2507 stainless steel coil tube komponén kimiawi, Sarua Thermal Network Simulasi Study of a Rare Earth Giant Magnetostrictive Transducer

Hatur nuhun pikeun ngadatangan Nature.com.Anjeun nganggo versi browser kalayan dukungan CSS kawates.Pikeun pangalaman anu pangsaéna, kami nyarankeun yén anjeun nganggo browser anu diropéa (atanapi nganonaktipkeun Mode Kasaluyuan dina Internet Explorer).Sajaba ti éta, pikeun mastikeun rojongan lumangsung, urang némbongkeun situs tanpa gaya na JavaScript.
Sliders némbongkeun tilu artikel per slide.Paké tombol pungkur jeung hareup pikeun mindahkeun ngaliwatan slides, atawa tombol controller slide dina tungtung pikeun mindahkeun ngaliwatan unggal slide.

• Panjelasan Produk
• 2507 Stainless steel coiled tubing ti china

Kritis kana desain transduser magnetostrictive raksasa (GMT) nyaéta analisis gancang sareng akurat ngeunaan distribusi suhu.Modeling jaringan termal gaduh kaunggulan biaya komputasi anu rendah sareng akurasi anu luhur sareng tiasa dianggo pikeun analisa termal GMT.Sanajan kitu, model termal aya boga watesan dina ngajéntrékeun rezim termal kompléks ieu dina GMT: lolobana studi museurkeun kana kaayaan cicing nu teu bisa nangkep parobahan suhu;Hal ieu umumna dianggap yén sebaran suhu rod magnetostrictive buta (GMM) nyaéta seragam, tapi gradién hawa sakuliah rod GMM pisan signifikan alatan konduktivitas termal goréng, distribusi leungitna non-seragam tina GMM jarang diwanohkeun kana termal. modél.Ku alatan éta, ku komprehensif tempo tilu aspék di luhur, dokumén ieu netepkeun modél GMT Transitional Equivalent Heat Network (TETN).Mimiti, dumasar kana desain sareng prinsip operasi HMT geter longitudinal, analisa termal dilaksanakeun.Dina dasar ieu, modél unsur pemanasan diadegkeun pikeun prosés mindahkeun panas HMT jeung parameter model pakait diitung.Tungtungna, katepatan modél TETN pikeun analisis spatiotemporal suhu transduser diverifikasi ku simulasi sareng ékspérimén.
Bahan magnetostrictive raksasa (GMM), nyaéta terfenol-D, gaduh kaunggulan magnetostriction ageung sareng dénsitas énergi anu luhur.Sipat unik ieu tiasa dianggo pikeun ngembangkeun transduser magnetostrictive raksasa (GMTs) anu tiasa dianggo dina rupa-rupa aplikasi sapertos transduser akustik jero cai, mikromotor, aktuator linier, jsb. 1,2.
Perhatian khususna nyaéta poténsi overheating of GMTs subsea, anu, nalika dioperasikeun dina kakuatan pinuh sareng pikeun période éksitasi anu panjang, tiasa ngahasilkeun panas anu ageung kusabab dénsitas kakuatan anu luhur3,4.Sajaba ti éta, alatan koefisien badag ékspansi termal of GMT sarta sensitipitas tinggi -na pikeun hawa éksternal, kinerja kaluaran na raket patalina jeung temperature5,6,7,8.Dina publikasi téknis, métode analisis termal GMT bisa dibagi jadi dua kategori lega9: métode numeris jeung métode parameter lumped.Métode unsur terhingga (FEM) nyaéta salah sahiji metode analisis numerik anu paling sering dianggo.Xie et al.[10] dipaké métode unsur terhingga pikeun simulate distribusi sumber panas tina drive magnetostrictive raksasa sarta sadar desain kontrol hawa sarta cooling sistem drive.Zhao et al.[11] ngadegkeun simulasi unsur terhingga gabungan tina médan aliran ngagalura sarta médan hawa, sarta ngawangun hiji alat kontrol hawa komponén calakan GMM dumasar kana hasil simulasi unsur terhingga.Nanging, FEM nungtut pisan tina segi pangaturan modél sareng waktos itungan.Ku sabab kitu, FEM dianggap pangrojong penting pikeun itungan offline, biasana salila fase desain converter.
