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碳化硅外延反应室及加热系统设计与热场仿真验证

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机电工程技术 2022年第12期51卷 248-252页

作者：唐卓睿王慧勇孔倩茵张南黄吉裕季华实验室广东佛山528253

反应室及加热系统的设计是影响碳化硅(SiC)外延炉性能的关键因素,而通过大量的“试错”实验来验证反应室及加热系统的设计会耗费巨大成本,不适用于实际工业研发。结合SiC外延装备核心反应室及感应加热系统的理论参数计算和模拟仿真,以... 详细信息

反应室及加热系统的设计是影响碳化硅(SiC)外延炉性能的关键因素,而通过大量的“试错”实验来验证反应室及加热系统的设计会耗费巨大成本,不适用于实际工业研发。结合SiC外延装备核心反应室及感应加热系统的理论参数计算和模拟仿真,以获得较为合理的设计方案。首先,结合装备指标要求,使用理论参数计算,推导出反应室及加热系统相关参数;随后,采用有限元仿真方法得出了反应室的温场分布,其结果与装备指标所要求的温度、升温速率的误差均在5%以内;最后,根据理论计算出的参数值,制作了反应室并进行测温实验,其真实温度指标与设计指标一致。这种设计方法大大缩短了反应室设计过程中大量“试错”实验的成本,为其他感应加热设备的反应室及加热系统设计提供了可借鉴的方案。

关键词： SiC外延炉反应室设计理论计算热场仿真

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激光金属成形缺陷在线检测方法及热场仿真

西安理工大学学报 2019年第2期35卷 212-218页

作者：田舒平解瑞东李涤尘张安峰张连重高峰西安理工大学教育部数控机床及机械制造装备集成重点实验室陕西西安710048 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室陕西西安710049 西安理工大学陕西省机械制造装备重点实验室陕西西安710048

针对激光金属沉积(LMD)增材制造过程中易产生微裂纹等冶金缺陷,严重影响制件疲劳力学性能的问题,提出了LMD增材制造冶金缺陷在线红外扫描检测的方法。为验证该检测方法的可行性,进行了LMD钛合金试件人工裂纹缺陷热场仿真分析与红外测温... 详细信息

针对激光金属沉积(LMD)增材制造过程中易产生微裂纹等冶金缺陷,严重影响制件疲劳力学性能的问题,提出了LMD增材制造冶金缺陷在线红外扫描检测的方法。为验证该检测方法的可行性,进行了LMD钛合金试件人工裂纹缺陷热场仿真分析与红外测温扫描检测实验研究。通过缺陷热场仿真分析揭示了红外测温特征峰峰高与裂纹宽度、深度的关系规律。人工裂纹检测实验表明,红外测温仪探头扫过各人工裂纹上方时,测温波形会出现明显增高的特征峰。通过仿真拟合关系式计算的裂纹宽度温升幅度曲线与实验数据曲线的比较验证了仿真分析结果的正确性。

关键词：增材制造红外检测热场仿真冶金缺陷

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本期导读

装备制造技术 2024年第5期 I0003-I0004页

1.扁线油冷高速电机电磁结构与热场仿真分析关键词:扁线高速电机;电动汽车;油冷;温度场;电磁结构P1~5扁线油冷高速电机在现代电动汽车行业广泛应用,其的散热问题是主要研究方向之一。《扁线油冷高速电机电磁结构与热场仿真分析》一文以... 详细信息

1.扁线油冷高速电机电磁结构与热场仿真分析关键词:扁线高速电机;电动汽车;油冷;温度场;电磁结构P1~5扁线油冷高速电机在现代电动汽车行业广泛应用,其的散热问题是主要研究方向之一。《扁线油冷高速电机电磁结构与热场仿真分析》一文以车用扁线电机为例,通过对比分析扁线电机与圆线电机的电磁设计方式发现,扁线电机在槽满率、空载磁通密度方面有明显提高,有利于提高电机的效率和功率密度;通过Motor-cad软件对电机进行热场仿真,发现高温部位主要在绕组位置;通过建立三种散热结构模型,分析不同结构的电机散热效果,发现喷油槽散热结构与空心轴喷油散热结构能够有效降低绕组等核心部件的温度,联合采用两种结构进行散热将获得更为有效降温效果。分析结果可为进一步优化电机结构,降低电机工作温度提供了参考。

