2507 χημικό συστατικό σωλήνα πηνίου από ανοξείδωτο χάλυβα, Μελέτη προσομοίωσης ισοδύναμου θερμικού δικτύου ενός γιγαντιαίου μαγνητοσυσταλτικού μετατροπέα σπανίων γαιών

Σας ευχαριστούμε που επισκεφτήκατε το Nature.com.Χρησιμοποιείτε μια έκδοση προγράμματος περιήγησης με περιορισμένη υποστήριξη CSS.Για την καλύτερη εμπειρία, συνιστούμε να χρησιμοποιήσετε ένα ενημερωμένο πρόγραμμα περιήγησης (ή να απενεργοποιήσετε τη λειτουργία συμβατότητας στον Internet Explorer).Επιπλέον, για να διασφαλίσουμε τη συνεχή υποστήριξη, εμφανίζουμε τον ιστότοπο χωρίς στυλ και JavaScript.
Ρυθμιστικά που εμφανίζουν τρία άρθρα ανά διαφάνεια.Χρησιμοποιήστε τα κουμπιά πίσω και επόμενο για να μετακινηθείτε στις διαφάνειες ή τα κουμπιά του ελεγκτή ολίσθησης στο τέλος για να μετακινηθείτε σε κάθε διαφάνεια.

• περιγραφή προϊόντος
• 2507 Σωλήνες από ανοξείδωτο ατσάλι από την Κίνα

Κρίσιμης σημασίας για τη σχεδίαση του γιγαντιαίου μαγνητοσυσπαστικού μορφοτροπέα (GMT) είναι η γρήγορη και ακριβής ανάλυση της κατανομής θερμοκρασίας.Η μοντελοποίηση θερμικού δικτύου έχει τα πλεονεκτήματα του χαμηλού υπολογιστικού κόστους και της υψηλής ακρίβειας και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για θερμική ανάλυση GMT.Ωστόσο, τα υπάρχοντα θερμικά μοντέλα έχουν περιορισμούς στην περιγραφή αυτών των πολύπλοκων θερμικών καθεστώτων στο GMT: οι περισσότερες μελέτες επικεντρώνονται σε στατικές καταστάσεις που δεν μπορούν να καταγράψουν τις αλλαγές θερμοκρασίας.Γενικά θεωρείται ότι η κατανομή θερμοκρασίας των γιγαντιαίων μαγνητοσυστολικών ράβδων (GMM) είναι ομοιόμορφη, αλλά η διαβάθμιση θερμοκρασίας κατά μήκος της ράβδου GMM είναι πολύ σημαντική λόγω της κακής θερμικής αγωγιμότητας, η μη ομοιόμορφη κατανομή των απωλειών του GMM σπάνια εισάγεται στη θερμική μοντέλο.Επομένως, εξετάζοντας διεξοδικά τις τρεις παραπάνω πτυχές, αυτό το έγγραφο καθιερώνει το μοντέλο GMT Transitional Equivalent Heat Network (TETN).Αρχικά, με βάση το σχεδιασμό και την αρχή λειτουργίας του διαμήκους δονητικού HMT, πραγματοποιείται θερμική ανάλυση.Σε αυτή τη βάση, καθιερώνεται το μοντέλο θερμαντικού στοιχείου για τη διαδικασία μεταφοράς θερμότητας HMT και υπολογίζονται οι αντίστοιχες παράμετροι του μοντέλου.Τέλος, η ακρίβεια του μοντέλου TETN για χωροχρονική ανάλυση θερμοκρασίας μορφοτροπέα επαληθεύεται με προσομοίωση και πείραμα.
Το γιγάντιο μαγνητοσυσταλτικό υλικό (GMM), δηλαδή η τερφενόλη-D, έχει τα πλεονεκτήματα της μεγάλης μαγνητοσυστολής και της υψηλής ενεργειακής πυκνότητας.Αυτές οι μοναδικές ιδιότητες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ανάπτυξη γιγάντιων μαγνητοσυσπαστικών μορφοτροπέων (GMTs) που μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών όπως υποβρύχιοι ακουστικοί μετατροπείς, μικροκινητήρες, γραμμικοί ενεργοποιητές, κ.λπ. 1,2.
