燃料电池发动机主要热特性试验研究
这是一篇关于燃料电池,测试平台,热管理,温度分布的论文, 主要内容为全球能源清洁变革的浪潮下,我国在“双碳”战略目标的指引下,不断推进能源绿色转型。其中,氢能和燃料电池作为清洁高效的能量储存与利用方式而被寄予厚望,燃料电池汽车的推广应用将有力助推交通领域的降碳减排。燃料电池汽车在补能速度、能量密度和低温适应性等方面优势显著,特别适用于长途重载的商用车。同时,在“柴改氢”需求和国家“以奖代补”政策的刺激下,燃料电池发动机正不断向大功率迈进。大功率燃料电池发动机堆叠单体数激增,导致温度分布不均影响性能输出与使用寿命,需针对性地进行热管理优化。散热负荷大且对温度敏感的燃料电池有苛刻的热管理要求,燃料电池发动机功率、效率以及寿命等指标的提升离不开均衡高效散热以及余热利用等先进热管理技术的突破。热管理研究以管理对象的热特性为基础,但现有研究尚未探明大功率燃料电池发动机各工况下的温度分布等热特性,缺乏对大功率燃料电池发动机进行热特性测试的有效手段与应用于热管理优化的可靠数据。本文通过开发燃料电池发动机热特性测试平台并开展热特性试验研究弥补上述不足,旨在为先进热管理技术的研究提供测试手段与数据基础,对推进氢燃料电池汽车的高效化具有重要意义。围绕上述目标,本文主要开展了以下研究工作:(1)基于大功率化的发展趋势,通过分析产散热原理与热特性测试需求,明确主要测量参数及其测量方法,其中采用红外热像仪联合热电偶阵列全面精确地测量表面温度分布,并综合整理得出测试平台的总体架构设计。(2)按总体架构开展设备选型安装等硬件系统搭建工作,使用Lab VIEW开发了集信号采集、监测控制、能量分析为一体的软件系统,进而集成软硬件进行调试与性能分析,验证测试平台的可靠性。所开发的测试平台具有模块化、易扩展的特点,为大功率燃料电池发动机的温度分布等热特性研究提供有效试验手段。(3)应用开发的测试平台,以合作企业某款大功率燃料电池发动机为对象开展热特性试验研究,获得各工况下表征热状态和电堆表面温度分布情况的数据,定位局部高温区,并评估变载条件下的热管理效果,为大功率燃料电池发动机堆内冷却流道的优化设计以及热管理策略的优化指明方向。(4)开展大功率燃料电池发动机热管理策略研究,通过能量流分析得到各工况散热需求和可回收利用热量值,并针对热管理中的前馈控制部分,通过调控冷却水泵和散热风扇制定了考虑温度分布和部件能耗的热管理MAP策略,为大功率燃料电池发动机高效均衡的先进热管理技术研究提供参考。
燃料电池发动机主要热特性试验研究
这是一篇关于燃料电池,测试平台,热管理,温度分布的论文, 主要内容为全球能源清洁变革的浪潮下,我国在“双碳”战略目标的指引下,不断推进能源绿色转型。其中,氢能和燃料电池作为清洁高效的能量储存与利用方式而被寄予厚望,燃料电池汽车的推广应用将有力助推交通领域的降碳减排。燃料电池汽车在补能速度、能量密度和低温适应性等方面优势显著,特别适用于长途重载的商用车。同时,在“柴改氢”需求和国家“以奖代补”政策的刺激下,燃料电池发动机正不断向大功率迈进。大功率燃料电池发动机堆叠单体数激增,导致温度分布不均影响性能输出与使用寿命,需针对性地进行热管理优化。散热负荷大且对温度敏感的燃料电池有苛刻的热管理要求,燃料电池发动机功率、效率以及寿命等指标的提升离不开均衡高效散热以及余热利用等先进热管理技术的突破。热管理研究以管理对象的热特性为基础,但现有研究尚未探明大功率燃料电池发动机各工况下的温度分布等热特性,缺乏对大功率燃料电池发动机进行热特性测试的有效手段与应用于热管理优化的可靠数据。本文通过开发燃料电池发动机热特性测试平台并开展热特性试验研究弥补上述不足,旨在为先进热管理技术的研究提供测试手段与数据基础,对推进氢燃料电池汽车的高效化具有重要意义。围绕上述目标,本文主要开展了以下研究工作:(1)基于大功率化的发展趋势,通过分析产散热原理与热特性测试需求,明确主要测量参数及其测量方法,其中采用红外热像仪联合热电偶阵列全面精确地测量表面温度分布,并综合整理得出测试平台的总体架构设计。