Metoda parameter lumped, ilahar disebut salaku modél jaringan panas, loba dipaké dina analisis termodinamika alatan formulir matematik basajan sarta speed itungan tinggi12,13,14.pendekatan ieu muterkeun hiji peran penting dina ngaleungitkeun watesan termal mesin 15, 16, 17. Mellor18 éta kahiji ngagunakeun circuit T sarimbag termal ningkat model prosés mindahkeun panas mesin.Verez et al.19 nyiptakeun modél tilu diménsi tina jaringan termal tina mesin sinkron magnet permanén kalayan aliran axial.Boglietti et al.20 diusulkeun opat model jaringan termal of varying pajeulitna pikeun ngaduga transients termal jangka pondok dina windings stator.Tungtungna, Wang et al.21 ngadegkeun sirkuit sarimbag termal lengkep pikeun tiap komponén PMSM sarta diringkeskeun persamaan lalawanan termal.Dina kaayaan nominal, kasalahan bisa dikawasa dina 5%.
Dina taun 1990-an, modél jaringan panas mimiti diterapkeun kana konvérsi frékuénsi low-kakuatan luhur.Dubus et al.22 ngembangkeun model jaringan panas pikeun ngajelaskeun mindahkeun panas cicing dina vibrator longitudinal dua kali sided jeung sensor ngalipet kelas IV.Anjanappa et al.23 ngalaksanakeun analisa termal stasioner 2D tina microdrive magnetostrictive nganggo modél jaringan termal.Pikeun diajar hubungan antara galur termal Terfenol-D sareng parameter GMT, Zhu et al.24 ngadegkeun modél sarimbag kaayaan ajeg pikeun résistansi termal jeung itungan kapindahan GMT.
Perkiraan suhu GMT langkung rumit tibatan aplikasi mesin.Alatan konduktivitas termal jeung magnét alus teuing tina bahan dipaké, lolobana komponén mesin dianggap dina suhu anu sarua biasana diréduksi jadi node tunggal13,19.Sanajan kitu, alatan konduktivitas termal goréng HMMs, asumsi distribusi suhu seragam geus teu bener deui.Sajaba ti éta, HMM ngabogaan perméabilitas magnét pisan low, jadi panas dihasilkeun ku karugian magnét biasana non-seragam sapanjang rod HMM.Sajaba ti éta, lolobana panalungtikan museurkeun kana simulasi kaayaan ajeg nu teu akun parobahan suhu salila operasi GMT.
Dina raraga ngajawab tilu masalah teknis di luhur, artikel ieu ngagunakeun Geter longitudinal GMT salaku objek ulikan sarta akurat model sagala rupa bagian transduser nu, utamana rod GMM.Hiji model jaringan panas sarimbag transisi lengkep (TETN) GMT geus dijieun.Model unsur terhingga sareng platform eksperimen diwangun pikeun nguji akurasi sareng kinerja modél TETN pikeun analisis spatiotemporal suhu transduser.
Desain jeung dimensi geometri tina HMF longitudinally osilasi ditémbongkeun dina Gbr. 1a jeung b, masing-masing.
Komponén konci kaasup rod GMM, coils widang, magnet permanén (PM), yokes, hampang, bushings, sarta spring belleville.Koil éksitasi sareng PMT nyayogikeun rod HMM kalayan médan magnét bolak sareng médan magnét bias DC, masing-masing.Yoke sareng awak, diwangun ku topi sareng leungeun baju, didamel tina beusi lemes DT4, anu gaduh perméabilitas magnét anu luhur.Ngabentuk sirkuit magnét katutup ku GIM na PM rod.Batang kaluaran sareng piring tekanan didamel tina stainless steel 304 non-magnétik.Kalayan cinyusu belleville, préstress stabil tiasa diterapkeun kana bobot.Lamun arus bolak ngaliwatan coil drive, rod HMM bakal ngageter sasuai.
Dina Gbr.2 nembongkeun prosés bursa panas di jero GMT.rod GMM na coils widang anu dua sumber utama panas pikeun GMTs.Serpentine mindahkeun panas na ka awak ku convection hawa di jero jeung ka tutup ku konduksi.The HMM rod bakal nyieun karugian magnét dina aksi hiji médan magnét bolak, sarta panas bakal dibikeun ka cangkang alatan convection ngaliwatan hawa internal, sarta ka magnet permanen sarta yoke alatan konduksi.Panas anu ditransferkeun kana wadahna teras dissipated ka luar ku konvéksi sareng radiasi.Lamun panas dihasilkeun sarua jeung panas ditransfer, suhu unggal bagian tina GMT ngahontal kaayaan ajeg.
Prosés mindahkeun panas dina GMO longitudinally osilasi: a - diagram aliran panas, b - jalur mindahkeun panas utama.
