最新刊期
2022年第56卷第6期
- 摘要：为了快速估算大型Z箍缩装置中心汇流区电感,研究Z箍缩装置电功率和能量传输效率的规律,对Z箍缩装置中心汇流区做近似处理,给出了绝缘堆、真空喇叭口、真空磁绝缘传输线、汇流柱等部件电感近似计算公式,建立了一种快速估算Z箍缩装置中心汇流区电感的方法,获得了中心汇流区电感与电气参数(绝缘堆峰值电压)和结构参数(中心汇流区半径及分层数、真空磁绝缘传输线倾角)的定量关系。在此基础上,建立了典型Z箍缩装置简化电路模型,实现了从中心汇流区结构参数→电气参数→输出电流的自洽电路模拟,获得了中心汇流区分层数及半径对Z箍缩装置短路电流的影响规律。计算结果表明:所提电感计算方法获得国际典型Z箍缩装置的中心汇流区电感与文献最大误差为3.3%; 中心汇流区电感随分层数增大而减小、随半径先减小后增大,存在使中心汇流区电感最小的优化半径。所提方法可为同类型Z箍缩装置的设计提供理论参考。关键词：Z箍缩;中心汇流区;电感计算;绝缘堆;磁绝缘传输线428|5|0更新时间：2025-04-27
国家重大专题 Z箍缩装置研究
- 摘要：为了研究以天然气为燃料的干式低排放(DLE)贫预混(LP)燃烧室改用氢燃料时的性能变化和掺氢极限,满足低碳排放燃机安全可靠运行的要求,以某F级发电用重型燃气轮机燃烧室为研究对象,数值研究了天然气/氢气混合燃料不同掺氢比(H2体积分数0～100%共6种工况)对燃烧室燃烧和排放性能的影响,分析了燃烧室可能出现的问题。研究表明,燃用天然气的LP燃烧室在改用氢燃料时,存在着回火的巨大风险,在掺氢比达40%时回火导致的燃烧器喷口高温区域明显,在更高的掺氢比下存在烧毁的可能,且高氢条件下回火发生且向上游传播,为机组运行带来巨大的安全问题。中心以扩散方式工作的值班燃烧器不存在回火风险。产物中CO和CO2的含量随掺氢比的增加而降低,H2O含量增加; NOx的排放量随氢含量的增加呈现增加的趋势,但增幅并不显著。关键词：氢燃气轮机;燃烧性能;燃烧室;燃料灵活性212|6|0更新时间：2025-04-27
专题 新型燃料与燃烧过程优化
- 摘要：针对水下机器人集群通信平台在实际运用中存在多普勒效应、易受水质和障碍物等影响产生误码的问题,提出一种基于弱电鱼感知机理的水下仿生电场通信系统。该系统根据仿生电流场通信原理,通过两对发射接收电极传递信号,设计了一套基于幅移键控原理的现场可编程门阵列(FPGA)数模混合电路。首先,为实现平台低功耗及小型化,模拟电路通过合理选型并进行画板制版,具体的发射电路包含幅移键控调制电路以及半桥驱动放大电路,采用低零漂高精度仪表运放提取接受电极两端电势差; 其次,为了提高水下机器人集群通信距离实时变化时通信系统的稳定性,通过FPGA增益控制数字电路控制可编程放大器实现自适应倍数放大; 然后,采用FPGA模数转换数字驱动电路驱动模数转换芯片将模拟信号转换为数字信号; 最后,通过整流滤波数字电路整流后设计幅移键控非相干解调数字电路输出二进制数据流后由串口电路传输至树莓派中进行数据处理。仿真分析了不同尺寸不同形状障碍物对水下电场通信影响,并进行水下通信实验,结果表明:在淡水中电导率为4.87×10-4 S/cm条件下,所提出的水下电场通信系统可实现通信距离为2.4 m时误码率为0,且水下电场通信收发电极平行时,通信性能最佳。关键词：水下机器人;水下通信;数字通信系统;现场可编程门阵列144|7|0更新时间：2025-04-27
- 摘要：针对微充气管内残留燃料冰影响冷冻靶控温过程这一问题,建立了基于Boussinesq假设和离散坐标辐射模型的三维数学模型,分析了管内残留燃料冰长度对基准、辅助加热以及快速降温3种工况下靶丸表面温度均匀性以及稳定性的影响。结果表明:基准稳态工况下,靶丸表面最大温差随管内燃料冰长度增长先降低后升高,燃料冰末端与靶丸外表面齐平(长度为0.09 mm)时,最大温差最小,相比于无燃料冰降低31.5%; 施加7 500 W/m2辅助热流的瞬态工况下,管内残留燃料冰长度不同时,靶丸表面最大温差随时间变化均表现为先增大后减小直至稳定不变,燃料冰长度较短(≤0.09 mm)时,靶丸表面均匀性恶化程度较轻; 以6 K/min进行线性快速降温过程中,管内燃料冰长度为0.09 mm时,降温过程中稳定性最好,降温结束时均匀性最佳; 当管内燃料冰长度为0.09 mm时,3种控温工况下靶丸表面温度均匀性及稳定性均较好,可达到较好的控温效果。关键词：微充气管;残留燃料冰;冷冻靶;控温过程;均匀性59|7|0更新时间：2025-04-27
