Nurgizat, Y.、Balbayev, G. 和 Bakhtiyar, B. (2021)。大学纳米卫星强度和热特性研究。在 M. Shelley、W. Admiraal 和 H. Akcay (Eds.) 的 ICEMST 2021 论文集——国际数学、科学和技术教育会议 (第 108-117 页) 中,土耳其安塔利亚。ISTES 组织。
印度尼西亚是一个热带国家,全年太阳辐射强度相对稳定,每天 10 到 12 小时,平均 4.8 kWh/m²/天。这一巨大潜力可用于加热沐浴用水。基于太阳能集热器的热水技术现已在商业市场上广泛使用。此外,太阳辐射的热能存储是使用显热进行的,需要很大的体积。假设下午才用水,那么加热后的水就会储存在管子里。在几项研究中,人们使用了相变材料 (PCM) 来最大限度地提高太阳辐射的热能存储 (TES)。此外,PCM 使用潜热来吸收和释放热量。这会根据太阳能集热器产生的水温进行调整,达到 70°C。因此,使用的潜在 PCM 是固体石蜡,它在市场上随处可见,熔化温度为 40° 至 50°C。这项研究是在使用 80 厘米 x 50 厘米平板集热器的太阳能热水系统上进行的,并使用石蜡进行热能储存。同时,热交换器使用一根直径为 1 英寸的管子串联起来,管长为 50 厘米,有 36 根棒。所用石蜡的质量为 15 公斤或 17.7 升。此外,测试是在水的流速变化下进行的,即:2、3 和 4 升/分钟,太阳辐射为:997.5 W/m²、1183 W/m² 和 1399.8 W/m²。从结果来看,在 15 公斤的 PCM 石蜡中,热能储存过程耗时 3.2 小时,总储存能量为 3.6 MJ。此外,1,399.8 W/m² 的太阳辐射被用作能源,流速为 4 升/分钟的水作为热传递介质。因此,这种辐射对于向 PCM 的传热过程有非常显著的影响,而 2 到 4 lpm 的流速则没有。
上海理工大学机电工程学院,上海 200093 通讯作者,电子邮箱:fkg11@163.com 摘要 随着主轴转速的提高,发热成为高速电主轴的关键问题。为了获得电主轴的实际热行为,本文开发了热特性数字孪生系统。热特性数字孪生的原理是通过数据采集系统和修正模型映射和修正热边界条件来模拟机床的热行为。所提出的数字孪生系统包括数字孪生软件、数据采集系统和嵌入传感器的物理模型三个模块。数字孪生软件基于 Qt 使用 C++ 编程语言和 ANSYS 二次开发开发。提出热边界修正模型,利用数据采集系统测得的热关键点温度来修正发热和接触热阻。为了验证数字孪生系统的预测精度,在电主轴上进行了试验。实验结果表明,数字孪生系统预测精度大于95%,对提高热特性仿真与热优化的精度具有重要意义。 关键词 数字孪生·热特性·精度仿真·电主轴 1.引言 热行为预测在数控机床热优化中具有重要意义。电主轴是数控机床的核心,也是其主要热源。数控机床向超高速、超高精度方向发展的趋势,对电主轴热特性的精确分析提出了更严格的要求。影响主轴温度场和热变形准确预测的主要因素来自产热和接触热阻两个方面,在主轴工作过程中,产热和接触热阻都不是恒定的。由于主轴工作时伴随产热,引起热变形,使主轴零部件接触面间产生热应力,接触压力的变化使接触热阻和内部热源产热量也发生变化。为了提高热行为预测精度,热特性数字孪生成为模拟主轴单元温度场分布的最佳选择。数字孪生是指通过构建数字化虚拟实体与物理实体之间的映射关系,实现虚实映射。它将物理空间中的物理实体映射到数字空间,具有数据映射、分析决策、控制执行等功能。近年来,许多学者对数字孪生进行了卓有成效的研究工作,形成了成熟的理论体系。在理论方面,数字孪生的概念最早由Grieves教授[1]于2003年提出,随后NASA将该概念应用于阿波罗计划中的飞行器。Dmitry Kostenko等[2]研究了设备数字孪生在静态和动态领域的应用
