接触压力对温差发电系统性能的影响

基于自行搭建的温差发电系统性能测试平台,以温度、开路电压、内阻、最大输出功率作为性能参数,研究接触压力对温差发电系统性能的影响规律.研究结果表明:在温差发电系统冷、热端温度均相同的情况下,接触压力增大,则系统开路电压和最大输出功率增大,但增大的幅度随压力的增大而逐渐减小;在温度一定的情况下,接触压力的大小对温差发电片内部的接触电阻影响不大;接触压力对温差发电系统冷、热端温度的瞬态响应特性影响不大,但对系统开路电压的瞬态响应特性影响很大,接触压力增大,则开路电压的瞬态响应速率加快.研究结果证明接触压力对温差发电系统的性能具有显著的影响.     

热离子-温差热电混合发电模块的优化性能研究

应用非平衡态热力学理论,建立热离子-温差热电混合发电模块的理论模型,导出混合发电模块输出功率和效率的表达式,研究混合发电模块的性能特性和优化性能,确定混合发电模块在最大输出功率和最大效率时的优化条件,给出系统的优化工作区域,对系统的主要性能参数作了详细的讨论,得到一些有益的新结论.所得结果可为实际混合发电系统的设计和优化运行提供理论依据.     

冷源结构对汽车尾气热电转换装置性能的影响

为了最大化建立汽车尾气热电转换装置的温差,在相同热源条件下通过测试整体式、单列式和独立式3种冷源结构下不同发动机负荷时的开路电压和最大输出功率,分析了3种冷源结构对系统输出性能的影响.结果表明：优化冷源结构可以明显提高汽车尾气热电转换装置的性能;独立式冷源结构的效果最好,单列式其次,整体式最差;单个热电器件的冷面采用独立式的小型化冷源结构可以保证它们之间有更好的接触和更大的温差.     

非均匀温度分布下温差发电阵列拓扑结构优化

利用热电材料实现温差发电技术已成为目前研究热点,但温差发电阵列热端温度分布不均将严重影响系统的输出功率和可靠性。为此,首先针对2×2温差发电阵列,研究其在不同热端温度分布情况下,温差发电阵列内部的连接方式与输出功率和可靠性的关系。其次,提出了一种温差阵列内部连接结构优化方法,通过改变内部连接方式以减少阵列功率损失,提高其可靠性。最后,通过温差实验平台,在不均匀温度下开展了4×4温差发电阵列实验,并与传统串并联阵列、网状阵列和桥型阵列等温差发电阵列进行了输出功率及可靠性比较分析。实验结果表明：在热端温度不一致的情况下,所提出的优化温差发电阵列比传统温差发电阵列可以更好地兼顾温差发电阵列的输出功率与可靠性。     

农用运输车温差发电系统瞬态响应特性分析

为预测温差发电系统在农用运输车实际行驶工况下的瞬态输出响应,建立一种瞬态计算流体动力学(CFD)-热电耦合数值模型,求解得到温差发电系统在燃油经济性测试工况(HWFET)下的流热电多物理场瞬态仿真结果,同时搭建试验台架进行了测试研究．结果表明：温差发电系统的流热电多物理场分布受尾气温度和流量动态变化的综合影响均随工况时间发生动态变化,热惯性的存在会导致温差发电片的输出响应与尾气输入之间产生延迟;系统在HWFET工况下的平均输出功率和热电效率分别可达到26.808 W和2.966%;系统输出电压的模型结果与试验结果之间的平均误差仅为6.43%,验证了瞬态CFD-热电耦合模型的准确性．     

RLWT与APA试验原理的有限元模拟

近年来,沥青路面的高温抗车辙性能与设计标准的符合性备受关注。多轮车辙仪RLWT和沥青路面分析仪APA是用来检测路面芯样抗车辙性能的重要仪器。通过有限元分析,比较了2种仪器的试验原理。结果表明,RLWT试验方法对试件内部损伤的反应更加敏感;试件承受整体的剪切和弯拉作用;试件表面2 cm以下,RLWT试件的剪应力和剪应变明显大于APA试件,RLWT试验方法更侧重于对试件的剪切性能的评价。因此,对于高温下混合料芯样抗剪切性能的评价,优先选用RLWT试验方法。研究成果对沥青路面施工质量和对于设计的符合性检验具有重要的指导意义。     

