检索结果-南通市图书馆

作者：赫润天西北农林科技大学

学位级别：硕士

随着我国葡萄酒产业的快速发展,如何通过信息化手段对葡萄酒发酵过程进行有效监测已然成为亟待解决的问题。传统葡萄酒发酵相关参数的监测通过化学滴定法等人为方式进行,这些方法时效性差且效率低下,较难满足工业规模葡萄酒生产实时监... 详细信息

随着我国葡萄酒产业的快速发展,如何通过信息化手段对葡萄酒发酵过程进行有效监测已然成为亟待解决的问题。传统葡萄酒发酵相关参数的监测通过化学滴定法等人为方式进行,这些方法时效性差且效率低下,较难满足工业规模葡萄酒生产实时监测的需求,且由于工业规模的红葡萄酒发酵特性导致在发酵过程中存在由不同位置温度差异引起的理化参数异质性,引起红葡萄酒的发酵监测数据不能准确的反应整个发酵罐中葡萄酒的状态,导致发酵监测效果不理想。针对上述问题,本研究在开展红葡萄酒发酵温度场仿真、发酵过程理化参数动态分析的基础上,设计开发了红葡萄酒发酵多点位监测系统,以期为发酵过程管理、工艺决策提供准确、全面的数据支持。本研究的具体内容和主要结论如下:(1)红葡萄酒发酵温度场仿真研究。为了确定工业规模红葡萄酒发酵过程中具有代表性的监测位置,以实现发酵监测的数据可以反映整个发酵罐中葡萄酒温度状态,本研究运用有限元分析对工业规模红葡萄酒发酵进行仿真计算,仿真结果直观地展示了工业规模发酵中发酵罐内的温度分布情况,结果表明:在红葡萄酒发酵过程中,温度最高的位置处于饱和层中心部位,温度最低的位置为饱和层贴近发酵罐罐壁的位置和发酵罐底部,在发酵的前12个小时最大温度差异约为5.21℃。(2)红葡萄酒发酵过程理化参数动态分析。为了揭示红葡萄酒发酵过程在发酵罐内不同位置理化参数的动态规律,开展工业规模红葡萄酒发酵试验,研究工业规模赤霞珠葡萄酒发酵的菌体生长动力学、酒精生成动力学、总糖消耗动力学,运用Logistic方程与Luedeking-Piret方程进行模拟并对各不同位置的样本数据验证,并结合发酵过程中的温度动态数据与上述参数的动态数据进行统计和比较分析。结果表明:发酵中产物生成、底物消耗与酵母细胞生长有关,过程中葡萄酒温度升高,且温度动态与酵母生长有关;发酵过程中甘油浓度随发酵温度升高而增加,且在酒液温度较高位置的甘油浓度高于温度较低位置的甘油浓度;发酵过程中的色度在浸渍过程没有达到最大值,色度随着酒液发酵的进行逐渐积累,其在温度达到最大值的时期达到最大值;通过对发酵过程中温度的监测可以辅助了解发酵的状态。(3)红葡萄酒发酵多点位监测系统研发。为了面向葡萄酒发酵过程管理人员提供自动化的、准确的和实时性好的红葡萄酒发酵数据监测平台,本文设计开发基于物联网的红葡萄酒发酵多点位监测系统,监测参数包括葡萄酒的温度、p H、溶解氧、电导率。参考红葡萄酒温度场仿真的结论,将系统的传感器布设于饱和层中心、饱和层贴近发酵罐罐壁和发酵罐底部这三个位置,通过自主设计的可视化平台实现对多点位发酵参数的可视化,最终得到红葡萄酒发酵关键参数多点位监测系统,通过试验对系统功能进行了验证,结果表明该系统能够初步满足工业规模葡萄酒发酵监测的应用需求。

关键词：红葡萄酒温度场仿真发酵动态分析物联网监测

SiC/SiC复合材料激光微结构加工机理与工艺研究

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SiC/SiC复合材料激光微结构加工机理与工艺研究

作者：樊曲园西安理工大学

学位级别：硕士

涡轮是航空发动机的重要部件,长时间工作在恶劣复杂环境中,需要接受高温、腐蚀、磨损等的挑战。常规的均质材料难以满足新的服役要求,碳化硅纤维强化碳化硅(SiC/SiC)的各组分共同作用,具备优于均质材料的性能,在恶劣环境中被广泛使用。... 详细信息

