2507 neoksidebla ŝtalo bobena tubo kemia komponanto, Ekvivalenta Termika Reto Simula Studo de Rara Tero Giganta Magnetostrictive Transduktilo

Dankon pro vizito de Nature.com.Vi uzas retumilon kun limigita CSS-subteno.Por la plej bona sperto, ni rekomendas, ke vi uzu ĝisdatigitan retumilon (aŭ malŝaltu Kongruo-Reĝimon en Internet Explorer).Krome, por certigi daŭran subtenon, ni montras la retejon sen stiloj kaj JavaScript.
Glitiloj montrante tri artikolojn per diapozitivo.Uzu la malantaŭan kaj sekvan butonojn por moviĝi tra la lumbildoj, aŭ la butonojn de glit-regiloj ĉe la fino por moviĝi tra ĉiu lumbildo.

• Priskribo de la produkto
• 2507 Neoksidebla ŝtalo volvita tubo el porcelano

Kritika al la dezajno de la giganta magnetostrikta transduktilo (GMT) estas rapida kaj preciza analizo de la temperaturdistribuo.Termika retomodelado havas la avantaĝojn de malalta komputila kosto kaj alta precizeco kaj povas esti uzata por GMT-termika analizo.Tamen, ekzistantaj termikaj modeloj havas limigojn en priskribado de tiuj kompleksaj termikaj reĝimoj en GMT: la plej multaj studoj temigas senmovajn ŝtatojn kiuj ne povas kapti temperaturŝanĝojn;Ĝenerale oni supozas, ke la temperaturdistribuo de gigantaj magnetostriktaj (GMM) bastonoj estas unuforma, sed la temperaturgradiento trans la GMM-stango estas tre signifa pro malbona varmokondukteco, la neunuforma perddistribuo de la GMM malofte estas enkondukita en la termika. modelo.Tial, amplekse konsiderante la suprajn tri aspektojn, ĉi tiu dokumento establas la modelon de GMT Transitional Equivalent Heat Network (TETN).Unue, surbaze de la dezajno kaj principo de funkciado de la longituda vibra HMT, termika analizo estas farita.Sur ĉi tiu bazo, la hejtelementa modelo estas establita por la HMT-varmotransiga procezo kaj la respondaj modelparametroj estas kalkulitaj.Finfine, la precizeco de la TETN-modelo por transduktila temperaturo spatiotempa analizo estas kontrolita per simulado kaj eksperimento.
La giganta magnetostrikta materialo (GMM), nome terfenol-D, havas la avantaĝojn de granda magnetostrikto kaj alta energia denseco.Ĉi tiuj unikaj propraĵoj povas esti uzataj por disvolvi gigantajn magnetostriktajn transduktilojn (GMT) kiuj povas esti uzataj en larĝa gamo de aplikoj kiel subakvaj akustikaj transduktiloj, mikromotoroj, linearaj aktuarioj ktp. 1,2.
Aparte zorgas pri la potencialo por trovarmiĝo de submaraj GMT-oj, kiuj, kiam ili funkcias per plena potenco kaj dum longaj periodoj de ekscito, povas generi signifajn kvantojn da varmo pro sia alta potencodenseco3,4.Krome, pro la granda koeficiento de termika ekspansio de GMT kaj ĝia alta sentemo al ekstera temperaturo, ĝia eliga rendimento estas proksime rilata al temperaturo5,6,7,8.En teknikaj publikaĵoj, GMT-termikanalizaj metodoj povas esti dividitaj en du larĝajn kategoriojn9: nombraj metodoj kaj buligitaj parametraj metodoj.La finielementa metodo (FEM) estas unu el la plej ofte uzataj nombraj analizmetodoj.Xie et al.[10] uzis la finhavan elementan metodon por simuli la distribuadon de varmofontoj de giganta magnetostrikta veturado kaj realigis la dezajnon de la temperaturkontrolo kaj malvarmigosistemo de la veturado.Zhao et al.[11] establis komunan finhavan elementan simuladon de turbula fluokampo kaj temperaturkampon, kaj konstruis GMM-inteligentan komponentan temperaturkontrolaparaton bazitan sur la rezultoj de la finhava elementsimulado.Tamen, FEM estas tre postulema laŭ modela aranĝo kaj kalkultempo.Tial, FEM estas konsiderita grava subteno por eksterretaj kalkuloj, kutime dum la transformila dezajnofazo.