回热式有机朗肯循环冷能发电系统变热源温度实验研究

针对当前开展液化天然气冷能发电的实验研究难度大且实验参考的数据少等问题,提出一种以R290为循环工质、液氮为冷源的回热式有机朗肯循环(ORC)冷能发电实验系统。通过实验研究,探索热源温度在20～55℃范围内,机械输出功、发电量、功电转换效率、热效率和冷能利用率等重要性能参数随热源温度变化的规律,并与常规ORC冷能发电系统进行比较。结果表明：在一定范围内,热源温度的增加有利于提升ORC冷能发电系统的总体性能,且系统存在一个与冷源匹配的最佳热源温度;当冷热源处于最佳匹配时,回热循环对ORC冷能发电系统的机械输出功、发电量、热效率和冷能利用率等参量有明显的提升,分别增加了26.2%、12.7%、16.4%和16.6%,但功电转换效率出现降低,下降了10.7%。这些规律将对系统运行时关键参数的调整和控制以及优化设计提供一定的参考依据。     

基于芯样的沥青路面碾压质量评价

本文以沥青路面的芯样为研究对象,采用RLWT车辙仪对其进行性能分析,评价不同车辙深度沥青混凝土的抗车辙性能,再通过与室内试验结果的对比情况,对路面的实际摊铺碾压效果进行分析,研究结果表明RLWT可以有效的通过路面车辙性能的评价,来指导施工过程中摊铺碾压质量的控制,为RLWT车辙仪在实际工程中的应用提供实际指导意义。     

车辙变形对多孔沥青路面排水性能的影响

为了明确多孔沥青路面发生车辙时,多孔沥青上面层的空隙率改变对其排水性能的影响。采用中国高速公路多孔沥青路面典型的层状体结构形式,首先根据车辙变形空间,提出空隙率变化率评价指标,并通过室内试验对多孔沥青路面的车辙变形与空隙率的关系进行观测;通过对实际路面的检测和有限元模拟,分析不同沥青层位对总体车辙深度的影响;最后,利用路表径流模型,分析车辙位置产生径流的条件。研究结果表明:空隙率衰减的比例与车辙变形量占原路面厚度的比例基本相当,车辙变形空间来自于空隙压缩及石料、砂浆流动;多孔沥青路面在长期使用过程中的车辙变形主要由上、中面层共同变形引起,多孔沥青上面层在经过早期压密阶段后,车辙变形稳定,总变形量较小;多孔沥青路面的竖向和横向渗透系数与空隙率成明显的线性关系,当空隙率低于15%时,渗透系数接近于0;车辙深度增加时,车辙位置能够承受的极限降雨强度逐渐降低,车道数增多,也会使最外侧车道右轮迹带位置的极限降雨强度承受能力降低;但是,即使多孔沥青路面产生10 mm以上车辙时,仍能满足承受大雨强度标准。该研究明确了车辙对多孔沥青路面排水性能的影响规律,并为多孔沥青路面车辙养护标准的确立提供了研究基础。     

复合材料在混合驱动连杆机构中应用的研究

在混合驱动连杆机构中,构件的质心大都作变速运动,产生的动载荷难以完全平衡和消除,不但辅助电机所需的驱动功率偏大,对辅助运动电机的控制不利,而且也影响系统的动态性能.本文分别进行了碳素钢、尼龙、酚醛层压材料等不同材料构件机构的动力学计算,分析对应辅助驱动功率的大小;并通过在混合驱动连杆系统实验台上进行对比实验,分析它们对系统动态输出性能的影响程度.     