涡轮是航空发动机的重要部件,长时间工作在恶劣复杂环境中,需要接受高温、腐蚀、磨损等的挑战。常规的均质材料难以满足新的服役要求,碳化硅纤维强化碳化硅(SiC/SiC)的各组分共同作用,具备优于均质材料的性能,在恶劣环境中被广泛使用。纳秒激光加工具有加工效率高,可加工范围广、加工精度高等特点,更能满足本文的加工要求。但纳秒激光加工SiC/SiC复合材料时,会出现氧化堆积、热影响区(HAZ)、分层和微裂纹等热致损伤现象,影响目标材料的力学性能。本文针对SiC/SiC复合材料的高质量刻蚀,开展纳秒激光刻蚀工艺研究、激光与目标材料的相互作用机理、热应力耦合分析及不同溶液辅助激光加工的实验研究工作。具体的研究内容如下:针对纳秒激光加工过程中存在的热致损伤问题,开展纳秒激光刻蚀实验,探究激光参数对SiC/SiC复合材料加工形貌、尺寸的影响规律。首先确定SiC/SiC复合材料的烧蚀阈值,达到烧蚀阈值而又不过度饱和是高质量加工的前提。再根据纳秒激光各参数与微结构宽度和深度的相关系数,选取相关性较高的激光参数开展实验。实验结果显示,随着能量密度的增加,微结构的宽度和深度均表现为先增大后趋于饱和的趋势。且纳秒激光与SiC/SiC复合材料作用的过程中出现的氧化现象随着加工次数、加工功率、重复频率的增大而更加显著,随着扫描速度的增大变化趋势减缓。激光刻蚀实验过程中出现的热积累效应易使材料表面和内部产生应力集中的现象,进一步导致分层、HAZ、微裂纹等问题的产生。单纯地依靠实验和显微设备拍摄无法准确把握材料内部的特征变化规律,本文借助仿真软件建立三维温度场模型,模拟了脉冲激光与SiC/SiC复合材料的作用过程,观察材料在激光不同参数的影响下,对应的温度场和应力应变的变化规律。仿真结果表明,纳秒激光与SiC/SiC复合材料相互作用时,大量的热能作用在基体表面,三维复杂模型随着能量密度的变化会产生热应力,能量密度越高温度越高,对应的应力应变越大。由于SiC/SiC复合材料结构的特殊性,材料含有的SiC成分在高温环境下易与空气中的氧气发生反应。本文改变辅助加工环境,力求避免SiC/SiC复合材料在加工过程出现热致损伤现象。通过实验-仿真-实验形成闭环反馈的研究方案,发现水辅助环境中加工得到的微结构的加工轮廓清晰完整,且微槽结构的槽壁锥度较小,微孔结构为U型孔,是理想孔型。同时,氧化、分层、纤维拔出和HAZ等现象大幅改善,实现了对SiC/SiC复合材料的无热损伤加工。

关键词： SiC/SiC 纳秒激光温度场仿真应力应变加工辅助环镜

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基于离子束表面抛光的热效应抑制研究

基于离子束表面抛光的热效应抑制研究

作者：周迪西安工业大学

学位级别：硕士

离子源在光学元件表面各点的驻留时间不同,在温升阶段会致使离子束对光学元件的表面去除速率随时间变化的的现象,称为“热效应”。通过对K9光学元件进行均匀线扫去除实验,采用叠加间距为2.5mm,总加工时长为500s。经过zygo干涉仪检测后... 详细信息

