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新型锤片式粉碎机筛网的改进设计

饲料工业 2023年第22期44卷 34-38页

作者：曹丽英冯玉涛李春东内蒙古科技大学机械工程学院内蒙古包头014010 内蒙古科技大学工程训练中心内蒙古包头014010

为了解决新型锤片式粉碎机透筛效率较低的问题,设计出两种不同结构的筛网。使用Fluent对安装不同筛网的分离装置进行气流场模拟,随后将模拟出的气流场导入EDEM进行耦合仿真。对比分析了物料在安装不同筛网的分离装置中的运动情况,统计... 详细信息

为了解决新型锤片式粉碎机透筛效率较低的问题,设计出两种不同结构的筛网。使用Fluent对安装不同筛网的分离装置进行气流场模拟,随后将模拟出的气流场导入EDEM进行耦合仿真。对比分析了物料在安装不同筛网的分离装置中的运动情况,统计单位时间内的出料量,对新型锤片式粉碎机的透筛效率进行定义,比较了原始筛网与改进后筛网的透筛效率。结果表明:与原始筛网相比,改进后的凹版型筛网在凹面数为2的情况下,透筛效率达到最优,相对于原始筛网透筛效率提高了32.65%。最后通过试验对模拟得出的结果进行验证。统计原始筛网与凹版型筛网在单位时间内的出料量,结论表明:设计出的筛网能有效提高物料透筛效率。

关键词：锤片式粉碎机筛网改进耦合仿真透筛效率试验验证

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咀嚼过程中物料破碎的离散元仿真分析

咀嚼过程中物料破碎的离散元仿真分析

作者：胡成强南京林业大学

学位级别：硕士

随着中国经济快速发展以及老龄人口的比例在逐年增加,牙齿矫正以及修复技术都受到人们广泛的关注,导致义齿质地检测的相关问题也越来越受到人们的注意,包括仪器消耗大、生产成本高昂和测量速率缓慢。为了克服这些问题,本文基于离散元法... 详细信息

随着中国经济快速发展以及老龄人口的比例在逐年增加,牙齿矫正以及修复技术都受到人们广泛的关注,导致义齿质地检测的相关问题也越来越受到人们的注意,包括仪器消耗大、生产成本高昂和测量速率缓慢。为了克服这些问题,本文基于离散元法构建食物颗粒数字模型,对此进行咀嚼破碎分析,食物颗粒在咀嚼过程中所受咀嚼力的变化与实验数据进行对比,从而验证咀嚼破碎模型的可行性,为义齿的检测提供数据支撑。离散元法(DEM)是模拟微小颗粒代替大颗粒相关的数值方法,在生活当中,食物的材料属性大都属于离散型颗粒,故在进行咀嚼食物仿真时,用离散元法构建出的食物颗粒更符合实际。本文的重点研究内容包括:(1)重构牙颌三维模型。本文采用CT断层扫描技术,以健康成年男子的牙齿为采样标本,自下颌底部开始至鼻骨底部对受试者进行断层扫描,以健康成人的上、下牙颌为参照,利用逆向工程技术得到重建后的牙齿三维模型。(2)食物颗粒参数的获取。利用离散元法中的颗粒粘结模型模拟食物受到外力作用下破碎的状态,本文将通过采用颗粒簇模型来研究食品破碎时所受力的变化。采用离散元里的粘结模型(BPM),使颗粒充斥在食物的3D模型里,通过压缩实验得到粘结模型的参数,使颗粒相互粘结,从而形成食品颗粒,将三维牙颌模型作为咀嚼破碎的边界。(3)咀嚼实验装置平台的设计。通过动作捕捉实验,能够有效的获取到实验对象正常咀嚼食物时,口颌系统切割和研磨的运动轨迹,运用Matlab软件对轨迹进行数据分析,获得两种运动状态下的运动轨迹,将其作为下颌的驱动函数,确保仿真运动的准确性。通过对轨迹数据的分析,利用平面四杆机构能够较好传递动能的特性,设计出变轨迹四杆机构,从而进一步设计出咀嚼物料破碎实验装置。(4)验证咀嚼破碎模型的可行性。在ADAMS软件里,将动捕实验得到的运动轨迹作为下颌的的驱动函数,分别在切割、研磨运动方式下。三维牙颌与食物颗粒模型在运动轨迹和速度的两个变量进行ADAMS-EDEM耦合仿真,并对仿真数据进行分析。在相同变量的前提下,与设计好的实验装置进行实验对比论证,从而验证咀嚼破碎模型的可行性,为日后研究义齿的可靠性与仿生颌架提供数据的支撑。