低温热能有机物朗肯循环发电系统的最佳负载特性实验研究

针对低温热能的回收利用,搭建了采用涡旋膨胀机的有机物朗肯循环发电实验系统,以异丁烷为工质,研究了热源温度和负载对小型有机物朗肯循环发电系统性能的影响.结果表明:在不同的热源温度和工质流量条件下,都存在一个最佳负载电阻,使得系统具有最大的发电功率、比发电功率和发电效率;在设计发电系统时,应为涡旋膨胀机匹配合适的永磁发电机和负载电阻,以使系统发挥最优性能;当热源温度不超过120℃时,系统的最大发电功率为1.05kW,最高发电效率为4.51%,膨胀机的最大转速和膨胀比分别可达2 922r/min和3.03.     

高胎压下机场环氧沥青道面结构动力响应分析

新一代飞机(B787和A350/380)轮胎充气压力普遍达到了1.5 MPa,这进一步加剧了重载高胎压对沥青道面结构响应的影响,而热固性环氧沥青混合料因其优异的力学性能成为重载高胎压条件下的理想选择.基于ABAQUS建立了考虑竖向接触应力不均匀分布的机场环氧沥青道面结构动力响应三维有限元模型,并利用现场足尺加速加载试验结果对模型进行了验证.在此基础上,就接触应力分布、轮胎充气压力大小、温度场分布和道面结构材料特性等因素对道面结构响应的影响进行了分析.结果表明:不均匀接触应力增大了道面结构响应量;重载高胎压条件下,从减少车辙和开裂的角度而言,环氧沥青铺装材料较沥清玛蹄脂混合料具有更好的适用性,但要注意防止中、下面层的塑性变形累积和环氧沥青层底的弯拉疲劳开裂.     

动载作用下沥青路面内部孔隙水压力的轴对称弹性解

将沥青路面视为多层饱和弹性半空间轴对称体,引入比奥渗流固结理论和渗流方程.利用Hankel和Laplace积分变换等数学方法,推导出浸水沥青路面的沥青路面水损害力学模型,并做出如下假设:除渗透性外,沥青混凝土是均质的、完全饱和的理想弹性材料;沥青混凝土的变形是微小的;沥青混凝土和孔隙水均不可压缩;孔隙水渗流服从达西定律,渗透系数为常数.计算了沥青路面结构层孔隙水压力大小.结果表明,沥青面层内的孔隙水压力与面层渗透系数、面层厚度、结构层材料参数以及车辆行驶速度等有密切关系.当路表孔隙饱水时,在荷载作用下,面层中以及面层与基层的接触面附近孔隙水压力最大,在荷载的反复作用之下,导致疲劳开裂破坏,加速路表病害的出现.     

沥青路面力学响应影响因素敏感性分析

以修正的Burgers模型作为沥青混合料本构模型,通过有限元软件分析了荷载大小、加载方式以及面层材料对路表竖向位移、底基层底面水平应力、面层内剪应力以及路表轮迹处竖向应力的影响.结果表明:荷载大小为影响沥青路面应力场和变形场的最主要因素,胎压1.0MPa较0.7MPa的作用效果增大40%,随着荷载的继续增大作用效果将继续增大;沥青路面的主要承重部分为基层以下的结构体,面层材料的类型和力学参数对沥青混凝土路面力学响应影响相对较小.该研究可以为沥青路面的优化设计与力学分析提供一定的理论指导.     

基于COMSOL的沥青混凝土路面车辙预估

模拟了基质沥青路面和高模量沥青路面在高温温度场下的蠕变,借助有限元软件(COMSOL)引入温度场和受温度诱导的蠕变模型,对基质沥青混凝土路面和HMAC(高模量沥青混凝土)路面进行热辐射和固体力学耦合作用,分析对比其在车辆荷载作用下的永久变形,研究外界环境温度、太阳辐射和车轮荷载等因素对路面车辙变形发展的影响,能够对路面车辙深度进行精确地预估,研究分析车辙产生的蠕变变形,针对路面车辙提出合理的防治措施,减小路面永久变形,为路面的材料选择和结构优化提供参考价值,延长沥青路面使用寿命.     