- 摘要：针对有载分接开关在实现切换工作时驱动轴存在传动不稳定、转动位置不精确的问题,提出了一种以有载分接开关驱动轴转动位置为被控量的闭环反馈抗扰控制策略。首先,根据在电动机构作用下有载分接开关工作状态对驱动轴的转动位置需求,建立了驱动轴期望位置的误差动态控制系统; 其次,设计了两个跟踪微分器以计算驱动轴位置信号的光滑跟踪信号,进而可通过调节参数来控制驱动轴位置轨迹的过渡过程; 然后,设计了两个扩张状态观测器去估计误差动态控制系统中的状态值及由于有载分接开关在工作中受负载变化、切换方向改变等因素引起的总和扰动值; 最后,利用驱动轴位置误差信号及误差动态控制系统的状态估计值设计非线性反馈控制器,并在控制器中补偿扩张状态观测器估计的总和扰动值来实现抗扰控制效果。应用Matlab仿真软件对所提控制策略进行了验证,仿真结果表明,所提控制策略可实现有载分接开关驱动轴的期望位置控制,与传统PID控制策略相比,所提抗扰控制策略将有载分接开关驱动轴闭环反馈控制下位置误差减少了85%。关键词：关键词:有载分接开关;误差动态控制系统;自抗扰控制;扩张状态观测器;闭环反馈控制47|5|0更新时间：2025-04-27
- 摘要：为了提高永磁同步电机(PMSM)速度伺服系统的抗转矩扰动性能,提出一种系数自整定的自适应速度补偿控制方法。首先,利用状态空间表示法,设计了PMSM负载转矩的降维状态观测器,实现了负载转矩的实时辨识与估计; 然后,将转矩辨识值补偿到PMSM速度控制器的输出端,作为电流控制器的补偿输入,实现了自适应速度补偿,提高了系统的抗扰性。针对因转动惯量变化而影响负载转矩辨识的问题,分析了惯量的时变特性对转矩观测结果的影响规律,并提出一种基于sigmoid函数的补偿系数自整定的控制方法。该方法根据PMSM的电磁转矩和观测器的转矩辨识值,利用自整定sigmoid函数在线实时调节补偿系数,实现了自适应速度补偿的参数自调整。实验结果表明:所提出的补偿系数自整定控制方法的速度恢复时间较快,相比常规固定补偿系数的控制方法,速度调节时间从120 ms减少到100 ms; 该方法减小了因惯量偏离真实值而导致转矩辨识出现超调或偏差时,通过前馈补偿对速度控制造成的冲击和振荡,有效提高了PMSM伺服系统的速度控制性能。关键词：永磁同步电机;转矩辨识;速度补偿;系数自整定101|6|0更新时间：2025-04-27
- 摘要：针对人工关节润滑液难以定量供给导致假体表面磨损严重的问题,提出一种水凝胶关节囊结构来供给和保存关节润滑液的方法,并进行了试验探究和理论验证。首先,制备了含透明质酸琼脂糖水凝胶,在生理盐水浸润环境中对其进行了体外无侧限压缩蠕变缓释试验,得到了蠕变体积和介质释放量与压力的关系曲线,并得出蠕变体积与介质释放量的转换公式。然后,根据水凝胶的结构和性质,建立了耦合扩散和大变形理论的本构模型,在给定压力的情况下通过该模型可得到水凝胶蠕变仿真曲线,最后结合试验得到的转化公式,可推导出水凝胶介质缓释量。采用一种将试验结果与有限元建模和优化方法相结合的有限元逆向法技术,得到了试件的相关材料参数,使用该参数对不同压力下的蠕变行为进行了仿真验证,结果表明:含透明质酸琼脂糖水凝胶在恒定压力作用下蠕变缓释量正比于蠕变体积; 在给定压力和作用时间的情况下,耦合扩散和大变形理论模型可以在误差允许范围内定量预测含透明质酸琼脂糖水凝胶的缓释量。该研究成果可为未来水凝胶作为人造关节囊实现人工关节定量润滑提供参考。关键词：人工关节;润滑液;水凝胶蠕变缓释;有限元法42|8|0更新时间：2025-04-27
