2507 komponen kimia tabung kumparan stainless steel, Studi Simulasi Jaringan Termal Setara saka Transduser Magnetostriktif Raksasa Bumi Langka

Matur nuwun kanggo ngunjungi Nature.com.Sampeyan nggunakake versi browser kanthi dhukungan CSS winates.Kanggo pengalaman paling apik, disaranake sampeyan nggunakake browser sing dianyari (utawa mateni Mode Kompatibilitas ing Internet Explorer).Kajaba iku, kanggo njamin dhukungan sing terus-terusan, kita nuduhake situs kasebut tanpa gaya lan JavaScript.
Slider nuduhake telung artikel saben slide.Gunakake tombol mburi lan sabanjuré kanggo mindhah liwat minger, utawa tombol controller geser ing mburi kanggo mindhah liwat saben geser.

• Deskripsi Produk
• 2507 Stainless steel coiled tubing saka china

Kritis kanggo desain transduser magnetostrictive buta (GMT) yaiku analisis distribusi suhu sing cepet lan akurat.Pemodelan jaringan termal nduweni kaluwihan biaya komputasi sing murah lan akurasi sing dhuwur lan bisa digunakake kanggo analisis termal GMT.Nanging, model termal sing ana duwe watesan kanggo njlentrehake rezim termal sing kompleks iki ing GMT: umume studi fokus ing negara stasioner sing ora bisa nangkep owah-owahan suhu;Umume dianggep distribusi suhu rod magnetostrictive raksasa (GMM) seragam, nanging gradien suhu ing rod GMM banget pinunjul amarga konduktivitas termal sing kurang, distribusi kerugian sing ora seragam saka GMM jarang dilebokake ing termal. model.Mula, kanthi nimbang kanthi lengkap telung aspek ing ndhuwur, dokumen iki netepake model GMT Transitional Equivalent Heat Network (TETN).Kaping pisanan, adhedhasar desain lan prinsip operasi HMT vibratory longitudinal, analisis termal ditindakake.Ing basis iki, model unsur pemanas ditetepake kanggo proses transfer panas HMT lan paramèter model sing cocog diwilang.Pungkasan, akurasi model TETN kanggo analisis spatiotemporal suhu transduser diverifikasi kanthi simulasi lan eksperimen.
Bahan magnetostriksi raksasa (GMM), yaiku terfenol-D, nduweni kaluwihan magnetostriksi gedhe lan kapadhetan energi sing dhuwur.Sifat unik iki bisa digunakake kanggo ngembangake transduser magnetostrictive raksasa (GMT) sing bisa digunakake ing macem-macem aplikasi kayata transduser akustik ing jero banyu, mikromotor, aktuator linier, lsp. 1,2.
Keprigelan khusus yaiku potensial kanggo overheating GMT subsea, sing, nalika dioperasikake kanthi daya lengkap lan eksitasi sing dawa, bisa ngasilake panas sing akeh amarga kapadhetan daya sing dhuwur3,4.Kajaba iku, amarga koefisien gedhe saka expansion termal saka GMT lan sensitivitas dhuwur kanggo suhu njaba, kinerja output sawijining rapet related kanggo temperature5,6,7,8.Ing publikasi teknis, metode analisis termal GMT bisa dipérang dadi rong kategori umum9: metode numerik lan metode parameter sing digabung.Metode unsur wates (FEM) minangka salah sawijining metode analisis numerik sing paling umum digunakake.Xie et al.[10] nggunakake cara unsur winates kanggo simulasi distribusi sumber panas saka drive magnetostrictive buta lan temen maujud desain kontrol suhu lan cooling sistem drive.Zhao et al.[11] netepake simulasi unsur winates gabungan saka lapangan aliran turbulen lan lapangan suhu, lan dibangun piranti kontrol suhu komponen cerdas GMM adhedhasar asil simulasi unsur winates.Nanging, FEM nuntut banget babagan persiyapan model lan wektu pitungan.Mulane, FEM dianggep minangka dhukungan penting kanggo petungan offline, biasane sajrone tahap desain konverter.