关键词：口腔咀嚼运动离散元法耦合仿真

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氧化锌压电薄膜能量收集器的研究

氧化锌压电薄膜能量收集器的研究

作者：孙艺轩沈阳理工大学

学位级别：硕士

氧化锌(Zn O)为一类六方纤锌矿构造的宽禁带半导体材料,它不仅拥有禁带宽度系数大、激子束缚能高、介电常数低等优势,并且它还具备优异的半导体性、压电特性、电光学等特征,因此其在发光二极管、太阳能电池以及传感器等方向研究上有着... 详细信息

氧化锌(Zn O)为一类六方纤锌矿构造的宽禁带半导体材料,它不仅拥有禁带宽度系数大、激子束缚能高、介电常数低等优势,并且它还具备优异的半导体性、压电特性、电光学等特征,因此其在发光二极管、太阳能电池以及传感器等方向研究上有着深刻的研发。氧化锌压电薄膜是一种新型的复合材料,它能够在受到外力的作用下产生电流和电压,因此其被广泛应用于广泛微机电系统、执行器与驱动器等各类压电器件中。本文以氧化锌压电薄膜为研究对象,从氧化锌压电薄膜的制备、建模仿真、分析测试、应用设计等几个方面开展工作。氧化锌压电薄膜能量收集器主要由氧化锌压电薄膜、压电发电装置等部分组成。本文通过磁控溅射的方法在Si O基底上溅射Ag金属层作为底电极,紧接着在Ag金属层上溅射Zn O,最后在Zn O上再溅射一层Ag金属层作为顶电极层,整体是个三明治结构。接着对其进行扫描电镜检测等,检测样品的截面、表面特征以及元素组成,对样品进行高倍显微镜观测,发现样品表面较为致密,形貌特征良好。最后制作一个压电发电装置,将设计好的压电薄膜材料依附在其上,通过机构受力,从而带动压电薄膜的变形,从而产生电压。利用多物理场耦合模拟分析软件COMSOL构建了氧化锌压电薄膜的三维模拟结构,并实现了仿真数据分析,探究了受力时氧化锌压电薄膜的位移变化以及电压变化,从微观角度解释了氧化锌压电薄膜受力产电的内部原理。对制得的氧化锌压电薄膜能量收集器进行模型分析,首先在理论上分析了氧化锌压电薄膜能量收集器的模型,对其受到外力从而带动氧化锌压电薄膜产生电压进行了理论性研究。对制得的薄膜材料进行长度、宽度、厚度等参数的改变,研究其相关机械特性,得到了输出电压受自身尺寸和输出力影响的变化规律。

关键词：氧化锌压电薄膜电压能量收集器耦合仿真

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振动挤压式荸荠收获机设计与试验

振动挤压式荸荠收获机设计与试验

作者：吴泽栋华中农业大学

学位级别：硕士

荸荠机械化收获“无机可用”的问题严重制约着荸荠产业的发展,开发高效低损的荸荠收获机为实际生产迫切需求。论文针对荸荠人工收获存在生产效率低、劳动强度大、损伤率高及机械化收获存在挖掘、果土分离困难等问题,开发了振动挤压分离... 详细信息