La buligita parametrometodo, ofte referita kiel la varmeca retomodelo, estas vaste uzata en termodinamika analizo pro sia simpla matematika formo kaj alta kalkulrapideco12,13,14.Tiu aliro ludas gravan rolon en eliminado de la termikaj limigoj de motoroj 15, 16, 17. Mellor18 estis la unua se temas pri uzi plibonigitan termikan ekvivalentan cirkviton T por modeligi la motoran varmotransigoprocezon.Verez et al.19 kreis tridimensian modelon de la termika reto de konstanta magneta sinkrona maŝino kun aksa fluo.Boglietti et al.20 proponis kvar termikajn retmodelojn de ŝanĝiĝanta komplekseco por antaŭdiri mallongperspektivajn termigajn transientojn en statorvolvaĵoj.Fine, Wang et al.21 establis detalan termikan ekvivalentan cirkviton por ĉiu PMSM-komponento kaj resumis la termikan rezistan ekvacion.Sub nominalaj kondiĉoj, la eraro povas esti kontrolita ene de 5%.
En la 1990-aj jaroj, la varmeca retomodelo komencis esti aplikita al alt-motoraj malaltfrekvencaj konvertiloj.Dubus et al.22 evoluigis varmecan retmodelon por priskribi senmovan varmotransigon en duflanka longituda vibrilo kaj klaso IV-kurbsensilo.Anjanappa et al.23 elfaris 2D senmovan termikanalizon de magnetostrikta mikroveturado uzante termikan retmodelon.Por studi la rilaton inter termika streĉo de Terfenol-D kaj GMT-parametroj, Zhu et al.24 establis stabilan ekvivalentan modelon por termika rezisto kaj GMT-movokalkulo.
GMT-temperaturtakso estas pli kompleksa ol motoraplikoj.Pro la bonega termika kaj magneta kondukteco de la uzitaj materialoj, la plej multaj motorkomponentoj konsiderataj je la sama temperaturo estas kutime reduktitaj al ununura nodo13,19.Tamen, pro la malbona varmokondukteco de HMMoj, la supozo de unuforma temperaturdistribuo jam ne estas ĝusta.Krome, HMM havas tre malaltan magnetan permeablon, tiel ke la varmeco generita per magnetaj perdoj estas kutime ne-unuforma laŭ la HMM-stango.Krome, la plej granda parto de la esplorado estas temigis stabilajn simuladojn kiuj ne respondecas pri temperaturŝanĝoj dum GMT-operacio.
Por solvi la suprajn tri teknikajn problemojn, ĉi tiu artikolo uzas la GMT-longan vibradon kiel studobjekton kaj precize modeligas diversajn partojn de la transduktilo, precipe la GMM-stangon.Modelo de kompleta transira ekvivalenta varmoreto (TETN) GMT estis kreita.Finhavelementa modelo kaj eksperimenta platformo estis konstruitaj por testi la precizecon kaj efikecon de la TETN-modelo por transduktiltemperatura spatiotempa analizo.
La dezajno kaj geometriaj dimensioj de la laŭlonge oscila HMF estas montritaj en Fig. 1a kaj b, respektive.
