喷嘴位置对轴承腔内油气润滑两相流的影响

基于气液两相流理论,采用多重坐标系法构建角接触球轴承数值计算模型,分析不同喷嘴位置和转速下轴承腔内油相体积分数、保持架表面及轴承内外圈的油气分布特性。结果表明:在轴承低转速下,正面供油时轴承腔内油相体积分数及其周向分布的波动大于背面供油;正面供油时保持架下表面会产生润滑油的积聚,造成润滑油无法及时通过出口排出,而背面供油时润滑油在保持架表面的油相分布更均匀;正面供油时内圈左面油相体积分数较高,外圈油相分布变化较大,而背面供油时内圈右面、中间面及外圈中间面油相体积分数较高。不同转速下喷嘴位置对腔内油相分布的影响也不同,低转速下正面供油时腔内油相体积分数更高,高转速下喷嘴位置对轴承腔内油相分布的影响较小,润滑油在轴承腔内分布较为均匀,保持架下侧未见明显的润滑油积聚。

晶闸管和IGBT混合的三相电机两相变频控制策略

现有三相交直交变频电路中大多使用IGBT作为电力电子器件,为了进一步降低低压大容量变频器设备成本,减少IGBT的使用,提出了一种晶闸管和IGBT混合的三相电机两相变频电路结构及四开关八电压矢量直接转矩控制策略.首先分析了利用IGBT辅助晶闸管关断的三相电机两相变频电路结构,并分析了不同开关状态下的瞬时电路工作原理,给出三相四开关拓扑下的八电压矢量生成方法;其次提出四开关八矢量异步电机直接转矩控制策略,并给出扇区划分、电压矢量选择和电压矢量伏秒生成原理;最后通过仿真实验验证所提策略的正确性和可行性.仿真结果验证了上述电路结构和控制方法的有效性.

两相式混合步进电机速度和位移控制案例设计

步进电机在电脉冲信号的控制下能实现一定的角位移或线位移,掌握步进电机的控制技术非常重要。以两相混合式步进电机为控制对象,以单片机AT89C52和可编程计数器/定时器8253为主对电机进行速度和位移控制设计,对某一具体案例采用Proteus软件进行设计与仿真,包括控制电路和程序的设计。仿真和实验结果表明:该系统结构简单、容易实现、成本低,可用于其他步进电机的控制,并为教学或工程应用提供了参考。

喷管两相湍流数值模拟及湍流模型性能评估

研究固体火箭发动机喷管中颗粒质量流率对两相流的影响规律以及不同RANS模型对该问题的预测性能,可为喷管设计等工程应用提供重要参考。在欧拉-拉格朗日(Euler-Lagrange)框架下,通过3D大涡模拟(3D LES)研究了颗粒质量流率对喷管两相流场的影响规律,以3D LES结果作为参考依据,分析了不同RANS模型针对喷管两相流在2D轴对称和3D模拟中的性能。结果表明:由于扩张段内颗粒集中在中轴线附近区域,颗粒质量流率越大,该区域马赫数越低,温度越高;壁面附近存在无颗粒区,故边界层内流动几乎不受颗粒影响。另外,采用不同湍流模型计算得到的颗粒分布与LES基本相同。在2D轴对称RANS模拟中,发现RNG k-ε模型所预测的气相质量流率和喷管比冲与LES结果吻合最好;在高颗粒质量分数下(约30%),不同湍流模型预测的相对比冲损失差别可超过3%。在3D RANS模拟中,发现Realizable k-ε模型表现出最佳的综合性能,所预测的物理量沿中轴线分布的准确性均优于其他模型。当颗粒质量分数约为31.2%时,Realizable k-ε模型所预测的比冲为与LES结果相比误差仅1.56%。

