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现代大型铝电解槽内复杂物理场的仿真计算与优化 被引量:21
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作者 李劼 张红亮 徐宇杰 《中国有色金属学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第10期2594-2606,共13页
总结了国内外在铝电解槽电热场、热应力场及电磁流场方面的研究进展,指出当前多物理场仿真计算算法的不足,介绍了最新开发的"液(电解质)-液(铝)-气"和"液-气-固(颗粒)"两类三相流模型、多物理场(电、磁、热、流、力、浓度分... 总结了国内外在铝电解槽电热场、热应力场及电磁流场方面的研究进展,指出当前多物理场仿真计算算法的不足,介绍了最新开发的"液(电解质)-液(铝)-气"和"液-气-固(颗粒)"两类三相流模型、多物理场(电、磁、热、流、力、浓度分布场等)、磁流体稳定性和电流效率三维耦合仿真模型与算法,并提出基于多相-多场耦合仿真的大型铝电解槽结构与生产工艺综合优化方法,发现大型铝电解槽在3.7~3.9 V低电压下高效、低电耗、低排放、稳定运行的状态空间,并确立相应的工艺实现条件。 展开更多
关键词 铝电解槽 电热场 热应力场 电磁流场 数值仿真
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锂离子电池电-热耦合模型分析及其温度场仿真研究 被引量:7
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作者 姜水生 何志坚 文华 《热科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2018年第3期238-245,共8页
锂离子电池由于放电过程产生大量的热,不可避免的使得电池温度升高。研究大倍率放电时的电池温升,忽略电化学反应热,进一步简化原有的生热模型。为了得到电池温度分布,从电池内部结构出发,根据电流密度在集流板上的分布以及极耳处的收缩... 锂离子电池由于放电过程产生大量的热,不可避免的使得电池温度升高。研究大倍率放电时的电池温升,忽略电化学反应热,进一步简化原有的生热模型。为了得到电池温度分布,从电池内部结构出发,根据电流密度在集流板上的分布以及极耳处的收缩/扩散效应,分析集流板上电流密度的分布规律,从而建立电池的电-热耦合模型。通过生热模型模拟电池放电过程的温升现象,并与实验结果对比,发现模拟结果与实验结果能够很好地吻合。文章给出了电池在不同放电倍率条件下放电终了时的温度分布图,并解释了造成这种分布现象的原因。 展开更多
关键词 电流密度 电-热耦合模型 温度场
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Temperature field analysis of main steam pipe under local post weld heat treatment 被引量:4
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作者 李培麟 樊睿智 陆皓 《China Welding》 EI CAS 2010年第4期20-24,共5页
In local post weld heat treatment, the temperature difference is the criterion of the process. The temperature field in the main stream pipe under local post weld heat treatment is simulated by finite element method. ... In local post weld heat treatment, the temperature difference is the criterion of the process. The temperature field in the main stream pipe under local post weld heat treatment is simulated by finite element method. A close-loop control program is designed to simulate the temperature field of two different pipes. Both the skin effect of induction heating and electro-thermal coupled effect are considered in the heating model. The local heat treatment temperature difference at the inner and outer side of the pipe is analyzed and the different convection conditions are also considered. The simulation results show that in appropriate induction heating process, the temperature difference in the pipe can be controlled within 30 ℃. 展开更多
