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温差电器件内阻影响因素分析

电源技术 2021年第11期45卷 1505-1509页

作者：孙夏爽段玥晨杨号南郑州大学机械与动力工程学院河南郑州450001 河南省智能制造研究院河南郑州450001

温差电器件工作过程中可以看作一个电源,其电源内阻随负载电阻变化而变化。目前很多学者做温差电器件分析过程中忽略这一因素,将内阻看作一个定值。利用有限元软件comsol对温差电器件进行仿真,分析温差电器件内阻的影响因素及内阻变化... 详细信息

温差电器件工作过程中可以看作一个电源,其电源内阻随负载电阻变化而变化。目前很多学者做温差电器件分析过程中忽略这一因素,将内阻看作一个定值。利用有限元软件comsol对温差电器件进行仿真,分析温差电器件内阻的影响因素及内阻变化对温差电器件转换效率和输出功率的影响。结果表明,随着负载电阻减小,电路电流增大,热电偶的内阻会逐渐增加,当电流达到20 A时,电源内阻可增大6.5%。热电臂尺寸因子的改变对温差电器件内阻影响很大,冷热端温差的改变对温差电器件内阻影响较小。

关键词：温差电器件 comsol仿真分析电源内阻尺寸因子温差

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稻谷微波干燥特性及实验装置研究

稻谷微波干燥特性及实验装置研究

作者：张明明安徽工程大学

学位级别：硕士

稻谷的干燥是其储藏的重要条件之一,根据国家统计局数据显示,我国每年因干燥问题而造成粮食损失不低于5%,因此对稻谷进行干燥研究具有重大意义。稻谷籽粒由外壳、胚乳和稻糠组成,外壳在稻谷干燥时阻碍籽粒内部水分迁移,这就导致了稻谷... 详细信息

稻谷的干燥是其储藏的重要条件之一,根据国家统计局数据显示,我国每年因干燥问题而造成粮食损失不低于5%,因此对稻谷进行干燥研究具有重大意义。稻谷籽粒由外壳、胚乳和稻糠组成,外壳在稻谷干燥时阻碍籽粒内部水分迁移,这就导致了稻谷是一种难以干燥的材料,其干燥特性与其他谷物不同。微波作为一种新能源,稻谷在电磁波作用下产生内热源,稻谷籽粒内部温度梯度和水分梯度都是从内向外进行传递,干燥时内外水分可同时汽化,有较好的干燥效果。微波干燥具有穿透性强、稻壳可透性好、干燥速度快,且加热较均匀等特点。本文以研究稻谷微波干燥特性为出发点,综合运用传热传质学、多孔介质理论和机械设计等学科知识,建立了稻谷传热传质模型,通过实验分析和数值模拟,深入研究了稻谷微波干燥特性,构建了适合描述稻谷微波干燥过程的动力学模型,并根据微波功率,初始温度和间歇时间对稻谷微波干燥特性的影响,采用非线性优化函数Fmincon优化稻谷微波干燥模型,利用comsol软件建立了电磁场、传热场和稀物质传递三向耦合模型,发现了稻谷籽粒内部温度和湿度分布变化规律,以稻谷微波干燥试验和仿真研究为基础完成了微波干燥实验装置设计与优化,为微波加热在食品干燥中的应用和稻谷微波干燥设备的设计开发奠定了理论基础。本文主要内容如下:（1）稻谷的微波干燥特性理论研究在稻谷生理特性和结构参数的基础上,分析了稻谷微波干燥机理,研究得到稻谷微波干燥质热传递模型,确定了传热传质模型的边界条件和初始条件,分析和讨论了稻谷微波干燥动力学理论,为稻谷微波干燥工艺提供理论依据,并为后期稻谷微波数值模拟和稻谷微波干燥装置的设计奠定理论基础。（2）稻谷的微波干燥特性实验研究完成了稻谷微波干燥单因素实验设计,分析了不同工艺参数对稻谷微波干燥特性的影响,研究发现了稻谷内部水分分布和温度变化规律。建立了适合描述稻谷微波干燥过程的动力学模型,并根据微波功率,初始温度和间歇时间对稻谷微波干燥特性的影响,采用非线性优化函数Fmincon优化稻谷微波干燥模型。（3）稻谷微波干燥数值模拟利用comsol Multiphysics软件将稻谷干燥特性、麦克斯韦方程组与热传导方程相联系,建立了电磁场、传热场和稀物质传递三向耦合模型,设定了仿真边界条件,完成了稻谷微波加热过程中传热传质模拟计算,发现了稻谷籽粒内部温度和湿度分布变化规律,仿真结果与实验得到的结果进行对比分析可知,两者之间的温度和湿度变化有一定的差别,但整体变化趋势相同,说明了稻谷微波干燥特性的三维仿真模型能够较好地反应干燥特性,也进一步验证了仿真结果真实性。（4）稻谷微波干燥特性实验装置设计与优化设计开发了一种高效的稻谷微波干燥实验装置,整个装置由干燥箱体、干燥机构、送料机构、除湿机构,以及与干燥箱体一端固定的控制器五个部分组成。完成了实验装置整体结构设计和主要部分设计,并对装置具体实施方式做出了说明。通过送料电机带动螺旋上料桨将谷物自动送入干燥箱体内部,并通过驱动电机带动驱动轴转动,增加谷物干燥均匀性;采用抽气泵将装置工作时产生的含有水汽的高温气体抽出,对进料筒内部的谷物预热,提升了谷物干燥效率;通过回气罩吹出的热风向上流动,实现微波与热风耦合加热。