Cara parameter lumped, sing umum diarani model jaringan panas, digunakake akeh ing analisis termodinamika amarga wangun matematika sing prasaja lan kecepatan pitungan sing dhuwur12,13,14.Pendekatan iki nduweni peran penting kanggo ngilangi watesan termal mesin 15, 16, 17. Mellor18 minangka sing pisanan nggunakake sirkuit setara termal sing luwih apik kanggo model proses transfer panas mesin.Verez et al.19 nggawe model telung dimensi saka jaringan termal mesin sinkron magnet permanen kanthi aliran aksial.Boglietti et al.20 ngajokaken papat model jaringan termal saka macem-macem kerumitan kanggo prédhiksi transient termal short-term ing windings stator.Pungkasan, Wang et al.21 nggawe sirkuit setara termal sing rinci kanggo saben komponen PMSM lan ngringkes persamaan resistensi termal.Ing kahanan nominal, kesalahan bisa dikontrol ing 5%.
Ing taun 1990-an, model jaringan panas wiwit ditrapake kanggo konverter frekuensi rendah daya dhuwur.Dubus et al.22 ngembangake model jaringan panas kanggo njlèntrèhaké transfer panas stasioner ing vibrator longitudinal pindho sisi lan sensor bend kelas IV.Anjanappa et al.23 nindakake analisis termal stasioner 2D saka microdrive magnetostrictive nggunakake model jaringan termal.Kanggo nyinaoni hubungan antarane galur termal Terfenol-D lan parameter GMT, Zhu et al.24 nggawe model sing padha karo kahanan ajeg kanggo resistensi termal lan pitungan pamindahan GMT.
Perkiraan suhu GMT luwih rumit tinimbang aplikasi mesin.Amarga konduktivitas termal lan Magnetik banget saka bahan digunakake, paling komponen engine dianggep ing suhu padha biasane suda kanggo siji node13,19.Nanging, amarga konduktivitas termal sing kurang saka HMM, asumsi distribusi suhu seragam ora bener maneh.Kajaba iku, HMM nduweni permeabilitas Magnetik banget kurang, supaya panas kui dening losses Magnetik biasane non-seragam bebarengan rod HMM.Kajaba iku, umume riset fokus ing simulasi kahanan stabil sing ora ana owah-owahan suhu sajrone operasi GMT.
Kanggo ngrampungake telung masalah teknis ing ndhuwur, artikel iki nggunakake getaran longitudinal GMT minangka obyek sinau lan model kanthi akurat macem-macem bagean transduser, utamane rod GMM.Model jaringan panas setara transisi lengkap (TETN) GMT wis digawe.Model unsur terhingga lan platform eksperimen dibangun kanggo nguji akurasi lan kinerja model TETN kanggo analisis spatiotemporal suhu transduser.
Desain lan dimensi geometris saka HMF longitudinally oscillating ditampilake ing Fig.. 1a lan b, mungguh.
Komponen utama kalebu rod GMM, kumparan lapangan, magnet permanen (PM), yokes, bantalan, bushing, lan spring belleville.Koil eksitasi lan PMT nyedhiyakake rod HMM kanthi medan magnet gantian lan medan magnet bias DC.Rakit lan awak, kalebu tutup lan lengen klambi, digawe saka wesi alus DT4, sing nduweni permeabilitas magnetik sing dhuwur.Mbentuk sirkuit magnetik tertutup kanthi rod GIM lan PM.Batang output lan piring tekanan digawe saka stainless steel 304 non-magnetik.Kanthi spring belleville, prestress stabil bisa ditrapake ing batang.Nalika arus bolak-balik liwat kumparan drive, rod HMM bakal kedher patut.
Ing anjir.2 nuduhake proses ijol-ijolan panas ing GMT.GMM rod lan kumparan lapangan iku loro sumber utama panas kanggo GMTs.Serpentine ngirimake panas menyang awak kanthi konveksi udara ing njero lan menyang tutup kanthi konduksi.Rod HMM bakal nggawe losses Magnetik ing tumindak saka kolom Magnetik bolak-balik, lan panas bakal ditransfer menyang Nihan amarga konveksi liwat online internal, lan magnet permanen lan rakit amarga konduksi.Panas sing ditransfer menyang kasus kasebut banjur dibubarake menyang njaba kanthi konveksi lan radiasi.Nalika panas sing diasilake padha karo panas sing ditransfer, suhu saben bagean GMT tekan kondisi ajeg.
Proses transfer panas ing GMO longitudinally oscillating: a - diagram aliran panas, b - jalur transfer panas utama.