关键词 local post weld heat treatment temperature field electro-thermal coupling numerical simulation
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基于电热场平衡锂电解强化研究 被引量:5
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作者 李文英 路贵民 《有色金属(冶炼部分)》 CAS 北大核心 2021年第7期34-41,共8页
利用有限元法建立了三维锂电解槽电热场仿真模型,考察了电解槽结构参数对电热场的影响。结果表明,缩短阴阳极间距(ACD),增加阳极半径(Ar)、阴极厚度(Ct)及阴极高度(Ch)均可以在保持能量平衡的前提下提高电解槽的电流强度。对上述参数进... 利用有限元法建立了三维锂电解槽电热场仿真模型,考察了电解槽结构参数对电热场的影响。结果表明,缩短阴阳极间距(ACD),增加阳极半径(Ar)、阴极厚度(Ct)及阴极高度(Ch)均可以在保持能量平衡的前提下提高电解槽的电流强度。对上述参数进行无量纲化研究,得到了方程:CI=30000×(ACD/40)^(^(-0.24519))×(Ar/150)^(0.79291)×(Ct/225)^(0.09835)×(Ch/700)^(0.37953),对于电解槽的放大设计,可以根据上述方程,不对电解槽进行复杂的建模计算,进而节省资源,提高效率。 展开更多
关键词 锂电解 电热场 极间距(ACD) 阳极半径(Ar) 阴极厚度(Ct) 阴极高度(Ch)
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定子铁心采用非晶与硅钢的电动汽车用永磁同步电机温度场分析 被引量:4
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作者 刘瑞芳 朱健 曹君慈 《北京交通大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第5期119-125,共7页
永磁同步电动机因具有功率密度高,噪声低及效率高等优点在电动汽车中占据了较大的市场份额.将低铁损的非晶材料应用于定子铁心时可使电机效率进一步提升,但高功率密度伴随而来电机发热问题不可忽视.通过对两台相同结构,定子铁心分别采... 永磁同步电动机因具有功率密度高,噪声低及效率高等优点在电动汽车中占据了较大的市场份额.将低铁损的非晶材料应用于定子铁心时可使电机效率进一步提升,但高功率密度伴随而来电机发热问题不可忽视.通过对两台相同结构,定子铁心分别采用硅钢和非晶的永磁同步电机进行电热耦合数值分析,对比研究两台电机在额定工况和峰值工况以及高转速下的温度场分布特性.结果表明,在额定转速下非晶电机温升高于硅钢电机,但高速下硅钢电机温升远高于非晶电机.最后对两台样机进行温升实验,将电热耦合结果与实验数据进行对比. 展开更多
关键词 非晶合金 永磁同步电机 电热耦合 温度场
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电热作用对碳纤维增强树脂基复合材料层板冲击性能的影响 被引量:1
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作者 路鹏程 卞文熙 +1 位作者 安俊龙 祖浩轩 《高分子材料科学与工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期85-91,98,共8页
针对航空结构用碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)层板结构在低电流(安培级)作用下对其冲击性能和吸能特性的影响进行研究。结果表明,电热作用使得CFRP层板的温度迅速升高,随着电流强度增加,电热作用产生的焦耳热显著增加;同时,CFRP层板... 针对航空结构用碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)层板结构在低电流(安培级)作用下对其冲击性能和吸能特性的影响进行研究。结果表明,电热作用使得CFRP层板的温度迅速升高,随着电流强度增加,电热作用产生的焦耳热显著增加;同时,CFRP层板的电阻率随电流强度增大而降低,呈现出温敏效应。在相同冲击能量下,随着加载电流强度增加,CFRP层板的冲击响应完全不同,临界损伤冲击应力和最大冲击应力随加载电流强度增大而减小,且下降幅度随之增大;随着加载电流强度增加,CFRP层板对冲击能量吸收显著增加。冲击损伤分析可知,在相同冲击能量下,CFRP层板的冲击损伤面积随着电流强度增加而增大,损伤程度越严重,失效机制由基体裂纹、微小分层转变为大量纤维断裂、基体破碎等,即冲击损伤模式由微弱的冲击损伤转变为可见的冲击损伤;冲击凹坑深度也随着电流强度增加而显著加深,冲击凹坑回弹率也显著降低。 展开更多