关键词：稻谷微波干燥干燥特性温度场含水率 comsol仿真分析

光纤电导一体式探针传感器结构优化设计与信号处理研究

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光纤电导一体式探针传感器结构优化设计与信号处理研究

作者：王皓燕山大学

学位级别：硕士

随着油井开采逐渐从低含水转变为高含水,针对井下油气水三相流相含率参数测量的精确度以及可靠性也逐渐成为相关领域研究的重点,同时也成为指导油井开采的重要指标和调整油田开发的重要数据来源。为了解决油气水三相流相含率测量问题,... 详细信息

随着油井开采逐渐从低含水转变为高含水,针对井下油气水三相流相含率参数测量的精确度以及可靠性也逐渐成为相关领域研究的重点,同时也成为指导油井开采的重要指标和调整油田开发的重要数据来源。为了解决油气水三相流相含率测量问题,本课题基于光纤测量技术、电导测量技术进行创新性设计,同时采用有限元法对其测量原理、数值模型、结构参数等进行深入分析,研制一种光纤电导一体式探针传感器,同时基于传感器收集时序脉冲信号数据提出针对油气水三相流分类预测模型。首先,由于课题组提出的光纤电导一体式探针传感器响应特性和几何参数优化等方面缺乏有效研究。因此本文通过comsol有限元数值模拟方法对传感器进行建模并分析不同结构参数下的光纤电导一体式探针传感器测量区域内的电势灵敏度的变化,以及通过不同形状下的绝缘管外壁受到流场冲击力的变化,确定最优的绝缘管外壁形状。综上,确定光纤电导一体式探针传感器最优的结构参数。其次,针对时序脉冲波动信号进行分析,研究一种基于多维特征的Light GBM分类预测模型。该模型拟采用时频域、统计、混沌、近似熵等分析方法获得对持气率变化敏感的多维特征参数。并基于Light GBM模型对不同工况下时序脉冲信号进行预测。最后,对光纤电导一体式探针传感器进行实物研制,并搭建静态实验操作平台。通过对比两者在水相中触碰气泡的电势变化,进一步验证了优化结构参数后的光纤电导一体式探针传感器测量的精准性以及可靠性。并以光纤测量时序脉冲信号为例,基于Light GBM多分类预测模型对大庆石油总公司丰收基地水平模拟井动态实验采集的数据进行学习,得到模型的精确率等多分类评价指标,充分证明该模型能够准确预测三相流的各相相含率。

关键词：油气水三相流光纤电导一体式探针传感器 comsol仿真分析 LightGBM分类预测模型评价指标

基于交变电磁场技术的钢板表面缺陷检测方法研究

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基于交变电磁场技术的钢板表面缺陷检测方法研究

作者：曹鸿威沈阳工业大学

学位级别：硕士

目前，我国的石油开发的范围已经迈向海底资源，我国在沿海的海上石油勘探平台数量不断增加。这些平台每年都要进行例行的安全隐患检测，一般情况下，需要检测的均为海下钢架、管道等。普通的检测方法已经不能满足检测需要，随着交变电... 详细信息