基于标幺化两相吸引律的永磁同步电机有限时间速度控制

针对带有负载力矩以及其他干扰的永磁同步电机(PMSM)调速系统,提出一种基于标幺化两相吸引律的PMSM有限时间速度控制方法。首先将被控转速误差标幺化以构造具有理想误差动态特性的两相吸引律;其次基于该两相吸引律设计速度控制器,同时设计有限时间扩张状态观测器估计系统中存在的未建模动态与外部干扰,实现了转速跟踪误差有限时间收敛;然后构造Lyapunov函数分析所提控制方法的稳定性;最后实验验证了所提方法的可行性。实验结果表明,所提方法能够实现快速、无超调的速度跟踪,具有良好的动、静态性能与抗干扰能力。

固体火箭发动机气-固两相近壁湍流特性大涡模拟研究

固体火箭发动机内流场是典型的两相湍流流动,其流动特性对推进剂的燃烧影响极大。工程实践中大多采取雷诺平均(RANS)方法计算两相流问题,精度不高且无法解析流场中的湍流结构。采用大涡模拟(LES)与离散颗粒模型(DPM)分别对纯气相和气-固两相条件下的发动机内流场流动过程进行了数值模拟;通过对时均流场与瞬态流场的分析以及对近壁面(即注入表面)的物理参数开展时空平均,重点研究了近壁湍流特性;采用时空相关性分析与降阶变分模态分解(RVMD),重点探究了近壁面的旋涡脱落。结果表明,颗粒集中在内流场的中部,由于惯性的差异,越大的颗粒越接近中心;由于颗粒相与气相之间存在速度滞后和热量交换,颗粒相的注入会使内流场的轴向速度和温度降低、压强升高;发动机内流场会出现明显的壁面涡脱落,而颗粒相的引入会增加内流场的不规则扰动,从而使得旋涡脱落、破碎的位置提前,并减小涡结构的尺寸,使观察到的旋涡更加破碎;颗粒相的引入还能够减缓近壁面附近的温度梯度,抑制不稳定燃烧现象;同时,颗粒相的存在会使近壁面的径向速度降低、压力升高,降低和升高的幅度约为1.8%。对近壁面的压力振荡分析表明,颗粒相的存在能够抑制高频压力振荡的产生,使得纯气相条件下1853 Hz的振荡模态消失,只保留1425 Hz的模态。纯气相和气-固两相流场的脱涡位置分别为x/m=0.54、x/m=0.44,说明气-固两相流场旋涡脱落的位置更靠前。

长尾管固体火箭发动机内部流动特性仿真分析

为分析长尾管固体火箭发动机的内部流动特性,编制微分内弹道程序进行发动机内弹道解算;同时采用自定义函数建立质量进口条件、动网格技术模拟燃面推移、欧拉-拉格朗日模型结合粒子随机游走模型,对无长尾与有长尾结构固体火箭发动机三维两相瞬态内流场展开对比研究,对比了发动机的性能,分析了长尾结构对气相流动特性与不同直径颗粒的运动分布的影响。分析结果表明:内弹道与流场仿真的发动机平衡压力基本一致。有长尾结构带来了沿程阻力损失,内部平衡压强要高于无长尾结构发动机压力,导致了装药燃烧加快,输出推力反而减小;燃气流经长尾区域流速增加明显,但粒子作用会导致轴线附近流速与温度的震荡,温度整体变化小,故此区域热防护应该重点考虑;由于惯性,粒子在长尾区域先汇集后发散,随粒径增加,粒子汇集区越靠前,散布程度越大,气流对粒子运动作用越小。

开绕组BLDCM直接转矩控制电压矢量特性研究

基于直接转矩控制(DTC)的开绕组无刷直流电机(BLDCM)具有运行效率高、电压矢量多样、控制结构简单等优点,适用于工业领域。根据共直流母线开绕组BLDCM控制拓扑搭建了相应的数学模型,对该拓扑下电压矢量的特性进行理论分析及分类,并将电压幅值不为零的电压矢量分为大、中、小三类。分析结果表明:在相同的运行条件下,大矢量作用下转矩变化率最大,小矢量作用下转矩变化率最小,中矢量居于两者之间。仿真结果验证了理论分析的正确性和控制方法的可行性。

