自由活塞直线发电机输出性能试验研究

为了有效地回收车用内燃机排气余热,将自主研发的自由活塞膨胀机与直线电机耦合形成一种新型自由活塞直线发电机(FPLG),用于小规模的有机朗肯循环(ORC)余热回收系统。FPLG以压缩空气为工质,针对不同工况开展了大量试验研究,分析了进气压力、运行频率及外部负载电阻对FPLG输出功率和能量转换效率的影响。研究结果表明,适当提高进气压力,能够明显提高FPLG峰值输出功率和能量转化效率。然而,峰值输出功率随着运行频率的增大而迅速下降。当运行频率为2.0Hz、进气压力为0.26 MPa、外部负载电阻为20Ω时,FPLG的转换效率最大,可达到45.82%。随着外部负载电阻的增大,FPLG的峰值输出功率呈现出先增大后减小的趋势。当运行频率为2.5Hz、进气压力为0.26 MPa、外部负载电阻为20Ω时,峰值输出功率最大,为47.5 W。     

太阳能接收器中高温热管启动性能

针对高温太阳能热管接收器中高温热管的启动特性进行理论分析,计算其过渡状态和连续流动状态下的转变温度分别为273和419℃,并对V形沟槽与金属纤维毡复合吸液芯钠热管在不同加热方式、不同输入功率和不同倾角下的启动性能进行试验研究.试验结果表明,半周受热高温热管启动过程与全周受热的启动过程相似,均符合前端启动模型,不同加热方式下转变温度相同且绝热段转变温度与理论计算值吻合,半周受热高温热管启动时间稍短于全周受热启动时间.随输入功率增加,高温热管启动时间缩短,倾斜角度变化对启动性能无明显影响.     

高温异型热管启动性能实验研究

将热管技术集成到反应器中,开发了一种太阳能高温热化学耦合相变反应器(STPCR)。该反应器的核心部件为由热板和多根热管耦合而成的高温异型热管(HTSSHP)。针对反应器实际运行时的特点,初步考察了高温异型热管在不同起始温度和倾角下的启动性能。实验结果表明,起始温度的变化对启动性能的影响可以忽略;0°、15°、30°和45°倾角下高温异型热均能成功启动,但热板段和热管段呈现不同的规律,热板段垂直放置时启动性能最好,而热管段15°倾角下最佳。证明了高温异型管结构合理,可应用于太阳能系统中。     

三角沟槽高温钠热管的启动性能

实验研究在不同倾角、不同加热功率条件下,三角沟槽高温热管的启动性能.结果表明:三角沟槽高温热管在水平放置时,由于冷凝液体回流不充分,蒸气量变少,导致热管绝热段出现温升“滞后”的现象.当三角沟槽高温热管在大输入功率下启动,会出现绝热段温度低于冷凝段的现象,但随着热管整体温差缩小,这种现象将随之消失.当热管倾斜放置时,重力作用促进了金属钠液回流,保证了蒸气量充足,缩短了启动时间,其启动性能要优于水平放置时的启动性能.     

太阳辐射对高温热管接收器传热的影响

为了研究高温热管太阳能接收器的传热性能,研究了其基本传热元件--高温热管在相应工作条件下的导热性能.基于高温热管半周向加热条件下传热特性试验的结论,研究了高温热管接收器工作时太阳辐射与热管温差的对应关系,从而得出太阳直射辐射与高温热管当量导热系数的关系.研究结果表明:太阳辐射强度对高温热管的当量导热系数具有重要影响,随着太阳辐射的增强,高温热管当量导热系数不断增大,当太阳辐照度1000W/m2时,当量导热系数达11400W/(m·K).表明高温热管太阳能接收器在工作环境中,太阳辐射越强,传热性能越好.     

