螺管式电磁铁吸力特性的数值分析

各种类型的电磁铁吸力特性的计算是电磁铁设计计算中的主要内容.本文分析讨论了基于法拉第——麦克斯韦观点的多种电磁力计算公式,结合数值计算的特点与要求,提出了较为理想的电磁吸力数值计算方法. 本文应用有限元法,在求得电磁铁内磁场分布数值解的基础上,按文中提出的电磁吸力计算方法,获得了吸力特性的数值解,计算结果由实验予以验证. 从螺管式电磁铁吸力特性这一典型的数值分析结果出发,可将该法进一步推广应用于各种型式的交、直流电磁铁吸力特性的数值分析,在此基础上有可能构成电磁铁的计算机辅助设计的新方法.     

不同头型回转体低速倾斜入水过程流场特性数值模拟

基于有限体积法和VOF多相流模型求解气、水两相流动的RANS方程,结合动网格技术,对回转体低速倾斜入水过程进行数值模拟研究.通过将数值计算结果与试验数据进行比较,验证了数值计算方法的有效性.基于该方法对不同头型回转体低速倾斜入水过程进行分析,得到不同头型条件下回转体入水空泡形态发展规律、回转体运动特性及流体动力特性变化规律.研究结果表明:同一入水深度,入水空泡直径和流场中最小压力值随着回转体头部锥角的增加而增大;不同头型回转体,锥头母线同一位置处压力随着头部锥角的增加而增大;回转体阻力系数与其头部锥角大小直接相关,锥角较大时,阻力系数也较大,速度衰减也较快.      

圆柱形推拉式电磁铁的电磁力数值算法

电磁力是推拉式电磁铁非常重要的参数,但由于磁场的非线性变化,解析计算困难。针对这一问题,本文研究利用柱状坐标系下的磁矢量势理论求解圆柱形推拉式电磁铁的电磁力。将整个螺线管磁场划分为多个子域并明确边界条件得到可求数值解的子域磁矢量方程组,再通过MATLAB软件编程实现磁矢量势、电感和电磁力等电磁特性数据的计算。对比有限元中铁芯磁导率分别为恒定值10000和电工软铁的B-H曲线两种情况,说明了该数值算法的计算准确度及误差变化趋势,并分析了误差形成的原因。随着电流的加大铁芯会发生磁饱和,当磁饱和问题不严重时,数值算法的计算结果具有高准确度;随着电流的增加,铁芯发生磁饱和后误差迅速增加。实验中给圆柱形推拉式电磁铁施加不同大小的励磁电流,得到的输出推力结果与理论分析相符。     

基于CFD的大口径锥管浮子流量计结构设计

应用计算流体动力学(CFD)方法,利用"浮子受力平衡度误差分析法"逐步调整入口流速,控制计算精度,对锥管浮子流量计的三维湍流流场进行数值计算,设计出满足设计目标要求的大口径、大流量的金属锥管浮子流量计.为了进一步验证仿真数据的准确性,建立了与实验用流量计结构参数、浮子高度完全相同的6个流量点数值计算模型.物理实验和数值计算数据对比表明,数值计算获得的各流量点的均方根误差仅为1.42%,可以用CFD方法设计浮子流量计的结构参数.     

线性压缩机用动磁式直线电动机

研制了一种新型直线压缩机驱动用动磁式直线振动电动机.建立了电动机磁路物理模型,并对磁路数学模型、电动机动子动力学模型和驱动电路模型进行了求解,得到了驱动电压与动子位移关联式,分析了电动机参数对动子运动特性和电动机性能的影响.运用电磁场有限元方法对动磁式直线电动机电磁场模型求解,磁通分布揭示了电磁力产生机理;运用直线电动机样机静态特性实验数据验证了数值分析的有效性.数据分析揭示了动磁式直线电动机力-位移-电流之间的关系,为压缩机和电动机控制系统设计奠定了基础.     

开尔文源格林函数数值积分方法

分析了开尔文源格林函数近场扰动项的奇异性与远场波动项的振荡特性,分别给出了相应的积分方法;通过改变积分表达式来消除扰动项的奇异性,并对变形后的函数采用改进的梯形法进行计算;采用变量代换方法计算波动项,对变量代换后函数出现的"伪奇异点"区域进行局部加密处理;根据波动项的衰减特性,提出其积分区间上下限截断误差的控制方法.数值计算结果表明:所提出的计算方法能够同时兼顾精度与效率,适用于对单个浮体的静水航行兴波进行数值模拟及多个浮体的兴波干扰进行数值分析.     