离子源在光学元件表面各点的驻留时间不同,在温升阶段会致使离子束对光学元件的表面去除速率随时间变化的的现象,称为“热效应”。通过对K9光学元件进行均匀线扫去除实验,采用叠加间距为2.5mm,总加工时长为500s。经过zygo干涉仪检测后可知对K9光学元件的去除量由200nm逐渐上升到480nm。以及在对K9光学元件的均匀面扫去除实验发现,离子束刚开始轰击区域内的去除量明显低于其他区域。本文对“热效应”在加工过程中对光学元件的影响展开研究并寻求热效应抑制的方法。在探究离子束加工工件过程中,首先建立热分析模型,利用瞬态传热的方法对模型进行温度场仿真。探究K9光学元件在定点轰击、均匀线扫以及均匀面扫几种不同加工形式下,K9光学元件表面的温度场变化情况。根据其表面温度变化建立温度与去除速率的关系。利用温度传感器,测量加工时K9光学元件其表面的温度变化情况,验证K9光学元件表面温度场仿真的正确性。将温度传感器粘贴于K9光学元件未被加工的一面（背面）。其加工前后的温度有较大的差异,在整个加工过程中温度呈现上升趋势。在K9光学元件表面到达温度平衡时,其仿真的温度与实际测得的温度相差较小,温差为2℃以内。利用龙贝格求积公式和变上限积分算法,求出增加的驻留时间。对由温度效应所造成欠去除的部分进行补偿。以及采取对K9光学元件受温度影响区域进行分批次加工减小温度效应的影响。对补偿方法进行实验验证。对K9光学元件进行均匀线扫实验,得到线扫去除部分的面形。刻蚀量基本保持一致,稳定在480nm左右。补偿方法对于减小温度效应的影响有很大改善。

关键词：热效应热效应抑制瞬态传热温度场仿真

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金刚石散热材料批量制备技术研究

金刚石散热材料批量制备技术研究

作者：李维汉安徽工程大学

学位级别：硕士

电子元器件、集成电路和半导体等领域高速发展过程中,其内部热流密度持续增加,会严重影响器件性能指标,因此对器件的散热性能提出更高需求。金刚石具有密度低、热导率高、热膨胀系数低以及电化学稳定等优异性能,成为理想的散热材料。热... 详细信息

电子元器件、集成电路和半导体等领域高速发展过程中,其内部热流密度持续增加,会严重影响器件性能指标,因此对器件的散热性能提出更高需求。金刚石具有密度低、热导率高、热膨胀系数低以及电化学稳定等优异性能,成为理想的散热材料。热丝化学气相沉积(Hot Filament Chemical Vapor Deposition,HFCVD)法因其设备简单、工艺参数可控,且能够实现大面积沉积等优点被广泛应用于金刚石制备领域。然而,HFCVD法制备金刚石散热材料生长速率较低,能耗较大,相比传统铜基散热材料制备成本高,效益低下。如何提高金刚石生长速率并降低装置能量消耗,进而降低金刚石散热材料生产成本成为亟待解决的关键问题。本课题借助计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)仿真软件模拟批量制备金刚石装置内部的温度场,旨在提升温度场均匀性及利用热屏蔽装置等特殊结构降低能量消耗,进一步在现有小规模HFCVD生产装置基础上,探究基体表面金刚石高效高质量制备工艺,并将其推广于大批量金刚石制备当中,提出HFCVD法批量制备自支撑金刚石的新工艺流程,最终得到金刚石散热片。采用扫描电镜(Scanning Electron Microscope,SEM)、拉曼光谱(Raman spectroscopy)、激光扫描共聚焦显微镜(Laser Scanning Confocal Microscopy,LSCM)等表征手段对金刚石生长速度、生长质量、表面形貌和粗糙度进行评估和验证。本文主要研究内容可概括如下:首先,研究了金刚石生长工艺参数及确定了自支撑金刚石膜生长载体,探究碳源(甲烷)浓度、热丝功率、反应压力及基体类型等参数对金刚石生长速率和质量的影响。结果表明,合适的功率对金刚石生长至关重要,小批量生产中最佳功率为1600 W,碳源浓度和反应压力对金刚石形貌的调控起关键作用,其最佳工艺参数如下:形核阶段碳源(CH/H)浓度为18/300 sccm,反应压力为1500 Pa,生长阶段碳源浓度为14/300 sccm(微米金刚石)和14/300 sccm(纳米金刚石),反应压力为4000 Pa(微米金刚石)和2000 Pa(纳米金刚石),且碳化硅作为自支撑金刚石生长载体可最大程度保证薄膜的完整性。利用CFD仿真软件,综合考虑热传导、热辐射和热对流三大传热机制,模拟小规模制备金刚石涂层装置内部的温度场,优化HFCVD构件与布局,实现温度场均匀性提升及能量高效利用。研究发现,采用石英支撑块和热屏蔽结构可将装置能量损耗降低约30%。为验证仿真方法正确性,在设备中集成了实时测温装置,表明了仿真结果的准确性与可靠性。进一步扩大真空反应腔并优化热丝与基体排列,确立HFCVD装置大批量生长金刚石仿真模型,对腔内基体温度分布进行系列分析,结果表明当热丝间距为22 mm、热丝高度为8 mm、热丝直径为0.6 mm及热丝温度为2200℃时,HFCVD装置内基体温度均匀性得以提升且处于适合金刚石沉积的温度区间内。最后,以碳化硅作为基体,结合HFCVD、机械抛光和激光切割技术提出批量化自支撑金刚石散热片的新工艺制备方法。通过HFCVD装置在碳化硅表面多次沉积制备多层金刚石,达到预定厚度后对金刚石涂层表面进行机械抛光,接着利用激光加工工艺切割碳化硅基体完成基本脱膜并对该面进一步机械抛光,最终得到高质量双面抛光自支撑金刚石散热片,其双面粗糙度均小于200 nm。