关键词 碳纤维增强树脂基复合材料 电热作用 温度场 低速冲击 损伤分析
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CFRP层板电热作用下温度场及内应力变化 被引量:1
7
作者 路鹏程 陈栋 《工程塑料应用》 CAS CSCD 北大核心 2019年第5期115-121,共7页
航空器用碳纤维增强树脂(CFRP)复合材料结构在其服役期间会受到复杂环境作用,低强度电流引起的电热作用是 CFRP 复合材料结构特有的、尚未引起足够关注的损伤形式,针对这一现象,以民用航空器用 CFRP 复合材料层板结构为研究对象,采用试... 航空器用碳纤维增强树脂(CFRP)复合材料结构在其服役期间会受到复杂环境作用,低强度电流引起的电热作用是 CFRP 复合材料结构特有的、尚未引起足够关注的损伤形式,针对这一现象,以民用航空器用 CFRP 复合材料层板结构为研究对象,采用试验方法和有限元分析软件 ANSYS 对不同直流电流强度作用下的 CFRP 复合材料层板温度场分布和热应力变化进行系统研究和分析。利用复合材料电热测试平台对单向层板和不同角度铺层层板在不同电流强度下的表面温度进行测试。结果表明,电流作用产生的焦耳热使 CFRP 复合材料层板温度迅速升高,随着电流强度增加,其温度随之增加;同时利用 ANSYS有限元软件对其电热温度场模拟,获得电热温度结果与试验结果吻合良好。当电热作用达到稳态温度时,CFRP 复合材料层板内部存在梯度温度;CFRP 复合材料铺层方向对电热温度场大小和分布影响明显,而且电热作用下 CFRP 复合材料层板内应力值与电流强度具有良好的线性关系。 展开更多
关键词 碳纤维增强树脂复合材料 电热作用 数值模拟 温度场 热应力
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电磁轨道炮常用材料的电热特性分析
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作者 巩飞 韦伟 郭鸿浩 《弹道学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第3期78-81,87,共5页
针对轨道炮发射过程中存在的枢轨电热损伤问题,建立了电磁与热扩散模型,模拟了枢轨材料暴露在强磁场环境下的电热物理变化过程,分析了10种常见材料的电热物理表现及其适用性,考察了材料的耐磁极限和耐电流极限,通过调整材料的电热参数,... 针对轨道炮发射过程中存在的枢轨电热损伤问题,建立了电磁与热扩散模型,模拟了枢轨材料暴露在强磁场环境下的电热物理变化过程,分析了10种常见材料的电热物理表现及其适用性,考察了材料的耐磁极限和耐电流极限,通过调整材料的电热参数,归纳了各电热参量对材料温升的影响规律。研究结果表明:在25 T磁场环境下,计算获得的最小温升材料为C11000;材料的电导率与其均流效果成反比;而其温升过程则受多个物性参量耦合控制,其中比热容对温升的影响作用最大。 展开更多
关键词 电磁轨道炮 电热特性 强磁场 数值计算
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CFRP层板电-热耦合特性研究
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作者 罗宝舟 路鹏程 +2 位作者 林立钦 张紫琪 杨磊 《塑料工业》 CAS CSCD 北大核心 2020年第10期122-127,共6页
针对航空结构用碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)层板在电流作用下的电-热耦合温度分布及力学性能演化进行了研究。CFRP层板在电热作用下会产生大量焦耳热,且随着电流强度增加焦耳热显著增加。模拟计算结果表明电热作用产生的焦耳热在纤... 针对航空结构用碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)层板在电流作用下的电-热耦合温度分布及力学性能演化进行了研究。CFRP层板在电热作用下会产生大量焦耳热,且随着电流强度增加焦耳热显著增加。模拟计算结果表明电热作用产生的焦耳热在纤维-界面-树脂间存在温度梯度。短梁剪切性能随着电流强度增加呈现先增大后减小的变化规律,在电流为6 A时,CFRP层板剪切强度达到极大值,均值15.28 MPa。 展开更多
关键词 碳纤维增强树脂基复合材料 电热作用 温度场 短梁剪切 断口分析
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界面电荷注入与积聚行为对直流GIS/GIL绝缘子沿面电场的影响分析 被引量:7