一种带有最大能量跟踪的宽动态范围射频能量收集电路的设计

本文提出了一种带有最大能量跟踪的射频能量收集电路.该电路通过加入级数来控制环路自动检测不同级数整流器的输出功率,并比较这些输出功率来选择最佳级数,以求在不同输入功率下均能够保持较高的能量转换效率.因此,能量收集电路在保持高灵敏度的同时,可以提高最高能量转换效率,扩展高效率动态范围.基于该设计方法,一个用于特高频频段的带有级数控制回路的3～5级整流器电路在SMIC 55nm工艺下得以仿真、实现.测试结果表明:在915MHz的工作频率下,所设计的射频能量收集电路的最高能量转换效率可以达到61.4%.与此同时,在19dB的输入功率范围内,能量转换效率均能够保持在最高能量转换效率的50%以上,有效扩展了高效率动态范围.此外,该电路在加入控制环路后,仍然有较高的灵敏度,可以在-16.3dBm的输入功率下,驱动一个纯电容负载,获得2V的输出电压.     

开关磁阻发电机半自励功率变换器的设计分析与验证

开关磁阻发电机的输出功率和发电效率有待提高,而功率变换器作为开关磁阻发电系统中能量转换的通道,对整个发电系统的性能改善有着重要意义,可通过对功率变换器进行设计,达到提高开关磁阻发电机输出功率和发电效率的目的。因此首先提出从励磁电压与发电电压解耦角度出发,提高励磁电压并使发电电压低于励磁电压的半自励功率变换器及其控制策略;然后通过启动运行和稳态运行仿真验证了半自励功率变换器的可行性和预防过度充电能力,通过变速、变负载仿真发现随着转速和负载电阻的提高,半自励功率变换器励磁电压与发电电压也随之提高,能够有效提高开关磁阻发电机的输出功率及发电效率,尤其低速时输出功率及发电效率有明显提高,通过单相故障运行仿真,验证了半自励功率变换器具有较强容错能力;最后实验验证了理论分析和仿真的正确性,以及提出的半自励功率变换器及其控制策略的有效性。     

耦合引射器和沸腾池的环路热管传热特性研究

为了解决环路热管的热泄漏问题并提高其最大热流密度,本文提出了将引射器和沸腾池耦合于环路热管结构中。引射器由蒸发器产生的蒸汽驱动,抽吸补偿腔内的热液体以移除热泄漏并为沸腾池供液,而加工了柱状微结构强化表面的沸腾池则是实现高热流密度散热的主要部件。首先实验研究了该环路热管在不同热负荷下的变工况运行特性和稳态运行特性;然后根据运行温度以及主要部件的质量和能量守恒计算了环路热管内部的流速分布并定量评估了引射器对移除热泄漏的贡献;最后比较了本装置与传统环路热管的传热性能。结果表明该环路热管具有良好的变工况运行特性,热负荷变化后能快速建立新的稳态。适当增加蒸发器的热负荷有利于提高沸腾池的传热极限。当蒸发器热负荷为200 W时,沸腾池的极限热负荷为550 W,对应的热流密度高达114 W·cm^-2,高于大多数传统环路热管。此外,得益于热泄漏的及时移除,本环路热管能在热泄漏占比高达28%时稳定运行。这些结果表明该环路热管有望运用于高热流密度和多热源系统的散热。     

具有单步死区时间控制的3态降压-升压直流-直流转换器

为了提高能量转换效率,扩大输入输出电压范围,研究了在直流-直流转换器中功率传输门结构及死区时间对SMPS(switched-mode power supply)转换器效率与稳定性的影响.不适当的死区时间会产生直流通路导通(cross-conduction)及体2极管导通(body-diode conduction)现象影响转换效率,提出单步死区时间控制的方法使能量转换效率更高.根据3态非反向降压-升压转换器工作原理,分别分析了功率传输门可以扩大输入输出电压范围的工作原理,提出传输门结构可以用来替代输出级上管.基于降压-升压转换器及FPGA开发板,搭建了直流-直流降压-升压转换器测试系统.该转换器输入电压Vin范围为2.7~5.7 V,输出电压Vout为0.3~6.8 V,输出电流可以高达6 A,转换效率可提高4%.     