目前，我国的石油开发的范围已经迈向海底资源，我国在沿海的海上石油勘探平台数量不断增加。这些平台每年都要进行例行的安全隐患检测，一般情况下，需要检测的均为海下钢架、管道等。普通的检测方法已经不能满足检测需要，随着交变电磁场检测技术的出现，这种技术已经被大面积应用在海底检测，但是国外检测经费昂贵，不利于这种技术的大力发展，因此研究交变电磁场检测技术的理论，推动国内交变电磁场技术的发展非常有必要。本文研究了不同的电磁类无损检测技术以及交变磁场检测技术的国内外现状，推导了各种检测技术的基本概念与原理。在分析了交变磁场测量技术特点的基础上，对交变电磁场检测原理进行了根本性的探讨，提出了基于U型线圈激励的交变电磁场检测平台的总体方案，设计了矩形线圈探头激励。在此基础上,使用comsol软件进行激励部分与检测部分的仿真分析，对于其不同的检测条件进行对比分析。设计了激励信号发生电路，磁芯，传感器，后信号处理电路。用Altium Desinger软件设计了信号调理电路，采用Labview界面编程技术完成了测试软件的编制，用复合的二阶滤波电路实现有效的消除噪声，得出多组不同数据对检测结果进行对比分析。结合交变磁场技术理论模型，通过独特的检测方式，结合传感器，信号处理电路，数据采集软件，构建了交变电磁场检测平台，对钢板裂纹进行了试验，得出电压峰值变化规律，经过多组测试数据的对比分析，得出钢板裂纹的长度与深度的特性关系。本文用设计完成的平台进行了多组实验，测量的数据与理论分析基本相符，证明了交变磁场测量方法测量钢板表面裂纹的可行性与有效性。

关键词：交变电磁场测量技术 U形线圈激励 comsol仿真分析涡流检测

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基于电射流打印的光刻工艺研究及实验分析

基于电射流打印的光刻工艺研究及实验分析

作者：李金来吉林大学

学位级别：硕士

本文主要研究内容是基于电射流打印的光刻工艺研究及实验分析,通过将光刻技术与电射流打印技术结合,解决了光刻技术目前存在的成本高,制作工艺复杂,需制备多个掩模板等问题。本文的主要工作与创新点如下所示:本文首先结合当前光刻技术... 详细信息

本文主要研究内容是基于电射流打印的光刻工艺研究及实验分析,通过将光刻技术与电射流打印技术结合,解决了光刻技术目前存在的成本高,制作工艺复杂,需制备多个掩模板等问题。本文的主要工作与创新点如下所示:本文首先结合当前光刻技术与电射流打印技术的研究现状提出了光刻技术存在的问题,从电射流打印技术的机理出发,对于射流进行受力分析了解各个分力之间的平衡关系,定性分析各个参数对于打印效果的影响。对射流的流场方程与电场方程进行分析,推导出适合本文的电流体动力方程,找到适合本文的启动电压预测公式。使用comsol Multiphysics建立电射流打印的二维模型,将电场与流场耦合设定参数,使电场力转变为流场中的体积力,设置边界条件,初始条件,计算步长,计算时间等。从微观角度观察了泰勒锥表面的电荷聚集情况与内部的速度场分布,与相应理论进行验证。分别研究打印高度,入口流量,加载电压与流体粘度四个不同参数对于锥射流打印模式与泰勒锥形成的影响,为实验部分提供了参考。购置并组装试验台;对于光刻胶溶液性质进行测量;设计调整打印参数;验证启动电位并对于锥射流打印模式进行捕捉等。对于34g喷针进行分组实验,探究电压与打印高度对于打印线宽的影响,推导出相应的经验公式,得出打印高度对于线宽的影响图像呈现“抛物线状”,在适当的范围内,线宽随着电压的增加而减小,对于电射流打印光刻胶奠定了基础。利用“电容器”理论,解释了实验中利用不同打印基底得出不同打印效果的现象,提供理论支撑;将电射流打印机理与瑞利不稳定性结合,合理解释了带点小液滴破裂的实质。对于四种不同口径的喷针进行了分组实验,得出喷针口径越小,电射流打印线宽越小的结论。最终在打印高度为480微米,打印电压为1600v时,使用34g喷针打印出了平均线宽为22.76微米,最细线宽为9.7微米的光刻胶线条。

关键词：电射流打印技术泰勒锥光刻技术 comsol仿真分析

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新型绝缘气体开关柜的电场及温度场仿真研究

新型绝缘气体开关柜的电场及温度场仿真研究

作者：王雪蕴玉大连交通大学

学位级别：硕士

27.5kV开关柜是高铁供电领域中的重要组成部分,近年来气体绝缘开关柜(CGIS)正逐渐取代传统开关柜,其在27.5kV开关柜领域的发展也受到了关注。于C-GIS而言,绝缘和温升问题是两大研究重点。CF3I被视作最有可能替代SF6作为绝缘介质的气体之... 详细信息