荸荠机械化收获“无机可用”的问题严重制约着荸荠产业的发展,开发高效低损的荸荠收获机为实际生产迫切需求。论文针对荸荠人工收获存在生产效率低、劳动强度大、损伤率高及机械化收获存在挖掘、果土分离困难等问题,开发了振动挤压分离式荸荠收获机。主要研究内容如下:(1)根据国内外荸荠收获机和马铃薯等根茎类收获机的研究现状,结合前期调研总结的经验,开展了荸荠收获机的总体设计。明确了荸荠收获机的主要结构包括:机架、振动式挖掘铲、一级振动筛、振动挤压分离装置和二级输送筛等关键部件。通过对整体结构和传动系统的布局,确定了各部件的位置及传动形式。(2)对荸荠收获机关键部件进行了选型、设计与理论分析。通过对挖掘铲铲尖进行运动学分析,得到铲尖位移、速度和加速度方程,确定铲尖运动轨迹。通过对挖掘铲进行动力学分析,揭示挖掘铲在入土和出土过程中,铲体的受力情况和对土壤的破碎机理。根据振动式挖掘铲设计要求,确定挖掘铲铲体为平面铲体,幅宽为900 mm,铲长为105 m,铲面倾角为25°,振动机构的偏心轴承偏心距为9 mm,振频随拖拉机后动力输出轴转速改变,为9～12 Hz,挖掘铲振幅根据几何关系计算为50.1 mm。一级振动筛筛体选择为带杆式筛体,筛体由后驱动胶轮驱动。输送筛振动器为主动式双滚子型振动器,可使上筛面呈简谐振动。通过对输送筛上筛面进行运动分析,得到振动点处的运动方程,分析果土混合物在抛送过程中的受力情况和运动过程,确定输送筛输送线速度应大于1.39 m·s,振动器振动频率合理范围为2.33～9.12 Hz,结合荸荠田土块难破碎的特点,选取振动器振动频率为8 Hz。振动挤压分离装置包括振动板、偏心振动机构、挤压辊等部件。利用RecurDyn对振动板运动轨迹进行仿真,结合对振动板挤压点处的运动分析,确定振动板运动为绕振心的倾斜正弦摆动。对进入分离装置的土块进行分类,并进行土块破碎形式分析。对挤压辊进行运动分析和钉齿冲击力分析。对中大型土块在振动挤压分离装置处的综合受力及破碎机理进行研究,发现土块破碎主要与振动板振幅、振动板振频和挤压辊转速有关,为仿真试验提供理论支撑。(3)基于DEM-MBD耦合仿真的挖掘铲仿真试验与分析。挖掘铲挖掘性能试验。以挖掘铲振频、挖掘深度和机具前进速度为试验因素,以挖掘阻力为评价指标,对挖掘铲开展三因素三水平Box-Behnken中心组合试验,探究挖掘铲不同工作参数对挖掘性能的影响。并利用Design-Expert 10.0.7进行数据分析,试验结果表明影响挖掘阻力的主次顺序为:前进速度>挖掘深度>挖掘铲振频,建立回归方程并进行参数优化,的挖掘铲较优工作参数组合为:挖掘铲振频为12 Hz,挖掘深度为25 cm,前进速度为0.6 m·s。(4)基于DEM-MBD耦合仿真的分离装置仿真试验与分析。以振动板振频、挤压辊转速和振动板与挤压辊间距为因素,以完全分离土层所需时间和荸荠模型平均受力为评价指标,开展单因素仿真试验,探究其对分离装置防堵性能的影响。挖掘铲振频对防堵性能的影响的试验结果表明:随着振动板振频的增大,分离所需时间呈减少趋势,在振动板振频大于5.2 Hz后,分离所需时间小于1.0 s,最短时间为0.832 s,不易产生拥堵。荸荠平均受力呈增大趋势,最大受力为46.9 N,小于荸荠所能承受的最大剪切力67.2N,不易损伤荸荠。挤压辊转速对防堵性能的影响的试验结果表明:随着挤压辊转速增大,分离所需时间呈减少趋势,当挤压辊转速大于260 r/min时,分离时间小于1.0 s,最短时间为0.790 s,不易产生拥堵。荸荠平均受力呈上升趋势,最大受力为60.7 N。在转速达到300 r/min后,增大挤压辊转速对分离时间的影响趋势减小,但会引起荸荠平均受力的急剧增加。因此,挤压辊转速选取应在300 r/min附近。板辊最小间距对防堵性能的影响的试验结果表明:随着振动板与挤压辊最小间距的减小,分离所需时间随之减小,当板辊最小间距达到8 cm后,分离时间小于1.0 s,最短时间为0.796 s,不易产生拥堵。荸荠平均受力随板辊最小间距先略微上升后减小,最大受力为43.7 N,不易损伤荸荠。单因素试验表明,在振动板振频为6.5 Hz左右、挤压辊转速为300 r/min左右、振动板与挤压辊间距为8 cm左右时,分离装置具备较优防堵性能的同时不易损伤荸荠。以振动板振幅、振动板振频和挤压辊转速为试验因素,以土层破碎率为评价指标,开展分离装置碎土性能试验。利用Design-Expert 10.0.7软件设计CCD中心组合试验,并进行显著性分析、方差分析和响应面分析。试验表明,影响土层破碎率的主次顺序为:振动板振频>振动板振幅>挤压辊转速,且振动板振频和挤压辊转速的交互作用对土层破碎率影响显著。经过参数优化得出较优工作参数组合为:振动板振幅33.05 mm、振动板振频6.63 Hz、挤压辊转速336.72 r/min,最优土层破碎率为93.