Salian panas dihasilkeun ku coil exciter sarta rod HMM, sadaya komponén tina sirkuit magnét katutup ngalaman karugian magnét.Ku kituna, magnet permanén, yoke, cap na leungeun baju anu laminated babarengan pikeun ngurangan leungitna magnét tina GMT.
Léngkah-léngkah utama dina ngawangun modél TETN pikeun analisa termal GMT nyaéta kieu: komponén grup munggaran kalayan suhu anu sami sareng ngawakilan unggal komponén salaku titik anu misah dina jaringan, teras ngahubungkeun titik ieu sareng ekspresi transfer panas anu pas.konduksi panas sarta convection antara titik.Dina hal ieu, sumber panas sareng kaluaran panas saluyu sareng unggal komponén disambungkeun paralel antara titik sareng tegangan nol umum bumi pikeun ngawangun modél jaringan panas anu sami.Léngkah salajengna nyaéta ngitung parameter jaringan termal pikeun tiap komponén modél, kalebet résistansi termal, kapasitas panas sareng leungitna kakuatan.Tungtungna, modél TETN dilaksanakeun dina SPICE pikeun simulasi.Sareng anjeun tiasa nampi distribusi suhu unggal komponén GMT sareng parobihan dina domain waktos.
Pikeun genah modeling jeung itungan, perlu nyederhanakeun model termal jeung malire kaayaan wates nu boga pangaruh saeutik dina hasil18,26.Model TETN anu diajukeun dina tulisan ieu dumasar kana asumsi-asumsi ieu:
Dina GMT kalawan windings tatu acak, mustahil atawa perlu simulate posisi unggal konduktor individu.Rupa-rupa strategi modeling geus dimekarkeun di jaman baheula pikeun model mindahkeun panas jeung sebaran suhu dina windings: (1) konduktivitas termal sanyawa, (2) persamaan langsung dumasar kana géométri konduktor, (3) circuit termal T-sarua29.
Konduktivitas termal komposit sareng persamaan langsung tiasa dianggap solusi anu langkung akurat tibatan sirkuit T sarimbag, tapi gumantung kana sababaraha faktor, sapertos bahan, géométri konduktor sareng volume hawa sésa-sésa dina gulungan, anu hese ditangtukeun29.Sabalikna, skéma termal T-sarimbag, sanajan model perkiraan, leuwih merenah30.Éta tiasa diterapkeun kana coil éksitasi kalayan geter longitudinal GMT.
The umum assembly cylindrical kerung dipaké pikeun ngagambarkeun coil exciter sarta diagram termal T-sarimbag na, dicandak tina solusi tina persamaan panas, ditémbongkeun dina Gbr.3. Hal ieu dianggap yén fluks panas dina coil éksitasi bebas dina arah radial na axial.Fluks panas sirkumferensial diabaikan.Dina unggal sirkuit sarimbag T, dua terminal ngagambarkeun suhu permukaan pakait unsur, sarta terminal katilu T6 ngagambarkeun suhu rata unsur.Leungitna komponén P6 diasupkeun salaku sumber titik dina titik suhu rata diitung dina "Widang coil itungan leungitna panas".Dina kasus simulasi non-stasioner, kapasitas panas C6 dirumuskeun ku persamaan.(1) ogé ditambahkeun kana titik suhu Rata-rata.
Dimana cec, ρec sareng Vec ngagambarkeun panas spésifik, dénsitas sareng volume coil éksitasi, masing-masing.
Dina méja.1 nembongkeun lalawanan termal tina sirkuit termal T-sarimbag tina coil éksitasi kalayan panjang lec, konduktivitas termal λec, radius luar rec1 jeung radius jero rec2.
Coils exciter jeung sirkuit termal T-sarimbag maranéhanana: (a) elemen cylindrical biasana kerung, (b) misahkeun sirkuit termal axial jeung radial T-sarua.
The sarimbag circuit T ogé geus ditémbongkeun akurat keur sumber panas cylindrical séjén13.Salaku sumber panas utama GMO, rod HMM miboga sebaran suhu henteu rata alatan konduktivitas termal low, utamana sapanjang sumbu rod.Sabalikna, inhomogeneity radial bisa neglected, saprak fluks panas radial rod HMM jauh leuwih saeutik ti flux panas radial31.
Pikeun akurat ngagambarkeun tingkat discretization axial tina rod jeung ménta suhu pangluhurna, rod GMM digambarkeun ku n titik seragam dipisah dina arah axial, sarta jumlah titik n dimodelkeun ku rod GMM kudu ganjil.Jumlah kontur termal axial sarimbag nyaéta n T angka 4.
