吸入式空冷汽轮发电机气体运动流场分析及应用

为了提高空冷汽轮发电机的冷却效果,改变原压入式空冷汽轮发电机通风方式,空气由定子风道和转子风道进口进入,由吸入式风扇排出,消除了原压入式汽轮发电机由于风扇进风而带来的风道进口温度升高以及转子风道的热风进入定子风道造成定子风道进风口温度增加,改善了冷却效果.采用模型试验和数值模拟方法对吸入式空冷汽轮发电机风道气体运动流场进行了分析,结果表明:吸入式空冷汽轮发电机转子风道进口风速一般为10.0~90.0m/s,和压入式空冷汽轮发电机转子风道进口风速基本相同;距汽端近1.0m范围内,定子风道风速一般为8.0~18.0m/s,距汽端1.5~3.0m范围内,定子风道中风速仅为3.0~5.0m/s,为了使定子得到均匀冷却,将前15个风道间距增加至80.0mm,后25个风道间距减小至45.0mm,可在总风道数目基本不变的情况下改善冷却效果.     

双向间接耦合有限元法预估电力电缆载流量

建立了多导体电力电缆置于具有散热孔的托架上时3D有限元时谐磁场模型,在计及各金属涡流效应的条件下,得到所有导体单元的功率损耗密度.以此功率体密度损耗为栽荷,建立了电缆系统的"热-流体"直接耦合场模型,求解了电缆系统各导体的温升,由此完成一次完整的"磁场"与"热-流体"场间接耦舍的求解.由于电缆导体电阻率与温度密切相关,形成"磁场"与"热-流体"场间接耦合的双向耦合.反复迭代,可求解得到当热点为90℃时导体的电流,即为电缆的载流量.以无铠装单载流和有铠装三并联栽流电缆为例,采用间接耦合法计算和测量了系统的总功率、电流分布、导体热点温度.计算和测量一致性说明了双向间接耦合有限元模型建立的正确性和计算结果的准确性,为进一步分析电力电缆系统的磁、热特性奠定了基础.     

电励磁双凸极发电机的非线性建模与空载特性仿真

提出了一种新的建模方法,即在电励磁双凸极电机电磁场有限元计算的基础上,利用M atlab对电励磁双凸极无刷直流发电机进行非线性建模与仿真;并导出了电励磁双凸极电机无刷直流发电系统考虑换相过程时的非线性仿真模型。最后,用提出的非线性建模和仿真计算方法,对一台三相12/8极电励磁双凸极无刷直流发电机的空载电势波形进行了仿真,进而计算出电机的空载电势。结果表明:空载电势和空载特性的仿真与实验结果一致性较好。     

倾斜结构热电元件的多物理场耦合研究

为了提高热电元件的工作性能,在材料用量不变的前提下,提出了新型倾斜结构的热电元件。以常规的垂直型热电元件为参考,采用数值模拟的方法,通过控制热端温度、电流和冷热端温差等参量,对倾斜结构热电元件进行了多物理场耦合研究,重点讨论了倾斜角度对元件制冷性能的影响。结果表明:倾斜角度越大,热电元件冷端温度越低;在小功率条件下,制冷量和制冷系数随倾斜角度的增大而增大;最佳倾角范围是15°~30°;倾斜结构存在场强突变现象;倾斜结构更适用于微小型低功耗热电制冷设备。     

高温燃气引射系统对接试验验证

引射系统是化学激光器排气系统的核心组件。为提高排气系统引射效率并适应小型化、经济性等要求,提出一种采用燃气发生器产生高温燃气的引射气源方案,建立了"基于航空发动机单喷嘴燃烧室结构的燃气发生器+两级超声速引射器"组合的引射系统试验平台,开展了燃气发生器独立热试车,并实现了与引射器的对接试验。结果表明:燃气发生器点火可靠,运行稳定;在高温燃气的引射作用下,引射器启动迅速,工作平稳,各项性能指标优于设计值;引射燃气温度一定范围内的变化基本不影响引射器工作性能。相关研究结果可为引射系统方案设计及选取提供参考。     