Ŝlosilaj komponantoj inkluzivas GMM-stangojn, kampajn bobenojn, permanentajn magnetojn (PM), jugojn, kusenetojn, buŝojn kaj beleville-risortojn.La ekscitvolvaĵo kaj PMT provizas la HMM-stangon per alterna kampo kaj Dc-biasa kampo, respektive.La jugo kaj korpo, konsistanta el ĉapo kaj maniko, estas faritaj el DT4 mola fero, kiu havas altan magnetan permeablon.Formas fermitan magnetan cirkviton kun la GIM kaj PM-stango.La eliga tigo kaj prema plato estas faritaj el nemagneta 304 neoksidebla ŝtalo.Kun belleville-risortoj, stabila antaŭstreĉo povas esti aplikita al la tigo.Kiam alterna kurento pasas tra la veturadvolvaĵo, la HMM-stango vibros laŭe.
Sur fig.2 montras la procezon de varmo-interŝanĝo ene de la GMT.GMM-stangoj kaj kampovolvaĵoj estas la du ĉefaj fontoj de varmo por GMToj.La serpentino transdonas sian varmon al la korpo per aerkonvekcio interne kaj al la kovrilo per kondukado.La HMM-stango kreos magnetajn perdojn sub la ago de alterna magneta kampo, kaj varmo estos transdonita al la ŝelo pro konvekcio tra la interna aero, kaj al la permanenta magneto kaj jugo pro kondukado.La varmo transdonita al la kazo tiam estas disipita al la ekstero per konvekcio kaj radiado.Kiam la varmo generita estas egala al la varmo transdonita, la temperaturo de ĉiu parto de la GMT atingas stabilan staton.
La procezo de varmotransigo en laŭlonge oscila GMO: a - varmoflua diagramo, b - ĉefaj varmotransigo-vojoj.
Aldone al la varmeco generita de la ekscitila bobeno kaj HMM-stango, ĉiuj komponentoj de fermita magneta cirkvito spertas magnetajn perdojn.Tiel, la permanenta magneto, jugo, ĉapo kaj maniko estas lamenigitaj kune por redukti la magnetan perdon de la GMT.
La ĉefŝtupoj en konstruado de TETN-modelo por GMT-termika analizo estas kiel sekvas: unue grupigas komponentojn kun la samaj temperaturoj kune kaj reprezentas ĉiun komponenton kiel apartan nodon en la reto, tiam asocii tiujn nodojn kun la konvena varmotransiga esprimo.varmokondukado kaj konvekcio inter nodoj.En ĉi tiu kazo, la varmofonto kaj la varmoproduktado responda al ĉiu komponento estas ligitaj paralele inter la nodo kaj la komuna nula tensio de la tero por konstrui ekvivalentan modelon de la varmeca reto.La sekva paŝo estas kalkuli la parametrojn de la termika reto por ĉiu komponanto de la modelo, inkluzive de termika rezisto, varmokapacito kaj potencaj perdoj.Finfine, la TETN-modelo estas efektivigita en SPICE por simulado.Kaj vi povas akiri la temperaturdistribuon de ĉiu komponanto de GMT kaj ĝian ŝanĝon en la tempodomajno.
Por la oportuno de modelado kaj kalkulo, necesas simpligi la termikan modelon kaj ignori la limkondiĉojn, kiuj malmulte efikas sur la rezultoj18,26.La TETN-modelo proponita en tiu artikolo estas bazita sur la sekvaj supozoj:
En GMT kun hazarde bobenitaj volvaĵoj, estas neeble aŭ necese simuli la pozicion de ĉiu individua direktisto.Diversaj modeligaj strategioj estis evoluigitaj en la pasinteco por modeligi varmotransigon kaj temperaturdistribuon ene de volvaĵoj: (1) kunmetita termika konduktiveco, (2) rektaj ekvacioj bazitaj sur konduktorgeometrio, (3) T-ekvivalenta termika cirkvito29.
Komponita varmokondukteco kaj rektaj ekvacioj povas esti konsiderataj pli precizaj solvoj ol la ekvivalenta cirkvito T, sed ili dependas de pluraj faktoroj, kiel materialo, konduktorgeometrio kaj la volumeno de resta aero en la volvaĵo, kiuj estas malfacile determini29.Male, la termika skemo T-ekvivalenta, kvankam proksimuma modelo, estas pli oportuna30.Ĝi povas esti aplikita al la ekscitvolvaĵo kun longitudaj vibroj de la GMT.