永磁同步电机位置-速度一体化有限时间控制

为了提高永磁同步电机伺服系统位置控制的动态响应能力和抗负载扰动能力,提出一种基于有限时间扩张状态观测器的两相幂次吸引控制方法。针对传统三环PID控制中超调与快速收敛之间的矛盾问题,提出一种位置误差标幺化的两相幂次吸引律,基于该吸引律设计位置-速度一体化控制器,实现位置快速无超调跟踪性能。基于齐次性理论与李雅普诺夫稳定性理论,设计一种有限时间扩张状态观测器。仿真和实验结果表明,与传统PID控制以及线性扩张状态观测器对比,该方法具有快速收敛、无超调的位置跟踪特性以及较强的抗外部扰动能力。

水力旋流器内固相颗粒运动行为分析

为探究固相颗粒在水力旋流器中的运动行为,使用CFD-DEM(流体动力学耦合离散元素)计算方法,针对不同进液量及粒径对颗粒运动轨迹的影响规律进行系统分析。结果表明:颗粒在旋流器中的运动可以根据颗粒运动轨迹特征分为抛物线运动、加速运动以及循环运动3个阶段,颗粒不同运动阶段的起始位置以及颗粒在旋流器中的碰撞次数主要由进液量决定,当入口流速由0.626 m/s增加到1.879 m/s时,循环运动阶段起始位置由轴向坐标位置Z=-54.11 mm处上移到Z=6.67 mm处,碰撞次数由4次增加至83次,这使得颗粒在旋流器中停留时间更长分离难度增大;当颗粒发生碰撞时,颗粒接触反力与颗粒粒径相关,且随着颗粒粒径的增大,接触反力逐渐升高。颗粒粒径由1 mm增加到3 mm,接触反力均值由4.5×10^(-4) N增加到0.025 N。

两相混合步进电机的准滑动模态控制研究

针对在两相混合式步进电机位置控制系统中采取滑模算法控制时系统抖振较大的问题,基于边界层概念对滑模控制算法进行了改进,优化了准滑动模态控制算法。并且在相关软件中搭建两相混合式步进电机控制仿真模型,并进行了仿真验证。结果表明,采用准滑动模态滑模控制比采用一般滑模控制情况下系统的抖振幅度减小50%,系统的动态性能得到了很大提升。

五相PMSM相邻两相开路故障容错控制策略

相永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor, PMSM)发生相邻两相开路故障会导致驱动系统不稳定运行,针对这种故障状况,提出一种基于空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation, SVPWM)技术的容错控制策略。首先构建永磁同步电机数学模型;进而为使机电能量实现平稳转换,重新构建降阶变换矩阵,得到故障后剩余相容错电流表达式;然后利用SVPWM技术,计算故障下空间电压矢量,建立6个扇区,进行目标矢量合成,进而计算相应基本合成电压矢量的作用时间,并给出对应扇区的空间电压矢量选择顺序;最后进行Matlab/Simulink仿真验证,仿真结果与理论计算一致,有效验证了所提SVPWM容错控制策略的正确性。利用该容错控制策略,五相永磁同步电机在故障状态下的运行性能得到明显改善,电机实现稳定运行。所提控制策略与传统电流滞环跟踪脉宽调制(pulse width modulation, PWM)控制方式对比分析,证明所提策略存在优越性。

固体火箭发动机斜切喷管两相流场特性数值模拟研究

针对固体火箭发动机斜切喷管两相流问题,运用Realizable k-ε湍流模型和颗粒轨道模型,采用单元内颗粒源法进行三维两相耦合计算,对斜切喷管内两相流场特性及气相与颗粒相的相互作用规律进行研究,并分析颗粒在Rosin-Rammler分布下直径大小对斜切喷管两相流场特性及推力的影响。分析结果表明:颗粒相的存在导致喷管轴线附近存在一个燃气温度较高、流动速度较低的区域,且斜切部分壁面附近存在无颗粒区。随着粒径增大,颗粒运动越集中于轴线附近且轨迹比较平直,无颗粒区域越大,同时发动机喷管轴线处气相速度先增大后减小,燃气温度先减小后增大;且颗粒直径越大,此温度和速度变化越小。两相流状态下计算的斜切喷管推力大于纯气相推力,且随着颗粒直径的增加,推力减小。

