2507 ryðfríu stáli spólu rör efnahluti, samsvarandi varma nethermi rannsókn á sjaldgæfum jörðu risastór segulmagnaðir transducer

Þakka þér fyrir að heimsækja Nature.com.Þú ert að nota vafraútgáfu með takmarkaðan CSS stuðning.Til að fá bestu upplifunina mælum við með því að þú notir uppfærðan vafra (eða slökkva á eindrægnistillingu í Internet Explorer).Að auki, til að tryggja áframhaldandi stuðning, sýnum við síðuna án stíla og JavaScript.
Rennistikur sem sýna þrjár greinar á hverri glæru.Notaðu til baka og næsta hnappa til að fara í gegnum glærurnar, eða rennibrautarhnappana í lokin til að fara í gegnum hverja glæru.

• Vörulýsing
• 2507 Ryðfrítt stál vafningsrör frá Kína

Hröð og nákvæm greining á hitadreifingunni er mikilvæg fyrir hönnun risastóra segulstrípandi transducersins (GMT).Hitakerfislíkön hafa kosti lágs reiknikostnaðar og mikillar nákvæmni og er hægt að nota fyrir GMT varmagreiningu.Hins vegar hafa núverandi hitauppstreymi líkan takmarkanir við að lýsa þessum flóknu hitauppstreymi í GMT: Flestar rannsóknir beinast að kyrrstöðu ástandi sem geta ekki náð hitabreytingum;Almennt er gert ráð fyrir að hitadreifing risastóra segulmagnaðir (GMM) stanga sé jöfn, en hitastigið yfir GMM stöngina er mjög verulegt vegna lélegrar hitaleiðni, ójöfn tapdreifing GMM er sjaldan kynnt í hitauppstreymi. fyrirmynd.Þess vegna, með því að skoða ofangreinda þrjá þætti í heild sinni, setur þetta skjal GMT Transitional Equivalent Heat Network (TETN) líkanið.Í fyrsta lagi, byggt á hönnun og meginreglunni um notkun lengdar titringsins HMT, er hitagreining framkvæmd.Á þessum grundvelli er hitaeiningalíkanið komið á fyrir HMT hitaflutningsferlið og samsvarandi færibreytur líkansins eru reiknaðar.Að lokum er nákvæmni TETN líkansins fyrir hitastigsgreiningu á breytistigi sannreynt með uppgerð og tilraun.
Risastór segulmagnaðir efni (GMM), þ.e. terfenól-D, hefur kosti mikillar segulþrengingar og mikillar orkuþéttleika.Þessa einstöku eiginleika er hægt að nota til að þróa risastóra segulmagnaðir transducer (GMT) sem hægt er að nota í margs konar notkun eins og neðansjávar hljóðumbreyta, örmótora, línulega hreyfla osfrv. 1,2.
Sérstaklega áhyggjuefni er möguleiki á ofhitnun neðansjávar GMT, sem, þegar þeir eru starfræktir á fullu afli og í langan tíma örvunar, geta myndað umtalsvert magn af hita vegna mikils aflþéttleika þeirra3,4.Að auki, vegna mikils varmaþenslustuðulls GMT og mikils næmis fyrir ytri hitastigi, er framleiðsla þess nátengd hitastigi5,6,7,8.Í tækniritum er hægt að skipta GMT varmagreiningaraðferðum í tvo víðtæka flokka9: tölulegar aðferðir og aðferðir með klumpum færibreytum.Finite element method (FEM) er ein algengasta tölulega greiningaraðferðin.Xie o.fl.[10] notaði endanlega frumefnisaðferðina til að líkja eftir dreifingu varmagjafa risastórs seguldrepandi drifs og gerði sér grein fyrir hönnun hitastýringar- og kælikerfis drifsins.Zhao o.fl.[11] kom á fót sameiginlegri endanlegri uppgerð á ólgandi flæðisviði og hitasviði og byggði GMM skynsamlegt hitastýringartæki íhluta byggt á niðurstöðum endanlegra þátta eftirlíkingar.Hins vegar er FEM mjög krefjandi hvað varðar uppsetningu líkana og útreikningstíma.Af þessum sökum er FEM talinn mikilvægur stuðningur við útreikninga án nettengingar, venjulega á meðan á hönnun breyti stendur.