La ĝenerala kava cilindra aro uzita por reprezenti la ekscitilovolvaĵon kaj ĝia T-ekvivalenta termika diagramo, akirita de la solvo de la varmekvacio, estas montritaj en fig.3. Oni supozas, ke la varmofluo en la ekscita bobeno estas sendependa en la radiala kaj aksa direktoj.La cirkonferenca varmofluo estas neglektita.En ĉiu ekvivalenta cirkvito T, du terminaloj reprezentas la ekvivalentan surfactemperaturon de la elemento, kaj la tria terminalo T6 reprezentas la averaĝan temperaturon de la elemento.La perdo de la P6-komponento estas enirita kiel punkta fonto ĉe la averaĝtemperatura nodo kalkulita en la "Kampa bobena varmoperdo-kalkulo".En la kazo de ne-senmova simulado, la varmokapacito C6 estas donita per la ekvacio.(1) ankaŭ estas aldonita al la Nodo de Meza temperaturo.
Kie cec, ρec kaj Vec reprezentas la specifan varmecon, densecon kaj volumenon de la ekscitvolvaĵo, respektive.
En tablo.1 montras la termikan reziston de la T-ekvivalenta termika cirkvito de la ekscita bobeno kun longo lec, varmokondukteco λec, ekstera radiuso rec1 kaj interna radiuso rec2.
Ekscitilaj bobenoj kaj iliaj T-ekvivalentaj termikaj cirkvitoj: (a) kutime kavaj cilindraj elementoj, (b) apartaj aksaj kaj radialaj T-ekvivalentaj termikaj cirkvitoj.
La ekvivalenta cirkvito T ankaŭ montriĝis preciza por aliaj cilindraj varmofontoj13.Estante la ĉefa varmofonto de la GMO, la HMM-stango havas malebenan temperaturdistribuon pro sia malalta varmokondukteco, precipe laŭ la akso de la bastono.Male, radiala malhomogeneco povas esti neglektita, ĉar la radiala varmofluo de la HMM-stango estas multe malpli ol la radiala varmofluo31.
Por precize reprezenti la nivelon de aksa diskretigo de la bastono kaj akiri la plej altan temperaturon, la GMM-stango estas reprezentita per n nodoj unuforme interspacigitaj en la aksa direkto, kaj la nombro da nodoj n modeligitaj per la GMM-stango devas esti nepara.La nombro da ekvivalentaj aksaj termikaj konturoj estas n T figuro 4.
Por determini la nombron da nodoj n uzataj por modeligi la GMM-stangon, la FEM-rezultoj estas montritaj en fig.5 kiel referenco.Kiel montrite en fig.4, la nombro da nodoj n estas reguligita en la termika skemo de la HMM-stango.Ĉiu nodo povas esti modeligita kiel T-ekvivalenta cirkvito.Komparante la rezultojn de la FEM, de Fig. 5 montras, ke unu aŭ tri nodoj ne povas precize reflekti la temperaturdistribuon de la HIM-stango (ĉirkaŭ 50 mm longa) en la GMO.Kiam n estas pliigita al 5, la simuladrezultoj pliboniĝas signife kaj alproksimiĝas al FEM.Pliigi n plu ankaŭ donas pli bonajn rezultojn je la kosto de pli longa komputadtempo.Tial, en ĉi tiu artikolo, 5 nodoj estas elektitaj por modeli la GMM-stangon.
Surbaze de la kompara analizo farita, la ĝusta termika skemo de la HMM-stango estas montrita en Fig. 6. T1 ~ T5 estas la averaĝa temperaturo de kvin sekcioj (sekcio 1 ~ 5) de la bastono.P1-P5 respektive reprezentas la totalan termikan potencon de la diversaj areoj de la bastono, kiu estos detale diskutita en la sekva ĉapitro.C1~C5 estas la varmokapacito de malsamaj regionoj, kiuj povas esti kalkulitaj per la sekva formulo
kie crod, ρrod kaj Vrod indikas la specifan varmokapaciton, densecon kaj volumenon de la HMM-stango.