Ιδιαίτερη ανησυχία είναι η πιθανότητα υπερθέρμανσης των υποθαλάσσιων GMT, τα οποία, όταν λειτουργούν με πλήρη ισχύ και για μεγάλες περιόδους διέγερσης, μπορούν να παράγουν σημαντικές ποσότητες θερμότητας λόγω της υψηλής πυκνότητας ισχύος τους3,4.Επιπλέον, λόγω του μεγάλου συντελεστή θερμικής διαστολής του GMT και της υψηλής ευαισθησίας του στην εξωτερική θερμοκρασία, η απόδοση εξόδου του συνδέεται στενά με τη θερμοκρασία5,6,7,8.Σε τεχνικές δημοσιεύσεις, οι μέθοδοι θερμικής ανάλυσης GMT μπορούν να χωριστούν σε δύο μεγάλες κατηγορίες9: αριθμητικές μεθόδους και μεθόδους συγκεντρωτικών παραμέτρων.Η μέθοδος πεπερασμένων στοιχείων (FEM) είναι μια από τις πιο συχνά χρησιμοποιούμενες μεθόδους αριθμητικής ανάλυσης.Xie et al.[10] χρησιμοποίησε τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων για να προσομοιώσει την κατανομή των πηγών θερμότητας μιας γιγαντιαίας μαγνητοσυστολής κίνησης και πραγματοποίησε το σχεδιασμό του συστήματος ελέγχου θερμοκρασίας και ψύξης της μονάδας.Οι Zhao et al.[11] καθιέρωσε μια κοινή προσομοίωση πεπερασμένων στοιχείων ενός τυρβώδους πεδίου ροής και ενός πεδίου θερμοκρασίας και κατασκεύασε μια έξυπνη συσκευή ελέγχου θερμοκρασίας στοιχείων GMM με βάση τα αποτελέσματα της προσομοίωσης πεπερασμένων στοιχείων.Ωστόσο, το FEM είναι πολύ απαιτητικό όσον αφορά τη ρύθμιση του μοντέλου και τον χρόνο υπολογισμού.Για το λόγο αυτό, το FEM θεωρείται σημαντική υποστήριξη για υπολογισμούς εκτός σύνδεσης, συνήθως κατά τη φάση σχεδιασμού του μετατροπέα.
Η μέθοδος της ομαδοποιημένης παραμέτρου, που συνήθως αναφέρεται ως μοντέλο δικτύου θερμότητας, χρησιμοποιείται ευρέως στη θερμοδυναμική ανάλυση λόγω της απλής μαθηματικής της μορφής και της υψηλής ταχύτητας υπολογισμού12,13,14.Αυτή η προσέγγιση παίζει σημαντικό ρόλο στην εξάλειψη των θερμικών περιορισμών των κινητήρων 15, 16, 17. Ο Mellor18 ήταν ο πρώτος που χρησιμοποίησε ένα βελτιωμένο θερμικό ισοδύναμο κύκλωμα Τ για να μοντελοποιήσει τη διαδικασία μεταφοράς θερμότητας του κινητήρα.Οι Verez et al.19 δημιούργησε ένα τρισδιάστατο μοντέλο του θερμικού δικτύου μιας σύγχρονης μηχανής μόνιμου μαγνήτη με αξονική ροή.Οι Boglietti et al.20 πρότειναν τέσσερα μοντέλα θερμικών δικτύων ποικίλης πολυπλοκότητας για την πρόβλεψη βραχυπρόθεσμων θερμικών μεταβατικών φαινομένων στις περιελίξεις του στάτη.Τέλος, οι Wang et al.21 καθιέρωσαν ένα λεπτομερές θερμικό ισοδύναμο κύκλωμα για κάθε εξάρτημα PMSM και συνόψισε την εξίσωση θερμικής αντίστασης.Υπό ονομαστικές συνθήκες, το σφάλμα μπορεί να ελεγχθεί εντός 5%.