上海理工大学机电工程学院,上海 200093 通讯作者,电子邮箱:fkg11@163.com 摘要 随着主轴转速的提高,发热成为高速电主轴面临的关键问题。为了获得电主轴的实际热行为,本文开发了热特性数字孪生系统。热特性数字孪生的原理是通过数据采集系统和修正模型映射和修正热边界条件来模拟机床的热行为。所提出的数字孪生系统包括数字孪生软件、数据采集系统和嵌入传感器的物理模型三个模块。数字孪生软件基于Qt使用C++编程语言和ANSYS二次开发开发。提出热边界修正模型,利用数据采集系统测得的热关键点温度来修正发热和接触热阻。为了验证数字孪生系统的预测精度,在电主轴上进行了试验。实验结果表明,数字孪生系统的预测精度大于95%,对提高热特性仿真和热优化的精度具有重要意义。
由于严格的环境法规,使用增材制造工艺修复和再制造机械零件引起了广泛关注。定向能量沉积 (DED) 被广泛用于改造机械零件。在本研究中,进行了有限元分析 (FEA),以研究基材相和倾斜角对通过 DED 沉积的哈氏合金 X 区域附近传热特性的影响。设计了考虑焊珠尺寸和图案间距的 FE 模型。采用平面高斯分布的体积热源模型作为 DED 的热通量模型。基材和沉积粉末分别为 S45C 结构钢和哈氏合金 X。在进行 FEA 时考虑了温度相关的热性能。研究了基材相和倾斜角对沉积区域附近温度分布和热影响区 (HAZ) 深度的影响。此外,还研究了沉积路径对 HAZ 深度的影响。分析结果用于确定合适的基底相位和倾斜角度以及适当的沉积路径。
2.2 供热管道传热动力学模型供热管道动态特性是指同一管道内热水入口温度和出口温度与时间的耦合关系,是描述热网蓄热特性的关键。在管道内,入口处的水温变化会缓慢延伸到出口,温度传递的延时基本与热水流过管道的时间相同。另外,由于管道内热水温度与环境温度存在差异,在流动过程中会有热量损失,导致水温下降。供热管道横截面积如图3所示,其中Δt为调度周期长度。
电动系统中的热管理是一个具有挑战性的工程分支,因为对快速冷却速率并抑制电气排放的关键要求。聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)是需要两个条件的系统的一个示例。由于冷却液可确保不重要的电势损失,但使用低电导率的传统去离子水的使用只有对PEMFC系统尺寸的重大惩罚才能实现较大的电势损失。纳米流体冷却剂的配方对于在正常环境下工作的系统非常成功,但是针对活性电气系统的新纳米流体冷却剂的研究相对较新。本文报告了对杂交1%V tioz-sioz(以50:50比率)纳米流体分散在60:40的水/乙烯乙二醇溶液中分散的纳米流体的基本研究。由加热的矩形通道组成的测试台,并在0.7 V和3处结合了连续电源,以模拟PEMFC堆栈冷却的工作条件。测试变量是加热器温度和冷却剂的雷诺数(300至700)。分析了系统和冷却剂的冷却特性的变化和变化。与水和水/乙二醇冷却剂相比,杂化纳米流体(200%至250%)实现了冷却率的显着提高(200%至250%)。电气
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有几种方法可以定义结到外壳的热阻;然而,用一个数字准确且可重复地描述封装中的热流是相当具有挑战性的。对于许多功率封装系列(如 TO 型封装),热瞬态测试和所谓的双界面方法可以提供可靠的结果。双热瞬态的结构函数分歧点可以很好地描述此类结构中的材料界面。然而,分歧点的位置和性质在很大程度上取决于热扩散的形状和方向。如果封装面积远大于散热芯片,则使用不同的界面时热流的形状会发生变化 [1,2]。这导致与两种设置相对应的结构函数在到达外壳表面之前就有很大偏差。本文探讨了这种现象的起源。对不同的大型 IGBT 模块进行了测量和模拟结果比较,对其结构进行了多项修改,从而可以详细分析热流路径。对只加热大模块的一小部分和加热所有芯片进行了比较。一些样品经过了热循环可靠性测试,导致芯片下方出现裂纹。借助结构函数,可以直观地看到减少芯片贴装面积的影响。