Uzante la saman metodon kiel por la ekscitila bobeno, la varmotransiga rezisto de la HMM-stango en Fig. 6 povas esti kalkulita kiel
kie lrod, rrod kaj λrod reprezentas la longon, radiuson kaj termikan konduktivecon de la GMM-stango, respektive.
Por la longituda vibrado GMT studita en ĉi tiu artikolo, la ceteraj komponentoj kaj interna aero povas esti modeligitaj kun ununura noda agordo.
Tiuj areoj povas esti konsideritaj kiel konsistantaj el unu aŭ pluraj cilindroj.Sole kondukta varmointerŝanĝa ligo en cilindra parto estas difinita per la Fourier-varmokondukta leĝo kiel
Kie λnhs estas la varmokondukteco de la materialo, lnhs estas la aksa longo, rnhs1 kaj rnhs2 estas la eksteraj kaj internaj radiusoj de la varmotransiga elemento, respektive.
Ekvacio (5) estas uzata por kalkuli la radialan termikan reziston por ĉi tiuj areoj, reprezentita de RR4-RR12 en Figuro 7. Samtempe, Ekvacio (6) estas uzata por kalkuli la aksan termikan reziston, reprezentitan de RA15 ĝis RA33 en Figuro. 7.
La varmokapacito de ununura noda termika cirkvito por ĉi-supra areo (inkluzive de C7-C15 en Fig. 7) povas esti determinita kiel
kie ρnhs, cnhs, kaj Vnhs estas la longo, specifa varmo, kaj volumeno, respektive.
La konvekta varmotransigo inter la aero ene de la GMT kaj la surfaco de la kazo kaj la medio estas modeligita kun ununura varmokondukta rezistilo jene:
kie A estas la kontaktsurfaco kaj h estas la varmotransiga koeficiento.Tablo 232 listigas iun tipan h uzatan en termikaj sistemoj.Laŭ Tabelo.2 varmotransigaj koeficientoj de termikaj rezistoj RH8–RH10 kaj RH14–RH18, reprezentante la konvekcion inter la HMF kaj la medio en fig.7 estas prenitaj kiel konstanta valoro de 25 W/(m2 K).La ceteraj varmotransigokoeficientoj estas metitaj egalaj al 10 W/(m2 K).
Laŭ la interna varmotransiga procezo montrita en Figuro 2, la kompleta modelo de la TETN-konvertilo estas montrita en Figuro 7.
Kiel montrite en fig.7, la longituda vibro de GMT estas dividita en 16 nodojn, kiuj estas reprezentitaj per ruĝaj punktoj.La temperaturnodoj prezentitaj en la modelo egalrilatas al la averaĝaj temperaturoj de la respektivaj komponentoj.Ĉirkaŭa temperaturo T0, GMM bastontemperaturo T1~T5, ekscitila bobentemperaturo T6, permanenta magneta temperaturo T7 kaj T8, jugotemperaturo T9~T10, kaztemperaturo T11~T12 kaj T14, endoma aera temperaturo T13 kaj eliga bastontemperaturo T15.Krome, ĉiu nodo estas konektita al la termika potencialo de la grundo tra C1 ~ C15, kiuj reprezentas la termikan kapaciton de ĉiu areo, respektive.P1~P6 estas la totala varmoproduktado de GMM-stango kaj ekscitila bobeno respektive.Krome, 54 termikaj rezistoj estas uzataj por reprezenti la konduktan kaj konvektan reziston al varmotransigo inter apudaj nodoj, kiuj estis kalkulitaj en la antaŭaj sekcioj.Tabelo 3 montras la diversajn termigajn karakterizaĵojn de la transformmaterialoj.