Klumpað færibreytuaðferðin, sem almennt er kölluð hitanetslíkanið, er mikið notuð í varmafræðilegri greiningu vegna einfaldrar stærðfræðiforms og mikils útreikningshraða12,13,14.Þessi nálgun gegnir mikilvægu hlutverki við að útrýma hitauppstreymi hreyfla 15, 16, 17. Mellor18 var fyrstur til að nota endurbætt hitajafngildi hringrás T til að móta hitaflutningsferlið vélarinnar.Verez o.fl.19 bjó til þrívítt líkan af varmakerfi varanlegrar seguls samstilltur vél með axial flæði.Boglietti o.fl.20 lögðu til fjögur varmakerfislíkön af mismunandi flóknum hætti til að spá fyrir um skammtíma hitauppstreymi í statorvindum.Að lokum settu Wang et al.21 ítarlega hitauppstreymisjafngildi hringrás fyrir hvern PMSM íhlut og dró saman varmaviðnámsjöfnuna.Við nafnskilyrði er hægt að stjórna villunni innan 5%.
Á tíunda áratugnum var byrjað að nota hitanetslíkanið á háa afl lágtíðnibreyta.Dubus o.fl.22 þróuðu varmakerfislíkan til að lýsa kyrrstæðum varmaflutningi í tvíhliða lengdarvítara og beygjunema í flokki IV.Anjanappa et al.23 framkvæmdu 2D kyrrstæða varmagreiningu á seguldrepandi ördrifi með því að nota varmakerfislíkan.Til að rannsaka sambandið milli varmastofns Terfenol-D og GMT breytu, Zhu et al.24 kom á jafnvægislíkani fyrir hitauppstreymi og GMT tilfærsluútreikning.
GMT hitamat er flóknara en vélarforrit.Vegna frábærrar varma- og segulleiðni efnanna sem notuð eru eru flestir vélaríhlutir sem eru taldir við sama hitastig venjulega lækkaðir í einn hnút13,19.Hins vegar, vegna lélegrar hitaleiðni HMMs, er forsendan um samræmda hitadreifingu ekki lengur rétt.Að auki hefur HMM mjög lágt segulgegndræpi, þannig að hitinn sem myndast við segulmagnaðir tap er venjulega ójafn meðfram HMM stönginni.Að auki beinast flestar rannsóknirnar að jafnvægishermi sem gera ekki grein fyrir hitabreytingum meðan á GMT stendur.
Til að leysa ofangreind þrjú tæknileg vandamál notar þessi grein GMT lengdar titringinn sem viðfangsefni rannsóknarinnar og líkir nákvæmlega mismunandi hluta transducersins, sérstaklega GMM stöngina.Líkan af fullkomnu bráðabirgðajafngildi hitaneti (TETN) GMT hefur verið búið til.Endanlegt frumefnislíkan og tilraunavettvangur var smíðaður til að prófa nákvæmni og frammistöðu TETN líkansins fyrir hitastigsgreiningu á hitastigi umbreytandi tíma.
Hönnun og rúmfræðileg mál á lengdarsveiflu HMF eru sýnd á mynd 1a og b, í sömu röð.
Lykilhlutir eru GMM stangir, sviðsspólur, varanlegir seglar (PM), ok, púðar, bushings og belleville gormar.Örvunarspólan og PMT veita HMM stönginni víxl segulsvið og DC hlutdræg segulsvið, í sömu röð.Ok og búk, sem samanstendur af hettu og ermi, eru úr DT4 mjúku járni sem hefur mikla segulgegndræpi.Myndar lokaða segulhringrás með GIM og PM stönginni.Úttaksstangurinn og þrýstiplatan eru úr segulmagnuðu 304 ryðfríu stáli.Með belleville gormum er hægt að setja stöðuga forspennu á stilkinn.Þegar riðstraumur fer í gegnum drifspóluna mun HMM stöngin titra í samræmi við það.
Á mynd.2 sýnir ferlið við varmaskipti inni í GMT.GMM stangir og sviðsspólur eru tveir helstu hitagjafar fyrir GMT.Ormurinn flytur varma sinn til líkamans með loftræstingu inni og til loksins með leiðni.HMM stöngin mun skapa segulmagnaðir tap undir áhrifum segulsviðs til skiptis, og hiti verður fluttur til skeljarins vegna convection í gegnum innra loftið og til varanlegs seguls og oks vegna leiðni.Hitinn sem fluttur er í hólfið er síðan látinn út í skjólið með varma- og geislun.Þegar hitinn sem myndast er jafn og fluttur varmi nær hitastig hvers hluta GMT stöðugu ástandi.
Ferlið við varmaflutning í erfðabreyttri lífveru sem sveiflast á lengd: a – varmaflæðismynd, b – helstu varmaflutningsleiðir.
