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西安市某地铁车站围护结构热湿耦合传递模拟与应用研究

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西安市某地铁车站围护结构热湿耦合传递模拟与应用研究

作者：黄星杰长安大学

学位级别：硕士

随着我国地下空间的开发,各城市地铁站数量逐渐增加。在地铁站设计中,准确的围护结构热湿耦合传递模型对模拟和预测地铁站围护结构热湿分布、提高站内空气品质和设备使用寿命具有重要作用。但是,文献综述结果表明学者们尚未针对地铁站... 详细信息

随着我国地下空间的开发,各城市地铁站数量逐渐增加。在地铁站设计中,准确的围护结构热湿耦合传递模型对模拟和预测地铁站围护结构热湿分布、提高站内空气品质和设备使用寿命具有重要作用。但是,文献综述结果表明学者们尚未针对地铁站围护结构热湿耦合模型进行充分研究。本研究基于Liu模型,结合实测得到的西安地铁站站内的真实温湿度参数设置边界条件,利用多物理场全耦合数值分析模拟软件comsol Multiphysics建立了地下建筑围护结构的热湿传递模型。对该模型进行理论验证;采用不同模型进行对比验证;以及进行单侧受控条件下的实验验证。结果表明,模型与解析解、其他模型模拟结果以及单侧受控条件下的实验数据基本吻合,其中相对湿度的平均误差(ME)和均方根误差(RMSE)分别为5.6%和7.3%。并通过“靠壁对流箱”法测得夏季、过渡季以及冬季西安地铁五号线卫星测控中心站站内温度、相对湿度以及围护结构表面的传湿量,将模型计算出的围护结构表面传湿量与实测得到墙壁传湿量进行对比,结果表明,模型可以较好模拟真实条件下围护结构的湿传递过程。在模型经过全面验证的基础上,本研究使用模型针对以下三个方面进行了应用研究:(1)以贴壁式衬砌结构和离壁式衬砌结构为研究对象,模拟计算在西安地区两种不同的围护结构内部温度分布、蓄水量分布以及围护结构表面散热散湿情况。通过分析墙壁表面传热过程,可知离壁式衬砌结构壁面热流密度比贴壁式衬砌结构壁面热流密度低30%,离壁式围护结构中的空气夹层隔绝了岩土和混凝土围护结构部分的热量传递,使混凝土围护结构能快速响应站内空气温度的变化,使围护结构壁面温度与站内空气温度差值减小,进而降低离壁式围护结构的热负荷;通过分析墙壁表面传湿过程,可知贴壁式衬砌结构壁面传湿速率约比离壁式衬砌结构高出12.5%～50%,结果表明,与贴壁式衬砌结构相比,离壁式衬砌结构能降低围护结构的湿负荷。(2)通过数值模拟对比分析的方法确定了影响混凝土围护结构表面传热传湿过程的主要因素,分析空气流速、空气热湿状态以及车站埋深与壁面传热传湿量的关系。结果表明:随着空气流速的增加,壁面对流换热系数增大,混凝土围护结构表面热流密度和传湿量均增大;随着站内空气温度和相对湿度增加,混凝土墙体表面处温湿度和室内空气温湿度之间差异也增大,进而使混凝土墙壁表面热流密度和传湿量增大;夏季围护结构表面热流密度和传湿量最高,冬季围护结构表面热流密度和传湿量最低;由于站厅和站台埋深不同,其公共区域空气温湿度变化规律不同,围护结构传热传湿量也具有明显差异。最后,利用数值模拟获得大量数据,采用最小二乘法对数据拟合得到可用于实际工程的混凝土围护结构壁面传湿量计算式。(3)基于comsol Multiphysics开发设计一款适用西安地区地铁车站围护结构热湿传递分析应用程序(Application,缩写为APP),用户可以根据工程实际情况,将当地地下空间温湿度条件,围护结构厚度,岩土厚度,基本材料属性等参数输入软件中,不需要预先了解底层模型即可计算出围护结构表面热流密度和传湿量。

关键词：西安地铁车站地下空间围护结构衬砌结构热湿耦合传递 comsol多物理场仿真

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超音频感应加热电源的研究

超音频感应加热电源的研究

作者：张超青岛科技大学

学位级别：硕士

随着当今节能减排和绿色生产目标的提高,感应加热的地位在工业生产中愈来愈高。超音频感应加热是利用电磁感应定律和电磁涡流技术,给负载施加超音频的交流电,使得加热工件产生涡流并自身产生大量的热能,对工件加热具有效率高,速度快,污... 详细信息