关键词：金刚石膜热丝化学气相沉积法温度场仿真自支撑多次生长

基于温度场分析的电子脐疗艾灸仪结构设计与优化

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基于温度场分析的电子脐疗艾灸仪结构设计与优化

作者：宋瑞兰济南大学

学位级别：硕士

艾灸是传统的中医外治疗法,在许多疾病的预防和治疗中具有神奇的疗效,但传统艾灸操作时存在耗费人力、污染环境、易灼伤皮肤等弊端,针对这些弊端,开始研制新型现代艾灸仪。现代艾灸仪为结合传统中医理论、计算机和传感器等多元化技术的... 详细信息

艾灸是传统的中医外治疗法,在许多疾病的预防和治疗中具有神奇的疗效,但传统艾灸操作时存在耗费人力、污染环境、易灼伤皮肤等弊端,针对这些弊端,开始研制新型现代艾灸仪。现代艾灸仪为结合传统中医理论、计算机和传感器等多元化技术的现代医疗仪器,具有操作便捷、无污染、温度和时间可控、便携、轻量化等优点,被认为是新时代下传统艾灸的更新换代。本课题所研究的电子脐疗艾灸仪为基于传统隔药灸脐法（即脐疗）所设计的专门针对肚脐进行艾灸的现代艾灸仪器。本文的主要工作成果如下:1.基于热力学定律、热传递的基本理论和模型中的艾炷阴燃特性,利用多物理场耦合分析软件COMSOL Multiphysics对传统隔药灸脐模型进行温度场仿真,以得到艾柱燃烧过程中传统隔药灸脐模型各部分（包括艾柱、面碗和药粉）的温度分布情况,以及五个关键特征点（艾炷顶面中心点、艾炷中心点、艾炷底面中心点、面碗底面圆环半径中心点、药粉底面中心点）的温度曲线,为电子脐疗艾灸仪的结构设计和温度控制提供依据。2.通过以STM32F103C8T6为主控芯片的测温系统搭配K型热电偶探头对传统隔药灸脐模型进行实际测温实验,同时测量五个关键特征点的温度,并绘制相应的温度曲线。综合对比分析仿真与实验所得温度曲线,得到传统隔药灸脐模型中五个关键特征点的最终温度范围。3.以传统隔药灸脐模型温度场分析和测温实验得到的结果为依据,利用专业电子散热分析软件ANSYS Icepak对电子脐疗艾灸仪内部温度场和流场进行仿真,判断艾灸仪作用于皮肤表面的温度与传统隔药灸脐法是否一致、药饼的加热温度是否与艾柱阴燃时传统隔药灸脐模型的温度分布相近、盒体内温度是否符合电子元器件的正常工作温度范围、热量作用点是否集中、药物分子热气流利用率高低等问题。根据艾灸仪内部热环境的仿真结果,逐步对其进行结构优化设计,包括结构改进和材料优化。分别对优化后的艾灸仪进行仿真分析,最终的结果表明,优化后的电子脐疗艾灸仪温度场分布和流场分布均满足要求。