Στη δεκαετία του 1990, το μοντέλο του δικτύου θερμότητας άρχισε να εφαρμόζεται σε μετατροπείς υψηλής ισχύος χαμηλής συχνότητας.Οι Dubus et al.22 ανέπτυξαν ένα μοντέλο δικτύου θερμότητας για να περιγράψουν τη σταθερή μεταφορά θερμότητας σε έναν διαμήκη δονητή διπλής όψης και έναν αισθητήρα κάμψης κατηγορίας IV.Οι Anjanappa et al.23 πραγματοποίησαν μια δισδιάστατη σταθερή θερμική ανάλυση μιας μαγνητοσυστολής μικροκινητήρα χρησιμοποιώντας ένα μοντέλο θερμικού δικτύου.Για τη μελέτη της σχέσης μεταξύ της θερμικής καταπόνησης των παραμέτρων Terfenol-D και GMT, οι Zhu et al.24 καθιέρωσε ένα ισοδύναμο μοντέλο σταθερής κατάστασης για τον υπολογισμό της θερμικής αντίστασης και της μετατόπισης GMT.
Η εκτίμηση θερμοκρασίας GMT είναι πιο περίπλοκη από τις εφαρμογές του κινητήρα.Λόγω της εξαιρετικής θερμικής και μαγνητικής αγωγιμότητας των υλικών που χρησιμοποιούνται, τα περισσότερα εξαρτήματα του κινητήρα που εξετάζονται στην ίδια θερμοκρασία συνήθως μειώνονται σε έναν μόνο κόμβο13,19.Ωστόσο, λόγω της κακής θερμικής αγωγιμότητας των HMM, η υπόθεση για ομοιόμορφη κατανομή θερμοκρασίας δεν είναι πλέον σωστή.Επιπλέον, το HMM έχει πολύ χαμηλή μαγνητική διαπερατότητα, επομένως η θερμότητα που παράγεται από τις μαγνητικές απώλειες είναι συνήθως ανομοιόμορφη κατά μήκος της ράβδου HMM.Επιπλέον, το μεγαλύτερο μέρος της έρευνας επικεντρώνεται σε προσομοιώσεις σταθερής κατάστασης που δεν λαμβάνουν υπόψη τις αλλαγές θερμοκρασίας κατά τη λειτουργία GMT.
Προκειμένου να λυθούν τα παραπάνω τρία τεχνικά προβλήματα, αυτό το άρθρο χρησιμοποιεί τη διαμήκη δόνηση GMT ως αντικείμενο μελέτης και μοντελοποιεί με ακρίβεια διάφορα μέρη του μορφοτροπέα, ειδικά τη ράβδο GMM.Έχει δημιουργηθεί ένα μοντέλο ενός πλήρους μεταβατικού ισοδύναμου δικτύου θερμότητας (TETN) GMT.Ένα μοντέλο πεπερασμένων στοιχείων και μια πειραματική πλατφόρμα κατασκευάστηκαν για να ελέγξουν την ακρίβεια και την απόδοση του μοντέλου TETN για χωροχρονική ανάλυση θερμοκρασίας μορφοτροπέα.
Η σχεδίαση και οι γεωμετρικές διαστάσεις του διαμήκους ταλαντούμενου HMF φαίνονται στα Σχ. 1α και β, αντίστοιχα.
Τα βασικά εξαρτήματα περιλαμβάνουν ράβδους GMM, πηνία πεδίου, μόνιμους μαγνήτες (PM), ζυγούς, μαξιλαράκια, δακτυλίους και ελατήρια belleville.Το πηνίο διέγερσης και το PMT παρέχουν στη ράβδο HMM ένα εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο και ένα μαγνητικό πεδίο πόλωσης DC, αντίστοιχα.Ο ζυγός και το σώμα, που αποτελούνται από καπάκι και μανίκι, είναι κατασκευασμένα από μαλακό σίδηρο DT4, το οποίο έχει υψηλή μαγνητική διαπερατότητα.Σχηματίζει ένα κλειστό μαγνητικό κύκλωμα με τη ράβδο GIM και PM.Το στέλεχος εξόδου και η πλάκα πίεσης είναι κατασκευασμένα από μη μαγνητικό ανοξείδωτο χάλυβα 304.Με τα ελατήρια belleville, μπορεί να εφαρμοστεί σταθερή προένταση στο στέλεχος.Όταν ένα εναλλασσόμενο ρεύμα διέρχεται από το πηνίο κίνησης, η ράβδος HMM θα δονείται ανάλογα.