Saliyane panas sing diasilake dening coil exciter lan rod HMM, kabeh komponen sirkuit magnetik tertutup ngalami kerugian magnetik.Mangkono, magnet permanen, rakit, tutup lan lengen klambi sing laminated bebarengan kanggo nyuda mundhut Magnetik saka GMT.
Langkah-langkah utama kanggo mbangun model TETN kanggo analisis termal GMT yaiku: komponen klompok pisanan kanthi suhu sing padha bebarengan lan makili saben komponen minangka simpul sing kapisah ing jaringan, banjur nggandhengake kelenjar kasebut kanthi ekspresi transfer panas sing cocok.konduksi panas lan konveksi antarane node.Ing kasus iki, sumber panas lan output panas sing cocog karo saben komponèn disambungake ing podo karo antarane simpul lan voltase nul umum bumi kanggo mbangun model padha karo jaringan panas.Langkah sabanjure kanggo ngetung paramèter saka jaringan termal kanggo saben komponen saka model, kalebu resistance termal, kapasitas panas lan mundhut daya.Pungkasan, model TETN dileksanakake ing SPICE kanggo simulasi.Lan sampeyan bisa entuk distribusi suhu saben komponen GMT lan owah-owahan ing domain wektu.
Kanggo penak saka modeling lan pitungan, perlu kanggo nyederhanakake model termal lan nglirwakake kahanan wates sing duwe pengaruh sethitik ing asil18,26.Model TETN sing diusulake ing artikel iki adhedhasar asumsi ing ngisor iki:
Ing GMT kanthi puteran tatu kanthi acak, ora mungkin utawa perlu kanggo simulasi posisi saben konduktor individu.Macem-macem strategi pemodelan wis dikembangake ing jaman kepungkur kanggo model transfer panas lan distribusi suhu ing gulungan: (1) konduktivitas termal senyawa, (2) persamaan langsung adhedhasar geometri konduktor, (3) sirkuit termal sing padha karo T29.
Konduktivitas termal komposit lan persamaan langsung bisa dianggep minangka solusi sing luwih akurat tinimbang sirkuit T sing padha, nanging gumantung saka sawetara faktor, kayata materi, geometri konduktor lan volume udara sisa ing gulungan, sing angel ditemtokake29.Kosok baline, skema termal sing padha karo T, sanajan model kira-kira, luwih trep30.Bisa ditrapake kanggo koil eksitasi kanthi getaran longitudinal GMT.
Déwan silinder kothong umum digunakake kanggo makili kumparan exciter lan T-setara diagram termal, dijupuk saka solusi saka persamaan panas, ditampilake ing anjir.3. Dianggep yen fluks panas ing kumparan eksitasi bebas ing arah radial lan aksial.Fluks panas circumferential diabaikan.Ing saben sirkuit padha T, loro terminal makili suhu lumahing cocog unsur, lan terminal katelu T6 makili suhu rata-rata unsur.Mundhut komponen P6 dilebokake minangka sumber titik ing simpul suhu rata-rata sing diwilang ing "Field coil panas pitungan".Ing kasus simulasi non-stasioner, kapasitas panas C6 diwenehi dening persamaan.(1) uga ditambahake menyang simpul suhu Rata-rata.
Ngendi cec, ρec lan Vec makili panas spesifik, Kapadhetan lan volume kumparan eksitasi, mungguh.
Ing meja.1 nuduhake resistensi termal saka sirkuit termal sing padha karo T saka koil eksitasi kanthi lec dawa, konduktivitas termal λec, radius njaba rec1 lan radius internal rec2.
Koil Exciter lan sirkuit termal sing padha karo T: (a) unsur silinder biasane kothong, (b) sirkuit termal sing padha karo aksial lan radial T.
Sirkuit sing padha karo T uga wis ditampilake akurat kanggo sumber panas silinder liyane13.Minangka sumber panas utama GMO, rod HMM duwe distribusi suhu sing ora rata amarga konduktivitas termal sing kurang, utamane ing sumbu rod.Kosok baline, inhomogeneity radial bisa diabaikan, amarga fluks panas radial rod HMM luwih sithik tinimbang fluks panas radial31.
Kanggo kanthi akurat makili tingkat discretization sumbu rod lan entuk suhu paling dhuwur, rod GMM dituduhake dening n kelenjar seragam diwenehi jarak ing arah sumbu, lan nomer kelenjar n maringi tulodho dening rod GMM kudu aneh.Jumlah kontur termal aksial sing padha yaiku n T angka 4.