关键词：脐疗电子脐疗艾灸仪温度场仿真测温实验结构优化

卫品产线超声焊接系统工艺参数与结构优化设计研究

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卫品产线超声焊接系统工艺参数与结构优化设计研究

作者：翁明浩合肥工业大学

学位级别：硕士

超声波焊接系统是卫生用品生产线上的关键装置。近年来,随着高端一次性卫生用品需求的增加和对产品质量要求的提高,卫品产线企业对设备技术的升级已迫在眉睫,作为产线核心部件,超声波焊接系统的工作性能直接影响产线效率和产品质量,但... 详细信息

超声波焊接系统是卫生用品生产线上的关键装置。近年来,随着高端一次性卫生用品需求的增加和对产品质量要求的提高,卫品产线企业对设备技术的升级已迫在眉睫,作为产线核心部件,超声波焊接系统的工作性能直接影响产线效率和产品质量,但有关优化焊接工艺及提高系统动态性能等技术问题尚需深入研究。本文以某企业的PP无纺布超声波焊接系统为原型,针对焊接过程温度场模拟与焊接参数优化、焊接系统结构优化、提高振动性能的焊接系统固定方式、焊头间隙调整方法等系统关键问题开展研究,主要工作如下:建立了焊接参数优选模型,模型以传热学为基础,通过对温度场的计算判断焊接参数的合理性;对粒子群算法提出了一种创新的改进方法,将温度场模型与改进粒子群算法结合,得到了PP无纺布在特定工况下的最佳焊接参数,得到的焊接深度为0.05mm左右。建立了长槽尺寸对焊接系统动态性能影响的模型,通过计算得到了360组不同长槽尺寸下焊头的振动响应,将其作为样本对BP神经网络进行了训练;采用最小角度法和随机变异法编写了多目标粒子群算法,得到了优化的焊头尺寸,验证结果表明优化后的焊头在满足疲劳性能的条件下最大振幅大约提高了8μm。研究了超声波焊接系统的固定方式,提出了一种在焊头侧面添加支撑工具固定超声焊接系统以实现系统隔振的创新方法,并对支撑底座进行了设计。仿真结果表明本文提出的固定方案变形小于3μm且应力小,对焊接系统的性能影响小,对振动的隔离效果好。设计了焊接间隙调整机构,并对其进行了运动学、动力学和控制仿真,使得设计的机构能够满足进行动态调控的要求。

关键词：超声波焊接粒子群优化算法温度场仿真动力学分析

GCr15钢扫描电子束表面陶瓷增强涂层的组织与性能研究

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GCr15钢扫描电子束表面陶瓷增强涂层的组织与性能研究

作者：辛喆桂林电子科技大学

学位级别：硕士

GCr15钢是轴承领域内应用最广泛的材料之一,其具有良好的机械加工性能、简单的热处理工艺和低廉的成本等特点。然而,GCr15钢经传统热处理后,长期服役的过程中会发生残余奥氏体向未回火马氏体的转变,导致硬度降低、精度丧失和疲劳寿命下... 详细信息