DM制丁类放大器的工作效率与转换效率

分析了DM制丁类放大器的工作效率、输出功率和转换效率，并讨论了提高其输出功率和转换效率的方法．得到如下结论：①CDA双管输出功率为单管的4倍；②CDA双管输出电路工作效率可大于90％、最大的转换效率可达55．2％；③提高CDA双管输出电路电源电压可以提高其工作效率，增大音频信号输出功率，增大开关管能给出的最大输出功率．     

非线性光学晶体LBO位相匹配高功率绿光激光器

目的 对非线性光学晶体LBO的倍频属性以及影响倍频效率的各种因素进行理论分析与实验研究。方法 光与物质相互作用的耦合波方程和非线性光学晶体倍频时满足的相位匹配条件。结果 在激光二极管双端泵浦Nd：YVO4腔内倍频绿光激光器的实验中，对于两种不同匹配方式倍频的LBO晶体的倍频特性进行了研究。采用I-类角度位相匹配晶体倍频时，抽运光功率约为26W时，获得了最大输出为4．2W的稳定基模绿光，光．光转换效率达到18％；采用I-类非临界位相匹配晶体倍频时，抽运光功率约为28．9W时，获得了8W稳定的基模绿光输出，光．光转换效率达到31％。结论 通过对于LBO晶体倍频特性的理论分析与实验研究，使Nd：YVO4／LBO激光器获得了较高的输出功率和具有较高的转换效率。     

微波干燥大豆数值模拟及输入功率调节

针对依靠经验确定的微波输入功率容易导致在干燥过程中能量浪费和品质难以控制的问题,提出根据物料实际吸收微波能量的变化规律调节微波输入功率的方法,达到提高干燥效率和干制品品质,同时降低能耗的目的.建立大豆介电特性与含水率和温度的关联模型,将其与电磁场模型和热质传递模型相耦合,对功率密度为0.5、0.6、0.8 W/g进行大豆微波干燥数值模拟,模拟结果显示温度的均方根误差分别为2.14、1.72、2.15℃,含水率的均方根误差分别为0.69%、0.63%和0.56%,模型可靠.对功率密度为0.5 W/g的大豆干燥,依据数值模拟中获得的大豆实际吸收的微波能量调节微波输入功率,调节后干燥时间缩短40 min,大豆最终温度降低4.4℃,爆腰率降低至9%,干燥能耗降低33.497 k J/g.     

永磁直线波力发电机的磁场分析与参数计算

为了直接把海洋的波浪能转换为电能,提出了一种永磁直线波力发电机。设计了电机的结构。以一个定子模块数为3,振子永磁体磁极数为5的直线发电机为例,采用电磁场有限元方法分析了电机磁场和空载感应电动势,求解发电机定子绕组的电感参数,计算了发电机的功角特性曲面。对感应电动势的实验结果与计算结果进行比较,相对误差为6.8%。该型永磁直线波力发电机在振子速度为0.9m/s时最大输出功率可达80W,能够有效利用海洋波浪能发电。     

自聚焦透镜耦合Nd:YVO4/LBO全固态绿光激光器

目的为减小传统透镜耦合系统给泵浦光束带来的热畸变,提高耦合效率,较好地实现抽运光与振荡光之间的模式匹配。方法利用自聚焦透镜端面抽运Nd:YVO4/LBO系统,LBO晶体采用了I类非临界相位匹配方式,分析了激光晶体热透镜效应对三镜V型折叠腔稳定性的影响。结果通过对端面抽运Nd:YVO4晶体工作特点的分析,得出了端面抽运方形激光晶体内部温度场的分布规律和热透镜焦距的表达式。结论抽运光功率为28.4 W时,获得了9.9 W的连续绿光输出,其光-光转换效率达34.9%。     

激光二极管端面泵浦Nd:YVO4/YVO4复合晶体激光器热效应研究

针对Nd:YVO4/YVO4复合晶体热传导的实际特点,提出了三维各向异性热传导模型,计算出晶体中的温度场分布.定量分析了LD端面泵浦条件下激光晶体的长度及折射率与温度变化的关系,得到晶体在不同泵浦功率下的热焦距.在此基础上,采用三镜折叠腔,设计出高转换效率KTP腔内倍频连续绿光激光器.当泵浦功率17W时,得到9.33W 1064nm和5.01W 532nm的激光输出,最高光-光转换效率分别为59.1%,34.4%.理论计算及实验结果表明复合晶体能很好地消除热透镜效应,在制造高效稳定的大功率固体激光器中具有重要应用价值.     