关键词：荸荠收获机械振动挖掘振动挤压分离耦合仿真性能试验

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振动铲掘夹拔式芋头挖掘机设计与试验

振动铲掘夹拔式芋头挖掘机设计与试验

作者：王宏波华中农业大学

学位级别：硕士

芋头是我国重要的水生蔬菜,其口感软糯,营养价值丰富,经济效益高,在我国被广泛种植。芋头采收劳动强度大、工作环境复杂、采收工序多,一定程度上制约着芋头产业化和规模化发展。本文基于种植农艺及收获要求,依据芋头收获早期叶柄生长特... 详细信息

芋头是我国重要的水生蔬菜,其口感软糯,营养价值丰富,经济效益高,在我国被广泛种植。芋头采收劳动强度大、工作环境复杂、采收工序多,一定程度上制约着芋头产业化和规模化发展。本文基于种植农艺及收获要求,依据芋头收获早期叶柄生长特性和力学特性,设计了一种振动铲掘夹拔式芋头挖掘机,该机采用挖拔组合的方式进行收获作业,同时采用振动挖掘的方式来减阻降耗、减少壅土,以提高芋头收获质量。研究内容及结论如下:（1）收获早期芋头叶柄生长特性测定。确定芋头收获深度为200 mm,叶柄收获高度为1000 mm,株距为300 mm,行距为800 mm,沟宽300 mm。生长几何特性测得了在自然状态下,底部、中部、上部叶柄横轴尺寸集中范围分别为80～120 mm、80～160 mm、160～240 mm,在聚拢状态下,底部、中部、上部叶柄横轴尺寸集中范围分别为70～100 mm、55～160 mm、70～100 mm。（2）收获早期芋头叶柄力学特性试验研究。进行了叶柄弯曲、剪切和拉伸特性试验,试验表明:随着叶柄部位的上升,其弯曲力和剪切力逐渐减小,而拉伸力在中段最小,最大平均弯曲力为110.99 N,最大平均剪切力为77.10 N,最大平均拉力为217.17 N;进行了叶柄拉伸试验,结果表明:在夹紧距离和加载速度一定时,夹持位置越低,最大瞬间滑移力越大,芋头越易被拔起;开展了拉拔力试验,试验表明:在松土深度为200 mm时,拔起芋头平均拉力为164.78 N,远小于芋头叶柄拉断力,提出采用拉拔组合的方式进行收获作业。（3）振动铲掘夹拔式芋头挖掘机结构设计。该机由机架、振动挖掘装置、夹持输送装置、叶柄切割装置、张紧装置、行走挖深调节装置等组成,以完成芋头挖掘、输送、芋柄分离和叶柄铺放等功能,实现芋头挖拔收获。在遵循结构布局的前提下,对传动系统进行了设计,拟定输入转速与同步带轮转速比为2:1,与偏心轮转速比为1:1,与刀盘转速比为2:3,估算出该设备配套牵引功率,确定了中小型拖拉机均能配套使用。