摘要：以甘露醇与乳糖等为原材料,利用液氮制备冰激凌法,制备不同初始饱和度的地热多孔物料;通过多功能微波冷冻干燥装置,冷冻干燥处理制备的地热多孔物料,建立地热多孔物料干燥过程的多物理场分析模型,并设计对应的定解条件;通过COMSOL多物理场仿真软件,结合定解条件,求解多物理场分析模型,完成不同初始饱和度与不同微波功率等条件时的物理场分析,验证地热多孔物料微波冷冻干燥过程多物理场的影响。

摘要：化工泵用屏蔽电机是化工泵的主要动力源,具有运行可靠、无介质泄漏等优点,因而对其运行性能及多物理场分布情况进行分析十分重要。设计了一种用于化工泵用屏蔽电机的新型复合鼠笼结构,通过商业场路耦合时步有限元软件确定电机尺寸,并对其驱动性能进行了分析。基于流固耦合思路,对比分析了新型复合鼠笼结构以及常规纯铜鼠笼电机的三维温度场分布和应力场分布,通过试验和解析计算,验证了所设计的化工泵用屏蔽电机新型复合鼠笼结构及电机方案的合理性和可行性。在基本确保力能指标的前提下,其起动转矩倍数提高了2.6%,起动电流倍数减小了2.2%,绕组端部温度降低了3.18℃,电机质量和成本均有所降低。

摘要：双面散热(double-sided cooling,DSC)功率模块的结-壳热阻,是其电热设计、状态监测与失效分析的关键性能指标。然而,现有的结-壳热阻模型及其测试标准,仅针对单通道传热的功率模块,难以匹配多通道传热的DSC功率模块,无法识别DSC功率模块的本构热阻信息。首先提出DSC功率模块的本构热阻模型,阐释DSC功率模块本构热阻的物理意义,分析重构单通道传热本构热阻的可行性和唯一性;其次,评估所提本构热阻与传统测试热阻的本质差异。基于商业化DSC功率模块,采用多物理场分析方法,构建DSC功率模块的热阻数据库;然后,基于神经网络学习方法和所构建的数据库,建立DSC功率模块的本构热阻模型,并通过大量训练数据和测试数据的交叉验证及多款DSC功率模块的实测结果,验证神经网络重构本构热阻的泛化能力和兼容能力,为多通道散热功率模块的热阻建模与表征,提供新的研究思路和技术途径。

摘要：大规模海上风电开发成为当前可再生能源发展的必然趋势,海上风电已从近海走向远海,风电机组(简称风机)容量达8 MW以上.升压变压器将风机出口电压由0.69~1.4 kV升至35 kV及以上,是风电系统的核心装备.远海风电离岸距离50 km,升压变压器的电压需提升至66 kV及以上,因66 kV干式绝缘升压变压器属产品空白,目前普遍采用油浸式变压器.相比油浸式技术,干式绝缘变压器火灾风险低,防爆性能好,易于维护.但传统的环氧树脂浇注干式绝缘变压器技术因存在界面缺陷难以调控而导致局部放电问题,难以应用于66 kV升压变压器.本文提出了一种66 kV/10 MVA干式绝缘升压变压器设计方法,通过对高压绕组绝缘机理的分析,提出了融合半导电屏蔽层和导线绝缘层的高压绝缘屏蔽导线多层共挤设计方法,替代传统绕包电磁线的设计,可实现对导体界面缺陷的屏蔽,以及导线绝缘与高压绕组主绝缘的充分相容,有效解决了绝缘界面缺陷抑制难题.设计了66 kV/10 MVA升压变压器结构,高压绕组具有沿面伞裙结构,可实现紧凑空间的高爬电距离设计.通过对变压器的电场、磁场和热场等多物理场仿真分析,获得了电场、磁场和热场分布特性,验证了变压器设计的合理性.研制了66 kV原理样机,开展了交流耐压和局部放电测试,局部放电量小于5 pC,验证了设计方法的可行性.

摘要：结合VB在界面设计和ANSYS,MATLAB在二次开发方面的优势,开发了牵引变压器通用的分析软件.研发人员只需在软件界面中填写结构参数和电气参数,参数与ANSYS的APDL命令流中的变量参数已构成对应关系,通过VB调用ANSYS分析软件,建立牵引变压器的有限元模型,再通过多次调用不同物理场的分析程序和后处理程序,即可完成多物理场的分析与计算;通过VB调用MATLAB编写的复合短路阻抗计算程序,进行复合短路阻抗的计算,结果表明该分析软件避免了繁琐的命令流输入,可有效缩短产品设计周期,具有较大的工程应用价值.

