2507 дат басмаган корыч кәтүк трубасы химик компонент, эквивалент җылылык челтәрен симуляцияләү сирәк җир гигант магнитострик трансдуктерын өйрәнү.

Nature.com сайтына кергәнегез өчен рәхмәт.Сез чикләнгән CSS ярдәме белән браузер версиясен кулланасыз.Иң яхшы тәҗрибә өчен без яңартылган браузерны кулланырга киңәш итәбез (яки Internet Explorer'та туры килү режимын сүндерегез).Моннан тыш, дәвамлы ярдәмне тәэмин итү өчен, без сайтны стильләр һәм JavaScriptсыз күрсәтәбез.
Слайдка өч мәкалә күрсәтүче слайдерлар.Слайдлар аша хәрәкәт итү өчен арткы һәм киләсе төймәләрне кулланыгыз, яки һәр слайд аша хәрәкәт итү өчен ахырдагы слайд контроллер төймәләрен кулланыгыз.

• Җитештермә тасвирламасы
• 2507 Кытайдан дат басмаган корычтан торбалар

Гигант магнитострикив кондуктор (GMT) дизайны өчен критик - температураның бүленешенә тиз һәм төгәл анализ.Rылылык челтәрен модельләштерү аз исәпләү бәясе һәм югары төгәллек өстенлекләренә ия һәм GMT җылылык анализы өчен кулланылырга мөмкин.Ләкин, булган җылылык модельләренең GMT-та бу катлаулы җылылык режимын сурәтләүдә чикләүләре бар: күпчелек тикшеренүләр температураның үзгәрүен тота алмаган стационар хәлләргә карыйлар.Гомумән алганда, гигант магнитостриктив (GMM) чыбыкларның температурасы бүленеше бертөрле дип санала, ләкин GMM таягы аша температура градиенты начар җылылык үткәрүчәнлеге аркасында бик әһәмиятле, GMMның бертөрле булмаган югалуы җылылыкка сирәк кертелә. модель.Шуңа күрә, югарыдагы өч аспектны җентекләп карап, бу документ GMT Күчмә Эквивалент җылылык челтәре (TETN) моделен билгели.Беренчедән, озын тибрәнүче HMT проектлау һәм эш принцибына нигезләнеп, җылылык анализы үткәрелә.Бу нигездә HMT җылылык тапшыру процессы өчен җылыту элементы моделе булдырылган һәм тиешле модель параметрлары исәпләнә.Ниһаять, трансдуктер температурасы спатиотемпораль анализ өчен TETN моделенең төгәллеге симуляция һәм эксперимент белән раслана.
Гигант магнитострик материал (GMM), ягъни терфенол-Д, зур магнитострикация һәм югары энергия тыгызлыгы өстенлекләренә ия.Бу уникаль үзенчәлекләр гигант магнитострикив трансдуктерларны (GMT) үстерү өчен кулланылырга мөмкин, алар су асты акустик трансдуктерлар, микромоторлар, сызыклы актуаторлар һ.б. кебек киң кулланылышта кулланылырга мөмкин.
Аеруча борчылу - су асты GMT-ларын артык җылыту потенциалы, алар тулы көчендә эшләгәндә һәм озак вакыт дулкынлану вакытында, аларның зур тыгызлыгы аркасында зур күләмдә җылылык китерә ала3,4.Моннан тыш, GMT җылылык киңәюенең зур коэффициенты һәм тышкы температурага югары сизгерлеге аркасында, аның җитештерүчәнлеге температура 5,6,7,8 белән тыгыз бәйләнгән.Техник басмаларда GMT җылылык анализы ысулларын ике киң категориягә бүлеп була9: санлы ысуллар һәм параметрлы методлар.Соңгы элемент ысулы (FEM) - иң еш кулланыла торган санлы анализ ысулларының берсе.Си һәм башкалар.[10] гигант магнитострик саклагычның җылылык чыганакларын таратуны симуляцияләү өчен чикләнгән элемент ысулын кулландылар һәм саклагычның температурасын контрольдә тоту һәм суыту системасы проектын тормышка ашырдылар.Чжао һ.б.[11] турбулент агым кыры һәм температура кырының уртак чикләнгән элемент симуляциясен булдырдылар, һәм чикләнгән элемент симуляциясе нәтиҗәләре нигезендә GMM интеллектуаль компонент температурасы белән идарә итү җайланмасы төзеделәр.Ләкин, FEM модель урнаштыру һәм исәпләү вакыты ягыннан бик таләпчән.Шуңа күрә, FEM оффлайн исәпләүләр өчен мөһим ярдәм булып санала, гадәттә конвертер дизайн этабында.