GCr15钢是轴承领域内应用最广泛的材料之一,其具有良好的机械加工性能、简单的热处理工艺和低廉的成本等特点。然而,GCr15钢经传统热处理后,长期服役的过程中会发生残余奥氏体向未回火马氏体的转变,导致硬度降低、精度丧失和疲劳寿命下降等问题。扫描电子束技术是一种新型的加工技术,具有能量利用率高、加工变形小和易于控制等优点。本研究利用扫描电子束技术在GCr15钢表面制备陶瓷增强涂层,旨在提高GCr15钢的表面性能并延长其使用寿命。本文开展了扫描电子束制备GCr15钢陶瓷增强涂层的预实验与温度场建模仿真。通过预实验结果对热源模型进行对比验证,基于校验后的热源,对不同工艺参数进行温度场仿真求解。借助温度场模拟结果,对不同工艺参数的功率密度进行分析,获得最优工艺参数以指导后续工艺试验;采用预置法制备Ti C增强涂层,并研究了不同配比对涂层组织及力学性能的影响;采用原位合成法制备Ti（C,N）陶瓷增强涂层,研究了Ti-MWCNT/Ti N不同配比下涂层组织及性能的影响,并探究原位合成的热力学影响和原位合成机理,分析对比了两种制备方式对涂层的影响。研究结果表明:扫描电子束制备涂层的过程将使预置粉末与基体瞬间升温至熔点,在基体上形成熔池并包覆预置粉末,随后立即冷却凝固,形成增强涂层。扫描电子束处理后,在沿扫描轨迹切面形貌由涂层区、热影响区和基体三个区域组成。由预置Ti C颗粒所制备的增强涂层对提升组织形貌与力学性能有限,其中涂层内主要由NiFe相与Ti C颗粒物构成,随着Ti C添加颗粒物的增加,涂层中Ti C颗粒团聚现象愈加明显,由细小颗粒物转变为鱼骨状相,Mo元素在Ti C颗粒周围富集,改善了Ti C相的润湿性。所制备的涂层中随着Ti C含量的增加,涂层显微硬度呈上升趋势,其中70wt.%Ti C涂层平均硬度达920.5HV,而磨损实验中,50wt.%Ti C的涂层具有最低的摩擦系数（0.51）较基体降低37%,而添加70wt.%Ti C的涂层则具有最低的磨损量。使用原位合成技术制备的Ti C与Ti（C,N）涂层结构致密,成分较为均匀,同基体有较好的夜景效果,随着涂层中Ti-MWCNT比例的降低,涂层中奥氏体组织减少,马氏体数量则增加,且多为细小的马氏体组织,由原位法制备的增强颗粒具有较小的颗粒直径,这对提升涂层力学性能有显著效果。随着Ti-MWCNT添加量的减少,涂层硬度先升高后降低,磨损量则先减少后升高,其中C3涂层的硬度最高且具有最低的磨损量和摩擦系数,涂层内最高硬度达1304.7HV较基体提升4.7倍。涂层的磨损量为0.3mg,相较于基体降低了0.67倍,同时摩擦副也获得最低的磨损量。对比两种制备方法,而预置法所制备的增强涂层,由于增强相的弱导电性,抑制了能量的传递,降低了熔池的流动性,涂层中团聚现象较为明显,涂层性能提升较为有限,组织的不均匀导致性能的不稳定,是预置法制备涂层的弊端。而原位合成法所制备涂层增强颗粒物更加细小,涂层内分布更加均匀,力学性能较基体有较大提升。

关键词： GCr15钢扫描电子束温度场仿真金属基陶瓷涂层原位合成组织与性能

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主动磁悬浮轴承的设计

主动磁悬浮轴承的设计

作者：耿炜大连理工大学

学位级别：硕士

磁悬浮轴承是磁场的产物,可以将转子悬空,磁悬浮轴承定子与转子没有接触,不存在摩擦损耗,这使得磁悬浮轴承性能优良、效率高、坚固耐久、对于环境更加友好。本文基于麦克斯韦方程组等理论公式,对主动磁悬浮轴承进行电磁力、磁感应强度... 详细信息