吸盘电磁铁的最佳设计

本文提出的吸盘电磁铁最佳设计方法,应用带约束条件非线性最优化技术,不但能使被设计的电磁铁在给定准则下是最佳的,并且还能满足吸力特性曲线上二个点的吸力要求。考虑到吸盘电磁铁通常工作于气隙闭合位置,设计计算的基本关系中,与一般方法不同,计及了铁磁体的磁阻。     

竖井进流水平旋转内消能泄洪洞的数值模拟

通过选取三种不同的紊流模型,结合自由水面处理技术的VOF方法,采用不同的壁面函数法、不同的计算区域网格划分精度和不同的进出口边界条件处理方法,成功地模拟了竖井进流水平旋转泄洪洞的水力特性,并对不同紊流模型和不同数值模拟条件与方法的计算结果与模型实验的结果进行了对比分析。分析结果表明,采用Realizablek-ε紊流模型能更好地模拟这种具有高紊动、强剪切和强旋转,并带有自由表面的竖井进流水平旋转空腔环流的水力特性。     

漕渡门桥航行水阻力和绕流场的数值预报

为了进行漕渡门桥水动力性能的研究，利用CFD（computational fluid dynamics）商用软件作为计算工具，用有限体积法离散控制方程，分别对带式和分置式漕渡门桥模型，在不同速度下航行时的水阻力和绕流场进行了数值求解。用重正化群k-ε湍流模型计算门桥壁面边界层流动，流体体积函数方法进行自由表面波形的数值追踪。计算结果与船舶拖曳水池阻力试验数据相比，具有良好的精度。该数值计算方法可作为研究门桥水动力性能方法的重要补充。     

空化流动下液压锥阀所受推力的数值计算

为寻求一种较准确的方法来计算油空化流动下液压锥阀所受的推力,通过对Fluent软件中壁面函数、空化流动模型及模型参数的分析、选择和调整,经数值计算并与实验数据的对比结果表明:采用可缩比例壁面函数和Zwart-Gerber-Belamri空化模型,在空泡半径为1μm,蒸发和凝结校正系数分别为0.4和0.000 1时,空化流动下锥阀所受推力的数值计算结果与实验结果吻合良好.并用所述模型研究了锥阀锥角及阀座倒角长度对锥阀阀口空化的影响.结果表明:阀芯锥角越小,阀座倒角长度越小,阀口空化强度越弱.     

SF_6旋弧式断路器似稳吹弧磁场的数值分析

SF_6旋弧式断路器依靠相位上滞后的吹弧磁场对电流产生的电动力,使电弧在SF_6气体中快速旋转而熄灭。这种断路器的灭弧机理与磁场形态有密切关系,吹弧磁场是由通过吹弧线圈的电弧电流与铜套中的涡流共同产生的。本文用数值方法研究这种吹弧装置的似稳态磁场,计算结果与实验数据十分吻合,说明所采用的方法具有满意的精度。通过在不同条件下对吹弧磁场的数值分析,找到了吹弧装置的结构参数和材料性能与磁场的关系,并且还提出了在电弧电流零区获得最大磁场的途径。     

用直线段电流磁场公式计算水冷磁体磁场

水冷磁体设计,须计算水冷磁体产生的磁场以获得磁体磁场的空间分布,使设计出的磁体满足实验要求.水冷磁体磁场计算在工程上常用的计算方法是椭圆积分法.此方法计算的水冷磁体的磁场均匀度比实际做成的磁体产生的磁场均匀度偏高.原因之一是磁体上的电流路径并不是工程上假设的闭合圆环路径,而是与之等半径的螺旋线状的路径.这是工程理论计算...     

永磁涡流耦合器传递转矩计算方法研究

永磁涡流耦合器作为一种传动装置,传递转矩的有效计算是评价其传动性能的重要指标.针对一台6磁极对数、额定输入转速1450r/min的永磁涡流耦合器,首先,根据耦合器几何结构,采用有限元方法对磁力线走向进行了仿真分析,获得永磁涡流耦合器的磁路分布,进而通过分析漏磁边界条件得到了泄漏磁阻和有效磁动势;其次,建立导体盘涡流的坐标系,根据趋肤深度和安培环路定律,考虑磁场分布的连续性和对称性,构建了耦合器的磁感应强度方程;然后,根据导体盘涡电流密度和电导率的数学关系,同时考虑三维端部效应,得到了传递转矩的解析结果;最后,建立样机试验平台和三维有限元模型对该方法进行验证.结果表明,在一定的转速差范围内,所提计算方法具有较好的精度,相对误差在6%以内.采用该方法对永磁涡流耦合器的设计优化提出了一些合理化建议.     