（4）关键部件设计与分析。对整机机架、夹持输送装置、振动挖掘装置和叶柄切割装置进行设计、理论分析与仿真,优化其结构及参数。对机架进行了静力学分析,分析发现机架最薄弱处在固定左侧夹持输送装置支撑架的支撑方管与主体间的焊接处,其结构强度符合设计要求。对机架进行了模态分析,分析表明在二阶模态时可能产生共振,加工时需使用更厚的支撑方管并在其焊接处增加加强筋。确定夹持输送装置采用柔性夹持,夹持部件采用同步皮带,通过理论分析确定夹持高度为150 mm,建立了夹持输送速度与前进速度的关系,确定同步带轮选用8M型,同步皮带选用HTD8M型号;确定了叶柄切割装置采用圆盘式切割,切断方式为高速单侧支撑,对刀片结构进行了设计,确定刀刃高度为100 mm,刀片宽度为60 mm,刃角为15°,刀片厚度为5 mm,刀片数量为3片;对振动挖掘装置的偏心轮机构进行了设计,确定挖掘铲采用平面三阶挖掘铲,由理论分析确定了挖掘铲的主要参数。对振动挖掘装置进行了刚柔耦合分析,分析发现挖掘铲的最薄弱处在铲尖和铲耳焊接处,最大变形为0.93 mm,最大应力为77.46 MPa,满足材料强度要求。（5）基于EDEM与RecurDyn耦合仿真的振动挖掘部件性能分析。为验证所设计的挖掘部件挖掘入土性能,对不同铲面阶数进行挖掘性能对比分析,验证了三阶挖掘铲碎土能力优于一阶和二阶挖掘铲,其平均行进阻力最小且为588.25 N;对固定式与振动式挖掘铲挖掘性能对比分析,发现振动式比固定式挖掘铲的平均行进阻力减小了22.8%,bonding键断裂数量增幅为105%,其挖掘性能更强。为确定整机最优工作参数组合,对振动挖掘机构进行仿真试验,单因素试验探究了影响因素对挖掘性能的影响规律,确定入土角水平设置为20°、25°、30°,前进速度水平设置为0.6 m/s、0.8 m/s、1 m/s,偏心距水平设置为4 mm、5 mm、6 mm,振频水平设置为9 Hz、10.5 Hz、12 Hz。利用Design-Expert10.0.7软件设计正交试验,正交试验结果得出影响行进阻力的主次顺序为前进速度＞入土角＞偏心距＞振频,入土角与偏心距的交互作用对行进阻力影响极显著,建立了回归方程并对参数进行优化,得到最佳工作参数组合:入土角为20°,前进速度为0.6 m/s,偏心距为6 mm,振频为12 Hz。（6）芋头收获机性能试验。以留柄长度稳定系数、明芋率、伤芋率和破皮率为评价指标,开展了芋头收获机作业质量检测,试验结果表明,叶柄的留柄长度较为一致,芋头的明芋率达96.93%、伤芋率达2.67%、破皮率达2.86%,符合所参考的国家标准,验证了整机设计的合理性。

