线圈炮电枢电磁-热耦合仿真分析

 从麦克斯韦方程组和导热微分方程出发,导出了3维多级感应线圈炮电磁场、温度场分布的基本方程,并以电磁场和温度场有限元分析为基础,建立了3维有限元分析模型,忽略级间的相互影响,多级线圈炮中电枢温升可以等效为多个单级电枢的温升,运用通用有限元分析软件ANSYS的耦合计算流程,对单级感应线圈炮中电枢电磁场和温度场进行仿真。计算中考虑了材料物理参数随温度变化对温度场的影响。仿真结果表明：电枢内的温升主要分布在电枢的外表面和尾部;电枢的温度随着电容器组电压和电容增加而升高,这是因为总能量增大,电枢中涡流也增大,从而电枢的温度升高;电枢的触发位置和速度匹配关系,也会对电枢温升造成很大的影响;电枢的温度随着级数的增加逐渐升高,说明电枢在一定级数后达到了材料的熔点而被破坏。     

高温熔盐蒸汽发生系统传热性能研究

研究了高温熔盐蒸汽发生系统的蒸汽发生性能,特别分析了传热管在全部和部分浸没情况下系统的传热特性,结果表明:在实验的条件下,改变熔盐进口温度和流量对蒸汽量的影响很小;传热管部分浸没情况时的蒸汽量仅为传热管全部浸没时的1/2。在部分浸没情况下,随着熔盐流量增加熔盐出口温度先上升然后逐渐趋于稳定,稳定的流量值随熔盐的进口温度升高而增大;在全部浸没情况下,熔盐出口温度随着熔盐流量的增加近乎线性增大,没有观察到熔盐出口温度恒定现象。     

基于电流丝法的多级同步感应线圈炮电枢温升计算

针对同步感应线圈炮常用的导体圆筒式电枢,结合电流丝法,建立了电枢温升计算模型;通过搭建三级同步感应线圈炮试验平台,验证了计算模型的正确性,并分析了电枢材料和剖分设置对电枢温升计算的影响。结果表明:发射过程中电枢的最高温升位于其底部外侧,电枢前端也有较高温升;当调节载荷使铜、铝电枢等质量时,前者的温升虽然更高,但温升对其发射效率的影响却小于后者,这是因为铜的电阻率温度系数小于铝;电枢的剖分设置对电枢温升的计算的影响比较明显。因此从电枢温升对发射过程的影响来看,铜电枢比铝电枢更适合用于高速发射。     

电磁感应与感应测井

感应测井是利用互感,使得在发射线圈中的交流电流在接收线圈中感应出电动势,而这个电动势又与地层电导率有关．因此,它是利用电磁感应原理研究地层电导率的测井方法     

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采用焓探针对大气压力下热喷涂等离子体射流的焓和温度进行了测量和计算,研究了氩气流量变化、电流变化和喷涂距离对等离子射流的焓和温度分布的影响。结果表明,氩气流量不变的情况下,随着功率的增加等离子体的焓值和温度增加;电流保持不变时,随着氩气流量的增加等离子体的焓值和温度不断减小,随着距离喷嘴出口轴向距离的增加,等离子体的焓值和温度都大幅度的降低;氩气流量变化对喷枪热效率影响不大,功率增大时,喷枪热效率增加显著,喷枪热效率最高可达到60%。     

相变填充床熔盐斜温层储热系统梯级储热特性

本文建立了双层相变材料熔盐斜温层储热系统的传热储热数值模型，分析了相变材料熔点/位置/含量/比例对储热系统斜温层厚度、流固温差和有效热效率等参数的影响规律。结果表明，由于相变材料的存在，储热系统斜温层分为高温斜温层，低温斜温层和相变层，出口温度出现三个平台，储热系统形成热能梯级输出，使有效放热效率升高。相变材料位置直接影响储热系统性能，高熔点相变材料靠近出口，提高了中高温段放热量。下层填充物占罐体高度比为0.15时，有效放热效率比单层时提高3%～10%。     

巧用线圈的“电流渐变”特性解自感问题

自感现象是指当线圈中电流变化时,线圈内磁通量变化,从而在线圈自身产生感应电动势的电磁感应现象.产生的感应电动势(又称自感电动势)总是阻碍线圈中电流变化,其"阻碍"效果,可以从教材中的通电和断电自感实验很好地体现出来.不少教师在教学中发现,学生对于课本实验的理解并不     