Til viðbótar við hita sem myndast af örvunarspólunni og HMM stönginni, verða allir hlutir lokaðrar segulhringrásar fyrir segulmagnaðir tapi.Þannig eru varanlegi segullinn, okið, hettan og ermi lagskipt saman til að draga úr segulmagnaðir tapi GMT.
Helstu skrefin við að byggja upp TETN líkan fyrir GMT varmagreiningu eru sem hér segir: flokkaðu fyrst íhluti með sama hitastig saman og táknaðu hvern íhlut sem sérstakan hnút í netinu, tengja síðan þessa hnúta við viðeigandi hitaflutnings tjáningu.hitaleiðni og varmaleiðsla milli hnúta.Í þessu tilviki eru varmagjafinn og varmaframleiðslan sem samsvarar hverjum íhlut tengd samhliða milli hnútsins og sameiginlegrar núllspennu jarðar til að byggja upp sambærilegt líkan af hitakerfinu.Næsta skref er að reikna út færibreytur hitauppstreymiskerfisins fyrir hvern hluta líkansins, þar á meðal hitauppstreymi, hitagetu og aflmissi.Að lokum er TETN líkanið útfært í SPICE til uppgerð.Og þú getur fengið hitadreifingu hvers hluta GMT og breytingu hans á tímaléninu.
Til að auðvelda líkanagerð og útreikninga er nauðsynlegt að einfalda hitalíkanið og horfa framhjá jaðarskilyrðum sem hafa lítil áhrif á niðurstöður18,26.TETN líkanið sem lagt er til í þessari grein byggir á eftirfarandi forsendum:
Í GMT með vafningar af handahófi er ómögulegt eða nauðsynlegt að líkja eftir stöðu hvers leiðara.Ýmsar líkanaaðferðir hafa verið þróaðar í fortíðinni til að móta varmaflutning og hitadreifingu innan vafninga: (1) samsett varmaleiðni, (2) beinar jöfnur byggðar á rúmfræði leiðara, (3) T-jafngildi varmarásar29.
Samsett varmaleiðni og beinar jöfnur geta talist nákvæmari lausnir en jafngildi hringrásar T, en þær eru háðar nokkrum þáttum, svo sem efni, rúmfræði leiðara og rúmmáli afgangslofts í vafningunni, sem erfitt er að ákvarða29.Þvert á móti er T-jafngildi hitauppstreymikerfið, þó það sé áætlað líkan, þægilegra30.Það er hægt að beita því á örvunarspóluna með lengdar titringi GMT.
Almennt hola sívalningslaga samsetningin sem notuð er til að tákna örvunarspóluna og T-jafngildi hitauppdráttar hennar, fengin úr lausn hitajöfnunnar, eru sýndar á mynd.3. Gert er ráð fyrir að hitaflæðið í örvunarspólunni sé óháð í geisla- og ásátt.Hitaflæðið í kring er vanrækt.Í hverri samsvarandi hringrás T tákna tveir skautar samsvarandi yfirborðshitastig frumefnisins og þriðja tengi T6 táknar meðalhita frumefnisins.Tapið á P6 íhlutnum er fært inn sem punktgjafi við meðalhitahnútinn sem reiknaður er út í „Vetitapsútreikningur á sviði spólu“.Ef um er að ræða óstöðvaða uppgerð er varmagetan C6 gefin upp með jöfnunni.(1) er einnig bætt við meðalhitahnútinn.
Þar sem cec, ρec og Vec tákna sérvarma, þéttleika og rúmmál örvunarspólunnar, í sömu röð.
Í töflu.1 sýnir varmaviðnám T-jafngildra varmarásar örvunarspólunnar með lengd lec, hitaleiðni λec, ytri radíus rec1 og innri radíus rec2.
Örvunarspólur og T-jafngildar varmarásir þeirra: (a) venjulega holir sívalir þættir, (b) aðskildar ás- og geislamyndaðar T-jafngildar hitarásir.
Samsvarandi hringrás T hefur einnig sýnt sig að vera nákvæm fyrir aðra sívala hitagjafa13.Þar sem HMM stöngin er aðalhitagjafi erfðabreyttu lífverunnar, hefur ójafna hitadreifingu vegna lítillar varmaleiðni, sérstaklega meðfram ás stangarinnar.Þvert á móti er hægt að vanrækja geislamyndaðan ójafnvægi, þar sem geislamyndunarvarmaflæði HMM stangarinnar er mun minna en geislahitaflux31.