(2)按总体架构开展设备选型安装等硬件系统搭建工作,使用Lab VIEW开发了集信号采集、监测控制、能量分析为一体的软件系统,进而集成软硬件进行调试与性能分析,验证测试平台的可靠性。所开发的测试平台具有模块化、易扩展的特点,为大功率燃料电池发动机的温度分布等热特性研究提供有效试验手段。(3)应用开发的测试平台,以合作企业某款大功率燃料电池发动机为对象开展热特性试验研究,获得各工况下表征热状态和电堆表面温度分布情况的数据,定位局部高温区,并评估变载条件下的热管理效果,为大功率燃料电池发动机堆内冷却流道的优化设计以及热管理策略的优化指明方向。(4)开展大功率燃料电池发动机热管理策略研究,通过能量流分析得到各工况散热需求和可回收利用热量值,并针对热管理中的前馈控制部分,通过调控冷却水泵和散热风扇制定了考虑温度分布和部件能耗的热管理MAP策略,为大功率燃料电池发动机高效均衡的先进热管理技术研究提供参考。
双馈风机机舱温度智能控制技术研究与系统设计
这是一篇关于双馈风机,机舱温度,温度分布,智能控制的论文, 主要内容为风能是资源潜力巨大、技术较为成熟的可再生能源,在减排温室气体、应对气候变化的新形势下,越来越受到世界各国的重视。双馈风机机组的运行数量庞大,再加上风机的长期运行和风机运行环境的恶化,导致风机机舱、齿轮箱和发电机散热片受到污染,灰尘堵塞冷却系统进气口,造成机舱内热交换器性能下降,而且舱内空间尺寸有限,齿轮箱、发电机、电控柜等多个高温热源及零部件布置在一个狭小的空间内,机舱内出现整体或局部区域温度过高的现象,导致风力发电机齿轮箱油、发电机等过温,风机限功率运行甚至停机,最严重造成部件损坏等现象,所以为双馈风机研发一个高效多元化、能同时满足监控、处理风电问题的双馈风机机舱温度智能控制系统是很有必要的。首先,运用CFD对机舱内空气流动及其温度特性进行三维数值模拟分析,获取机舱内不同位置的流场及发热部件温度分布云图,通过对比不同条件下的云图,找出影响温度和流场分布的主要因素,为双馈风机机舱温度智能控制系统提出合理的设计方案,从而保证风力发电机机舱内各部件工作在最佳温度范围内。其次,根据设计方案,设计温度智能控制系统的硬件部分,在机舱主要热源部署先进的温度传感器,形成机舱温度的全方位、高精度、实时的感知和探测。对比不同类型的风机特点选择出适用于风机机舱内部的轴流风机,安装在机舱底部,改善机舱气体流动性。完成机舱智能过滤系统的硬件设计,对比了四种常用的过滤网材料特点特性,选择出最适机舱的过滤网材料。最后,通过对机舱温度智能控制系统所实现功能需求进行分析,开发温度智能控制系统软件部分,采用三层B/S结构的Java EE架构,使用三个开源框架,结合JSP技术实现表现层,基于MVC的设计模式,构建出一个稳定且性能良好的机舱温度智能控制系统应用。对比分析三组样机齿轮箱温度及输出有功功率曲线,得出机舱温度智能控制系统可以有效的监测和控制风机运行,提升发电机效率,能够解决目前双馈风机机舱环境现存问题。为本研究后续展望提供了坚实的理论基础和依据。论文通过设计机舱温度智能控制系统,降低机舱环境的整体温度,降低机舱内部温度过高故障率,节约了人力物力,同时提高了风机运行效率和风电场的经济效益。
燃料电池发动机主要热特性试验研究
这是一篇关于燃料电池,测试平台,热管理,温度分布的论文, 主要内容为全球能源清洁变革的浪潮下,我国在“双碳”战略目标的指引下,不断推进能源绿色转型。其中,氢能和燃料电池作为清洁高效的能量储存与利用方式而被寄予厚望,燃料电池汽车的推广应用将有力助推交通领域的降碳减排。燃料电池汽车在补能速度、能量密度和低温适应性等方面优势显著,特别适用于长途重载的商用车。同时,在“柴改氢”需求和国家“以奖代补”政策的刺激下,燃料电池发动机正不断向大功率迈进。大功率燃料电池发动机堆叠单体数激增,导致温度分布不均影响性能输出与使用寿命,需针对性地进行热管理优化。散热负荷大且对温度敏感的燃料电池有苛刻的热管理要求,燃料电池发动机功率、效率以及寿命等指标的提升离不开均衡高效散热以及余热利用等先进热管理技术的突破。