空气-空气换热器传热和流动特性研究

为了提高板式逆流气-气换热器的显热效率,根据新风换气机实物原型,提出三种模型结构方案。通过CFX数值模拟软件计算,参照实验工况,分别对板间距为5mm、7mm、9mm的国际象棋式换热器温度变化和压力变化进行分析,为换气机的设计和生产提供参考。结果表明:新风口出口温度随送风速度的增加而降低;新风(排风)速度恒定时,换热效率随板间距的增加而明显升高,随室内外温差的增大而变大;随着送风速度的增加,新风侧通道内压力降显著增加。芯体压力降几乎不受室内外温差变化影响。     

竖直微槽道内沸腾换热CHF实验研究

对于沸腾换热,一个主要的约束条件就是临界热流密度(Critical Heat Flux,简称CHF)。这个约束条件对沸腾换热量有一个最高值的限制。文中对矩形微槽道中的流动沸腾临界热流密度进行了实验研究。实验数据是在不同尺寸(0.15mm;0.4mm;1mm)微槽道中,在较大范围的面积质量流速和不同进口过冷度下,以去离子水为工质得到的。实验过程中发现,达到CHF时,靠近出口壁面温度会突然升高,此时传热效率迅速下降。实验数据分析结果表明:CHF随质量流量的增加而增加;进口过冷度对CHF没有明显影响;CHF随着出口干度的增加而降低。     

单级电磁感应线圈发射器温升研究

同步感应式线圈型电磁发射器主要采用脉冲电流对线圈直接供电,其实际工作过程中电枢和线圈会产生温升,这是当前制约线圈发射器向小型化、高速发展的一个主要因素。本文通过建立电磁线圈的温升模型,对于单次触发的情况,分别利用Comsol和自编程序Coilgun进行计算,并搭建相应的试验平台进行验证。采用直接耦合方式的Comsol计算结果最为准确,也能考虑材料参数随温度的变化。仿真得到电枢的温升大约为4.2℃,线圈最大温升为7.7℃。由于热电偶温度传感器的测量延迟性与采样频率的限制,电枢温度试验曲线未能测量到仿真曲线中出现的温度最大值点,可记录到整个试验过程中温度变化曲线,其变化形势以及最终稳定的温度与仿真的基本一致,误差最大为6.1%,说明了仿真的准确性。为后续进行多级线圈连续发射奠定基础。     

一种YBCO带材及其单饼线圈的失超传播特性分析

对一种YBCO涂层的高温超导带材及其单饼线圈进行了失超传播特性的实验测试与分析。实验测试在77K温度的液氮环境下进行,给带材通入恒定直流电流,使用加热丝给带材上一点提供脉冲热扰动,主要测量了超导带材及单饼线圈失超传播过程中的最小失超能和失超传播速度。实验结果表明YBCO超导带材及其线圈的失超传播速度随电流升高而增大,最小失超能随电流升高而减小,线圈中径向传播速度要远小于纵向传播速度。     

单级感应线圈炮的外电路对电枢捕获效应的影响

由楞次定律可知,在感应线圈炮发射的过程中,为阻止驱动线圈剩余电流减小,电枢上涡流将产生与驱动线圈同向的磁场,此时电枢受捕获效应的影响而感应出减速力,使电枢的出口速度减小,发射效率降低。为减弱电枢捕获效应的影响,可在放电回路串接电阻或电容。通过理论和仿真,分析了改进后的外围电路对减弱电枢捕获效应的效果,并搭建单级感应线圈炮实验系统进行了验证。研究发现,在放电回路串接一个合适的大电阻或小电容,能加快驱动线圈剩余电流的释放,有效减弱电枢捕获效应,从而提高了电枢的出口速度,改善了感应线圈炮的发射性能。     

超导感应加热器中铁芯结构对线圈特性的影响

设计并制作了高温超导直流感应加热器样机。在液氮温度、自场环境下,分别对有无铁芯的带绝缘双饼线圈进行低温实验,测试其V-I特性曲线,并通过0.25Hz频率下的V-I曲线计算线圈电感。实验结果表明,有铁芯双饼线圈的临界电流值相较无铁芯的低,有铁芯的线圈电感约为无铁芯的6倍。同时还采用仿真软件COMSOL,对感应加热器模型的V-I特性进行了仿真,验证了实验测试的有效性。     