关键词：芋头收获机械挖拔组合结构设计耦合仿真性能试验

番茄钵苗株距可调式疏植移栽装置及关键技术研究

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番茄钵苗株距可调式疏植移栽装置及关键技术研究

作者：卫咏哲西北农林科技大学

学位级别：硕士

设施农业作为现代农业的一种生产方式,能够实现人为可控环境下的农业高效生产作业,近年来受到大力推行,为了便于蔬菜的大规模培育管理,设施农业中常采用穴盘育苗方式进行种植。由于消费者对蔬菜钵苗品质的要求越来越高,为满足精细农业要... 详细信息

设施农业作为现代农业的一种生产方式,能够实现人为可控环境下的农业高效生产作业,近年来受到大力推行,为了便于蔬菜的大规模培育管理,设施农业中常采用穴盘育苗方式进行种植。由于消费者对蔬菜钵苗品质的要求越来越高,为满足精细农业要求,在对蔬菜进行穴盘育苗过程中常采用疏植移栽技术,即将蔬菜钵苗从高密度穴盘移栽至低密度穴盘,从而为钵苗提供进一步的生长条件。然而现阶段疏植移栽以人工为主,效率低下且易损苗伤苗。因此,研究自动化疏植移栽技术,对于实现穴盘钵苗精准移栽的作业自动化以及提高移栽生产作业效率具有重要意义。本文借鉴前人有关穴盘钵苗移栽研究的基础上,以番茄穴盘钵苗为研究对象,提出了株距可调式疏植移栽方案。主要研究内容与结论如下:(1)温室番茄钵苗物理特性研究。根据疏植移栽农艺要求,选取15d、20d、25d、30d和35d各苗龄阶段的“陆扬k9”番茄穴盘钵苗的物理参数,包括苗高、苗叶宽度、茎粗和苗总质量,各项物理参数基本随苗龄增长呈逐渐上升趋势;分析该品种番茄钵苗的根系随苗龄的分布情况,随着苗龄增长,苗钵根系逐渐发达,并确实适宜机械化疏植移栽钵苗苗龄为20-30d;研究不同苗龄与不同含水率条件下的番茄苗钵抗压特性,区分苗钵含水率为低、中、高三个层级,结合苗钵压缩前后效果,确定各阶段苗龄在中含水率(60%)时抗压特性较好,更适宜机械化疏植移栽作业;研究为后续株距可调式疏植移栽装置的设计提供理论基础。(2)确定疏植移栽装置的总体方案。确定了疏植移栽装置的功能与性能要求;对疏植移栽末端执行器的株距调整机构、夹持式取苗末端执行器进行方案比较和分析;依据圆柱凸轮机构距离调整精准,结构简单及运行平稳等优点确定其为株距调整机构,确定了夹持式取苗末端执行器选用单指四针斜插式;确定了基于圆柱凸轮的株距可调式疏植移栽末端执行器方案;对疏植移栽装置移栽机械臂方案进行了确定,选用笛卡尔坐标机械臂为移栽机械臂方案;最终确定疏植移栽装置总体方案。(3)设计疏植移栽装置关键部件与控制系统。对株距调整机构的圆柱凸轮机构结构与参数进行设计与研究,确定圆柱凸轮轮廓曲线为简谐运动规律方程曲线,并基于ADAMS对简谐运动规律圆柱凸轮机构工作过程进行分析,对凸轮机构冲击位置进行接触强度校核,对圆柱凸轮机构工作过程进行受力分析,确定其工作所需最大扭矩为14.76 N·mm,为电机选型提供参考。对夹持式末端执行器取苗针结构与参数进行设计与研究,对其取苗过程进行受力分析;利用CT扫描技术获取苗钵根系真实模型,从而建立苗钵根土复合体,并基于EDEM与Recur Dyn进行不同参数取苗针对苗钵根土复合体提取效果耦合仿真试验研究,仿真结果表明,根土复合体提取效果较优取苗针参数范围为:取苗针夹角范围为10°～12°,取苗针入土角范围为4°～6°,取苗针间距范围为4 mm～8 mm;设计了穴盘图像识别模块,通过YOLO v4算法搭建检测框架对穴孔进行识别,从而判断穴盘规格尺寸指导疏植变距机构工作,识别精度可达97%;确定了控制系统控制模组及装置各部分电气元件硬件型号,并根据装置整体方案确定控制系统流程图。(4)疏植移栽装置的试制及验证试验。根据前文研究对株距可调式疏植移栽装置样机进行试制。对株距可调式疏植移栽末端执行器进行参数优化试验,根据前期取苗针耦合仿真单因素试验确定参数工作范围,进行疏植移栽正交试验,试验确定疏植移栽末端执行器最优参数组合为取苗针夹角为10°、入土角为4°、取苗针间距为8mm、变距速度为5 mm/s;利用最佳工作参数进行验证试验,试验分别选用128穴移栽至72穴、72穴移栽至50穴两种株距变化要求进行疏植移栽验证试验,试验结果表明:128穴钵体最大形变量平均值为1.13±0.68 mm,72穴钵体最大形变量平均值为1.51±0.64 mm,总移栽成功率为93.33%,整机移栽效率为22株/min,移栽成功钵苗全部成活,满足设计要求。

关键词：穴盘苗疏植移栽末端执行器圆柱凸轮耦合仿真

MHD微角振动传感器温度特性分析与补偿方法研究

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MHD微角振动传感器温度特性分析与补偿方法研究

作者：王岩岩天津大学

学位级别：硕士

高精度航天器在轨运行期间,自身运动部件和空间物理环境等因素极易诱发微角振动,严重影响有效载荷的指向精度、姿态稳定度和成像质量。基于磁流体动力学(Magnetohydrodynamic,MHD)的微角振动传感器兼具宽频带、低噪声等优势,成为空间结... 详细信息