关键词：电动汽车高速电机电机结构电磁结构散热结构磁通密度降温效果热场仿真

磷酸铁锂储能电池簇过充热失控蔓延特性仿真研究

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机械工程学报 2021年第14期57卷 32-39页

作者：王怀铷孙宜听金阳郑州大学电气工程学院郑州450001

储能电站集装箱是以电池簇即电池多模组为基础建立的,电池模组相对密集并且极端情况下电池模组的热失控容易造成电池簇蔓延从而引发更严重的后果。因此,有必要对储能环境中电池簇的热失控蔓延过程进行热场仿真研究。通过设计和搭建8.8kW... 详细信息

储能电站集装箱是以电池簇即电池多模组为基础建立的,电池模组相对密集并且极端情况下电池模组的热失控容易造成电池簇蔓延从而引发更严重的后果。因此,有必要对储能环境中电池簇的热失控蔓延过程进行热场仿真研究。通过设计和搭建8.8kW·h的磷酸铁锂电池模组试验方案进行不同充电倍率的过充试验,试验结果表明磷酸铁锂电池模组在0.4C的过充倍率时未出现燃烧现象,0.5C过充条件时出现燃烧起火现象。在试验的基础上,通过COMSOL仿真软件建立电池簇热场仿真模型,对不同倍率下电池簇的过充热失控蔓延过程进行仿真分析。仿真结果表明,电池模组0.4C倍率过充时不会引起电池簇内其他电池模组热失控,过充模组正下方的电池模组所受影响较大;电池模组0.5C倍率过充时上表面温度急剧上升,会逐级触发上方电池模组的热失控。本研究可为储能电站的过热安全防护提供理论和技术支撑。

关键词：磷酸铁锂电池过充热失控热场仿真

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无线充电系统损耗计算与磁耦合机构散热研究

无线充电系统损耗计算与磁耦合机构散热研究

作者：张子明哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

本文以负载侧输出功率6.6k W的电动汽车无线充电系统为研究对象,对其各个环节的损耗进行分析计算并通过实验测量验证计算的准确性。为评估磁耦合机构的发热情况,对其进行热场仿真,据此进行散热研究,为验证热场仿真的准确性,进行温度测... 详细信息

本文以负载侧输出功率6.6k W的电动汽车无线充电系统为研究对象,对其各个环节的损耗进行分析计算并通过实验测量验证计算的准确性。为评估磁耦合机构的发热情况,对其进行热场仿真,据此进行散热研究,为验证热场仿真的准确性,进行温度测量实验,实验测量结果与计算结果误差较小。本文的具体内容如下:无线充电系统各环节的损耗是从系统工作后产生的,因此首先建立无线充电系统的PLECS电路模型,重点分析与电力电子变换器、开关器件以及补偿拓扑相关的电压电流情况。其次分析电力电子变换器中开关器件的损耗并得出损耗计算公式。最后对补偿拓扑的损耗进行分析,通过理论分析以及仿真计算得出了补偿拓扑各谐振腔的电流值。实验方面,通过实验测量得到的变换器效率与理论仿真计算得到的效率接近。通过文献调研提出基于开尔文函数的利兹线圈内阻计算方法以及使用Steinmetz公式计算磁芯损耗,通过理论分析推导出屏蔽铝板涡流损耗计算公式。根据6.6k W无线充电系统的温度情况,分析温度变化对磁耦合机构各部分损耗的影响,通过分析利兹线圈和屏蔽铝板电导率、铁氧体磁芯损耗随温度变化规律以及使用曲线拟合手段,最终得出了磁耦合机构各部分的损耗计算公式。计算得到的磁耦合机构损耗以热能的形式散失。为评估6.6k W无线充电系统磁耦合机构的发热情况,对磁耦合机构进行热场仿真。分析磁耦合机构中存在的三种换热方式,明确磁耦合机构各部分的热量来源。介绍磁耦合机构热场仿真的步骤,并对仿真得到的各部分温度值和温度分布进行分析。针对磁耦合机构发热以及温度分布不均匀的问题,分别研究支撑材料种类、屏蔽铝板散热、风冷散热和水冷散热对各部分最高温度的影响,通过仿真验证各种散热措施的有效性。通过测量系统效率以及利兹线圈内阻的方式验证磁耦合机构损耗计算的准确性。结果表明,仿真计算得到的磁耦合机构各部分损耗值与实验测量得到的损耗值误差不超过15%。通过对磁耦合机构各部分的温度测量验证热场仿真的准确性,实验表明仿真得到的温度值与实验得到的温度值吻合度较高。