Στο σχ.2 δείχνει τη διαδικασία ανταλλαγής θερμότητας εντός του GMT.Οι ράβδοι GMM και τα πηνία πεδίου είναι οι δύο κύριες πηγές θερμότητας για τα GMT.Η σερπεντίνη μεταφέρει τη θερμότητά της στο σώμα με μεταφορά αέρα στο εσωτερικό και στο καπάκι με αγωγιμότητα.Η ράβδος HMM θα δημιουργήσει μαγνητικές απώλειες υπό τη δράση ενός εναλλασσόμενου μαγνητικού πεδίου και η θερμότητα θα μεταφερθεί στο κέλυφος λόγω μεταφοράς μέσω του εσωτερικού αέρα και στον μόνιμο μαγνήτη και τον ζυγό λόγω αγωγιμότητας.Η θερμότητα που μεταφέρεται στη θήκη διαχέεται στη συνέχεια προς τα έξω με μεταφορά και ακτινοβολία.Όταν η παραγόμενη θερμότητα είναι ίση με τη θερμότητα που μεταφέρεται, η θερμοκρασία κάθε μέρους του GMT φτάνει σε μια σταθερή κατάσταση.
Η διαδικασία μεταφοράς θερμότητας σε έναν διαμήκη ταλαντούμενο ΓΤΟ: α – διάγραμμα ροής θερμότητας, β – κύριες διαδρομές μεταφοράς θερμότητας.
Εκτός από τη θερμότητα που παράγεται από το πηνίο διεγέρτη και τη ράβδο HMM, όλα τα στοιχεία ενός κλειστού μαγνητικού κυκλώματος παρουσιάζουν μαγνητικές απώλειες.Έτσι, ο μόνιμος μαγνήτης, ο ζυγός, το καπάκι και το χιτώνιο είναι ελασματοποιημένα μαζί για να μειωθεί η μαγνητική απώλεια του GMT.
Τα κύρια βήματα για τη δημιουργία ενός μοντέλου TETN για θερμική ανάλυση GMT είναι τα εξής: πρώτα ομαδοποιήστε τα στοιχεία με τις ίδιες θερμοκρασίες μαζί και αντιπροσωπεύστε κάθε στοιχείο ως ξεχωριστό κόμβο στο δίκτυο και, στη συνέχεια, συσχετίστε αυτούς τους κόμβους με την κατάλληλη έκφραση μεταφοράς θερμότητας.αγωγιμότητα και συναγωγή θερμότητας μεταξύ κόμβων.Σε αυτή την περίπτωση, η πηγή θερμότητας και η απόδοση θερμότητας που αντιστοιχεί σε κάθε εξάρτημα συνδέονται παράλληλα μεταξύ του κόμβου και της κοινής μηδενικής τάσης της γης για την κατασκευή ενός ισοδύναμου μοντέλου του δικτύου θερμότητας.Το επόμενο βήμα είναι ο υπολογισμός των παραμέτρων του θερμικού δικτύου για κάθε στοιχείο του μοντέλου, συμπεριλαμβανομένων της θερμικής αντίστασης, της θερμικής ικανότητας και των απωλειών ισχύος.Τέλος, το μοντέλο TETN υλοποιείται στο SPICE για προσομοίωση.Και μπορείτε να λάβετε την κατανομή θερμοκρασίας κάθε στοιχείου του GMT και την αλλαγή του στον τομέα χρόνου.
Για τη διευκόλυνση της μοντελοποίησης και του υπολογισμού, είναι απαραίτητο να απλοποιηθεί το θερμικό μοντέλο και να αγνοηθούν οι οριακές συνθήκες που έχουν μικρή επίδραση στα αποτελέσματα18,26.Το μοντέλο TETN που προτείνεται σε αυτό το άρθρο βασίζεται στις ακόλουθες παραδοχές:
Σε GMT με τυχαία περιελίξεις, είναι αδύνατο ή απαραίτητο να προσομοιωθεί η θέση κάθε μεμονωμένου αγωγού.Διάφορες στρατηγικές μοντελοποίησης έχουν αναπτυχθεί στο παρελθόν για τη μοντελοποίηση της μεταφοράς θερμότητας και της κατανομής θερμοκρασίας εντός των περιελίξεων: (1) σύνθετη θερμική αγωγιμότητα, (2) άμεσες εξισώσεις με βάση τη γεωμετρία αγωγού, (3) θερμικό κύκλωμα ισοδύναμου Τ29.