- 摘要：为揭示大型发电机全工况域内金属杂质侵蚀定子线棒环氧云母绝缘层的耦合机理,对金属杂质颗粒与定子绝缘层高应变下的材料介损进行了电磁-机械-温度多场有限元模拟与实验分析。在矢量磁位的有旋场下,构建含球型金属杂质的线棒与铁芯槽电磁-机械参数化模型,赋特征单元类型及空气域奇对称边界条件; 利用矩阵等交互顺序耦合法,对该模型的体力密度值和非线性瞬态施力行为进行施力渐变分析; 研究定子线棒端部环氧绝缘层相变与微观损耗增量,得出金属杂质研磨绝缘层的形变特征值及应力特征值范围; 建立含球型金属杂质的电磁-温度模型,运用单向磁热耦合方式进行热侵蚀计算,得出杂质接触面的温度场范围。采用交变磁场下金属研磨实验对线棒切面绝缘层进行模拟施力验证,并对样本采用扫描电镜观测。实验与仿真结果表明:金属杂质焦耳损耗引起的异常温升不足以对环氧绝缘层造成短时热侵蚀; 由杂质研磨侵蚀使环氧分子链发生断裂导致云母片缺陷加剧的机械过程是定子线棒绝缘劣化的主因。本文研究可为发电机定子线棒主绝缘的状态监测与故障诊断提供一定的参考。关键词：大型发电机;定子线棒;绝缘劣化;有限元分析;扫描电镜44|6|0更新时间：2025-04-27
- 摘要：针对标准试块法测量热障涂层厚度需要制作标准试块导致成本高、测量工艺复杂、无法适应热障涂层服役后折射率变化等问题,提出了采用太赫兹时域光谱技术的高精度热障涂层测厚方法。首先,根据太赫兹波在热障涂层中的传播特性建立了热障涂层太赫兹波传播模型,通过模型可以得到太赫兹检测信号回波数量和回波相位对应的变化关系; 然后,根据菲涅尔定律和太赫兹检测信号前3次回波之间的作用关系建立了折射率计算模型; 最后,根据所得到的折射率和相邻两次回波时间差采用飞行时间法求解热障涂层厚度。对所提方法测量热障涂层厚度的可行性和准确性进行了多组实验研究,结果表明:与标准试块法相比,所提方法不需要制作标准试块,仅根据太赫兹检测信号即可同时计算得到热障涂层折射率与厚度,实现了对热障涂层高效、高精度测厚; 所提方法测量厚度的相对误差可以达到1.15%,比标准试块法测量厚度的相对误差降低了42.5%。关键词：热障涂层测厚;无标准试块;太赫兹时域光谱;飞行时间法72|5|0更新时间：2025-04-27
- 摘要：针对现有的大多数基于点到点度量的多视角点云配准方法在配准过程中,由于物体表面离散化而无法获得点到点的精确重叠,从而导致的收敛速度慢、配准精度低的问题,提出一种基于点到面度量的多视角点云配准方法。为获得多视角点云匹配结果,采用逐步求精的策略将多视角配准问题分解成多个点到面双视角配准子问题进行求解。在双视角配准过程中:使用数据点与对应点处切平面的距离误差代替点对距离误差,给出新的目标函数; 提出高效法向量转换策略,以减少多视角配准的每次迭代中平面法向量的求解次数。在目标函数的求解过程中,用线性最小二乘法逼近非线性优化问题,从而实现点到平面误差的最小化。将所提方法在斯坦福数据集上进行了测试,实验结果表明:与当下较为流行的多视角配准方法相比,所提方法在不同数据集上的旋转误差均降低了38.9%以上,平移误差均降低了16.6%以上,能够快速实现精确、可靠的多视角点云配准。关键词：多视角配准;点到面度量;线性最小二乘;平面法向量63|5|0更新时间：2025-04-27
- 摘要：为保证大功率相控阵天线T/R组件的长时间稳定工作,提出了一种相变储能平板热管的热控设计方案,该系统中的相变材料和平板热管分别发挥储热和热扩散的作用。实验对比了铝制平板热管和铝合金板的热扩散性能,以及它们分别和相变材料结合后的热控性能。实验结果表明,铝制平板热管的传热性能优于铝合金,在40 W时其冷凝端的最大温差为3.2 ℃,且等效热阻可维持在0.35 K/W以下; 当热源置于侧边时,相比置于中间位置时的蒸汽扩散和液体回流路径较长,平板热管的热扩散性能下降; 同时,与使用铝合金作为储热容器底部基板时的局部过热现象相比,采用相变储能平板热管的热控设计,可以将热源的热量进行均匀扩散,降低热流密度,从而表现出更好的温度均匀性,再通过相变储能的方式吸收热量,可以保证天线产品持续工作90 min时的结点温度控制在70 ℃。对于高纵横比的槽道式平板热管,需要进一步改良槽道的毛细结构,降低蒸汽扩散和液体回流路径的差异对热扩散性能的影响。关键词：大功率天线产品;热控设计;平板热管;相变储能63|6|0更新时间：2025-04-27