Гадәттә җылылык челтәре моделе дип аталган параметрлы ысул, гади математик форма һәм югары исәпләү тизлеге аркасында термодинамик анализда киң кулланыла12,13,14.Бу ысул 15, 16, 17 двигательләренең җылылык чикләүләрен бетерүдә мөһим роль уйный.Верес һ.б.19 даими агым магнит синхрон машинасының җылылык челтәренең өч үлчәмле моделен ясады.Boglietti һ.б.Ниһаять, Wang et al.21 һәр PMSM компоненты өчен җентекле җылылык эквивалент схемасын булдырдылар һәм җылылык каршылыгы тигезләмәсен гомумиләштерделәр.Номиналь шартларда хата 5% эчендә контрольдә тотылырга мөмкин.
1990-нчы елларда җылылык челтәре моделе югары көчле аз ешлыклы конвертерларда кулланыла башлады.Dubus һ.б.Anjanappa һ.б. 23 җылылык челтәре моделе ярдәмендә магнитостриктив микродривка 2D стационар җылылык анализы ясады.Терфенол-Д җылылык штаммы һәм GMT параметрлары арасындагы бәйләнешне өйрәнү, Чжу һ.б.24 җылылык каршылыгы һәм GMT күчерүне исәпләү өчен тотрыклы дәүләт эквивалент моделен булдырдылар.
GMT температурасын бәяләү двигатель кушымталарына караганда катлаулырак.Кулланылган материалларның искиткеч җылылык һәм магнит үткәрүчәнлеге аркасында, бер үк температурада каралган двигатель компонентларының күбесе гадәттә бер төенгә кадәр кими13,19.Ләкин, HMMларның җылылык үткәрүчәнлеге начар булганга, бердәм температураны бүлү фаразы дөрес түгел.Моннан тыш, HMM магнит үткәрүчәнлеге бик түбән, шуңа күрә магнит югалтулары аркасында барлыкка килгән җылылык гадәттә HMM таягы буенча бертөрле түгел.Моннан тыш, тикшеренүләрнең күбесе GMT ​​операциясе вакытында температураның үзгәрүен исәпкә алмаган тотрыклы симуляцияләргә юнәлтелгән.
Articleгарыда күрсәтелгән өч техник проблеманы чишү өчен, бу мәкалә GMT озын тибрәнүне өйрәнү объекты итеп куллана һәм трансдуктерның төрле өлешләрен, аеруча GMM таягын төгәл модельләштерә.GMT тулы күчеш эквивалент җылылык челтәре моделе булдырылды.Трансдуктор температурасы спатиотемпораль анализ өчен TETN моделенең төгәллеген һәм эшләвен сынау өчен чикләнгән элемент моделе һәм эксперименталь платформа төзелде.
Озынлыкта осли торган HMF-ның дизайны һәм геометрик үлчәмнәре тиешенчә 1а һәм б рәсемнәрендә күрсәтелгән.
Төп компонентларга GMM чыбыклары, кыр кәтүкләре, даими магнитлар (PM), камытлар, такта, куаклар, беллевилл чишмәләре керә.Дулкынландыргыч кәтүк һәм PMT HMM таягын чираттагы магнит кыры һәм DC магнит кыры белән тәэмин итәләр.Камыт һәм җиңнән торган камыт һәм тән, югары магнит үткәрүчәнлеге булган DT4 йомшак тимердән эшләнгән.GIM һәм PM таягы белән ябык магнит схемасын формалаштыра.Чыгыш сабы һәм басым тәлинкәсе магнит булмаган 304 дат басмас корычтан эшләнгән.Белевилл чишмәләре белән сабакка тотрыклы престресс кулланырга мөмкин.Алмаштыргыч ток саклагыч кәтүк аша узгач, HMM таягы шуңа күрә тибрәнәчәк.