摘要：电磁斥力机构凭借其快速性广泛应用在高速断路器中。该文针对斥力盘分闸过程中的上下振动现象,基于有限元方法,将电磁场、结构力场与机械运动进行耦合求解,讨论运动过程中斥力盘内的洛伦兹力及应力分布。由于较大的应力会对机构的使用寿命造成影响,研究斥力机构的若干参数对应力分布的影响规律。最后,设计工程样机并进行试验,仿真与实验获得的机构位移特性曲线一直性良好。结果表明,在不均匀洛伦兹力作用下的弹塑性形变是斥力盘振动或弯折的原因:增加斥力盘的厚度及内径可有效减小其应力分布;使用内外侧厚度不等的斥力盘,可降低其应力分布的同时保证机构的快速性。

摘要：针对包裹斥力线圈的环氧材料在机构多次使用后易失效问题,基于有限元分析和实验验证,对环氧材料的失效原因进行讨论并提出改进措施。通过电磁场和结构力场的耦合求解,获得在线圈电磁力作用下环氧材料的应力分布,解释环氧板弯折与环氧胶开裂的原因;提出采用圆周约束替代四角约束以降低环氧板内的应力,并在斥力线圈上端增加环氧薄板以改变固定约束位置,降低环氧胶内的应力集中位置以解决其开裂问题;最后设计两组工程样机,分别进行环氧板在四角约束下的冲击电流实验和在圆周约束下加装环氧薄板后的耐受实验。仿真与实验结果表明,相比于四角固定形式,环氧材料在圆周约束下的应力降低明显,且在斥力线圈上方加装环氧薄板后可有效降低环氧胶内应力,机构在经过5000次耐受实验后未出现环氧板弯折或环氧胶开裂问题。

摘要：针对样机分闸时最大动能转换效率较低,仅为1.75%的问题,以900 V/1 000 A电磁斥力机构样机为研究对象,结合工程中的约束条件,对样机效率进行提高。将电磁场、结构力场及机械运动耦合求解,建立仿真模型并试验验证了模型的正确性。利用此模型,在电容储能不变的基础上,调整电容参数,发现改变电容参数对效率的提高没有帮助;在限定斥力线圈内外径的基础上,调整线圈参数,发现线径的改变对效率的影响很大,但样机的线圈参数已使效率达到最大,线圈参数已不需更改;进一步,在斥力盘所受应力满足Von Mises屈服准则的基础上,设计了一种"铝-钢"复合式斥力盘,发现复合式斥力盘可以提高效率。调整电容参数和线圈参数不能提高样机效率;复合式斥力盘能使样机最大动能转换效率提高至3.46%,提高了1倍。

摘要：模块化多电平变流器(modular multilevel converter,MMC)发生直流故障后,子模块内会出现显著的故障过电流,将在子模块母排上产生极大的电磁力与温升,可能造成母排永久性失效。为探究MMC子模块母排在直流故障下的失效机理,采用MMC直流故障工况计算与母排多物理场仿真相结合的方法,对故障电流冲击下母排的电磁–温度–应力耦合场进行了分析。首先,基于桥臂等值模型,对换流器桥臂故障电流进行了精确计算,探究了故障时刻对桥臂故障电流的影响,对子模块母排上可能出现的最严重故障电流工况进行了求解。其次,建立了母排在故障电流冲击下的电磁–温度–应力耦合场模型,对MMC子模块各部分母排的电磁力与焦耳热进行了建模,求解了子模块各部分母排在直流故障下的温升与应力分布。计算结果显示,在直流故障下MMC子模块母排温升很小,但机械应力较大、变形较为严重,母排所连旁路晶闸管端面螺栓承受的轴向力最大,可能出现螺栓松动与脱离失效。该结论可为MMC子模块母排直流故障工况可靠性评估与优化设计提供一定的参考。

摘要：文中针对高速电磁机构中固定斥力线圈的环氧板材在通过多次大电流冲击后出现的弯折或开裂这一问题,基于有限元方法,将电磁场与结构力场进行耦合求解,解释了环氧板材的弯折原因,讨论了相关结构尺寸对板材内应力分布的影响规律;根据影响规律对斥力线圈的固定形式进行改进,提出采用圆周约束替代原四角约束,并讨论了在环氧板材下端增加经过径向切割的金属板的可行性。最后,设计两组工程样机,进行了大电流下环氧板材冲击实验及圆周约束形式的机构耐受实验。仿真及实验结果表明:相比于四角固定形式,圆周约束的环氧板材内部应力分布更加均匀,且在相似应力分布下板材的结构尺寸更小。