基于磁-热耦合分析的综合管廊电力舱温度监控布置方法

针对综合管廊电力舱室内部线路复杂,且通风散热环境恶劣容易起火,需要对电力舱内温度进行监测的问题,提出了一种基于磁-热耦合的综合管廊电力舱温度监控方法,采用有限元法,根据电力舱工程实际模型建立二维模型,进行多物理场耦合数值计算,得出温度分布云图。在温度较高处设置多条温度观测线,读取其温度并拟合成曲线,找出温度最高点。通过该方法可以找出最易起火点,并对该点布置温度监控,从而有效地预防火灾的发生。     

高压同轴GIS母线三维磁-热耦合场的计算与分析

以110kV高压同轴GIS为研究对象,通过建立GIS母线的三维电磁场的计算数学模型及磁-热耦合场的有限元仿真模型,同时考虑GIS三相母线,对GIS母线的电磁场及涡流损耗进行了计算.为了分析GIS屏蔽外壳涡流损耗对其温度场影响,结合传热学理论,对比分析了不考虑外壳涡流损耗及考虑外壳涡流损耗两种情况下GIS母线及外壳的温度场分布.仿真结果表明,由于内部空间气体对流作用,GIS内部温度场分布不均匀,导体与屏蔽外壳间的温度呈现上高下低、左右对称的特征,中心导体的顶端是主导体的最高温度点;外壳涡流损耗对温度场分布有一定的影响,温升差在0.5℃左右.本文的研究工作为校核高压GIS的可靠性提供重要的理论参考.     

沿海地区综合管廊综合舱通风除湿数值模拟

基于沿海地区综合管廊内部湿度较大,对管线及支架造成不利影响的现象,本文以平潭综合管廊工程为依托,采用计算流体力学软件Fluent建立三维数值模型,模拟综合舱通风过程,分析通风对流下的速度场分布及温、湿度场变化情况。研究表明：通风作用下,温、湿度较快发生变化的位置出现在速度较大的地方;距进风口100-180m处的各截面温、湿度场在变化过程中存在分层现象,应重点关注下层区域的温、湿度指标;通风是有效的除湿手段,但随着通风距离的增大,通风除湿效果呈减弱趋势,通风分区不宜过长。本文的研究对综合管廊的通风实际运营管理有一定的实际应用价值。     

瓦块式迷宫复合冷却结构的三维热-应力耦合场数值模拟

针对燃烧室新型迷宫复合冷却结构,采用三维数值模拟方法研究了该冷却结构单片瓦块的热-应力耦合场,获得其温度场、位移场和应力场的分布规律。研究表明,采用的瓦块热-应力耦合场数值计算方法具有较高的准确性,能接近真实地反映该冷却结构瓦块的热应力情况。计算结果表明,模拟试验环境条件下的迷宫冷却结构强度符合要求,能满足试验的需要,且设计较为合理。     

流热网络耦合及局部三维计算方法研究

发动机空气系统可分别建立流体网络与热网络进行耦合计算。通过守恒方程进行迭代计算,并对参数进行修正,最终得到满意结果。提出一种流热耦合参数修正的思路,考虑了由于固体换热导致流体温度升高对密度及其他参数的影响。并以密度为标准,对其他参数进行修正,使计算结果更为准确。并通过编写空气系统部件集成仿真平台,实现局部快速三维仿真,得到流热网络计算所需的部分参数。     

永磁同步电机电主轴热-结构耦合计算方法

为了深入研究永磁同步电机电主轴热特性,综合考虑轴承热诱导预紧力及润滑油黏温效应等因素,并基于系统内部多参量耦合作用关系,建立永磁同步电机电主轴热-结构耦合计算方法.以某型号永磁同步电机电主轴为研究对象,进行了温升及热变形测量,试验结果与仿真计算对比表明所建立的计算方法具有足够的精度.采用该计算方法分析了永磁同步电机电主轴热特性,结果表明:电主轴转子温升较低,前后轴承受配合方式、装配位置及热诱导预紧力等因素影响,使轴芯沿轴向存在13℃左右的温差,导致电主轴轴向热伸长成为影响加工精度的主要原因.     

基于电磁-热-流耦合场的多回路排管敷设电缆载流量数值计算

多回路电缆以集群方式敷设时,各回路之间的电磁耦合和热耦合都将加强,对电缆导体线芯和金属外护套的交流电阻及涡流损耗的影响均不可忽略。为准确计算四回路电缆在4×4孔排管敷设方式下的载流量,借助于Comsol和MATLAB软件建立电磁-热-流耦合物理场有限元模型,将电磁场、温度场及排管内空气流速场耦合求解。首先通过求解电磁场计算电磁热损耗,然后作为载荷施加于传热模型进行温度场分布计算。该模型对电缆复杂的邻近效应、趋肤效应进行直接仿真计算,考虑了金属材料电阻率随温度的变化关系,且传热模型中耦合了空气自然对流、热辐射和固体热传导3种导热方式。利用所提模型对6种排列方式下的电磁热损耗和温度场分布进行计算;并利用二分法计算相应的载流量。结果表明,排列方式对电缆间的邻近效应有较为显著的影响,优化排列方式可降低电缆损耗、提升载流量。     

