内的速度和压力分布、流体域与固体域的温度分布以及共轭传热时流固耦合壁面的热流密度分布,并将其与非共轭传热恒温壁面条件下的计算结果进行对比,得到高压圆盘气体轴承共轭传热的一些基本特性。结果表明:2种情况下的计算结果存在较大差异,非共轭传热恒温壁面条件下,间隙内的气体只吸热,流体域耦合壁面上的热流密度均为正值;而共轭传热条件下流体域耦合壁面热流密度存在正负值,间隙内气体的吸热和放热同时存在,显示出轴承圆盘的热传导与间隙内气体的对流换热具有复杂的共轭作用机制;相比之下,采用共轭传热模型可以得到更为符合实际的结果。研究结果为该类轴承的设计和制造提供了有益的指导。

南极宇航员海夏季水文结构变化特征研究

本文基于中国南极考察(CHINARE37-38)在宇航员海获取的海洋综合站位观测数据,结合海冰密集度、WOA23和ERA5再分析资料等,分析了该海域主要水文结构及其变化特征。结果表明:宇航员海夏季水团包括南极表层水(分为夏季表层水与冬季残留水)、绕极深层水、变性绕极深层水和南极底层水。夏季表层水均分布在表层50 m深度以浅,呈现出南冷北暖的趋势。66°S以南的冬季残留水最厚,最深可达200 m左右。绕极深层水向南侵入的趋势明显,CHINARE-38绕极深层水向上涌升的高度较CHINARE-37高出10~20 m。夏季表层水的高温高盐核心位于中心海域无冰区,因为无冰海域的表层海水长时间接收太阳短波辐射而温度较高。近岸海域因冰融水导致局部夏季表层水降温淡化。宇航员海中心海域海面风场维持低气压气旋式环流,次表层水体通过Ekman抽吸上升冷却表层暖水,导致表层与次表层水体混合加强,绕极深层水向南侵入并向上涌升。

直流电场下保护渣对氧化锆—碳耐火材料的侵蚀

采用旋转搅拌法,在外加直流电场作用下进行了结晶器保护渣与水口渣线氧化锆—碳耐火材料的侵蚀试验,并研究直流电压(0、5、10 V)对保护渣与水口渣线材料界面行为的影响。结果表明,随着外加电压的增大,保护渣在水口耐火材料表面的附着量逐渐增加,保护渣的附着厚度在0、5、10 V时分别为2、3、7 mm。微观结构表明保护渣与水口材料界面存在的电场可以显著改变固—液两相间的润湿性,从而为熔渣向水口扩散、传质和渗透行为提供良好的动力学条件,且大电压下(10 V)的电场作用会加剧保护渣对材料的侵蚀。

聚磁式转子轴向磁齿轮复合电机的有限元分析

在系统介绍轴向磁齿轮复合电机基本工作原理的基础上,提出了一种具有聚磁式转子的轴向磁齿轮复合电机。采用有限元分析方法对复合电机的电磁性能进行了三维数值仿真分析,验证了电机结构的合理性,并详细分析了聚磁式转子结构参数对电机输出转矩与轴向磁拉力的影响,得出转子参数对转子两侧圆周和轴向磁拉力的影响相似,为后续的试验研究提供了理论参考。

风机塔筒焊缝缺陷漏磁与磁扰动检测性能对比

风机塔筒焊缝缺陷种类多样,不仅对塔筒的结构完整性构成重大威胁,对焊接区的无损检测也提出了相当大的挑战。采用漏磁与磁扰动检测方法对风机塔筒焊缝区域进行检测并对比其检测性能,为利用两种方法综合检测塔筒焊缝缺陷提供依据。首先,研制了适于焊缝缺陷检测的漏磁与磁扰动阵列传感器,制备了4种类型的缺陷试样并构建了检测试验平台;其次,试验获得了不同缺陷的漏磁与磁扰动多通道阵列扫查结果,并采用插值成像的方法对缺陷进行了二维成像;最后,利用检测结果对漏磁与磁扰动检测的性能进行了对比分析。结果表明,漏磁检测在小宽度裂纹检测和圆孔深度表征方面优于磁扰动检测,磁扰动则对小角度裂纹和小尺寸圆孔缺陷的检出性能更好。