飞机无刷交流发电机设计原则及试验仿真研究

旋转整流器式无刷交流发电机是飞机恒速恒频、变速恒频及高压直流电源系统的核心部件。随着电机制造材料的发展,无刷交流发电机的设计也在不断发展与完善。变速恒频及高压直流电源中的无刷交流发电机后级带整流负载,因而电机结构有别于恒速恒频电源中的发电机。为实现体积小、重量轻、性能好的设计目标,讨论了变速恒频电源中无刷交流发电机的设计原则。并结合某一样机实例,对无刷交流发电机进行了数字仿真并对样机进行了性能试验,样机试验及仿真结果基本吻合,说明数字仿真的正确性。针对该样机的设计不足,本文提出了一种改进方案,从而进一步改善了电机结构和工艺性。     

塞块量热计的热流计算与修正方法研究

为减小塞块量热计的热流测量误差,对其热流计算与修正方法开展了研究。根据能量守恒原理和传热理论,建立了隔热套结构塞块量热计的传热模型和计算方法;通过对塞块量热计传热模型的仿真分析,给出了温升率提取方法和计算误差的主要影响因素;提出了直接比对标定修正方法和基于标定的数值计算修正方法。仿真和试验结果表明:两种方法均能较大幅度减小塞块量热计的热流测量误差,使其误差控制在5%以内;直接比对标定修正方法的误差相对更小,但要求热流标定系统能覆盖被测热流范围;基于标定的数值计算修正方法对热流标定系统要求较低,适用范围更广。     

机载蒸发循环制冷系统板翅式蒸发器换热特性

从叉流板翅式蒸发器翅片传热和隔板热平衡方程出发建立了蒸发器的分布参数稳态数学模型,用有限差分法计算了蒸发器内的温度分布和换热特性。模型中制冷剂侧采用均相流动假设,空气侧考虑了湿工况的影响。为了求解两流程板翅式相变换热器的数学模型,本文提出了一种以第一、第二流程分界隔板上温度分布为收敛依据的计算方法,得出了蒸发器中空气温度场及制冷剂两相流干度和温度场的分布规律。计算结果表明,蒸发器中温度场和干度的分布规律是由叉流式换热器的结构特点及制冷剂和空气的相对流动方向决定的,制冷剂在一个流动通道中沿垂直流动方向干度分布很不均匀,即一边是过热蒸气,而另一边则含有未蒸发的制冷剂液体。由于过热蒸气与空气的换热系数较低,蒸发器中存在大面积过热区势必影响其换热效率,同时,蒸发器出口含有制冷剂液滴不仅减少了系统制冷量,降低了系统的性能系数,严重时可能对压缩机的工作造成不良影响。因此在设计蒸发器时必须充分考虑干度不均匀性的影响,采取必要措施尽量使出口干度均匀。计算结果与相关文献中实验结果比较证明了本文所建立的模型是合理的。     

飞机主起刹车冲压空气冷却系统性能分析

从理论分析和试验研究两个角度研究了冲压空气冷却主起落架刹车系统性能随飞行条件、起落架舱反压等的变化。理论分析部分由冲压空气冷却系统进气口处的附面层理论，推导出冲压空气经过进气口的压力恢复系数，从而得到冷却系统各部分分流量的变工况特性。为验证理论分析结果，进行了冲压空气冷却系统的全尺寸模拟试验。试验结果与理论分析结果进行比较后发现两者基本吻合，说明了理论分析方法的正确性，因此本文提出的理论分析方法可为设计主起刹车冲压空气冷却系统提供理论指导。     