三相异步电动机制动器用整流器接线及控制应用解析

论述了三相异步电动机制动器用整流器的接线,对单、双速三相异步电动机直流圆盘式电磁制动器用整流器的交流电源提供方式和接线方法,明确电动机制动器用整流器直流电源的提供和制动控制。同时说明了制动器用整流器使用中应注意的问题。

基于内模控制参数整定原理的两相混合型步进电机矢量控制技术

为减小细分控制中低速振荡引起的定位误差,在建立两相混合型步进电机数学模型的基础上,结合转子场定位原理,研究了步进电机的矢量控制技术,给出了基于内模控制原理的控制参数整定方法。针对基于4个非零矢量设计的SVPWM技术电源利用率低的问题,利用空间变换原理,给出了基于8个非零矢量的SVPWM实现技术,大电压矢量圆半径为Udc,有效提高了直流电压的利用率。最后,通过构建位置闭环的矢量控制系统仿真模型验证控制效果。

固体火箭发动机绝热层粒子侵蚀特性数值模拟研究

针对固体火箭发动机高浓度颗粒流冲刷下的粒子侵蚀绝热层问题,运用Standard k-ε湍流模型和颗粒轨道模型对某型地面模拟过载试验发动机进行三维两相流数值模拟,分析两相流场特性,基于Oka粒子侵蚀模型计算某型EPDM绝热层的粒子侵蚀率,并与7次地面模拟过载试验发动机粒子侵蚀试验结果进行对比。数值结果表明,该粒子侵蚀模型可靠且精度有保证,能够正确预示绝热层粒子侵蚀特性;计算与试验所得的侵蚀率分布范围基本相同,计算所得最大侵蚀率偏大,最小相对误差4.69%,平均相对误差约13.89%;但侵蚀分布特征与试验结果不完全一致,分析认为粒径分布数据与真实值的偏差是侵蚀分布特征存在差异的主要原因。研究结果可用于工程中EPDM绝热层高浓度颗粒冲刷下的粒子侵蚀分析,能够为固体火箭发动机绝热层设计及热防护可靠性研究提供参考。

海洋油田测井装置电机驱动供电方式的研究

针对海洋油田测井装置,对其驱动液压泵电机的供电方式进行了研究,比较分析了七种供电方式的优缺点,提出了一种最有应用前途的马达电机供电方式。这种供电方式克服了传统的"调压器加变压器"的海洋油田测井电源方案的诸多缺点,具有体积小、质量轻、电压调节方便、起动电流小、动态响应快、智能化程度高等优点。这种供电方式由多个IGBT功率变换单元组成,经过了多个电压变换环节,实现了从单相AC110V低压至双相AC600～AC1200V中压的变换。该电源装置设计方案新颖、技术先进、性能指标优越,可以在海洋油田测井行业内推广应用。

Alopex算法在两相永磁同步电动机优化设计中的应用

Alopex算法是一种有效的随机优化算法 ,能尽快向最优解方向搜索 .能克服传统启发式易陷入局部最优点的缺点 ,又能克服传统模拟退火法从随机搜索到梯度搜索收敛极为缓慢的不足 .永磁同步电动机的优化问题是多变量、多目标、多极值的隐函数的极值问题 ,将Alopex算法应用于两相永磁同步电动机的设计 ,使电机综合指标得到提高 ,优化结果证明 ,此方法是有效的 。

一种新型两相感应电动机变频调速SPWM控制技术

针对两相感应电动机变频调速三桥臂逆变器,提出了一种新型SPWM控制技术。该控制技术具有较高的直流电压利用率,并可方便地应用于所有具有两组绕组的电动机。原理简单、控制方便,其自身倍频效果能有效地抑制输出谐波含量,具有较强的实用性。最后通过实验证实了此项技术理论分析的正确性和可行性。

两相电机的线电压控制方式变频调速研究

对两相电机进行了线电压控制方式的变频调速研究。通过分析电压矢量关系 ,推导出满足两相绕组电压矢量垂直 ,三相逆变器输出的相电压关系。实验结果验证此方法是可行的。