热管理研究以管理对象的热特性为基础,但现有研究尚未探明大功率燃料电池发动机各工况下的温度分布等热特性,缺乏对大功率燃料电池发动机进行热特性测试的有效手段与应用于热管理优化的可靠数据。本文通过开发燃料电池发动机热特性测试平台并开展热特性试验研究弥补上述不足,旨在为先进热管理技术的研究提供测试手段与数据基础,对推进氢燃料电池汽车的高效化具有重要意义。围绕上述目标,本文主要开展了以下研究工作:(1)基于大功率化的发展趋势,通过分析产散热原理与热特性测试需求,明确主要测量参数及其测量方法,其中采用红外热像仪联合热电偶阵列全面精确地测量表面温度分布,并综合整理得出测试平台的总体架构设计。(2)按总体架构开展设备选型安装等硬件系统搭建工作,使用Lab VIEW开发了集信号采集、监测控制、能量分析为一体的软件系统,进而集成软硬件进行调试与性能分析,验证测试平台的可靠性。所开发的测试平台具有模块化、易扩展的特点,为大功率燃料电池发动机的温度分布等热特性研究提供有效试验手段。(3)应用开发的测试平台,以合作企业某款大功率燃料电池发动机为对象开展热特性试验研究,获得各工况下表征热状态和电堆表面温度分布情况的数据,定位局部高温区,并评估变载条件下的热管理效果,为大功率燃料电池发动机堆内冷却流道的优化设计以及热管理策略的优化指明方向。(4)开展大功率燃料电池发动机热管理策略研究,通过能量流分析得到各工况散热需求和可回收利用热量值,并针对热管理中的前馈控制部分,通过调控冷却水泵和散热风扇制定了考虑温度分布和部件能耗的热管理MAP策略,为大功率燃料电池发动机高效均衡的先进热管理技术研究提供参考。
应用于污水处理鼓风机的高速电机设计与多物理场耦合分析
这是一篇关于高速永磁电机,转子护套,损耗分析,圆度误差,温度分布,多物理场耦合的论文, 主要内容为智能建造中污水处理系统起着至关重要的作用,可以降低工业废水排放量,提高经济性。应用在污水处理当中的鼓风机需向系统提供充足的动力来源,鼓风机的驱动系统主要由高速电机及其控制器组成,故对高速电机的结构、损耗、冷却、热管理等方面进行深入分析与研究。论文主要对以下内容进行深入的研究:拟设计105 k W、36000 r/min磁悬浮高速永磁同步电机,为满足鼓风机超高速、高效等方面需求,对高速电机进行应用场合的分析与各个部件的物理尺寸设计,包括主要尺寸、极槽配合、定子槽型、转子物理结构、永磁体材质、电磁损耗等方面,最终确定该高速电机的合理电磁设计。在完成电机初步结构设计后,考虑到电机超高速特性导致转子过热和机械强度等问题,对高速电机进行转子护套的设计与多物理场的综合研究。鉴于高速电机转子的涡流损耗、机械应力的需求,在护套材质、护套厚度、转子转速等几方面进行正交分析,给出护套的最优设计结果,归纳总结出护套电导率、转子转速、护套厚度等对涡流损耗的影响关系;护套厚度与机械应力的变化方程式;其研究成果为高速电机转子结构的选择和优化提供重要参考。基于高速电机的冷却结构特性,风摩损耗的精确计算至关重要,直接影响电机的高效性,故本文利用CFD对高速电机的风摩损耗进行了详细探究,深入分析转子圆度误差、转子转速对风摩损耗的影响规律,以此确定合理的强风冷的风速,满足高速电机的热管理标准。高速电机运行时的温度分布是检验电机安全稳定运行的重要判断依据,在完成电机整体设计与损耗模型计算后,本文应用有限元法对电机整体的温度分布进行了电磁-流体-热分布计算,以保证电机绕组绝缘的可靠性,转子永磁体不发生退磁现象。最后,本文搭建了磁悬浮高速大功率同步电机实验台,采用损耗分离对样机进行空载损耗的求取,在平台中对样机负载条件下的绕组电阻、轴、轴承端盖进行了实测,通过仿真结果与试验数据的对比,验证了所构建的电机数学模型、仿真结果和所提出方法的正确性与合理性。研究表明:仿真结果与试验数据误差均在10%以内,精度较高。
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