Инҗирдә.2 GMT эчендә җылылык алмашу процессын күрсәтә.GMM чыбыклары һәм кыр ботинкалары - GMT өчен ике төп җылылык чыганагы.Елан җылылыкны организмга һава конвекциясе аша һәм үткәргеч аша капкага күчерә.HMM таягы алмаш магнит кыры тәэсирендә магнит югалтуларын барлыкка китерәчәк, һәм җылылык кабыкка эчке һава аша конвекция аркасында, һәм үткәрү аркасында даими магнит һәм камытка күчереләчәк.Эшкә күчерелгән җылылык аннары конвекция һәм нурланыш белән тышка таратыла.Генерацияләнгән җылылык күчерелгән җылылыкка тигез булганда, GMTның һәр өлешенең температурасы тотрыклы хәлгә җитә.
Озын осли торган GMOда җылылык үткәрү процессы: а - җылылык агымы схемасы, б - төп җылылык үткәрү юллары.
Экскитер кәтүге һәм HMM таягы белән ясалган җылылыкка өстәп, ябык магнит чылбырының барлык компонентлары магнит югалтуларын кичерәләр.Шулай итеп, GMT магнит югалтуын киметү өчен, даими магнит, камыт, капка һәм җиң бергә ламинатланган.
GMT җылылык анализы өчен TETN моделен төзүдә төп адымнар түбәндәгеләр: бер үк температура белән беренче төркем компонентлары бергә һәм һәр компонентны челтәрдә аерым төен итеп күрсәтәләр, аннары бу төеннәрне тиешле җылылык тапшыру белән бәйләгез.төеннәр арасында җылылык үткәрү һәм конвекция.Бу очракта җылылык чыганагы һәм һәр компонентка туры килгән җылылык чыганагы параллель рәвештә төен белән җирнең гомуми нуль көчәнеше арасында җылылык челтәренең эквивалент моделен төзү өчен тоташтырылган.Киләсе адым - модельнең һәр компоненты өчен җылылык челтәре параметрларын исәпләү, шул исәптән җылылык каршылыгы, җылылык сыйдырышлыгы һәм энергия югалту.Ниһаять, TETN моделе симуляция өчен SPICEда кертелә.Сез GMTның һәр компонентының температура бүленешен һәм вакыт доменындагы үзгәрүен ала аласыз.
Модельләштерү һәм исәпләү уңайлыгы өчен җылылык моделен гадиләштерергә һәм нәтиҗәләргә аз тәэсир иткән чик шартларын санга сукмаска кирәк.Бу мәкаләдә тәкъдим ителгән TETN моделе түбәндәге фаразларга нигезләнә:
GMT-та очраклы җәрәхәтләр белән, һәрбер үткәргечнең торышын охшату мөмкин түгел.Элек җылылык үткәрү һәм температура бүленеше эчендә модельләштерү өчен төрле модельләштерү стратегиясе эшләнде: (1) катнаш җылылык үткәрүчәнлеге, (2) үткәргеч геометриясенә нигезләнгән туры тигезләмәләр, (3) Т-эквивалент җылылык схемасы29.
Композит җылылык үткәрүчәнлеге һәм туры тигезләмәләр T эквивалент схемасына караганда төгәл карарлар булып каралырга мөмкин, ләкин алар берничә факторга бәйле, мәсәлән, материал, үткәргеч геометриясе һәм әйләнештәге калдык һава күләме, аларны билгеләү авыр 29.Киресенчә, Т-эквивалент җылылык схемасы, якынча модель булса да, уңайлырак30.Аны GMT озын тибрәнүләре белән дулкынландыргыч кәтүккә кулланырга мөмкин.