Preciza takso de perdvolumoj kaj ilia distribuo estas kritika por elfarado de fidindaj termikaj simulaĵoj.La varmoperdo generita fare de la GMT povas esti dividita en la magnetan perdon de la GMM-stango, la Joule-perdon de la ekscitilo, la mekanikan perdon, kaj la kroman perdon.La kromaj perdoj kaj mekanikaj perdoj enkalkulitaj estas relative malgrandaj kaj povas esti neglektitaj.
La ac-ekcita bobenrezisto inkludas: la dc-reziston Rdc kaj la haŭtreziston Rs.
kie f kaj N estas la frekvenco kaj nombro da turnoj de la ekscitfluo.lCu kaj rCu estas la internaj kaj eksteraj radiusoj de la bobeno, la longo de la bobeno, kaj la radiuso de la kupra magneta drato kiel difinite per ĝia AWG (American Wire Gauge) nombro.ρCu estas la resistiveco de ĝia kerno.µCu estas la magneta permeablo de sia kerno.
La fakta kampo ene de la kampovolvaĵo (solenoido) ne estas unuforma laŭ la longo de la bastono.Ĉi tiu diferenco estas precipe videbla pro la pli malalta magneta permeablo de la HMM kaj PM-stangoj.Sed ĝi estas laŭlonge simetria.La distribuado de la kampo rekte determinas la distribuadon de magnetaj perdoj de la HMM-stango.Tial, por reflekti la realan distribuon de perdoj, tri-sekcia bastono, montrita en Figuro 8, estas prenita por mezurado.
La magneta perdo povas esti akirita per mezurado de la dinamika histerezbuklo.Surbaze de la eksperimenta platformo montrita en Figuro 11, tri dinamikaj histerezbukloj estis mezuritaj.Sub la kondiĉo, ke la temperaturo de la GMM-stango estas stabila sub 50 °C, la programebla AC nutrado (Chroma 61512) kondukas la kampan bobenon en certa gamo, kiel montrite en Figuro 8, la ofteco de la magneta kampo generita de la testfluo kaj la rezulta magneta fluodenseco estas kalkulitaj per integrado de tensio induktita en la induktovolvaĵo ligita al la GIM-stango.La krudaj datumoj estis elŝutitaj de la memorregistrilo (MR8875-30 tage) kaj procesitaj en MATLAB-programaro por akiri la mezuritajn dinamikajn histerezajn buklojn montritajn en Fig. 9.
Mezuritaj dinamikaj histerezbukloj: (a) sekcio 1/5: Bm = 0,044735 T, (b) sekcio 1/5: fm = 1000 Hz, (c) sekcio 2/4: Bm = 0,05955 T, (d ) sekcio 2/ 4: fm = 1000 Hz, (e) sekcio 3: Bm = 0,07228 T, (f) sekcio 3: fm = 1000 Hz.
Laŭ literaturo 37, la totala magneta perdo Pv per unuovolumeno de HMM-stangoj povas esti kalkulita uzante la sekvan formulon:
kie ABH estas la mezurareo sur la BH-kurbo ĉe la magnetkampa frekvenco fm egala al la ekscita nuna frekvenco f.
Surbaze de la Bertotti-perdo-disigmetodo38, la magneta perdo per unuo-maso Pm de GMM-bastono povas esti esprimita kiel la sumo de la histerezperdo Ph, la kirloflua perdo Pe kaj la anomalia perdo Pa (13):
De inĝenieristikperspektivo38, anomaliaj perdoj kaj perdoj de kurentofluo povas esti kombinitaj en unu esprimon nomitan totala perdo de kurentofluo.Tiel, la formulo por kalkulado de perdoj povas esti simpligita jene:
en la ekvacio.(13)~(14) kie Bm estas la amplitudo de la magneta denseco de la ekscita magneta kampo.kh kaj kc estas la histerezperdfaktoro kaj la totala kirloflua perdfaktoro.