磁悬浮轴承是磁场的产物,可以将转子悬空,磁悬浮轴承定子与转子没有接触,不存在摩擦损耗,这使得磁悬浮轴承性能优良、效率高、坚固耐久、对于环境更加友好。本文基于麦克斯韦方程组等理论公式,对主动磁悬浮轴承进行电磁力、磁感应强度等主要设计参数进行推导,设计出径向磁悬浮轴承和轴向磁悬浮轴承的物理结构和尺寸参数,进行电磁场仿真,验证设计参数的可行性,进行温度场仿真验证整个磁悬浮轴承系统温度是否能保证正常工作,并通过增加不同的散热方式对磁悬浮轴承系统进行温度优化,以达到降低温度的目标,设计基于粒子群优化的PID控制系统,并验证控制系统的可行性。在具体工作如下。本文介绍主动磁悬浮轴承的工作机理,简化磁悬浮轴承的物理模型,根据麦克斯韦方程组推导出电磁力和磁感应强度等主要的设计参数公式,设计出径向和轴向的磁悬浮轴承的物理结构和尺寸参数,完成对主动磁悬浮轴承的物理结构设计。基于设计参数,运用有限元分析软件ANSYS Electronics仿真模拟得到磁感线分布、磁感应强度分布和电磁力大小,验证磁悬浮轴承提供的电磁力是否满足设计需求、磁感应强度在气隙是否分布均匀等条件,为设计参数提供依据。由于磁悬浮轴承系统在工作的时候会产生热量,较高的温度会导致磁悬浮轴承气隙变小、绕组绝缘性变差等不良影响,所以利用有限元分析软件ANSYS Fluent对整个磁悬浮系统进行温度场仿真,分别模拟额定工况和绕组电流增大的工况,得到温度场的仿真结果。通过仿真结果可知,磁悬浮轴承在不加散热的情况下温度较高,对人身安全和系统的稳定性有不利的影响,所以分别模拟自扇冷却和混合冷却两种散热方式,得到优化后的温度场仿真结果,通过仿真结果得出混合冷却有着更好的散热效果,并选用混合冷却作为实际磁悬浮轴承系统的冷却方式。对磁悬浮轴承转子单自由度和四自由度的物理模型进行推导,基于单自由度的物理模型进行PID控制系统设计,验证得到通过粒子群算法优化的PID控制器要比经验调参的PID控制器有更好的控制效果。对转子四自由度控制系统进行设计,并通过粒子群算法对PID控制器进行参数优化,验证控制系统对磁悬浮轴承有良好的控制效果。本文通过对主动磁悬浮轴承的分析,对径向磁悬浮轴承和轴向磁悬浮轴承进行详细的设计,并通过仿真验证了设计参数的可行性,对系统温度场进行仿真优化,得到切实有效的主动磁悬浮轴承优化模型,并设计了基于粒子群优化的PID控制系统,完善了磁悬浮轴承的控制系统设计。

关键词：磁悬浮轴承电磁场仿真温度场仿真 PID控制粒子群算法

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轮边驱动车辆磁流变液缓速器设计与性能研究

轮边驱动车辆磁流变液缓速器设计与性能研究

作者：杨秀峰烟台大学

学位级别：硕士

缓速器是独立于行车制动系统以外的辅助制动装置,可使下坡车辆保持匀速行驶或平稳减速,保障持续制动时的行车安全。轮边驱动采用分布式驱动形式,安装空间紧凑,传统缓速器体积较大,不适用于轮边驱动车辆。磁流变液缓速器体积小、重量小... 详细信息

缓速器是独立于行车制动系统以外的辅助制动装置,可使下坡车辆保持匀速行驶或平稳减速,保障持续制动时的行车安全。轮边驱动采用分布式驱动形式,安装空间紧凑,传统缓速器体积较大,不适用于轮边驱动车辆。磁流变液缓速器体积小、重量小、制动力矩可控。论文依据磁流变液缓速器的优点,设计一款适用于轮边驱动车辆的磁流变液缓速器,通过理论分析、有限元仿真等优化所设计的磁流变液缓速器性能。论文主要研究内容如下:(1)利用安东帕流变仪对MRF-350磁流变液开展流变特性实验、密度实验和沉降稳定性实验,分析零磁场下磁流变液的剪切应力和粘度随剪切速率变化规律、不同电流强度下剪切应力随剪切速率变化规律、剪切屈服应力随磁感应强度变化规律,建立剪切屈服应力与磁感应强度关系的数学模型。(2)以某货运轮边驱动车辆为研究对象,依据国家标准GB12676-IIA-2014对商用车缓速器的制动要求,结合所选车型满载质量、轴距、重心高度等参数指标,分析缓速器所需目标制动力矩,据此初步设计磁流变液缓速器结构。(3)利用Maxwell软件对所设计的磁流变液缓速器进行电磁场有限元仿真,分析磁流变液缓速器中磁力线的分布和磁流变液工作间隙处的磁感应强度,依据磁感应强度仿真结果对缓速器内壳厚度、最外侧磁流变液工作间隙以及散热水道位置进行优化。优化后,磁力线在磁流变液缓速器中分布均匀,励磁线圈中输入1A电流时,工作间隙处的磁感应强度由0.27T升高到0.54T,超出目标磁感应强度0.5T,满足缓速制动力矩的需求。(4)利用Fluent软件对磁流变液缓速器散热水道内冷却液的流动形态仿真分析,依据冷却液在散热水道内的速度矢量图和迹线图仿真结果,优化冷却液进口位置;利用Workbench软件对制动工况下的磁流变液缓速器进行瞬态温度场仿真、稳态温度场仿真以及温度场与结构场的热固偶合仿真。结合国标对缓速器持续制动720s的要求,瞬态温度场仿真得出缓速器最高温度为92.31℃;稳态温度场仿真得出缓速器达到稳态后的最高工作温度为114.2℃,处于磁流变液-40℃～150℃的工作温度范围之内;利用耦合场仿真最高温度下磁流变液缓速器热应力与热应变分布;结果表明,所设计的磁流变液缓速器符合制动法规要求。