Экзитер кәтүген һәм аның Т-эквивалент җылылык схемасын күрсәтү өчен кулланылган гомуми буш цилиндрик җыю, җылылык тигезләмәсе эремәсеннән алынган, инҗирдә күрсәтелгән.3. Дулкынландыргыч кәтүктәге җылылык агымы радиаль һәм охшаш юнәлештә мөстәкыйль дип уйланыла.Heatылылык агымы игътибарсыз калдырыла.Eachәрбер эквивалент схемада ике терминал элементның тиешле өслек температурасын, өченче терминал T6 элементның уртача температурасын күрсәтә.P6 компонентының югалуы "Кыр рәтенең җылылык югалтуын исәпләү" дә исәпләнгән уртача температура төенендә нокта чыганагы буларак кертелә.Стационар булмаган симуляция булганда, C6 җылылык сыйдырышлыгы тигезләмә белән бирелә.(1) шулай ук ​​Урта температура төененә өстәлә.
Кайда cec, ρec һәм Vec махсус җылылыкны, тыгызлыкны һәм дулкынландыргыч кәтүкнең күләмен күрсәтәләр.
Таблицада.1 озынлыктагы лек, җылылык үткәрүчәнлеге λec, тышкы радиус rec1 һәм эчке радиус rec2 белән T-эквивалент җылылык чылбырының җылылык каршылыгын күрсәтә.
Экскитер кәтүкләре һәм аларның Т-эквивалент җылылык схемалары: а) гадәттә буш цилиндрик элементлар, б) аерым охшаш һәм радиаль Т-эквивалент җылылык схемалары.
Т эквивалент схемасы башка цилиндрик җылылык чыганаклары өчен дә төгәл булуын күрсәтте13.GMOның төп җылылык чыганагы булып, HMM таягы түбән җылылык үткәрүчәнлеге аркасында, аеруча таяк күчәре буенча, тигез булмаган температураны таратуга ия.Киресенчә, радиаль иномогенитетны санга сукмаска мөмкин, чөнки HMM чыбыкның радиаль җылылык агымы радиаль җылылык агымыннан күпкә азрак.
Таякның охаль дискретизация дәрәҗәсен төгәл күрсәтү һәм иң югары температураны алу өчен, GMM таягы күчәр юнәлешендә бертөрле урнашкан n төеннәре белән күрсәтелә, һәм GMM таягы белән модельләнгән төеннәр саны сәер булырга тиеш.Эквивалент охшаган җылылык контурларының саны n T 4 нче рәсем.
GMM сызыгын модельләштерү өчен кулланылган n төеннәр санын билгеләр өчен, FEM нәтиҗәләре инҗирдә күрсәтелгән.5 белешмә буларак.Инҗирдә күрсәтелгәнчә.4, HM төененең җылылык схемасында n төеннәре саны көйләнә.Eachәрбер төен T-эквивалент схемасы итеп модельләштерелергә мөмкин.FEM нәтиҗәләрен чагыштырганда, 5 нче рәсемнән күренгәнчә, бер яки өч төен GMOдагы HIM таягы (якынча 50 мм) температура бүленешен төгәл чагылдыра алмый.N 5кә артканда, симуляция нәтиҗәләре сизелерлек яхшыра һәм FEMга якынлаша.Алга таба n-ны арттыру озын исәпләү вакыты бәясенә яхшырак нәтиҗәләр бирә.Шуңа күрә, бу мәкаләдә GMM тактасын модельләштерү өчен 5 төен сайланган.
Эшләнгән чагыштырма анализга нигезләнеп, HMM таягының төгәл җылылык схемасы 6-нчы рәсемдә күрсәтелгән. T1 ~ T5 - таякның биш бүлегенең (1 ~ 5 бүлек) уртача температурасы.P1-P5 тиешенчә таякның төрле өлкәләренең гомуми җылылык көчен күрсәтә, алар киләсе бүлектә җентекләп тикшереләчәк.C1 ~ C5 - төрле төбәкләрнең җылылык сыйдырышлыгы, аларны түбәндәге формула белән исәпләп була
монда крод, ρрод һәм Врод махсус җылылык сыйдырышлыгын, тыгызлыгын һәм HMM таягын күрсәтәләр.