Pikeun nangtukeun jumlah titik n dipaké pikeun model bar GMM, hasil FEM ditémbongkeun dina Gbr.5 salaku rujukan.Ditémbongkeun saperti dina Gbr.4, jumlah titik n diatur dina skéma termal tina rod HMM.Unggal titik bisa dimodelkeun salaku sirkuit T-sarimbag.Ngabandingkeun hasil FEM, ti Gbr. 5 nunjukeun yen salah sahiji atawa tilu titik teu bisa akurat ngagambarkeun sebaran suhu rod HIM (kira-kira 50 mm panjang) dina GMO.Nalika n dironjatkeun ka 5, hasil simulasi ningkatkeun sacara signifikan sareng ngadeukeutan FEM.Ngaronjatkeun n salajengna ogé masihan hasil anu langkung saé kalayan biaya waktos komputasi anu langkung panjang.Ku alatan éta, dina artikel ieu, 5 titik dipilih pikeun modeling bar GMM.
Dumasar analisis komparatif dilaksanakeun, skéma termal pasti tina rod HMM ditémbongkeun dina Gbr. 6. T1 ~ T5 suhu rata-rata lima bagian (bagian 1 ~ 5) iteuk.P1-P5 masing-masing ngagambarkeun kakuatan termal tina sagala rupa wewengkon rod, nu bakal dibahas di jéntré dina bab salajengna.C1 ~ C5 mangrupakeun kapasitas panas wewengkon béda, nu bisa diitung ku rumus handap
dimana crod, ρrod na Vrod denote kapasitas panas husus, dénsitas sarta volume rod HMM.
Ngagunakeun métode anu sarua sakumaha keur coil exciter, résistansi mindahkeun panas tina rod HMM dina Gbr. 6 bisa diitung salaku
dimana lrod, rrod na λrod ngagambarkeun panjang, radius jeung konduktivitas termal tina rod GMM, tuturutan.
Pikeun GMT geter longitudinal ditalungtik dina artikel ieu, komponén sésana jeung hawa internal bisa dimodelkeun ku konfigurasi titik tunggal.
Wewengkon ieu bisa dianggap diwangun ku hiji atawa leuwih silinder.Hiji sambungan bursa panas conductive murni dina bagian cylindrical dihartikeun ku hukum konduksi panas Fourier salaku
Dimana λnhs nyaéta konduktivitas termal bahan, lnhs nyaéta panjang axial, rnhs1 jeung rnhs2 nyaéta radii luar jeung jero unsur mindahkeun panas, masing-masing.
Persamaan (5) dipaké pikeun ngitung résistansi termal radial pikeun wewengkon ieu, digambarkeun ku RR4-RR12 dina Gambar 7. Dina waktu nu sarua, Persamaan (6) dipaké pikeun ngitung résistansi termal axial, digambarkeun tina RA15 mun RA33 dina Gambar. 7.
Kapasitas panas tina sirkuit termal titik tunggal pikeun wewengkon di luhur (kaasup C7-C15 dina Gbr. 7) bisa ditangtukeun salaku
dimana ρnhs, cnhs, sareng Vnhs masing-masing nyaéta panjang, panas spésifik, sareng volume.
Mindahkeun panas konvénsi antara hawa di jero GMT sareng permukaan kasus sareng lingkungan dimodelkeun ku résistor konduksi termal tunggal sapertos kieu:
dimana A nyaéta permukaan kontak sareng h nyaéta koefisien transfer panas.meja 232 daptar sababaraha h has dipaké dina sistem termal.Numutkeun Table.2 koefisien mindahkeun panas tina résistansi termal RH8-RH10 na RH14-RH18, ngagambarkeun convection antara HMF jeung lingkungan dina Gbr.7 dicokot salaku nilai konstan 25 W/(m2 K).Koéfisién mindahkeun panas sésana diatur sarua jeung 10 W/(m2 K).
Numutkeun kana prosés transfer panas internal anu dipidangkeun dina Gambar 2, modél lengkep konverter TETN dipidangkeun dina Gambar 7.