基于高温燃气引射的引射器设计与实验研究

结合气体热力学理论和等压引射器设计理论方法,提出了高温燃气热力学参数计算方法,研制了基于高温燃气引射的超声速引射器试验平台。通过引射器与燃气发生器的对接实验,研究了零引射和被引射气流引射两种状态下的工作性能以及引射气流温度变化对工作性能的影响。实验结果表明:被引射气流流量360 g/s时,入口总压达到3.89 kPa,优于设计指标4 kPa;引射气流温度在低于设计值100 K范围内的变化对引射器的工作性能不会造成影响。实验验证了基于高温燃气引射的超声速引射器性能计算分析与工程设计方法的可靠性,相关研究结果为燃气发生器参数优化提供了指导性建议。     

高温压力传感器冷却套温度场的有限元法计算

介绍一种高温压力传感器冷却套的结构，并用有限元法计算冷却套的温度场分布，将轴对称的冷却套半边划分为许多三角形单元，将单元内的温度离散到单元三个节点上，应用传热学理论计算出三类边界条件的参数，应用有限元法计算出各节点的温度，经过计算机数据处理，得到冷却套温度场的分布，最后，对冷却套温度进行实测，测试结果与理论计算较为接近，表明冷却套结构设计是合理的，并且用有限元法计算冷却套温度场分布是行之有效的。     

轻质点阵主动冷却壁板热流固耦合响应分析

提出一类以点阵材料为夹芯的新型轻质主动冷却壁板,研究了Ma=6条件下的该壁板的流固耦合传热性能及热结构响应性能,并从热防护、热强度和轻量化等几个方面与槽道式主动冷却结构进行了综合比较。采用三维流固耦合共轭传热数值计算方法,考虑了几种典型的点阵夹层结构与冷却液动态换热过程的相互影响,分析中考虑了碳氢燃料与合金材料热物理性质随温度的变化以及湍流换热,求解获得了流体与结构的三维瞬态温度场,并通过顺序耦合求解获得了结构的应力场。计算结果表明,在相同的热环境下,高孔隙率的轻质点阵夹层结构的流固界面换热性能远高于槽道式主动冷却结构,因此结构的最高温度也较低,同时应力集中问题也有所缓解。通过对不同构型的点阵夹层结构的比较发现,胞元构型对其传热性能和结构应力应变有显著的影响。     

基于虚拟现实的血管内介入手术三维导丝运动模拟

导管和导丝在血管中的运动模拟在介入手术训练、计划及术中辅助治疗中具有重要意义。本文提出了一种快速有效的碰撞消除方法,开发了实时三维介入手术模拟系统,以模拟导管或导丝在实际血管中的运动行为。采用OpenGL图形库检测导管或导丝与血管壁之间的碰撞,通过几何分析和旋转角传播方法消除碰撞,最后对导管或导丝模型施加松弛过程,使其状态与实际状态更加吻合。实验结果表明,导管或导丝模型的运动状态与给定的材料参数密切相关,松弛过程使其状态更加自然,模拟可满足实时要求,方法可靠有效。     

热惯性对热冲击半无限体热应力影响非傅立叶效应研究

考虑超快速加热引起传热过程的非傅立叶效应,基于线性热弹性理论和表面热惯性特性,建立了带惯性第一类边界条件的半无限体的动态温度场、热应力场方程组。用拉普拉斯变换法对方程组进行求解。结果表明,快速加热在半无限体内产生温度场和应力场,且热和应力呈波动输运机制。讨论了温升率或热惯性对半空间温度场和应力场的影响,比较弹性波波速与热波波速之比动态热应力的影响。     

串联磁路混合励磁爪极发电机的研究(英文)

针对电励磁爪极发电机效率低、永磁爪极发电机磁场调节困难的问题,提出了一种串联磁路混合励磁爪极同步发电机,利用磁路计算方法和三维有限元的分析研究了这种新型电机各部分的磁密大小,确定了合适的极对数和合理的磁钢厚度,探讨了这种新型电机的空载特性、外特性和调节特性.研究表明:串联磁路混合励磁爪极发电机合适的极对数为2,且磁钢厚度存在一个较为合理的优化值.相对于电励磁爪极发电机,它实现了励磁电流的双向控制;相对于永磁爪极发电机它使得输出电压可调,在更宽的负载范围内实现了输出电压的恒定.在参数相同的情况下,与电励磁爪极发电机相比,该电机具有更高的气隙磁密和功率密度.     