托卡马克真空室内线圈水冷管道接头强化二次流的数值研究

基于计算流体力学(CFD)理论,研究了不同曲率半径的螺旋导流片的托卡马克真空室内线圈水冷管道接头。利用湍流数值模拟方法,分析了线圈管道接头导流片曲率半径比、冷却水入口流速对线圈管道内流体平均雷诺数分布的影响。结果表明,不同导流片曲率半径比的线圈管道内的流体雷诺数分布曲线相似,平均雷诺数随入口流速的增加而增大,管道接头出口雷诺数随导流片曲率半径比的增大而减小,导流片曲率半径比小的管接头更适用于线圈水冷曲线管的二次流强化。此外,还为导流片曲率半径比为0.2的管接头拟合了管接头出口雷诺数与入口流速的关系式,为进一步研究类似于托卡马克真空室内线圈管道的曲线管接头的二次流强化提供理论基础。     

双向自动扫描探针法测定电感耦合等离子体的有效电子温度

根据双探针法(DPM)理论模型,用自行设计的双向自动线性电压扫描器测定了Ar-ICP在不同工作条件下的电子温度Te,包括不同高度(负载线圈以上)9～16.5mm、等离子气流速12—20 l/min和不同功率1—1.5kW。电子温度随高度和流速的增加而下降;随功率的增加而升高。并且对通水情况下的测定做了探讨。实验结果与理论模型之间的相关系数是0.892～0.998,方法的标准偏差是1.33%。对所测得的扫描曲线、实验现象和影响实验结果的因素作了分析。     

连续CO2激光辐照加热不锈钢时的反常温度涨落特性

研究了在连续CO₂激光辐照下不锈钢表面的温度涨落特性.实验中用国产HWRX-Ⅲ型红外快速热像仪测量了不锈钢表面的升温过程及温度涨落.发现不锈钢在激光辐照下随辐照时间的增加和温度的升高,其温度涨落的幅度基本保持不变.这与理论预言不符,也不同于已研究过的铝、低碳钢、环氧树脂和有机玻璃等材料.随辐照时间的增加,温度的升高,其温度涨落的幅度基本保持不变.这一特性是由不锈钢的热学参数如热传导率、热扩散率随温度变化的规律所决定的.详细探讨了材料热学参数随温度的变化对温度涨落的影响. 关键词：     

CO_2跨临界动力循环性能理论及实验研究

非常规工质动力循环具有高效回收低品位热能的显著优势,CO_2环境友好,是较为理想的利用低品位热能的动力循环工质。采用理论和实验方法研究了CO_2跨临界动力循环的理论循环性能和膨胀机性能。研究结果表明,无回热时导热油出口温度随加热压力的升高而升高,并且不随膨胀机进口温度的变化而变化;有回热时导热油出口温度受回热器换热的影响存在极大值。随着超临界加热压力的升高,循环热效率和净输出功率存在极大值;回热能够显著提高循环热效率和净输出功率。初步实验结果表明内部泄露对CO_2滚动转子膨胀机性能具有重要影响,为提升膨胀机性能需尽量降低膨胀机内部泄露。     

直流双管式电弧等离子体发生器性能研究

利用实验手段研究了双管式电弧等离子体发生器的特性,包括旋流进气特性、伏安特性和运行热效率等,建立了基于双管式电弧等离子体发生器的数学模型。结果表明,旋流流速对电极烧蚀速率有较大影响,电弧电压降和发生器热效率随电流增加而下降,发生器热效率随气流量增大而增大。根据相似理论建立的数学模型能够准确模拟等离子体发生器的负电弧动态电阻伏安特性。以上研究可为大功率、长寿命双管式电弧等离子体发生器的开发及其在材料制备和环境保护领域的应用提供参考。     

铁氧体加速腔螺线管线圈温度测量

利用测温光纤分层缠入到加速腔螺线管线圈中,将螺线管线圈密闭装入铁氧体加速腔,进行与实际的直线感应加速器整机调试一致的加载实验,得到铁氧体加速腔螺线管线圈在加载情况下的温度上升规律。模拟计算以及实验结果表明,在加载时,内层线圈的温升是最高的,从内向外,线圈的温升逐渐减小。为保护实验设备,需要将螺线管线圈的温度控制在60℃以下,模型给出恒流电源在输出80 A时加载时间间隔最小应该在17.5 min。     

药型罩初始孔隙度对聚能射流行为的影响

 多孔材料药型罩由于其可压缩性,在压垮之前受炸药爆炸冲击压缩作用而使温度升高,为延迟射流的断裂时间提供了可能,估算了多孔材料药型罩压垮之前的冲击温升,并结合脉冲X光摄影研究了孔隙度对射流行为的影响。测试结果表明,一定的孔隙度范围内,射流的韧性随着孔隙度的增加而提高,射流直径随孔隙度的增加而变细。