汽车永磁无级缓速器的设计与仿真分析

汽车永磁无级缓速器有利于实现各种路况下的最佳缓速制动.笔者研究了永磁缓速的工作原理,提出了一种新型轴向移动式的无级调速设计方案,通过理论分析计算确定了设计参数,并采用Matlab中的fmicon函数模块进行二阶非线性结构优化得出关键结构的最优解.利用ANSOFT软件建立了三维电磁场有限元仿真模型,对永磁缓速器进行磁场和制动力矩的静态和瞬态分析,分析磁场的分布特点和影响因素,对转子总成与定子鼓之间不同轴向位置的制动力矩分析表明,该缓速器能够实现良好的线性控制和稳定的制动力矩输出,能够满足无级缓速制动的需要.     

一种永磁轴承的设计和磁场分布的解析计算

从永磁体的分子电流观点出发,应用矢量磁位法,对轴向均匀充磁的永磁环,建立用完全椭圆积分表示的永磁环外部空间磁势和磁场分布的解析计算表达式.根据矢量迭加原理,应用该公式可计算1块至多块永磁环并列放置时其外部空间的磁场分布.通过对单块永磁环磁场分布的仿真计算和实验测试数据比较,磁感应强度计算误差不超过8%,验证了计算公式的正确性.     

永磁同步电动机电磁场计算中定转子空间相对位置确定的研究

采用通用有限元软件对永磁同步电动机电磁场分析时,存在着电动机定、转子轴线相对位置未知的问题,而确定这个相对位置是任意负载下磁场计算的前提.本文通过研究电动机电磁量之间的关系找到特定内功率因数角下气隙合成电势和内功率角的特征.提出一种相当于逆问题分析的处理方法,在不同定子电流初相位下进行计算,搜寻对应于特定内功率因数角磁场分布,从而求得定转子空间的初始相对位置.     

海洋钻井隔水管非线性时域动力分析

本文用有限单元法对海洋钻井隔水管进行非线性时间域动力分析,建立了力学分析模型,推导了有限元动力方程,采用纽马克积分法求解。数值计算结果表明,理论分析是正确的,计算精度可满足工程要求。文章还对隔水管力学强度的各种影响因素进行了讨论。本文所提供的动力分析法及计算机程序可供海洋石油设计部门参考使用。     

车用电机控制器功能安全及主动短路分析

根据永磁同步电机的数学模型,求解了不同工况下永磁同步电机进入主动短路时的电流和转矩输出情况,揭示了主动短路电机输出与电机参数之间的数学关系,并通过仿真和实验进行了验证.从理论角度分析了主动短路作为安全关断方法的优缺点,提出了永磁同步电机主动短路状态下的电流计算公式,为电机控制器选择合适的功率器件提供了依据.     

电流时间谐波对转子带护套伺服永磁同步电动机温度场的影响

针对转子带护套伺服永磁同步电机运行过程中永磁体温升较高的问题,本文以一台2 000r/min、12.5kW的伺服永磁同步电动机为研究对象,对变频驱动时永磁电机的温升问题进行了研究.测试了样机额定负载下变频器供电时的相电流,通过傅里叶分解计算出电流各次谐波值.建立了永磁电机二维瞬态电磁场方程,计算出不同电流谐波在护套内产生的涡流损耗.并建立了三维温度场模型,对电机各部分的温度分布进行求解.经计算分析可知绕组内谐波次数位于控制电路载波比附近的电流时间谐波,将导致电机永磁体温升明显变大.将计算所得的电机温度分布与实测结果进行对比,验证了计算结果的正确性.     

基于电磁-温度耦合方法的永磁驱动器温度场分析

基于电磁-温度场耦合方法,分析了盘式永磁驱动器的温度场.基于电磁场解析计算建立了盘式永磁驱动器的电磁场解析模型,推导了涡流损耗公式.计算了热阻和散热系数,并以涡流损耗为热源,建立了盘式永磁驱动器等效热网络模型.预测随负载变化时盘式永磁驱动器的涡流损耗和铜盘温度的变化.解析结果与有限元结果比较表明:基于电磁-温度场耦合方法所建立的电磁场解析模型和温度场解析模型能快速、准确地预测涡流损耗和铜盘温度.