高精度航天器在轨运行期间,自身运动部件和空间物理环境等因素极易诱发微角振动,严重影响有效载荷的指向精度、姿态稳定度和成像质量。基于磁流体动力学(Magnetohydrodynamic,MHD)的微角振动传感器兼具宽频带、低噪声等优势,成为空间结构微角振动测量的重要选择。MHD微角振动传感器的温度特性直接关系着传感器在轨测量的精度。为此,本文从理论建模、数值仿真和实验分析三个方面展开深入研究,具体工作如下:1.根据MHD微角振动传感器的工作原理分析了温度对导电流体材料参数、流体通道内磁感应强度和流体通道结构尺寸等传感器关键参数的影响,建立了考虑温度影响的传感器简化输出模型。2.基于Fluent软件的MHD模块建立了环形流体通道内的电磁流多物理场耦合仿真模型,仿真分析了导电流体材料参数温度系数、流体通道内磁感应强度温度系数和流体通道结构热变形对MHD微角振动传感器输出特性的影响。仿真结果表明,结构热变形对传感器的影响远小于另外二者。在低频段,传感器主要受导电流体材料参数的影响;在高频段,传感器主要受流体通道内磁感应强度的影响,200Hz时的标度因数温度系数为-0.136%/°C。3.搭建了MHD微角振动传感器流体通道内磁感应强度的温度特性实验平台,基于四位置测试法得到磁感应强度随温度的变化规律;搭建了MHD微角振动传感器输出的温度特性实验平台,基于扫频法得到不同频率下标度因数随温度的变化规律。实验结果表明,磁感应强度温度系数为-0.134～-0.143%/°C,200Hz时传感器的标度因数温度系数为-0.120%/°C,证明流体通道内磁感应强度温度系数对传感器输出的影响最大。4.为改善流体通道内磁感应强度的温度稳定性,提出了两种补偿方法:一是将热磁补偿合金应用于磁路作磁分流器,弥补永磁体的磁通损失;二是将两个海尔贝克环形阵列各自生成的磁场在相反方向上对齐,抵消温度的影响。利用Ansoft maxwell软件进行参数化求解确定结构尺寸,通过磁路仿真验证了两种补偿方法的有效性。

关键词： MHD微角振动传感器温度特性耦合仿真标度因数补偿方法

某SUV发动机舱热管理的仿真分析与改进研究

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某SUV发动机舱热管理的仿真分析与改进研究

作者：于鑫吉林大学

学位级别：硕士

现代汽车越来越朝着低车身的流线型车身设计方向发展,SUV发动机舱的空间十分紧凑,由于零部件众多,过热的发动机舱热环境不仅会影响机舱内零部件的性能,而且会产生热伤害从而进一步损害舱内部件,严重影响汽车的性能。发动机舱内的传热方... 详细信息

现代汽车越来越朝着低车身的流线型车身设计方向发展,SUV发动机舱的空间十分紧凑,由于零部件众多,过热的发动机舱热环境不仅会影响机舱内零部件的性能,而且会产生热伤害从而进一步损害舱内部件,严重影响汽车的性能。发动机舱内的传热方式既包含与空气之间的对流换热还伴随着热传导与热辐射,本文综合考虑热量传递三种基本方式采用三维耦合仿真的方式对某SUV发动机舱进行仿真建模,将仿真结果与实验结果进行对比验证耦合仿真的可行性与准确性,针对仿真分析发现的问题提出相应的改进措施。本文所研究内容如下:基于CFD仿真工具STAR-CCM+和热分析仿真工具TAITherm,建立三维耦合仿真模型,TAITherm模型与STAR-CCM+模型的被耦合部分在几何上具有一对一映射关系。TAITherm中建立两部分模型:发动机舱固体模型和排气系统管流模型,通过耦合模型之间的壁面温度和对流换热系数的数据映射实现耦合模型的数据传递,计算怠速工况(5 km/h)、爬坡工况(40km/h)、高速工况(120km/h)下耦合仿真的流场及温度场结果。对耦合仿真方法的准确性进行验证,首先研究迭代次数对计算精度的影响,通过对比不同工况下五次迭代零部件的表面温度,结果表明第三次迭代发动机舱耦合仿真模型和排气系统耦合模型均已经趋于收敛;其次对比耦合仿真涡轮增压器的表面温度的仿真值与实验值,结果表明表面温度值最大误差不超过5%,由此可以确定耦合仿真的准确性;最后,通过排气系统模型对比传统CFD仿真与耦合仿真的关键部件的表面温度,结果表明耦合仿真与实验得到的表面温度值误差不大,而传统仿真却和实验值有很大差异,验证了耦合仿真方法的优越性。通过对耦合模型的流动特性和温度场特性的研究发现,怠速工况存在较为严重的问题,表现为:散热系统的中冷器下方存在着涡流区,并且进气前端的密封性不足,同时发动机舱上方存在着高温空气回流的现象;散热器、冷凝器、中冷器的速度均匀性均没有达到该车型的目标值。整体发动机舱内的温度很高,前围板由于受到涡轮增压器和排气管的辐射的影响温度已经超过了100℃,蓄电池表面的温度也的超过了其温度极限。针对怠速工况存在的问题对发动机舱内的结构布置进行改进,结果表明优化后的模型通过改进冷却前端的结构与布置,散热器进气量提高了21%,冷凝器进气量提高了35%,中冷器进气量提高了34.8%,并且散热器、冷凝器的表面速度均匀性已经满足的该车型预期的目标值。最终,整体发动机舱内的空气流速得到了大幅度的提升,更多的的热量从发动机舱内排出,发动机舱内整体的温度下降,蓄电池表面最高温度降至80.5℃,未超过其温度极限;在排气歧管等高温热源附近增加隔热罩也有效地避免了其对周围部件的热辐射,使得周围部件的表面温度显著降低。