关键词：无线充电损耗计算磁耦合机构热场仿真散热

分子束外延设备中束源炉结构设计与成膜过程研究

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分子束外延设备中束源炉结构设计与成膜过程研究

作者：尹港迎西安电子科技大学

学位级别：硕士

当前,我国半导体产业由于西方国家的封锁和限制,正面临着严峻考验,尤其在芯片制造领域,高端半导体设备缺乏的问题严重。分子束外延设备是制备高质量半导体材料的关键设备,在量子阱激光器、红外探测器等领域发挥着重要作用。因此,开展高... 详细信息

当前,我国半导体产业由于西方国家的封锁和限制,正面临着严峻考验,尤其在芯片制造领域,高端半导体设备缺乏的问题严重。分子束外延设备是制备高质量半导体材料的关键设备,在量子阱激光器、红外探测器等领域发挥着重要作用。因此,开展高性能分子束外延设备的自主研发具有重要的战略和现实意义。束源炉是分子束外延设备的关键组成部分之一,而坩埚和加热线圈是束源炉的核心。因此,本论文围绕分子束外延设备中束源炉结构设计与成膜过程开展了研究工作,重点分析了束源炉参数对温度分布的影响,开展了束源炉结构优化设计,并研究了分子束流在基片表面的成膜过程。论文的主要研究工作和结果如下:1.针对束源炉加热形式,加热线圈尺寸、材质与分布形式,坩埚尺寸、形状及材质等关键参数开展了束源炉热场仿真研究与设计工作。基于COMSOL多物理场数值仿真软件,构建了束源炉模型,仿真研究了束源炉关键参数对坩埚内部温度场分布的影响机理,开展了坩埚和加热线圈的优化设计,获得了优化工艺和材料参数。此外,针对加热方式、坩埚厚度及线圈疏密度等,开展了 V型坩埚束源炉的仿真研究。结果表明,所设计的两种束源炉内部温度控制精度均可达0.1℃,温度稳定性≤±0.1℃,满足设计要求。2.在束源炉设计基础上,开展了分子束流成膜过程仿真研究。基于蒙特卡洛方法研究了碲镉汞薄膜生长过程中微观粒子运动。基于LESRBVM物理场、自由分子流物理场,研究了薄膜各固体原材料的蒸发机制和束流形态,对比研究了不同类型薄膜、不同生长条件成膜过程中基片表面入射分子通量以及薄膜生长的变化规律,分析了衬底温度、源炉与衬底间距、真空度等对基片表面入射分子通量和薄膜均匀性的影响,获得了优化工艺参数。

关键词：分子束外延束源炉 COMSOL 热场仿真成膜过程

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对衡式取暖器散热仿真研究

对衡式取暖器散热仿真研究

作者：王庆哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着人民生活水平的不断提高,以及家庭对于室内取暖的需要,使用电暖器已成为人们冬季的必要需求。而制热效果差、外观笨重是电暖器普遍被诟病的一个问题,升温慢,浪费电,表面温升高,产品不美观,无法满足消费者日益增长的需求。而本文研... 详细信息