周向散热的非晶合金轴向磁通电机温度场研究

合适的冷却结构能够保证电机安全运行的同时,也能够简化电机设计。为有效控制无轭定子结构的轴向磁通电机的整体温升,提升其散热能力,基于非晶合金电机低损耗的特点,提出了一种在机壳上集成周向式散热叶片的外转子散热结构。通过流固耦合的方法,对该结构下的电机进行了温度场的分析,验证了该方案的可行性。对一台额定功率为20 kW的轴向磁通电机进行温升实验,实验结果证明了该散热结构的有效性。

一种应用于精密隔振平台的双曲线磁通磁轴承设计

针对精密隔振系统磁轴承存在悬浮力密度小、波动大以及耦合力大问题,设计了一种双曲线磁通结构的磁轴承(MBHFM)。首先利用等效电流法和永磁体镜像法推导了带有磁轭的双曲线磁通的磁轴承的气隙磁场和悬浮力的表达式,并分析了磁轴承悬浮力波动对隔振性能的影响。其次根据双曲线磁通的磁轴承悬浮力线性分布特点,采用电流前馈补偿方法使磁轴承获取更低悬浮力波动的恒定悬浮力。最后,对双曲线磁通的磁轴承与常见的双边Halbach结构磁轴承(MBBH)进行了仿真分析与测试。仿真结果表明所设计双曲线磁通的磁轴承样机静态悬浮力平均值为153.75 N,静态耦合力系数为0.42%,电流前馈补偿后合成悬浮力波动系数为0.15%,较双边Halbach结构磁轴承静态悬浮力密度提高了20%,静态耦合力系数减小了72.2%,合成悬浮力波动系数减小了89.3%。测试结果进一步验证了所设计样机的高性能。

铁磁性腐蚀产物对管道漏磁内检测的影响分析

漏磁内检测是一种高效识别长输管道本体缺陷的检测方法,但某些腐蚀点(如杂散电流腐蚀)含有大量铁磁性腐蚀产物,会影响缺陷处漏磁场的溢出,导致检测的数据评价偏小,甚至出现漏检。从漏磁内检测的基本原理出发,阐述了缺陷处漏磁场产生的原因,结合牵拉试验和实际工程案例,说明了铁磁性腐蚀产物对腐蚀缺陷处漏磁场的溢出具有一定的阻碍作用,为今后加强该类型缺陷的识别,提高管道漏磁内检测的检测效果提供技术支撑。

无损检测工艺在石油钻杆检测中的应用研究

本文介绍了无损检测工艺在石油钻杆检测中的应用研究。通过对石油钻杆各组成部分的结构分析,确定了石油钻杆检测的整体思路,分别对管体部分采用漏磁检测和螺纹部分采用磁粉检测,以及对管体加厚端焊缝处采用超声波检测,从而完成了对石油钻杆的整体无损检测。实践证明石油钻杆无损检测技术是钻杆检测实际有效的方法,能及时地对钻杆缺陷进行检测,以确保石油钻杆整体的质量要求。

管道内检测技术在山区高含硫气田的应用研究

山区高含硫气田集输管道因输送原料气成分及输送环境复杂,导致管道内壁发生电化学腐蚀,存在泄漏风险,因此对酸气管道开展内检测非常重要。漏磁检测技术是在高含硫气田应用比较成熟的内检测技术。近几年又新起了电磁涡流内检测,具有通过性好,对小尺寸缺陷识别度高,更适应于小管径低流速管道。本文结合某高含硫气田漏磁和涡流检测技术的应用成果,对检测技术的现场适应性、优点以及局限性进行分析,并提出改进建议,为今后同类型气田在检测技术选择上提供一定的技术支撑。

盘式实心磁力耦合器气隙磁场分布及转矩分析

针对一台9对极盘式实心磁力耦合器,为研究其气隙磁场分布及转矩,引入层理论模型,将磁力耦合器划分为非导电区域和导电区域两部分,推导二维标量磁位法,求解非导电区域的标量磁位和导电区域的磁场强度,同时引入卡特系数进行校正,推导出盘式实心磁力耦合器的气隙磁密和输出转矩公式;然后,通过有限元软件模拟得到磁力耦合器的三维气隙磁场分布、涡流分布和输出转矩,并分析了不同工作参数对输出转矩的影响;最后,搭建三维气隙磁场测量试验平台和传动试验平台进行三维气隙磁场和转矩的试验,所得试验结果与理论计算结果、仿真结果基本吻合。结果表明,推导的气隙磁密和输出转矩公式具有较高的准确性,为进一步研究盘式实心磁力耦合器的传动特性提供参考。