Экскитер кәтүге белән бер үк ысул кулланып, 6-нчы рәсемдәге HMM чыбыкның җылылык үткәрү каршылыгы кебек исәпләнергә мөмкин.
монда lrod, rrod һәм λrod GMM чыбыкның озынлыгын, радиусын һәм җылылык үткәрүчәнлеген күрсәтәләр.
Бу мәкаләдә өйрәнелгән GMT озын тибрәнү өчен калган компонентлар һәм эчке һава бер төен конфигурациясе белән модельләштерелергә мөмкин.
Бу өлкәләр бер яки берничә цилиндрдан тора дип санарга мөмкин.Ylилиндрик өлештә саф үткәргеч җылылык алмашу Фурье җылылык үткәрү законы белән билгеләнә
Λnhs - материалның җылылык үткәрүчәнлеге, lnhs - озын озынлык, rnhs1 һәм rnhs2 - җылылык үткәрү элементының тышкы һәм эчке радиосы.
Тигезләмә (5) 7-нче рәсемдә RR4-RR12 белән күрсәтелгән бу өлкәләр өчен радиаль җылылык каршылыгын исәпләү өчен кулланыла, шул ук вакытта (6) тигезләмә RA15 -тан RA33-га кадәр күрсәтелгән охаль җылылык каршылыгын исәпләү өчен кулланыла. 7.
Aboveгарыда күрсәтелгән мәйдан өчен бер төен җылылык схемасының җылылык сыйдырышлыгы (7 нче рәсемдә C7 - C15 кертеп) шулай итеп билгеләнергә мөмкин.
монда ρnhs, cnhs, Vnhs - озынлык, махсус җылылык һәм күләм.
GMT эчендәге һава белән корпус өслеге һәм әйләнә-тирәлек арасында конвектив җылылык үткәрү түбәндәгечә бер җылылык үткәрү резисторы белән модельләштерелгән:
монда А - контакт өслеге, ә җылылык тапшыру коэффициенты.232 таблицада җылылык системаларында кулланылган кайбер типик h күрсәтелгән.Таблица буенча.RH8 - RH10 һәм RH14 - RH18 җылылык каршылыкларының 2 җылылык тапшыру коэффициенты, HMF белән әйләнә-тирә мохит конвекциясен күрсәтә.7 даими кыйммәт итеп 25 Вт / (м2 К) алына.Калган җылылык тапшыру коэффициентлары 10 Вт / (м2 К) тигез.
2 нче рәсемдә күрсәтелгән эчке җылылык тапшыру процессы буенча, TETN конвертерының тулы моделе 7 нче рәсемдә күрсәтелгән.
Инҗирдә күрсәтелгәнчә.7, GMT озынлыктагы тибрәнү 16 ноктага бүленә, алар кызыл нокталар белән күрсәтелә.Модельдә сурәтләнгән температура төеннәре тиешле компонентларның уртача температурасына туры килә.Әйләнә-тирә температура T0, GMM чыбык температурасы T1 ~ T5, дулкынландыргыч температура T6, даими магнит температурасы T7 һәм T8, камыт температурасы T9 ~ T10, очрак температурасы T11 ~ T12 һәм T14, эчке һава температурасы T13 һәм чыгу чыбыклары температурасы T15.Моннан тыш, һәр төен җирнең җылылык потенциалына C1 ~ C15 аша тоташтырылган, алар һәр өлкәнең җылылык сыйдырышлыгын күрсәтәләр.P1 ~ P6 - GMM таягы һәм экскитер кәтүгенең гомуми җылылык чыгышы.Моннан тыш, 54 җылылык каршылыгы алдагы бүлекләрдә исәпләнгән күрше төеннәр арасындагы җылылык үткәрүгә үткәргеч һәм конвектив каршылыкны күрсәтү өчен кулланыла.3 нче таблицада конвертер материалларының төрле җылылык үзенчәлекләре күрсәтелгән.