Kanggo nemtokake jumlah kelenjar n digunakake kanggo model bar GMM, asil FEM ditampilake ing anjir.5 minangka referensi.Kaya sing dituduhake ing anjir.4, nomer kelenjar n diatur ing rencana termal rod HMM.Saben simpul bisa dimodelake minangka sirkuit sing padha karo T.Mbandhingake asil FEM, saka Fig.. 5 nuduhake yen siji utawa telung kelenjar ora bisa kanthi akurat nggambarake distribusi suhu rod HIM (kira-kira 50 mm dawa) ing GMO.Nalika n tambah kanggo 5, asil simulasi nambah Ngartekno lan nyedhaki FEM.Tambah n luwih uga menehi asil sing luwih apik ing biaya wektu komputasi maneh.Mulane, ing artikel iki, 5 simpul dipilih kanggo modeling bar GMM.
Adhedhasar analisis komparatif sing ditindakake, skema termal sing tepat saka rod HMM ditampilake ing Fig. 6. T1 ~ T5 yaiku suhu rata-rata limang bagean (bagean 1 ~ 5) saka kelet.P1-P5 mungguh makili total daya termal saka macem-macem wilayah rod, kang bakal rembugan ing rinci ing bab sabanjuré.C1 ~ C5 minangka kapasitas panas saka macem-macem wilayah, sing bisa diitung kanthi rumus ing ngisor iki
ngendi crod, ρrod lan Vrod nuduhake kapasitas panas tartamtu, Kapadhetan lan volume rod HMM.
Nggunakake cara sing padha kanggo coil exciter, resistance transfer panas rod HMM ing Fig. 6 bisa diwilang minangka
ngendi lrod, rrod lan λrod makili dawa, radius lan konduktivitas termal saka rod GMM, mungguh.
Kanggo GMT getaran longitudinal sing diteliti ing artikel iki, komponen sing isih ana lan hawa internal bisa dimodelake kanthi konfigurasi simpul siji.
Wilayah kasebut bisa dianggep dumadi saka siji utawa luwih silinder.Sambungan ijol-ijolan panas murni konduktif ing bagean silinder ditetepake dening hukum konduksi panas Fourier minangka
Ing ngendi λnhs minangka konduktivitas termal saka materi, lnhs minangka dawa aksial, rnhs1 lan rnhs2 minangka radii njaba lan jero saka unsur transfer panas.
Persamaan (5) digunakake kanggo ngetung resistance termal radial kanggo wilayah kasebut, diwakili dening RR4-RR12 ing Figure 7. Ing wektu sing padha, Persamaan (6) digunakake kanggo ngetung resistance termal aksial, dituduhake saka RA15 kanggo RA33 ing Figure 7.
Kapasitas panas sirkuit termal simpul siji kanggo area ndhuwur (kalebu C7-C15 ing Fig. 7) bisa ditemtokake minangka
ing ngendi ρnhs, cnhs, lan Vnhs minangka dawa, panas spesifik, lan volume.
Transfer panas konvektif ing antarane udhara ing GMT lan permukaan kasus lan lingkungan dimodelake kanthi resistor konduksi termal siji kaya ing ngisor iki:
ing ngendi A minangka permukaan kontak lan h minangka koefisien transfer panas.Tabel 232 nampilake sawetara h khas sing digunakake ing sistem termal.Miturut Tabel.2 koefisien transfer panas saka resistance termal RH8-RH10 lan RH14-RH18, makili konveksi antarane HMF lan lingkungan ing anjir.7 dijupuk minangka nilai konstan 25 W / (m2 K).Koefisien transfer panas sing isih disetel padha karo 10 W / (m2 K).
Miturut proses transfer panas internal sing ditampilake ing Gambar 2, model lengkap konverter TETN ditampilake ing Gambar 7.