襟翼热力耦合试验方法及有限元模拟研究

设计了热力耦合试验装置对襟翼进行试验研究。采用石英灯管加热器加热,实现了高温力载荷的施加和高温条件下位移的测量。通过有限元方法进行等效热力耦合模拟计算,结果发现试验的位移数据和有限元计算位移结果吻合较好,说明本文设计的热力耦合试验方法可靠,高温条件下力载荷施加及位移测量方法合理可行。     

新型双凸极发电机数字控制原理与实现

电励磁双凸极电机是一种新型交流无刷电机,它具有结构简单、可靠性高、维修方便等优点,用作发电机具有调压控制简单、可故障灭磁等优点。文中首先介绍了电励磁双凸极发电机系统的控制原理,并分析了发电系统的控制规律。为优化控制P I参数,提高系统的动稳态性能,通过M atlab仿真获得根据输出电压与给定电压的偏差的变P I参数组合,并经试验优化该P I参数组合。然后,通过硬件构成与软件设计两方面介绍了基于DSP控制的电励磁双凸极发电机系统的设计方法。最后,以一台30 kW发电机为例,设计了一套数字调压器,并进行了系统试验。实验结果表明,电励磁双凸极发电系统采用变P I参数的控制方法具有良好的动稳态特性。     

基于流固热耦合低温风洞扩散段热力学特性分析

低温风洞降温过程中,温度变化范围大,容易在结构内部引发较大热应力,影响设备运行安全。以中国空气动力研究与发展中心0.3m跨声速低温风洞扩散段为研究对象,基于流固热耦合方法,采用多物理场数据交换接口MpCCI,联合结构有限元软件Abaqus和计算流体动力学软件Fluent,建立扩散段的流固热耦合仿真模型,分析低温内流场的换热特性,计算低温风洞结构的温度及应力分布。通过低温风洞试验发现,流固热耦合仿真结果接近于实际的测量结果,能够准确反映低温风洞结构的热力学特性,可为低温风洞的结构安全性能优化提供可靠的仿真分析方法。     

连续式跨声速风洞降温系统液氮存储装置的设计与调试

低温运行是提高风洞实验雷诺数的有效途径。采用喷洒液氮的方式,NF-6风洞建成了国内第一套适用于连续式跨声速风洞的降温系统。介绍了NF-6风洞降温系统的总体方案和主要技术指标,重点介绍其液氮存储装置的结构和技术原理,给出了静态和通气运行调试结果。测试结果表明:提出的液氮需求量计算方法正确,为储罐容积估算提供了理论依据;液氮存储装置设计合理,液氮加注通畅平稳,自增压系统工作正常,绝热性满足低温液氮存储要求;储罐的液氮日蒸发率为0.044%,远低于设计指标;液氮存储装置与降温系统整体匹配良好、工作稳定,总温、总压、马赫数以及运行时间等关键指标达到设计要求。     

直升机动力舱冷却系统冷却孔进气优化设计

对某型民用直升机动力舱冷却系统冷却孔的进气性能开展优化研究,参考飞机辅助动力单元(Applicant power unit,APU)进气系统形式设计了两类收风装置。采用数值仿真手段,对比分析在多个速度的前飞状态和不同爬升率的爬升状态下3处冷却孔的进气性能。结果显示基于Scoop型设计的收风装置在直升机大速度前飞状态收风效果最好,但在小速度前飞状态进气性能没有得到改善。基于Flush型设计的收风装置同样具有改善进气性能的作用,其最显著优点是在所有飞行状态均保证较高的冷却进气量。为后续的优化设计研究工作指明了方向。