- 摘要：为进一步分析出湿空气作为冷却工质时气膜冷却相对于干空气气膜冷却的差异,分别通过实验与数值方法,探究了吹风比和湿空气含湿量对平板气膜冷却的影响。在实验研究中,采用红外热像仪测量靶面温度,对比分析了不同含湿量与吹风比下平板气膜冷却性能变化规律,从而得到气膜冷却效率关于吹风比与含湿量的变化关系。在数值研究中,建立了具有单个气膜孔、周期性边界条件的气膜冷却模型,利用ANSYS CFX软件数值分析了高温高压条件下的不同吹风比,不同湿空气含湿量条件下的流动与传热特性。结果表明:在实验条件下,当吹风比为0.7时,靶面冷却效率随含湿量的增加而增加; 当含湿量为188.9 g/kg时,湿空气相对于干空气的靶面平均冷却效率增加量最高,约为4.8%。数值分析结果和实验吻合较好。进一步的数值分析表明,当吹风比为0.7时,气膜冷却效果最好,且吹风比处于0.3～0.7之间时,靶面的气膜冷却效果均随着含湿量的增加而增加,当吹风比大于0.7时的规律则相反。基于实验结果与数值结果拟合出靶面平均气膜冷却效率关于吹风比和含湿量的关联式,实验值和数值结果与关联式的相对误差均小于±2%。关键词：气膜冷却;湿空气;吹风比;含湿量57|5|0更新时间：2025-04-27
- 摘要：为提升离心压缩机气动性能以满足燃料电池系统的需求,以某燃料电池离心压缩机叶轮为研究对象,选取叶轮进口倾角、叶片数、子午流道等型线控制点和叶片安装角分布控制点等关键构型参数作为优化变量,采用数值计算方法对离心压缩机叶轮气动性能进行模拟和优化。结合拉丁超立方抽样与BP神经网络拟合叶轮构型参数与气动性能的映射关系,以叶轮等熵效率最大为优化目标、总压比和功率等参数为约束,运用遗传算法对上述叶轮关键构型参数进行多参数寻优,并对优化前后叶轮的气动性能及其内部流动特性进行了对比分析。结果表明:在设计工况下,优化后叶轮等熵效率提高了3.90%,总压比为1.742,功率为8.53 kW,满足设计要求; 叶轮的稳定运行工况范围变宽,并且在整个工况范围内叶轮的等熵效率也均得到提升; 从流场分析可以发现,优化后叶轮轮盖侧高熵值区域缩小,叶片压力面及出口截面速度分布更均匀,低速气体团面积在不同流动方向上减小,叶道内流动分离得到抑制,验证了所提离心叶轮多参数优化设计方法的有效性。关键词：离心压缩机;叶轮;燃料电池;气动性能;多参数优化85|6|0更新时间：2025-04-27
- 摘要：为满足航天和生物医疗等应用中对低功耗小型低温液体循环泵的需求,采用数值模拟和3D打印叶轮迭代优化方法设计了叶轮和诱导轮结构,研制了一款10 L/min流量、百瓦以下功率的小体积低温离心泵。搭建了一套小型低温泵闭式回路性能测试系统,完成了以液氮为介质的低温工况泵性能测试。获得了转速在4 500～8 000 r/min范围内的低温泵外特性曲线,研究了泵前流体压力(表压140～800 kPa)对低温泵扬程的影响规律。研究结果表明:该小型低温离心泵在小流量小扬程下运行稳定; 随着流量的增加,功率先近似线性增长,而后增长速率逐渐减小; 当转速增加时,功率线性增长区域的斜率变大且效率曲线开始出现峰值; 转速越大,则最佳效率工况点越向大流量区域偏移,在额定转速6 500 r/min时,最佳效率工况点为流量10 L/min,扬程为7.12 m; 入口压力高于200 kPa时,低温泵扬程对压力变化不敏感。本文研究应可为小流量低温流体驱动应用的解决方案提供参考。关键词：离心泵;低功耗;小流量;性能测试;低温流体87|5|0更新时间：2025-04-27
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