典型沥青路面动态应变响应特性及疲劳寿命分析

针对半刚性路面(S1)、倒装式路面(S2)、组合式路面(S3)开展三维有限元计算,分析其面层底动态应变的空间分布特性及车辆荷载参数对沥青路面动态应变响应的影响规律;同时,基于应变响应及沥青层疲劳预估方程,对比不同类型路面的疲劳寿命.结果表明:行车荷载在沥青路面面层层底平面所引起的拉应变主要集中在轮印作用区域,其由应变值所表征的最不利位置出现在轮印面积中心;车辆动载条件下的应变响应量小于静态荷载模式,其中,S2的动、静力差异性表现尤为显著;随着轴质量的增加,面层底动态应变逐渐增大;而随着车速的提高,应变响应量逐渐减小;随着轴质量的增加,沥青层疲劳寿命急剧减小;在行车安全的前提下,合理提高车辆行车速度有利于提高沥青路面使用寿命,3种路面的面层疲劳寿命排序为S1>S3>S2.     

考虑层间接触状态的沥青路面力学性能分析

为了研究不同层间接触状态的沥青路面力学性能,借助ABAQUS构建路面三维有限元模型分析了路面温度场下不同的层间接触状态对路面力学性能的影响,并建立了考虑层间接触状态的疲劳性能预估模型。研究表明：当深度路面在0.68 m以上,路面温度与深度呈三次多项式关系、路面深度在0.1 m以上时,路面温度与外界环境气温呈二次多项式关系;层间接触状态对沥青路面拉应力影响最大,剪应力次之,对竖向变形影响最小,低速、重载的车辆能使路面最大拉应力、最大剪应力、最大竖向位移分别增大90.0%、70.0%、63.2%;与完全连续状态相比,随着层间接触状态的劣化,沥青路面的疲劳寿命最大降低了75.6%。可见为延长路面的使用寿命,施工时应连续铺装压实,严格控制层间黏结质量。     

不同软启动时间下重型刮板输送机动态特性

为了提高刮板输送机满载工况下软启动性能,研究软起动过程最佳的启动时间,建立刮板输送机转矩模型,分析刮板输送机冲击度和液黏离合器滑摩功的影响因素。利用AMESim和MATLAB/Simulink联合仿真,研究不同启动时间对刮板输送机链轮动态特性和液黏传动转矩压力特性的影响规律,得到不同启动速度下可控启动装置的动态特性。结果表明,随着刮板输送机软启动时间的增大,传动系统冲击度减小,液黏离合器压力和输出最大转矩减小,滑摩功增加,温度升高。满载工况下软启动时间为5 s时,刮板输送机平稳启动,同时液黏离合器转矩利用率高,软启动性能增强。研究结果为刮板输送机软启动性能优化研究提供了理论依据。     

Fabrication and performance evaluation of the thermoelectric generation and performance measuring system

A novel thennoelectric generating and performance measuring system （TGPMS） was designed and fabricated. TGPMS can not only achieve the function of thennoelectric generation, but also measure the thennoelectric performance parameters of the bismuth-telluride-based thennoelectric device accurately. These thennoelectric performance parameters mainly include the dependence of the Seebeck coefficient of the thennoelectric device on the device＇s temperature in the low temperature range （about 40 ~ 190~C ）, and the dependence of the power output and thermoelectric conversion efficiency on the temperature dif- ference or output load. With the optimum load, the optimal value of the power output is 3.39W when the temperature difference reaches 231.2~C, and the optimal value of the conversion efficiency is 3.22% when the temperature difference reaches 208.9~C. TGPMS provides an experimental foundation for the application of the thennoelectric generators in the space field.     

沥青路面温度场数值预估模型

为了准确预估在环境因素作用下沥青路面的温度分布状况,根据热传导基本理论,建立了沥青路面温度场数值预估模型,并使用有限差分方法对其求解.为了验证该模型的精度,在全国多个地区设立观测站,埋设温度传感器,实测沥青路面温度分布数据并收集与其相关的各种气象数据,如气温、太阳辐射、风速等.结果表明,模型可以较为准确地预估不同地区、不同季节沥青路面内的温度分布状况.