Η σύνθετη θερμική αγωγιμότητα και οι άμεσες εξισώσεις μπορούν να θεωρηθούν πιο ακριβείς λύσεις από το ισοδύναμο κύκλωμα T, αλλά εξαρτώνται από διάφορους παράγοντες, όπως το υλικό, τη γεωμετρία του αγωγού και τον όγκο του υπολειπόμενου αέρα στην περιέλιξη, που είναι δύσκολο να προσδιοριστούν29.Αντίθετα, το θερμικό σχήμα T-equivalent, αν και κατά προσέγγιση μοντέλο, είναι πιο βολικό30.Μπορεί να εφαρμοστεί στο πηνίο διέγερσης με διαμήκεις κραδασμούς του GMT.
Το γενικό κοίλο κυλινδρικό συγκρότημα που χρησιμοποιείται για την αναπαράσταση του πηνίου διεγέρτη και το θερμικό διάγραμμα του ισοδύναμου Τ, που προκύπτει από τη λύση της εξίσωσης θερμότητας, φαίνονται στο Σχ.3. Υποτίθεται ότι η ροή θερμότητας στο πηνίο διέγερσης είναι ανεξάρτητη στις ακτινικές και αξονικές κατευθύνσεις.Η περιφερειακή ροή θερμότητας αγνοείται.Σε κάθε ισοδύναμο κύκλωμα Τ, δύο ακροδέκτες αντιπροσωπεύουν την αντίστοιχη θερμοκρασία επιφάνειας του στοιχείου και ο τρίτος ακροδέκτης Τ6 αντιπροσωπεύει τη μέση θερμοκρασία του στοιχείου.Η απώλεια του στοιχείου P6 καταχωρείται ως σημειακή πηγή στον κόμβο μέσης θερμοκρασίας που υπολογίζεται στον «Υπολογισμό απώλειας θερμότητας πηνίου πεδίου».Στην περίπτωση της μη σταθερής προσομοίωσης, η θερμοχωρητικότητα C6 δίνεται από την εξίσωση.Το (1) προστίθεται επίσης στον κόμβο Μέσης θερμοκρασίας.
Όπου τα cec, ρec και Vec αντιπροσωπεύουν την ειδική θερμότητα, την πυκνότητα και τον όγκο του πηνίου διέγερσης, αντίστοιχα.
Στον πίνακα.Το σχήμα 1 δείχνει τη θερμική αντίσταση του ισοδύναμου Τ θερμικού κυκλώματος του πηνίου διέγερσης με μήκος lec, θερμική αγωγιμότητα λc, εξωτερική ακτίνα rec1 και εσωτερική ακτίνα rec2.
Πηνία διεγέρτη και τα θερμικά κυκλώματά τους ισοδύναμα Τ: (α) συνήθως κοίλα κυλινδρικά στοιχεία, (β) χωριστά αξονικά και ακτινικά θερμικά κυκλώματα ισοδύναμου Τ.
Το ισοδύναμο κύκλωμα Τ έχει επίσης αποδειχθεί ακριβές για άλλες κυλινδρικές πηγές θερμότητας13.Όντας η κύρια πηγή θερμότητας του ΓΤΟ, η ράβδος HMM έχει ανομοιόμορφη κατανομή θερμοκρασίας λόγω της χαμηλής θερμικής αγωγιμότητάς της, ειδικά κατά μήκος του άξονα της ράβδου.Αντίθετα, η ακτινική ανομοιογένεια μπορεί να παραμεληθεί, αφού η ακτινική ροή θερμότητας της ράβδου HMM είναι πολύ μικρότερη από την ακτινική ροή θερμότητας31.
Για να αναπαραστήσετε με ακρίβεια το επίπεδο αξονικής διακριτοποίησης της ράβδου και να λάβετε την υψηλότερη θερμοκρασία, η ράβδος GMM αντιπροσωπεύεται από n κόμβους ομοιόμορφα τοποθετημένους στην αξονική διεύθυνση και ο αριθμός των κόμβων n που μοντελοποιείται από τη ράβδο GMM πρέπει να είναι περιττός.Ο αριθμός των ισοδύναμων αξονικών θερμικών περιγραμμάτων είναι n T σχήμα 4.