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作者 胡琦 刘智鹏 +2 位作者 刘衡 李庆民 AManu Haddad 《高压电器》 CAS CSCD 北大核心 2021年第10期101-110,共10页
气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear,GIS)和气体绝缘金属封闭输电线路(gas insulated metalenclosed transmission line,GIL)运行电流大,设备内部存在明显的温度梯度分布,造成高压电极附近电荷的注入与迁移加剧,导致绝缘子内空... 气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear,GIS)和气体绝缘金属封闭输电线路(gas insulated metalenclosed transmission line,GIL)运行电流大,设备内部存在明显的温度梯度分布,造成高压电极附近电荷的注入与迁移加剧,导致绝缘子内空间及表面电荷的积聚,畸变电场,容易诱发沿面闪络故障。为此文中建立了电—热耦合应力下直流盆式绝缘子内的电荷注入与积聚模型,研究了考虑电荷注入和迁移特性的绝缘子空间电荷及表面电荷积聚情况,并分析了不同负载电流下绝缘子沿面电场分布规律。研究结果表明:温度梯度下,导体—绝缘界面电荷注入会造成绝缘子内部同极性空间电荷的积聚,并且空间电荷积聚密度会随着负载电流的增大而增大;空间电荷的积聚会减弱高压电极附近电场强度,增强绝缘子凸侧表面法向电场强度,加剧表面电荷的积聚;空间及表面电荷的积聚会使绝缘子表面电势上升,导致接地电极附近电势差增大,电场强度显著增大,地电极三结合点处的场强由空载条件下的1.71 kV/mm增长为额定电流作用下的3.47 kV/mm,增加了103%。该研究结果有助于理解温度梯度下直流绝缘子表面电场畸变机理,并对直流绝缘子的优化设计和安全运行有一定的参考价值。 展开更多
关键词 GIS GIL 电—热耦合 电荷注入 电荷积聚 沿面电场分布
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基于去离子水冷却±800 kV换流变压器阀侧套管的冷却效果和参数的影响 被引量:1
11
作者 刘杉 高冲 +2 位作者 侯俊义 周建辉 卢斌先 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第12期3884-3894,共11页
随着我国±800 kV大容量特高压直流输电的快速发展,环氧树脂套管的过热问题备受关注。基于去离子水冷却,该文将环氧树脂套管的水道结构由多管道式改进为一体化结构。采用三维电-热-流场耦合分析方法,考虑热传导和热对流的影响,模拟... 随着我国±800 kV大容量特高压直流输电的快速发展,环氧树脂套管的过热问题备受关注。基于去离子水冷却,该文将环氧树脂套管的水道结构由多管道式改进为一体化结构。采用三维电-热-流场耦合分析方法,考虑热传导和热对流的影响,模拟了换流变压器阀侧套管的温度场分布。通过与温升实验数据对比,仿真结果与实验结果的误差在3.99%以内,验证了该套管模型设计的合理性。与去离子水冷却的多管道式套管相比,改进后的±800 kV去离子水冷却一体化套管的载流导体外表面的最高温度更低且环氧树脂内表面的温差更小,结果表明该套管的去离子水冷却效果极强。研究了水道尺寸、流量和入口水温对去离子水冷却一体化套管温度分布的影响,结果表明该套管的温度分布主要由入口水温和流量控制,将去离子水的流量设置为10 L/min时几乎可以带走套管产生的全部热量,且入口水温越低冷却效果越好。分析结果可用于去离子水冷却±800 kV环氧树脂套管的结构优化与设计。 展开更多
关键词 去离子水 电-热-流场耦合模型 冷却效果 参数扫描 高压套管
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动车组车顶高压电缆终端材料特性分析及电-热耦合场仿真研究 被引量:3
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作者 王景兵 王家兴 +5 位作者 李国倡 齐朋帅 程兆璐 张帆 张家豪 魏艳慧 《绝缘材料》 CAS 北大核心 2022年第7期64-70,共7页
动车组运行环境复杂,在电、热、高速气流等多重因素影响下的车顶高压电缆终端绝缘材料性能是影响动车组供电系统安全稳定的重要因素。本研究采用实验分析与仿真计算相结合的方法,测试分析了车顶电缆终端典型绝缘材料的导热性能、玻璃化... 动车组运行环境复杂,在电、热、高速气流等多重因素影响下的车顶高压电缆终端绝缘材料性能是影响动车组供电系统安全稳定的重要因素。本研究采用实验分析与仿真计算相结合的方法,测试分析了车顶电缆终端典型绝缘材料的导热性能、玻璃化转变温度和介电性能;通过建立车顶电缆终端电-热耦合仿真模型,分别研究了室温下电缆终端电场分布以及不同环境温度下的电缆终端温度分布。结果表明:三元乙丙橡胶和环氧树脂的导热系数均随着温度的升高而增大,高于80℃时,导热系数随着温度的升高有所减小。室温下,三元乙丙橡胶和环氧树脂的导热系数分别为0.251 W/(m·K)和0.431 W/(m·K)。三元乙丙橡胶的相对介电常数随着温度的升高逐渐减小,从-60℃的3.70减小到100℃的3.28;环氧树脂的相对介电常数随着温度的升高逐渐增大,从-60℃的5.02增大到100℃的5.29,这是由于二者的玻璃化转变温度不同引起的。仿真结果表明:温度引起交流电缆终端的电场变化不大,最大畸变点出现在应力锥根部,其值为3.120 kV/mm;其次电场集中分布在电缆主绝缘,电场强度为2.995 kV/mm。 展开更多