Kaya sing dituduhake ing anjir.7, getaran longitudinal GMT dipérang dadi 16 knot, sing diwakili dening titik abang.Node suhu sing digambarake ing model cocog karo suhu rata-rata komponen masing-masing.Suhu sekitar T0, suhu rod GMM T1 ~ T5, suhu coil exciter T6, suhu magnet permanen T7 lan T8, suhu rakit T9 ~ T10, suhu kasus T11 ~ T12 lan T14, suhu udara njero ruangan T13 lan suhu rod output T15.Kajaba iku, saben simpul disambungake menyang potensial termal saka lemah liwat C1 ~ C15, sing makili kapasitas termal saben wilayah, mungguh.P1 ~ P6 punika output panas total rod GMM lan coil exciter mungguh.Kajaba iku, 54 resistance termal digunakake kanggo makili resistance konduktif lan convective kanggo transfer panas antarane kelenjar jejer, kang wis diwilang ing bagean sadurungé.Tabel 3 nuduhake macem-macem karakteristik termal saka bahan konverter.
Estimasi akurat volume mundhut lan distribusi sing penting kanggo nindakake simulasi termal dipercaya.Mundhut panas sing diasilake dening GMT bisa dipérang dadi mundhut Magnetik saka rod GMM, mundhut Joule saka coil exciter, mundhut mechanical, lan mundhut tambahan.Kerugian tambahan lan kerugian mekanik sing dianggep relatif cilik lan bisa diabaikan.
Resistansi koil eksitasi ac kalebu: resistensi dc Rdc lan resistensi kulit Rs.
ing ngendi f lan N minangka frekuensi lan jumlah lilitan arus eksitasi.lCu lan rCu minangka radii njero lan njaba kumparan, dawa kumparan, lan radius kabel magnetik tembaga sing ditetepake kanthi nomer AWG (American Wire Gauge).ρCu minangka resistivitas inti.µCu minangka permeabilitas magnetik inti.
Medan Magnetik nyata ing kumparan lapangan (solenoid) ora seragam ing dawa rod.Bentenipun iki utamané katon amarga permeabilitas Magnetik ngisor rod HMM lan PM.Nanging simetris longitudinal.Distribusi medan magnet langsung nemtokake distribusi kerugian magnetik rod HMM.Mulane, kanggo nggambarake distribusi nyata kerugian, rod telung bagean, ditampilake ing Figure 8, dijupuk kanggo pangukuran.
Mundhut magnet bisa dipikolehi kanthi ngukur loop histeresis dinamis.Adhedhasar platform eksperimen sing ditampilake ing Gambar 11, telung puteran histeresis dinamis diukur.Ing kondisi sing suhu rod GMM stabil ing ngisor 50 ° C, sumber daya AC programmable (Chroma 61512) drive coil lapangan ing sawetara tartamtu, minangka ditampilake ing Figure 8, frekuensi saka Magnetik kolom kui dening test saiki lan Kapadhetan fluks Magnetik asil diwilang dening integrasi voltase mlebu ing coil induksi disambungake menyang rod GIM.Data mentah diundhuh saka logger memori (MR8875-30 saben dina) lan diproses ing piranti lunak MATLAB kanggo entuk puteran histeresis dinamis sing diukur sing ditampilake ing Gambar 9.
Loop histeresis dinamis sing diukur: (a) bagean 1/5: Bm = 0,044735 T, (b) bagean 1/5: fm = 1000 Hz, (c) bagean 2/4: Bm = 0,05955 T, (d) bagean 2/ 4: fm = 1000 Hz, (e) bagean 3: Bm = 0,07228 T, (f) bagean 3: fm = 1000 Hz.
Miturut literatur 37, total mundhut magnetik Pv saben volume unit rod HMM bisa diwilang nggunakake rumus ing ngisor iki:
ing ngendi ABH minangka area pangukuran ing kurva BH ing frekuensi medan magnet fm padha karo frekuensi saiki eksitasi f.
Adhedhasar metode pamisahan mundhut Bertotti38, mundhut Magnetik per unit massa Pm saka rod GMM bisa ditulis minangka jumlah mundhut hysteresis Ph, mundhut saiki eddy Pe lan mundhut anomali Pa (13):
Saka perspektif teknik38, kerugian anomali lan kerugian arus eddy bisa digabung dadi siji istilah sing disebut total rugi arus eddy.Dadi, rumus kanggo ngitung kerugian bisa disederhanakake kaya ing ngisor iki:
ing pepadhan.(13)~(14) ing ngendi Bm minangka amplitudo saka Kapadhetan Magnetik saka medan magnet sing menarik.kh lan kc minangka faktor mundhut histeresis lan faktor mundhut arus eddy total.