27.5kV开关柜是高铁供电领域中的重要组成部分,近年来气体绝缘开关柜(CGIS)正逐渐取代传统开关柜,其在27.5kV开关柜领域的发展也受到了关注。于C-GIS而言,绝缘和温升问题是两大研究重点。CF3I被视作最有可能替代SF6作为绝缘介质的气体之一,但目前对CF3I及其混合气体的研究仅停留在其本身的放电特性,缺乏CF3I充作气体绝缘开关柜绝缘介质时,对其绝缘及散热能力的研究。本文以充有CF3I混合气体的27.5kV-C-GIS为研究对象,基于comsol多物理场耦合软件,针对其绝缘及散热问题进行仿真研究,为新型气体在C-GIS中的推广应用提供理论依据。论文主要内容包括:首先以27.5kV C-GIS的母线为研究对象,基于电磁场-流场-温度场耦合进行温度场仿真,以同比例的SF6/N2为参照,分析不同比例CF3I/N2的散热能力。最终确定散热能力最接近SF6的组分为30%CF3I/70%N2。其次以27.5 kV的新型C-GIS为研究对象,对母线室和断路器室进行雷电耐受冲压电场仿真,得出母线室及断路器室的最大场强小于临界击穿电场强度7.79kV/mm。验证了30%CF3I/70%N2的绝缘能力。最后本文基于电-流-热多物理场耦合的仿真模型,对30%CF3I/70%N2混合气体的绝缘介质的散热性能进行研究,施加额定电流1.1倍的电流后,母线室内部空间的最高温升为60.85K,导体最高温升为42.85K;断路器室的最高温升为22.85K,导体最高温升为16.85K,满足开关柜最高温升的基本要求70K,以及绝缘构件最高温升50K的要求。对母线室母排的结构进行了改进,降低最大场强及温升,最终场强为3.10kV/mm,最终导体最高温升为45.85K,空间最高温升为37.85K。

关键词：新型绝缘气体C-GIS 电场温度场 comsol仿真分析

基于1-3型压电复合材料的高频球形单阵元超声换能器的设计

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基于1-3型压电复合材料的高频球形单阵元超声换能器的设计

作者：郭瑞彪西安电子科技大学

学位级别：硕士

超声换能器是医学成像设备上关键的组件之一,仍然存在很多工艺瓶颈有待突破。基于1-3型压电复合材料的球形单阵元超声换能器相对于传统的单晶材料换能器有很大的优势。开发的换能器有低的声阻抗、小的介电常数、大的带宽值和高的机电转... 详细信息

超声换能器是医学成像设备上关键的组件之一,仍然存在很多工艺瓶颈有待突破。基于1-3型压电复合材料的球形单阵元超声换能器相对于传统的单晶材料换能器有很大的优势。开发的换能器有低的声阻抗、小的介电常数、大的带宽值和高的机电转换效率等优势。球形超声换能器不用添加声透镜来聚焦,减少了超声传播过程中能量的损耗,可以获得优异的声场特性。使超声换能器不仅具有好的波束性能,而且具有较高的分辨率和灵敏度。首先,本文介绍了超声换能器、球形单阵元超声换能器及压电复合材料的概念和背景。通过分析国内外发展现状,讨论了本文的研究内容和意义,并提出1-3型压电复合材料的高频球形单阵元超声换能器的研究技术路线。其次,介绍了压电复合材料和压力声学基本理论。首次使用comsol有限元软件创建了1-3型压电复合材料和球形换能器的优化模型。通过仿真分析,优化了压电复合材料的各项参数和换能器的匹配层厚度,并研究了换能器的声场特性。随后,以1-3型压电复合材料仿真得到的优化参数为理论基础,通过改进的切割填充法制备压电复合材料。并使用磁控溅射的方法制备其表面电极,再进行材料的表征分析。得出1-3型压电复合材料的相对介电常数、机电耦合系数、声阻抗值、纵波声速等参数,并与仿真结果进行比较。最后,以制备出的1-3型压电复合材料为基础和换能器仿真设计得到的优化参数为指导,来制备基于1-3型压电复合材料的高频球形单阵元超声换能器。通过对传统工艺的研究,提出一种新的解决方案,使制备过程更加可靠并且易操作。再通过脉冲回波实验测试换能器样品的参数,其中心频率、带宽和焦距基本达到预期的设计指标。通过以上研究发现,comsol有限元仿真分析的结果与实验结果基本保持一致,切缝的填充物、压电相的宽高比和匹配层的厚度对压电复合材料和换能器的性能有很大的影响。本文不仅提供1-3型压电复合材料的仿真研究方法和换能器的仿真设计思路,而且提供了一种新的球形单阵元超声换能器的制备方法。本文为以后的复合材料球形单阵元超声换能器的深入研究打下了坚实的基础,也为其他换能器的设计提供了参考。

关键词： 1-3型压电复合材料有限元法 comsol仿真分析球形单阵元超声换能器