Για να προσδιορίσετε τον αριθμό των κόμβων n που χρησιμοποιούνται για τη μοντελοποίηση της γραμμής GMM, τα αποτελέσματα FEM φαίνονται στην εικ.5 ως αναφορά.Όπως φαίνεται στο σχ.4, ο αριθμός των κόμβων n ρυθμίζεται στο θερμικό σχήμα της ράβδου HMM.Κάθε κόμβος μπορεί να μοντελοποιηθεί ως κύκλωμα Τ-ισοδύναμου.Η σύγκριση των αποτελεσμάτων του FEM, από το Σχ. 5 δείχνει ότι ένας ή τρεις κόμβοι δεν μπορούν να αντικατοπτρίζουν με ακρίβεια την κατανομή θερμοκρασίας της ράβδου HIM (μήκους περίπου 50 mm) στον ΓΤΟ.Όταν το n αυξηθεί στο 5, τα αποτελέσματα της προσομοίωσης βελτιώνονται σημαντικά και προσεγγίζουν το FEM.Η περαιτέρω αύξηση του n δίνει επίσης καλύτερα αποτελέσματα με κόστος μεγαλύτερου χρόνου υπολογισμού.Επομένως, σε αυτό το άρθρο, επιλέγονται 5 κόμβοι για τη μοντελοποίηση της γραμμής GMM.
Με βάση τη συγκριτική ανάλυση που πραγματοποιήθηκε, το ακριβές θερμικό σχήμα της ράβδου HMM φαίνεται στο Σχ. 6. T1 ~ T5 είναι η μέση θερμοκρασία πέντε τμημάτων (τμήμα 1 ~ 5) της ράβδου.Τα P1-P5 αντιπροσωπεύουν αντίστοιχα τη συνολική θερμική ισχύ των διαφόρων περιοχών της ράβδου, η οποία θα συζητηθεί λεπτομερώς στο επόμενο κεφάλαιο.C1~C5 είναι η θερμοχωρητικότητα διαφορετικών περιοχών, η οποία μπορεί να υπολογιστεί με τον ακόλουθο τύπο
όπου crod, ρrod και Vrod δηλώνουν την ειδική θερμοχωρητικότητα, την πυκνότητα και τον όγκο της ράβδου HMM.
Χρησιμοποιώντας την ίδια μέθοδο όπως για το πηνίο διεγέρτη, η αντίσταση μεταφοράς θερμότητας της ράβδου HMM στο Σχ. 6 μπορεί να υπολογιστεί ως
όπου τα lrod, rrod και λrod αντιπροσωπεύουν το μήκος, την ακτίνα και τη θερμική αγωγιμότητα της ράβδου GMM, αντίστοιχα.
Για τη διαμήκη δόνηση GMT που μελετήθηκε σε αυτό το άρθρο, τα υπόλοιπα εξαρτήματα και ο εσωτερικός αέρας μπορούν να μοντελοποιηθούν με διαμόρφωση ενός κόμβου.
Αυτές οι περιοχές μπορούν να θεωρηθούν ότι αποτελούνται από έναν ή περισσότερους κυλίνδρους.Μια καθαρά αγώγιμη σύνδεση ανταλλαγής θερμότητας σε ένα κυλινδρικό τμήμα ορίζεται από τον νόμο αγωγιμότητας θερμότητας Fourier ως
Όπου λnhs είναι η θερμική αγωγιμότητα του υλικού, lnhs είναι το αξονικό μήκος, rnhs1 και rnhs2 είναι η εξωτερική και η εσωτερική ακτίνα του στοιχείου μεταφοράς θερμότητας, αντίστοιχα.
Η εξίσωση (5) χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της ακτινικής θερμικής αντίστασης για αυτές τις περιοχές, που αντιπροσωπεύεται από το RR4-RR12 στο Σχήμα 7. Ταυτόχρονα, η εξίσωση (6) χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της αξονικής θερμικής αντίστασης, που αντιπροσωπεύεται από RA15 έως RA33 στο σχήμα 7.
Η θερμοχωρητικότητα ενός θερμικού κυκλώματος ενός κόμβου για την παραπάνω περιοχή (συμπεριλαμβανομένου του C7–C15 στο Σχ. 7) μπορεί να προσδιοριστεί ως
όπου ρnhs, cnhs και Vnhs είναι το μήκος, η ειδική θερμότητα και ο όγκος, αντίστοιχα.