随着当今节能减排和绿色生产目标的提高,感应加热的地位在工业生产中愈来愈高。超音频感应加热是利用电磁感应定律和电磁涡流技术,给负载施加超音频的交流电,使得加热工件产生涡流并自身产生大量的热能,对工件加热具有效率高,速度快,污染低等优点,本文根据化工实验的需要,研究并设计了一台用于化工加热实验的全数字化的超音频感应加热的样机。为了实现感应加热装置(感应线圈和坩埚,以下简称系统负载)的最佳加热效果,本文利用comsol软件中“电磁温度”的多物理场仿真接口,分析了系统负载侧电磁场与温度场的相互作用,并根据加热速率对系统负载侧参数进行了建模。本文基于系统负载的结构和线圈匝数的电磁热仿真结果,设计了一种感应加热装置,以实现最佳加热效果。为了更好地提高效能,本文对比了电路拓扑,归纳了数学模型,提出控制策略和算法。本文采用了以频率为边界(FL)的切换模式,以此来判定移相PWM和PFM工作切换的边界频率。移相PWM,PFM混合调功的方式结合了前者的软开关(ZVZCS)特性和后者的快速调功特性。在初始启动的过程中,本设计采用谐振频率自动识别算法,算法使用两个已知的工作频率间接计算出电源的固有谐振频率,其可以在20毫秒之内锁定并捕捉到谐振频率。电源具有多种控制模式来满足工程实验的需要:恒电流模式,恒功率模式,恒温度模式,三个模式都具有各自的反馈环节,都采用了积分分离式限幅PI控制算法。本文根据系统设计指标和仿真结果选择系统器件来设计搭建串联谐振的主电路;再设计搭建以STM32F334为核心的控制电路;设计程序调试组装;最终设计实验证明:实验样机验证了上述控制策略和算法的可行性及优点,同时也验证了主电路和控制电路正确及可靠。

关键词：超音频感应加热 comsol多物理场仿真 ZVZCS 移相PWM-PFM混合调功 STM32F334

基于磁偶极子模型的材料缺陷漏磁检测正演问题的单元积分计算方法

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电工技术学报 2017年第21期32卷 176-185页

作者：李岩松刘启智刘君唐晓骏华北电力大学电气与电子工程学院中国电力科学研究院

在基于磁偶极子解析模型的漏磁检测正演问题中,已有文献关于磁荷在缺陷壁上均匀分布的假设不成立。磁化后的缺陷材料相当于磁媒质,考虑到材料的非线性,磁荷在整个缺陷材料内及缺陷壁上非均匀分布。所以,该文从磁化后整个缺陷材料区域中... 详细信息

在基于磁偶极子解析模型的漏磁检测正演问题中,已有文献关于磁荷在缺陷壁上均匀分布的假设不成立。磁化后的缺陷材料相当于磁媒质,考虑到材料的非线性,磁荷在整个缺陷材料内及缺陷壁上非均匀分布。所以,该文从磁化后整个缺陷材料区域中磁化强度的分布出发,将单位体积内的磁偶极矩的矢量和等效为一个磁偶极矩,并作为磁场源点。从磁偶极子模型出发,推导出任意单元的磁媒质在场点处产生的磁场的积分公式,将整个缺陷材料的积分问题转换为对若干单元进行积分后的叠加。对于任一单元的积分问题,采用数值积分方法求解,并将该方法扩展到整个源区单元,最终整理得到任一场点处磁场的计算方程。通过comsol多物理场仿真软件搭建缺陷材料的漏磁场仿真模型,将仿真结果与计算结果进行对比分析,验证该方法的有效性。

关键词：漏磁检测磁偶极子模型数值积分 comsol多物理场仿真

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小型加热电路板的热性能和挠度分析

固体电子学研究与进展 2019年第4期39卷 306-311页

作者：夏丽刘宪云方佳怡李磊常州大学数理学院

电路器件的集成度越来越高,热流密度的大小也随之增加.温度和热应力是引起电路板功能失效的重要原因,因此利用有限元comsol多物理场仿真软件分析电路板在稳态下的温度分布和热应力分布,找出了电路最大可能的失效区域.研究结果表明:在电... 详细信息

电路器件的集成度越来越高,热流密度的大小也随之增加.温度和热应力是引起电路板功能失效的重要原因,因此利用有限元comsol多物理场仿真软件分析电路板在稳态下的温度分布和热应力分布,找出了电路最大可能的失效区域.研究结果表明:在电阻层电流密度越高的位置,加热功率越大,在电路曲线的内角,产生了最大的有效应力;电阻层和基板之间最大界面应力大于界面处粘附层上的有效力时,电路板就会毁坏;在加热电路的中间区域温度最高,由范式(Von Mises)有效应力产生的最大挠度也在电路的中间区域;基板厚度的降低可以有效地减少有效应力和挠度.本研究结果可应用于电路工作寿命和可靠性的分析,具有重要的理论和实际意义.