Lossгалту күләмен төгәл бәяләү һәм аларны тарату ышанычлы җылылык симуляцияләрен башкару өчен бик мөһим.GMT барлыкка китергән җылылык югалту GMM таягының магнит югалтуына, дулкынландыргыч кәтүкнең Джоул югалтуына, механик югалтуга һәм өстәмә югалтуга бүленергә мөмкин.Өстәмә югалтулар һәм механик югалтулар чагыштырмача кечкенә һәм игътибарсыз калырга мөмкин.
Ac дулкынландыргыч кәтүк каршылыгы үз эченә ала: dc каршылыгы Rdc һәм тире каршылыгы Rs.
монда f һәм N - дулкынлану токының ешлыгы һәм саны.lCu һәм rCu - кәтүкнең эчке һәм тышкы радиосы, кәтүкнең озынлыгы, һәм аның AWG (Америка чыбыклары) саны белән билгеләнгән бакыр магнит чыбык радиусы.uКу - аның үзәгенең каршылыгы.uКу - аның үзәгенең магнит үткәрүчәнлеге.
Кыр рәтендәге магнит кыры (соленоид) таяк озынлыгы буенча бертөрле түгел.Бу аерма HMM һәм PM чыбыкларының түбән магнит үткәрүчәнлеге аркасында сизелә.Ләкин ул озын симметрияле.Магнит кырының бүленеше HMM чыбыкның магнит югалтуларының бүленүен турыдан-туры билгели.Шуңа күрә, югалтуларның реаль бүленешен чагылдыру өчен, үлчәү өчен 8 нче рәсемдә күрсәтелгән өч өлешле таяк алына.
Магнит югалту динамик гистерез әйләнешен үлчәп алырга мөмкин.11 нче рәсемдә күрсәтелгән эксперименталь платформага нигезләнеп, өч динамик гистерез әйләнәсе үлчәнде.GMM таягы температурасы 50 ° C тан түбән булган шартларда, программалаштырыла торган AC электр белән тәэмин итү (Хрома 61512) кыр кәтүген билгеле диапазонда йөртә, 8 нче рәсемдә күрсәтелгәнчә, магнит кырының ешлыгы сынау токы һәм килеп чыккан магнит агымы тыгызлыгы GIM таягына тоташтырылган индукцион кәтүккә кертелгән көчәнешне интеграцияләү белән исәпләнә.Чимал мәгълүмат хәтер тактасыннан күчерелгән (көненә MR8875-30) һәм 9-нчы рәсемдә күрсәтелгән үлчәнгән динамик гистерез әйләнәләрен алу өчен MATLAB программасында эшкәртелде.
Dynamлчелгән динамик гистерез әйләнәләре: а) 1/5 бүлек: Bm = 0.044735 Т, б) 1/5 бүлек: fm = 1000 Гц, (в) 2/4 бүлек: Bm = 0.05955 Т, (г) бүлек 2 / 4: fm = 1000 Hz, (e) 3 бүлек: Bm = 0.07228 T, (f) 3 бүлек: fm = 1000 Hz.
37 нче әдәбият буенча, HMM чыбыкларының берәмлек күләменә гомуми магнит югалту Pv түбәндәге формула ярдәмендә исәпләнә ала:
монда ABH - магнит кыр ешлыгында BH кәкресенең үлчәү өлкәсе f дулкынлану ток ешлыгына тигез.
Бертотти югалтуын аеру ысулы38 нигезендә, GMM таягы Pm берәмлеге массасына магнит югалуы Ph гистерезы югалту суммасы итеп күрсәтелергә мөмкин, токның югалуы Pe һәм аномаль югалту Pa (13):
Инженерлык күзлегеннән караганда, аномаль югалтулар һәм ток югалтулары гомуми агым югалту дип аталган бер терминга кушылырга мөмкин.Шулай итеп, югалтуларны исәпләү формуласы түбәндәгечә гадиләштерелергә мөмкин:
тигезләмәсендә.(13) ~ (14) монда Bm - магнит тыгызлыгының магнит тыгызлыгының амплитудасы.kh һәм kc - гистерез югалту факторы һәм гомуми югалту факторы.