随着人民生活水平的不断提高,以及家庭对于室内取暖的需要,使用电暖器已成为人们冬季的必要需求。而制热效果差、外观笨重是电暖器普遍被诟病的一个问题,升温慢,浪费电,表面温升高,产品不美观,无法满足消费者日益增长的需求。而本文研究的对衡式电暖器热场温升的特点,通过优化产品的设计参数,改善产品,提升产品的制热效果与外观美观性,解决用户的痛点。首先采用ANSYS仿真软件建立了包含导热、自然对流、辐射三种传热方式的仿真模型,利用仿真模型与DOE分析影响产品温升的九个因素:出风口宽、热源位置、产品高度、后壳底部进风口长、背部进风口宽、后壳底部进风口宽、背部进风口长、前壳底部进风口宽、背部进风口位置。得出各结构参数因子影响对衡式取暖器产品温升的规律。通过仿真与DOE实验设计,对衡式取暖器可以在满足安规温升的前提下,大幅减低产品厚度,提升产品竞争力。采用仿真与DOE结合的实验设计方法,得出增加前壳进风口面积、增加后壳进风口面积、增加背部进风口面积、增加整机高度、增加前壳厚度,来实现最低的产品温升,并输出对衡式取暖器各结构参数,可以大幅提升产品对室内环境的加热效果。以对衡式取暖器NDK20为参照,进行参数化分析得出软件数据库。通过数学计算软件编译,可实现产品结构参数的影响分析以及目标结果的优化,为产品设计提供便捷。

关键词：对衡式取暖器热场仿真参数化散热分析 DOE实验设计

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自适应型均压真空灭弧室电热场设计与优化

电气应用 2023年第6期42卷 90-95,I0005页

作者：董智吴豫钱海涛潘震李文博国网河南省电力公司河南郑州450000 中国电建集团河南省电力勘测设计院河南郑州450000

随着“中国制造2025”中的“创新驱动、绿色发展”的提出,高压电力开关逐步向智能化、环保化方向演进。真空断路器相对SF_(6)断路器,绝缘介质和灭弧介质对环境友好,是断路器未来发展的方向。多个真空断口串联避免了单断口真空断路器的... 详细信息

随着“中国制造2025”中的“创新驱动、绿色发展”的提出,高压电力开关逐步向智能化、环保化方向演进。真空断路器相对SF_(6)断路器,绝缘介质和灭弧介质对环境友好,是断路器未来发展的方向。多个真空断口串联避免了单断口真空断路器的饱和效应,将真空断路器推向更高的电压等级,多断口断路器核心技术难题是均压配置,传统均压措施并联的均压电容需要空间大,不能满足电力系统小型化、智能化建设需要。针对上述问题,提出了一种自适应型均压真空灭弧室结构,对新结构进行电热场仿真计算,为未来样机研制提供理论依据。

关键词：自适应型均压真空灭弧室真空断路器电场仿真热场仿真

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干式空心桥臂电抗器防范过热措施研究

电力设备管理 2022年第22期 267-269页

作者：谷裕徐攀腾朱博庄小亮刘青松中国南方电网有限责任公司超高压输电公司广州局中国南方电网有限责任公司超高压输电公司检修试验中心

由于站址邻近居民区,电抗器布置方式需要综合考虑电抗器噪声及热场影响,技术难度大,并且干式空心并联电抗器由于过热而导致的故障时有发生,为解决上述问题,本文根据干式空心桥臂电抗器的使用条件要求,开展桥臂电抗器本体包封间电流分配... 详细信息

由于站址邻近居民区,电抗器布置方式需要综合考虑电抗器噪声及热场影响,技术难度大,并且干式空心并联电抗器由于过热而导致的故障时有发生,为解决上述问题,本文根据干式空心桥臂电抗器的使用条件要求,开展桥臂电抗器本体包封间电流分配与发热关系影响研究,进行桥臂电抗器金属件结构形式和规格尺寸形态与过热影响的关系研究;针对阀厅内典型的钢梁结构件模型尺寸,建立电抗器与钢梁结构件一体的仿真简化模型,开展热场仿真研究,得出热场仿真结果。提出了控制电抗器本体包封间温差的控制方案和金属件过热抑制、防范阀厅内电抗器附近钢梁结构过热的措施。

关键词：桥臂电抗器过热抑制热场仿真