关键词：发动机舱热管理耦合仿真迭代进气量热辐射

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高温超导块材的温度敏感性及其监测系统研究

高温超导块材的温度敏感性及其监测系统研究

作者：魏明慧西南交通大学

学位级别：硕士

高温超导钉扎磁浮列车已经发展了二十多年,发展期间不断地有国内外科研机构加入该制式的研究。任何交通工具的发展,运行安全性都是首当其冲的,高温超导钉扎磁浮列车的安全性首先取决于超导块材钉扎性能强弱,而钉扎性能又依赖于超导块材... 详细信息

高温超导钉扎磁浮列车已经发展了二十多年,发展期间不断地有国内外科研机构加入该制式的研究。任何交通工具的发展,运行安全性都是首当其冲的,高温超导钉扎磁浮列车的安全性首先取决于超导块材钉扎性能强弱,而钉扎性能又依赖于超导块材的温度,所以关注超导块材的温度演化行为和温度敏感区域问题以及建立与超导块材温度相关的安全性监测方法对于该种制式列车的安全运行至关重要。本文正是基于实际工程应用需求,以安全性为基点,逐步推进相关应用基础研究。首先,以超导块材在液氮环境下的表面热流密度变化研究为出发点。利用MATLAB编写传热学问题反演方法的程序并带入实验测量的温度值,反演出超导块材在受冷时的表面热流密度变化,为分析超导块材的温度敏感区域和建立耦合仿真模型提供条件。其次,结合磁浮高速运行模拟实验台和块材内部温度监测系统,通过实验手段探究超导块材内部的温度分布和温度敏感区域。并通过传热学方程,计算超导块材被表面热流带走的热量,从而得到在绝热条件下超导块材的温度分布和一定运行时间下的交流损耗近似值。研究发现:超导块材在ab面内温度分布均匀,但在c轴有明显的温度梯度,且温度敏感区为超导块材靠近永磁轨道处。该研究结果为温度监测系统的传感器安装位置提供参考。再次,以计算的表面热流密度为热学边界条件并考虑超导块材热导率的各向异性,依靠多物理场耦合软件的磁场公式模块和固体传热模块搭建磁—热耦合和热—力耦合仿真模块,与实验结果相互印证超导块材的温度分布规律。并研究了垂向磁场不平顺变化率对于超导块材温度和悬浮力的影响以及域内平均温度、温度特征点温度和悬浮力三者的关系。最后,分析现有的超导体温度监测方案的优缺点和杜瓦内液氮液位监测的难点,提出了磁浮子液位监测方法和配套可行的温度监测方案,并制作了基于磁浮子的液位监测系统和基于铂电阻温度传感器的温度监测系统的Lab VIEW程序,为后续搭建更为完善的,以高温超导磁悬浮悬浮器为单元的多参量性能监测系统提供了前期基础。

关键词：高温超导块材表面热流密度温度敏感区域耦合仿真安全性监测