Til að sýna nákvæmlega áslega misskilning stöngarinnar og fá hæsta hitastig, er GMM stöngin táknuð með n hnútum sem eru jafnt á milli í ásstefnunni og fjöldi hnúta n sem gerðir eru af GMM stönginni verður að vera stakur.Fjöldi jafngildra ásvarma útlína er n T mynd 4.
Til að ákvarða fjölda hnúta n sem notaðir eru til að búa til GMM stikuna eru FEM niðurstöðurnar sýndar á mynd.5 til viðmiðunar.Eins og sýnt er á mynd.4, fjöldi hnúta n er stjórnað í hitauppstreymi HMM stöngarinnar.Hægt er að móta hvern hnút sem T-jafngilda hringrás.Samanburður á niðurstöðum FEM, frá mynd 5, sýnir að einn eða þrír hnútar geta ekki endurspeglað nákvæmlega hitadreifingu HIM stangarinnar (um 50 mm löng) í erfðabreyttu lífverunni.Þegar n er aukið í 5, batna niðurstöður uppgerðarinnar verulega og nálgast FEM.Að auka n enn frekar gefur betri niðurstöður á kostnað lengri útreikningstíma.Þess vegna, í þessari grein, eru 5 hnútar valdir til að búa til GMM stikuna.
Byggt á samanburðargreiningunni sem framkvæmd var, er nákvæmt hitauppstreymi HMM stöngarinnar sýnt á mynd 6. T1 ~ T5 er meðalhiti fimm hluta (kafla 1 ~ 5) stafsins.P1-P5 tákna í sömu röð heildarvarmaafl hinna ýmsu svæða stöngarinnar, sem verður fjallað ítarlega um í næsta kafla.C1~C5 eru hitageta mismunandi svæða, sem hægt er að reikna út með eftirfarandi formúlu
þar sem crod, ρrod og Vrod tákna sérvarmagetu, þéttleika og rúmmál HMM stangarinnar.
Með því að nota sömu aðferð og fyrir örvunarspóluna er hægt að reikna út hitaflutningsviðnám HMM stöngarinnar á mynd 6 sem
þar sem lrod, rrod og λrod tákna lengd, radíus og varmaleiðni GMM stangarinnar, í sömu röð.
Fyrir lengdar titringinn GMT sem rannsakaður er í þessari grein er hægt að móta eftirstandandi íhluti og innra loft með einni hnútstillingu.
Líta má á þessi svæði sem samanstanda af einum eða fleiri strokkum.Eingöngu leiðandi varmaskiptatenging í sívalningslaga hluta er skilgreind af Fourier-varmaleiðnilögmálinu sem
Þar sem λnhs er varmaleiðni efnisins, lnhs er axial lengd, rnhs1 og rnhs2 eru ytri og innri radíus varmaflutningsþáttarins, í sömu röð.
Jafna (5) er notuð til að reikna út geislamyndaðan hitaviðnám fyrir þessi svæði, táknuð með RR4-RR12 á mynd 7. Jafna (6) er á sama tíma notuð til að reikna út axial hitaviðnám, táknað frá RA15 til RA33 á mynd 7.
Hægt er að ákvarða hitagetu eins hnúts hitarásar fyrir ofangreint svæði (þar á meðal C7–C15 á mynd 7) sem
þar sem ρnhs, cnhs og Vnhs eru lengd, eðlisvarmi og rúmmál, í sömu röð.
Varmaflutningur milli loftsins inni í GMT og yfirborðs hylkisins og umhverfisins er gerð með einni hitaleiðniviðnám sem hér segir:
þar sem A er snertiflötur og h er varmaflutningsstuðull.Tafla 232 sýnir nokkur dæmigerð h sem notuð eru í hitakerfi.Samkvæmt töflu.2 varmaflutningsstuðlar varmaviðnáms RH8–RH10 og RH14–RH18, sem tákna varp milli HMF og umhverfisins á mynd.7 eru tekin sem fast gildi 25 W/(m2 K).Hitaflutningsstuðlar sem eftir eru eru stilltir sem 10 W/(m2 K).
Samkvæmt innri hitaflutningsferlinu sem sýnt er á mynd 2 er heildarlíkanið af TETN breytinum sýnt á mynd 7.