关键词：磁流变液缓速器结构设计磁场仿真流场仿真温度场仿真

新能源汽车永磁同步电机组合式油冷系统设计及性能分析

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新能源汽车永磁同步电机组合式油冷系统设计及性能分析

作者：董柳杰华南理工大学

学位级别：硕士

永磁同步电机体积小、重量轻、效率高、功率密度高,被广泛用于新能源汽车的驱动系统。随着新能源汽车电驱动系统日益集成化和驱动电机高功率密度化,对永磁同步电机的高效散热提出了严峻挑战。本文提出由机壳S形流道、端部喷淋、转子甩... 详细信息

永磁同步电机体积小、重量轻、效率高、功率密度高,被广泛用于新能源汽车的驱动系统。随着新能源汽车电驱动系统日益集成化和驱动电机高功率密度化,对永磁同步电机的高效散热提出了严峻挑战。本文提出由机壳S形流道、端部喷淋、转子甩油构成的组合式油冷系统,冷却油同时与定子、转子、绕组等发热部位直接接触,大幅提升冷却效率。确定组合式油冷系统关键参数,建立组合式油冷电机温度场模型,探究不同冷却条件和运行工况下电机的冷却性能,具体如下:设计组合式油冷系统,在机壳上设计压力损失小的S形冷却流道,对S形流道的折返次数和截面尺寸进行参数设计。S形冷却流道比直角折返流道和螺旋折返流道在壁面换热系数相差不大的情况下,压力损失分别减少43%和28%。对喷淋流道进行了仿真分析,最终的截面尺寸为18 mm×5 mm,喷油孔直径为1.2 mm,喷油孔排布方式为交叉排列。对转子流道的尺寸参数进行仿真优化,在兼顾压力损失和速度的情况下,选取主流道直径为11 mm的转子流道。设计了基于组合式油冷系统的永磁同步电机,对电机进行电磁场分析,计算电机内部热源损耗。基于组合式油冷系统和永磁同步电机的基本结构,考虑冷却油流动路径,对电机结构和流体域进行简化,等效相关零件导热系数,建立电机温度场仿真模型。分析不同冷却油入口温度、冷却油流量和电机运行转速下整机和发热零件的温度场。电机的稳态温度随着冷却入口油温度增大而上升,随着冷却油流量的增大而下降,并随着电机运行转速的增加而下降。对比相同冷却条件和运行工况下组合式油冷电机和传统喷淋的油冷电机温度场,与传统喷淋油冷样机相比,组合式油冷整机最高温度降低了13.52℃,此外还提高了绕组温度的均匀性,使绕组的温差更小。制造具有组合式油冷系统的工程样机,搭建电机温升测试平台,测试组合式油冷样机在不同冷却条件和工况下的温升情况。结果发现,实测的绕组最高温度与温度场仿真结果具有较好的一致性,最大相对误差不超过4.99%,证明了温度场模型的可靠性。组合式油冷样机相比于传统喷淋油冷样机,在额定转速3820rpm时电机绕组温升下降了14.2℃,与温度场仿真结果的13.52℃相近,在高转速5500rpm时电机绕组温升下降了19.96℃,表明本文设计的组合式油冷系统可以显著降低电机绕组温升。

关键词：新能源汽车永磁同步电机电机热管理组合式油冷系统温度场仿真