内置高温热管热防护结构的传热防热机理

采用内置高温热管进行热防护是一种新型高效热防护技术。该文首先给出了内置高温热管热防护结构的工作原理,建立了其结构模型温度场的计算方法,并对典型工况下的结构模型进行了温度场分析,进而研究了弦向热管失效对结构温度场的影响,同时对影响温度场和热防护效果的主要结构参数进行了计算分析。研究结果表明:采用稳态分析方法对结构进行设计计算和安全性评估是偏于安全的;机翼展向的热管不仅能极大地提高热防护的效果而且可以提高结构的可靠性;另外影响热防护效果最关键的参数是驻点与高温热管之间的最小距离。     

变温热源热管式热电制冷器结构设计和性能分析

基于有限时间热力学理论,设计了一种冷却空气的通道结构,建立了基于热管散热的变温热源热电制冷器有限时间热力学模型.通过数值模拟方法对装置冷、热端热阻进行了分析,得到了沿管道流动方向制冷模块冷、热端温度和冷空气温度的变化规律;以制冷率密度和制冷系数为性能指标,分析了输入电流、入口温度、空气流速等关键运行参数和模块填充系数、...     

去离子水对重力热管传热特性的影响

为了深入研究重力热管的传热特性,设计并搭建了重力热管系统试验台,以去离子水为工质,在不同输入功率Q和充液率FR下对热管外壁温度进行了试验。根据外壁温度数据,分析了该热管的等温性,计算了等效对流传热系数,并以此评价其传热性能。研究结果表明,充液率在35%~40%范围内,等效对流传热系数随输入功率的增加而减小;充液率在50%~70%范围内持续增加时,等效对流传热系数先缓慢增加,当超过一定值后又缓慢减小,且输入功率为40 W时,等效对流传热系数较高,热管有较好的传热性能;反之,当输入功率为定值时,热管等效对流传热系数的变化与充液率的变化相一致,即先跳跃式提升,达到最高值后缓慢下降;此外,在输入功率为40 W、充液率为50%的工况下,存在最高等效对流传热系数为3 190.782 W·m-2·K-1,即认为重力热管在此时传热性能最佳。     

3mm闭式脉动热管传热性能的实验研究

为了研究大管径脉动热管的传热性能,设计并搭建了一种闭式脉动热管传热性能的测试装置,管道内径为3mm,由此实验研究了该装置在加热功率为0~90W范围内的传热性能,通过对冷凝段壁面温度波动特性进行分析,研究了不同加热方式对脉动热管传热性能的影响。结果表明:充液率为27.5%~67.5%时,脉动热管具有较好的传热性能,加热功率为90W时,各充液率下的热阻值均在0.4℃/W以下;当加热段的输入功率变化(加热功率以波动的方式输入)时,脉动热管的热阻大于对应的以恒定功率加热时的热阻,两者之间的差值随着加热功率的增大而减小;加热功率突变且超过启动功率时,脉动热管很快启动,但达到稳定需要较长的时间,而采用渐进的加热方式时,脉动热管在短时间内即可达到稳定。加热功率较小时推荐采用较小的充液率,加热功率较大时充液率的选择应综合考虑工质的热容量和传热特性。     

1.7～1.9 μm波段氟化物光纤拉曼激光器的理论研究

文章数值分析了基于氟化物光纤的级联拉曼脉冲光纤激光器;利用分步傅里叶法,分析了输出端耦合比、泵浦功率和光纤长度对激光器输出功率和转换效率的影响;并对激光输出进行波长调谐分析,从理论上为实现1.7～1.9μm波段的波长可调谐拉曼脉冲光纤激光器提供了依据。研究结果表明:利用1.55μm波段的泵浦源,通过一阶和二阶拉曼散射过程,该激光器能产生覆盖1.7～1.9μm波段的激光输出;该激光器模型输出端的最佳反射率约为10%;在泵浦功率约为52.893 W的情况下,最佳光纤长度在10～15 m之间;经过优化,获得最大平均输出功率为33.782 W,最高转换效率为68.2%。