Eins og sýnt er á mynd.7, GMT lengdar titringurinn er skipt í 16 hnúta, sem eru táknaðir með rauðum punktum.Hitahnútarnir sem sýndir eru í líkaninu samsvara meðalhita viðkomandi íhluta.Umhverfishiti T0, GMM stangarhiti T1~T5, hitastig örvunarspólu T6, varanlegt segulhitastig T7 og T8, okhitastig T9~T10, hitastig hólfs T11~T12 og T14, lofthitastig innanhúss T13 og hitastig úttaksstangar T15.Að auki er hver hnút tengdur hitauppstreymi jarðar í gegnum C1 ~ C15, sem táknar varmagetu hvers svæðis, í sömu röð.P1 ~ P6 er heildarhitaframleiðsla GMM stöngarinnar og örvunarspólunnar í sömu röð.Að auki eru 54 varmaviðnám notuð til að tákna leiðandi og varmaviðnám gegn varmaflutningi milli aðliggjandi hnúta, sem voru reiknuð út í fyrri köflum.Tafla 3 sýnir mismunandi hitaeiginleika breytiefnanna.
Nákvæmt mat á tapmagni og dreifingu þeirra er mikilvægt til að framkvæma áreiðanlegar hitauppgerð.Hitatapinu sem myndast af GMT má skipta í segultap GMM stöngarinnar, Joule tapið á örvunarspólunni, vélrænt tap og viðbótartapið.Viðbótartapið og vélrænt tapið sem tekið er tillit til eru tiltölulega lítið og má vanrækt.
AC örvunarspóluviðnámið inniheldur: DC mótstöðu Rdc og húðviðnám Rs.
þar sem f og N eru tíðni og fjöldi snúninga örvunarstraumsins.lCu og rCu eru innri og ytri radíus spólunnar, lengd spólunnar og radíus kopar segulvírsins eins og hann er skilgreindur með AWG (American Wire Gauge) númeri hans.ρCu er viðnám kjarna þess.µCu er segulgegndræpi kjarna þess.
Raunverulegt segulsvið inni í sviðspólunni (segulóla) er ekki einsleitt eftir lengd stöngarinnar.Þessi munur er sérstaklega áberandi vegna lægri segulgegndræpi HMM og PM stanganna.En það er samhverft langsum.Dreifing segulsviðsins ákvarðar beint dreifingu segultaps HMM stöngarinnar.Þess vegna, til að endurspegla raunverulega dreifingu tapsins, er þriggja hluta stöng, sýnd á mynd 8, tekin til mælinga.
Segultapið er hægt að fá með því að mæla kraftmikla hysteresis lykkju.Byggt á tilraunavettvangi sem sýndur er á mynd 11 voru mældar þrjár dynamic hysteresis-lykkjur.Með því skilyrði að hitastig GMM stöngarinnar sé stöðugt undir 50°C, rekur forritanlegur AC aflgjafi (Chroma 61512) sviðsspóluna á ákveðnu sviði, eins og sýnt er á mynd 8, tíðni segulsviðsins sem myndast af prófunarstraumur og segulflæðisþéttleiki sem myndast er reiknaður út með því að samþætta spennu sem framkallað er í framkallaspólunni sem er tengdur við GIM stöngina.Hrágögnunum var hlaðið niður úr minnisskrártækinu (MR8875-30 á dag) og unnið úr þeim í MATLAB hugbúnaði til að fá mældar dynamic hysteresis lykkjur sem sýndar eru á mynd 9.
Mældar dynamic hysteresis lykkjur: (a) hluti 1/5: Bm = 0,044735 T, (b) hluti 1/5: fm = 1000 Hz, (c) hluti 2/4: Bm = 0,05955 T, (d ) kafli 2/ 4: fm = 1000 Hz, (e) kafli 3: Bm = 0,07228 T, (f) kafli 3: fm = 1000 Hz.
Samkvæmt bókmenntum 37 er hægt að reikna út heildar segulmagnstap Pv á rúmmálseiningu HMM stanga með því að nota eftirfarandi formúlu:
þar sem ABH er mælisvæðið á BH kúrfunni við segulsviðstíðnina fm jöfn örvunarstraumstíðninni f.
Byggt á Bertotti-tapaðskilnaðaraðferð38, er hægt að gefa upp segulmagnstapið á hverja massaeiningu Pm í GMM-stöng sem summan af hysteresis-tapinu Ph, hringstraumstapinu Pe og afbrigðilegu tapinu Pa (13):
Frá verkfræðilegu sjónarhorni38 er hægt að sameina afbrigðilegt tap og hringstraumstap í eitt hugtak sem kallast heildarhringstraumstap.Þannig er hægt að einfalda formúluna til að reikna tapið sem hér segir:
í jöfnunni.(13)~(14) þar sem Bm er amplitude segulþéttleika spennandi segulsviðsins.kh og kc eru hysteresis tap þáttur og heildar hringstraumstap þáttur.