关键词：温度热应力 comsol多物理场仿真挠度

超导太赫兹辐射源物理特性研究及小型测试系统搭建

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超导太赫兹辐射源物理特性研究及小型测试系统搭建

作者：庆同南京大学

学位级别：硕士

近年来,由高温超导材料(BiSrCa CuO单晶)制备而成的超导太赫兹辐射源因为连续波辐射、频率连续可调、频段适中等独特的性质备受关注,同时超导太赫兹辐射源也有希望投入实际应用,从而促进太赫兹技术的发展。在对超导太赫兹辐射源的器件... 详细信息

近年来,由高温超导材料(BiSrCa CuO单晶)制备而成的超导太赫兹辐射源因为连续波辐射、频率连续可调、频段适中等独特的性质备受关注,同时超导太赫兹辐射源也有希望投入实际应用,从而促进太赫兹技术的发展。在对超导太赫兹辐射源的器件特性表征中,辐射功率和辐射频率是两个非常关键的因素。然而,提高辐射频率的主要方法是改善器件的导热条件。从这个角度出发,本文研究了Gold-BSCCO-Gold结构超导太赫兹辐射源电极厚度对器件导热的影响,利用comsol Multiphsics软件对不同厚度的辐射源样品进行了焦耳热多物理场耦合仿真。仿真结果发现较厚的下电极样品有更好的导热效果,同时辐射源器件也会有更高的工作电压,这也意味着我们可以检测到频率更高的太赫兹辐射。作为研究太赫兹辐射源辐射特性的重要仪器低温扫描激光显微镜系统,本文采用了波长更短的激光器和光路系统来搭建显微镜系统,成功提升了显微镜的分辨率,意味着我们可以检测尺度更小的器件。并且,由于激光工作在可见光波段,我们可以将其应用在一些有光电效应的电学器件上,例如Si纳米线太阳能电池。我们利用comsol仿真软件,研究了径向硅纳米线激光吸收率高的原因,通过与光电显微镜实验的结果对比,发现激光在纳米线外壁之间的多次散射会造成纳米线对光信号的重复吸收,从而提高了纳米线的光吸收率和光生载流子浓度。此外,为了提高超导器件测量系统的灵活性和便携性,我们使用线性分置式斯特林制冷机,设计并搭建了小型高温超导器件测试系统。通过紧凑的系统设计,我们不仅获得了50 K的最低工作温度,而且该系统只需要7 min就可以从室温降至75 K。通过自主搭建的测试系统和测试程序,我们成功进行了BSCCO辐射源的电学特性测量。

关键词：太赫兹源 comsol多物理场仿真低温扫描激光显微镜小型高温超导器件表征系统

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迈克尔逊干涉型光纤磁传感器稳定性研究

迈克尔逊干涉型光纤磁传感器稳定性研究

作者：李家普华中科技大学

学位级别：硕士

磁传感技术在信息工业领域应用广泛,相比于传统磁传感技术,干涉型光纤磁传感技术具有灵敏度高的特点。本文首先对光纤磁传感技术的研究现状与发展趋势进行了调研和总结,在此基础上,提出了本课题中基于迈克尔逊干涉型光纤磁传感系统架构... 详细信息

磁传感技术在信息工业领域应用广泛,相比于传统磁传感技术,干涉型光纤磁传感技术具有灵敏度高的特点。本文首先对光纤磁传感技术的研究现状与发展趋势进行了调研和总结,在此基础上,提出了本课题中基于迈克尔逊干涉型光纤磁传感系统架构和总体设计方案。本文分析了干涉型光纤磁传感器的相位变化主要来源于光纤长度的变化,而对于光纤直径、纤芯折射率的影响较小。还分析了外加应力与磁致伸缩效应的关系,如果张应力作用于正磁致伸缩材料上将增大磁致伸缩效应;同时分析了磁场方向与磁致伸缩效应的关系,知道了横向磁场不会有纵向伸缩,因此在测试中磁场方向应该与材料长度方向保持一致。然后通过comsol仿真软件分析发现,当磁场方向垂直轴向时磁致伸缩效果最好,基于仿真结果和实际情况确定磁致伸缩材料各参数为:筒的半径3cm,高度2cm,厚度0.2mm,在筒外绕53匝光纤(10m),最后对磁传感器进行仿真分析,发现该传感器能产生0.25πrad的相位差。基于以上分析确定了基于迈克尔逊干涉型的光纤磁传感测试系统,该结构存在的两个问题是偏振衰落和相位漂移。最后,本文对偏振衰落和相位漂移问题进行了分析。法拉第旋转镜法可以消除干涉信号的偏振衰落,这种方法是在反射镜前加一块法拉第旋转晶体。对于干涉信号相位漂移问题,确定了相位载波交叉相乘算法,该方法可以解决相位漂移问题,并实现干涉信号的解调。本文利用LabVIEW软件编写了该算法,通过对算法的仿真分析,发现该算法可以很好的解调出待测信号,并且具有一定的抗噪声能力。最后通过实验测试,结果表明该磁传感系统可探测信号最小频率为20Hz,可探测最小磁信号在80nT至100nT之间。

关键词：迈克尔逊干涉仪光纤磁传感 comsol多物理场仿真相位载波算法

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无限大非接地导体平板的静电感应

大学物理 2021年第11期40卷 5-8,35页

作者：付全红郑建邦樊元成张富利西北工业大学物理科学与技术学院物理实验教学中心陕西西安710129

利用静电场边值问题的唯一性定理,严格分析无限大非接地导体平板的静电感应问题,利用comsol多物理场仿真软件对理论计算结果进行验证.

关键词：唯一性定理静电感应无限大导体平板非接地 comsol多物理场仿真