关键词 动车组 电缆终端 电-热耦合场 材料特性 电场仿真
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铝护套与缓冲层间气隙对高压电缆的电-热耦合影响 被引量:3
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作者 刘黎 周路遥 +3 位作者 李晋贤 王少华 杨帆 尚瑞琦 《浙江电力》 2021年第11期54-59,共6页
近年来,国内110 kV及以上电压等级电缆发生多起缓冲层烧蚀故障。采用有限元法建立了高压电缆轴向仿真模型并开展了电-热耦合仿真,研究了波纹铝护套在正常状态以及与缓冲层之间存在气隙时的温度场分布,得到以下仿真结果:当波纹铝护套与... 近年来,国内110 kV及以上电压等级电缆发生多起缓冲层烧蚀故障。采用有限元法建立了高压电缆轴向仿真模型并开展了电-热耦合仿真,研究了波纹铝护套在正常状态以及与缓冲层之间存在气隙时的温度场分布,得到以下仿真结果:当波纹铝护套与缓冲层间存在气隙时,不利于电缆本体的散热,将导致载流量下降;气隙放电会加剧阻水缓冲层烧蚀,气隙放电时的热源中心温升可达470 K,但在未造成缓冲层阻水粉析出时,短时气隙放电对电缆本体的宏观温度分布影响较小。 展开更多
关键词 波纹铝护套 缓冲层 电-热耦合场 气隙放电
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基于多尺度的空间锂离子蓄电池单体电-热耦合模型 被引量:3
14
作者 宋缙华 丰震河 +3 位作者 郭向飞 田娟 张兴浩 王可 《上海航天(中英文)》 CSCD 2021年第5期17-24,共8页
针对高比能兼顾高功率的锂离子电池,高电极载量、高压实、低电导等特性会显著增加电池大倍率放电的产热和内部温差,传统的热试验方法无法获取电池内部温度分布。将传统热试验与仿真相结合,以能量功率兼顾型空间锂离子蓄电池单体为研究对... 针对高比能兼顾高功率的锂离子电池,高电极载量、高压实、低电导等特性会显著增加电池大倍率放电的产热和内部温差,传统的热试验方法无法获取电池内部温度分布。将传统热试验与仿真相结合,以能量功率兼顾型空间锂离子蓄电池单体为研究对象,建立了一维电化学与三维热双向耦合模型,获取了电池在绝热环境下不同倍率放电的电压、温度和发热功率变化,仿真结果与实验值吻合度高,分析得到单体电池大倍率放电的本征热安全区间为0~75%放电深度(DOD)。同时,计算发现随着放电倍率的增加,放电结束时电池温度最高区域由电芯内部中心位置逐渐变成正极极柱,最大温差逐渐增大,3 C时达到0.82℃。假设增加底面恒温散热,3 C放电结束的最大温差高达11.18℃。本文建立的模型不仅适用于空间锂离子蓄电池单体的研发,还适用于电池组的热仿真设计。 展开更多
关键词 锂离子电池 电-热耦合仿真 电性能 发热量 温度场
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高压直流海底电缆快速放电系统设计 被引量:2
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作者 曹京荥 陈杰 +1 位作者 何康 何嘉弘 《自动化与仪表》 2022年第5期89-93,98,共6页
高压直流海底电缆耐压测试后需快速放电,以降低过电压对电缆内部绝缘性能的影响。该文针对长度为108 km的±400 kV交联聚乙烯海底电缆设计了一种电阻串联、逐级短接的快速放电系统。该系统面向从放电起始到结束的全过程,通过分析放... 高压直流海底电缆耐压测试后需快速放电,以降低过电压对电缆内部绝缘性能的影响。该文针对长度为108 km的±400 kV交联聚乙烯海底电缆设计了一种电阻串联、逐级短接的快速放电系统。该系统面向从放电起始到结束的全过程,通过分析放电电阻电热场分布,实时计算了放电电阻注入与耗散功率,并设计了放电电阻规格,根据电阻最高耐受温度优化了海缆放电控制策略。仿真和实验结果得出,相比传统恒定电阻无短接的放电系统,优化后的系统能够将放电时间降低68.7%。电阻总阻值、总级数不变时,从电缆接入端开始电阻阻值逐级递增能够均衡化各电阻电场分布和发热功率,串联电阻上最高温度降低了13.2%,为高压直流电缆安全与快速放电提供理论支撑和样机系统。 展开更多
关键词 海底电缆 快速放电 电热场分析 控制策略优化
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