Ditémbongkeun saperti dina Gbr.7, Geter longitudinal GMT dibagi kana 16 knots, nu digambarkeun ku titik-titik beureum.Titik suhu anu digambarkeun dina modél pakait sareng suhu rata-rata komponén masing-masing.Suhu ambient T0, suhu rod GMM T1 ~ T5, suhu coil exciter T6, hawa magnét permanén T7 na T8, suhu yoke T9 ~ T10, suhu bisi T11 ~ T12 na T14, suhu hawa indoor T13 jeung hawa rod kaluaran T15.Sajaba ti éta, unggal titik disambungkeun ka poténsi termal taneuh ngaliwatan C1 ~ C15, nu ngagambarkeun kapasitas termal unggal wewengkon, mungguh.P1 ~ P6 nyaeta total kaluaran panas tina GMM rod na exciter coil mungguh.Sajaba ti éta, 54 résistansi termal dipaké pikeun ngagambarkeun résistansi conductive na convective kana mindahkeun panas antara titik meungkeut, nu diitung dina bagian saméméhna.Tabel 3 nembongkeun rupa-rupa ciri termal tina bahan converter.
Estimasi akurat tina volume leungitna sarta distribusi maranéhanana penting pikeun ngajalankeun simulasi termal dipercaya.Leungitna panas dihasilkeun ku GMT bisa dibagi kana leungitna magnét tina rod GMM, leungitna Joule tina coil exciter, leungitna mékanis, sarta leungitna tambahan.Karugian tambahan sareng karugian mékanis anu dipertimbangkeun relatif leutik sareng tiasa diabaikan.
Résistansi coil éksitasi ac ngawengku: résistansi dc Rdc sareng résistansi kulit Rs.
dimana f jeung N nyaéta frékuénsi sarta jumlah robah warna ka warna tina arus éksitasi.lCu sareng rCu mangrupikeun jari-jari jero sareng luar coil, panjang coil, sareng radius kawat magnét tambaga anu didefinisikeun ku nomer AWG (American Wire Gauge).ρCu nyaéta résistansi inti na.µCu nyaéta perméabilitas magnét inti na.
Médan magnét sabenerna di jero coil médan (solenoid) teu seragam sapanjang panjang rod.Bedana ieu utamana noticeable alatan perméabilitas magnét handap HMM na PM rod.Tapi sacara longitudinal simetris.Sebaran médan magnét langsung nangtukeun sebaran karugian magnét tina rod HMM.Ku alatan éta, pikeun ngagambarkeun sebaran nyata karugian, rod tilu-bagian, ditémbongkeun dina Gambar 8, dicokot pikeun pangukuran.
Leungitna magnét tiasa didapet ku cara ngukur loop histeresis dinamis.Dumasar kana platform eksperimen ditémbongkeun dina Gambar 11, tilu puteran histeresis dinamis diukur.Dina kaayaan suhu rod GMM stabil handap 50 ° C, catu daya AC programmable (Chroma 61512) drive coil widang dina rentang nu tangtu, ditémbongkeun saperti dina Gambar 8, frékuénsi médan magnét dihasilkeun ku tés ayeuna jeung dénsitas fluks magnét anu dihasilkeun diitung ku ngahijikeun tegangan induksi dina coil induksi disambungkeun ka rod GIM.Data atah ieu diundeur ti logger memori (MR8875-30 per poé) jeung diolah dina software MATLAB pikeun ménta loop hysteresis dinamis diukur ditémbongkeun dina Gbr. 9.
Gelung histeresis dinamis diukur: (a) bagian 1/5: Bm = 0,044735 T, (b) bagian 1/5: fm = 1000 Hz, (c) bagian 2/4: Bm = 0,05955 T, (d) bagian 2/ 4: fm = 1000 Hz, (e) bagian 3: Bm = 0,07228 T, (f) bagian 3: fm = 1000 Hz.
Numutkeun literatur 37, total leungitna magnét Pv per unit volume rod HMM bisa diitung ngagunakeun rumus ieu:
dimana ABH nyaéta wewengkon pangukuran dina kurva BH dina frékuénsi médan magnét fm sarua jeung frékuénsi arus éksitasi f.
Dumasar kana metode pamisahan leungitna Bertotti38, leungitna magnét per unit massa Pm tina rod GMM tiasa ditembongkeun salaku jumlah leungitna histeresis Ph, leungitna arus eddy Pe sareng leungitna anomali Pa (13):
Tina sudut pandang rékayasa38, karugian anomali sareng karugian arus eddy tiasa digabungkeun kana hiji istilah anu disebut total rugi arus eddy.Ku kituna, rumus keur ngitung karugian bisa disederhanakeun kieu:
dina persamaan.(13)~(14) dimana Bm nyaéta amplitudo dénsitas magnét tina médan magnét seru.kh sareng kc mangrupikeun faktor leungitna histeresis sareng faktor leungitna arus eddy total.