盾构综合管廊人员疏散可靠度计算

针对当前盾构综合管廊安全运维问题研究内容较少、且多未考虑不确定性因素,以及盾构管廊运维规范缺失的现状,对管廊安全运维问题中的火灾后人员安全疏散问题进行研究,以广州市天河智慧城盾构段综合管廊为研究对象,从概率角度计算廊内火灾后人员疏散可靠度。通过PyroSim软件进行1:1火灾建模,得到可用安全疏散时间,借鉴隧道灾后人员逃生行为概率分布,在考虑管廊运维期间特点的基础上对逃生行为概率模型进行优化,设置对比工况,运用Monte Carlo方法,通过Matlab编程进行必须安全疏散时间的随机抽样模拟,并据此计算出人员安全疏散可靠度。结果表明,在一个防火区间内普通人员的疏散可靠度约为0.889,检修人员的疏散可靠度约为0.99,趋近于1;日常的疏散演习和安全规范手册等控制手段能够对人员的安全提供极大的保障。研究成果能够为日后盾构综合管廊运维规范的编制提供参考。     

单舱地下综合管廊地震动力响应振动台模型试验研究

采用振动台模型试验方法,对EL-Centro地震波作用下单舱地下综合管廊结构动力响应、土体动力响应以及土-结构相互作用机理开展研究。模型试验依托某实际工程为原型,按照1:15的比例尺缩,设计振动台模型试验,输入不同峰值加速度地震波,以此获得管廊结构以及周边土体的动力响应规律。试验结果表明:土体与管廊结构在振动过程中相互制约,存在明显的土-结构相互作用,在强震作用下管廊侧壁和土体出现脱离的情况,单舱管廊结构的运动始终保持了较好的整体性;管廊周边土体由于受到管廊侧壁的约束作用,土体发生不均匀位移或相对位移,动土压力分布形式错综复杂,土拱效应明显;在横向一致地震作用下,管廊结构横向应变随着地震波输入峰值加速度的增强而增大,其中管廊结构中部截面变形最为明显,各截面角点处的变形位移最大,是管廊抗震设计中需要重视的关键部位。     

电缆三维磁场分析与自感计算

文章采用三维有限元方法分析计算了几类同轴电缆、多股导线同轴电缆以及偏心电缆的三维磁场和电感参数;采用有限元商用软件包ANSYS,基于磁场能量法计算得到几种不同形状的同轴电缆、多股导线同轴电缆以及偏心电缆在不同参数下的单位长度自感参数;基于能量摄动法计算得到同轴电缆在不同参数下的单位长度自感参数和单位长度互感参数,并进一步分析得出电感参数变化规律.有限元法与解析方法计算结果的一致性验证了有限元法计算的正确性.该方法简单易行,且计算精度很高,可用于计算规则或不规则形状的同轴电缆以及偏心电缆等各类电缆的电感参数.     

高压直流电缆的电-热场耦合仿真研究

高压直流电缆(high voltage direct current cables, HVDC-cables)广泛应用于生产、生活的方方面面,研究高压直流电缆的电特性、热特性及其耦合性质有助于为高压输电设计和施工提供重要依据.以往研究高压直流电缆内部电场分布时,一般将其视为静电问题,并假设电缆材料属性为线性.本文考虑了绝缘介质材料聚乙烯的非线性特性以及绝缘材料内部的欧姆损失,对旋转对称和非旋转对称的高压直流线缆模型进行了电-热场耦合仿真研究.仿真结果显示,绝缘材料内外温差ΔT增高将引起电场反转效应,而电场系数β增加将消弱外界屏蔽电场.对于非旋转对称截面的高压直流电缆,绝缘介质内电场强度与介质厚度正相关,且同样存在电场反转效应.     

仿生制动盘热-结构耦合场的ANSYS仿真分析

汽车制动盘在紧急制动下易发生热衰退导致的制动性能失效现象,从而引起事故的频繁发生.基于昆虫体表因具有非光滑表面结构而表现出的耐磨特性,构建了制动盘表面微结构仿生模型.根据热分析理论,对模型进行了不同初始速度下摩擦制动过程中瞬态温度场的仿真分析,研究了仿生制动盘表面微结构对散热性能的影响.结果表明:表面具有微凹坑结构的制动盘表现出较好的散热性能,利于制动性能的提高;这源于凹坑结构更易储存空气,能够实现制动盘与周围空气的快速换热,利于制动热量的迅速散失,从而有效降低因温度骤然升高而引起的热疲劳和热磨损.     

钢板高频感应加热过程电磁-热耦合场分析

研究静止式钢板感应加热,基于COMSOL Multi-Physics软件开发了二维电磁热耦合数值模型,温度计算结果与实验结果吻合;并分析了感应加热过程中钢板的电磁场分布规律和温度场分布规律.感应器加装导磁体后使涡流产生的焦耳热集中分布于感应器正下方,提高了加热效率.最后,研究了感应加热工艺参数对温度的影响,即在其他加热参数相同的情况下,感应器加载电流、电流频率越高,钢板加热速度越快;感应器与钢板间距越大,钢板加热速度越慢.     

基于变异系数的盘式制动器热-应力耦合场研究

摩擦片材料属性影响着接触压力的不均匀程度,为了更精确地描述接触压力不均匀度,引入变异系数,以此来量化接触压力的不均匀性,并采用控制变量法探讨了变异系数随摩擦片材料属性的变化规律.研究结果表明:温度对接触压力的不均匀性影响很大,考虑温度影响后,接触压力变异系数由21.25%增加到49.51%,较大地增加了接触压力的不均匀性;摩擦片材料属性对变异系数影响明显,随着摩擦片弹性模量、热膨胀系数增加,变异系数逐渐变大;随着比热容、热传导系数、密度增加,变异系数逐渐变小.因此,适当降低弹性模量、热膨胀系数或增加比热容、热传导系数和密度,有利于改善接触压力的不均匀度,从而延长摩擦片使用寿命.     

预制拼装综合管廊刚度折减计算方法

基于槽型拼装预制管廊的构造特点,引入侧壁刚度折减系数和弯矩调整系数,提出预制管廊局部刚度折减计算方法。分析管廊接头刚度比、宽高比、地基抗力系数以及埋深对刚度折减系数和弯矩调整系数的影响,建立了刚度折减系数和弯矩调整系数的计算公式。研究结果表明：刚度折减系数随接头刚度比增大而增加,弯矩调整系数随接头刚度比增大而减小;刚度折减系数随宽高比增大而减小,但对弯矩调整系数影响很小。地基抗力系数和埋深对刚度折减系数和弯矩调整系数的影响均不明显。侧壁刚度折减计算方法经试验模型验证,结果表明具有较高的可靠性,可为槽型拼装预制管廊结构分析计算提供依据。     

多舱组合预制拼装预应力地下综合管廊地震响应分析研究

为了探究多舱组合预制拼装预应力地下综合管廊在地震作用下的响应和表现,对其进行了“土-结构”相互作用的有限元分析。分析以四舱综合管廊为例,采用有限元动力时程分析的方法,对不同拼装形式的装配式综合管廊进行了对比分析,同时也对有无预应力钢绞线的拼装结构的应力和变形进行了研究。有限元分析结果表明：无预应力钢绞线的拼装结构在地震作用下的加速度和位移响应均大于整体结构;增设预应力钢绞线的左右拼装结构可以消除左右两结构之间的相对位移,同时也可以减少上下拼装结构之间的相对位移,有效增加了结构的整体性。分析对预应力装配式综合管廊在地震下的结构安全提供了研究依据,对地下综合管廊的进一步的发展应用提供了参考。     

母线设备的电-磁-流-热多物理场耦合分析

利用MpCCI耦合接口软件实现了母线电磁场-流场-温度场的耦合分析.利用Ansys软件对母线进行电磁分析,Fluent软件对母线及周边流场进行分析,二者基于MpCCI耦合平台进行交换数据与协同计算迭代求解.分析了不同工作电流对母线及周边流场电-磁-流-热的各参数影响,考虑了热损耗对流场的作用与对流散热对母线材料的影响.模拟结果表明,磁感应强度、焦耳热损耗、温度、空气流速均会随工作电流增大而增大.该方法分析结果与实际相符且具有良好的收敛性,同时也为电磁设备的多物理场耦合分析提供了新思路.     

三维圆柱体-弹性板非线性流固耦合数值计算

采用彼得罗夫-盖尔金有限元法离散不可压缩流体,并对大变形弹性结构体使用连续盖尔金有限元法进行离散.使用任意的拉格朗日-欧拉(ALE)方法处理流固网格的大幅变形,并且采用全解耦的隐式分区方法分别求解流固两相,进而将其应用于流固耦合问题的数值计算.根据一系列的网格划分方案,通过改流体和固体网格之间的网格数量系统地进行了网格收敛性测试,同时将开发的求解方法应用于三维标准的圆柱体-柔性板问题,并与文献中标准解进行对比.结果表明:开发的求解器在流固耦合问题中具有较好的准确性和可靠性.     

三维非线性磁场计算中的积分方程法

本文从离散磁化物质标量位解的积分形式出发，推导出了积分方程，并采用面积分推导出耦俣系数的解析表达式，这一表达式比通常采用体积分的议程法简单明了，采用该表达式一无是进行磁场计算不仅可以大大提高运算速度，而且克服了积分方程法计算了费用高，不能进行大型磁场计算的不足。