Η μεταφορά θερμότητας μέσω μεταφοράς μεταξύ του αέρα μέσα στο GMT και της επιφάνειας της θήκης και του περιβάλλοντος μοντελοποιείται με μία μόνο αντίσταση θερμικής αγωγιμότητας ως εξής:
όπου Α είναι η επιφάνεια επαφής και h ο συντελεστής μεταφοράς θερμότητας.Ο Πίνακας 232 παραθέτει μερικά τυπικά h που χρησιμοποιούνται σε θερμικά συστήματα.Σύμφωνα με τον Πίνακα.2 συντελεστές μεταφοράς θερμότητας θερμικών αντιστάσεων RH8–RH10 και RH14–RH18, που αντιπροσωπεύουν τη συναγωγή μεταξύ του HMF και του περιβάλλοντος στο σχ.7 λαμβάνονται ως σταθερή τιμή 25 W/(m2 K).Οι υπόλοιποι συντελεστές μεταφοράς θερμότητας ορίζονται ίσοι με 10 W/(m2 K).
Σύμφωνα με την εσωτερική διαδικασία μεταφοράς θερμότητας που φαίνεται στο Σχήμα 2, το πλήρες μοντέλο του μετατροπέα TETN φαίνεται στο Σχήμα 7.
Όπως φαίνεται στο σχ.7, η διαμήκης δόνηση GMT χωρίζεται σε 16 κόμβους, οι οποίοι αντιπροσωπεύονται με κόκκινες κουκκίδες.Οι κόμβοι θερμοκρασίας που απεικονίζονται στο μοντέλο αντιστοιχούν στις μέσες θερμοκρασίες των αντίστοιχων εξαρτημάτων.Θερμοκρασία περιβάλλοντος T0, θερμοκρασία ράβδου GMM T1~T5, θερμοκρασία πηνίου διεγέρτη T6, θερμοκρασία μόνιμου μαγνήτη T7 και T8, θερμοκρασία ζυγού T9~T10, θερμοκρασία θήκης T11~T12 και T14, θερμοκρασία εσωτερικού αέρα T13 και θερμοκρασία ράβδου εξόδου T15.Επιπλέον, κάθε κόμβος συνδέεται με το θερμικό δυναμικό του εδάφους μέσω C1 ~ C15, που αντιπροσωπεύουν τη θερμική ικανότητα κάθε περιοχής, αντίστοιχα.Το P1~P6 είναι η συνολική απόδοση θερμότητας της ράβδου GMM και του πηνίου διεγέρτη αντίστοιχα.Επιπλέον, χρησιμοποιούνται 54 θερμικές αντιστάσεις για την αναπαράσταση της αγώγιμης και της συναγωγής αντίστασης στη μεταφορά θερμότητας μεταξύ γειτονικών κόμβων, οι οποίες υπολογίστηκαν στις προηγούμενες ενότητες.Ο Πίνακας 3 δείχνει τα διάφορα θερμικά χαρακτηριστικά των υλικών του μετατροπέα.
Η ακριβής εκτίμηση των όγκων απωλειών και η κατανομή τους είναι κρίσιμη για την εκτέλεση αξιόπιστων θερμικών προσομοιώσεων.Η απώλεια θερμότητας που δημιουργείται από το GMT μπορεί να χωριστεί στη μαγνητική απώλεια της ράβδου GMM, στην απώλεια Joule του πηνίου διεγέρτη, στη μηχανική απώλεια και στην πρόσθετη απώλεια.Οι πρόσθετες απώλειες και οι μηχανικές απώλειες που λαμβάνονται υπόψη είναι σχετικά μικρές και μπορούν να αγνοηθούν.
Η αντίσταση πηνίου διέγερσης εναλλασσόμενου ρεύματος περιλαμβάνει: την αντίσταση συνεχούς ρεύματος Rdc και την αντίσταση δέρματος Rs.
όπου f και N είναι η συχνότητα και ο αριθμός των στροφών του ρεύματος διέγερσης.Τα lCu και rCu είναι οι εσωτερικές και εξωτερικές ακτίνες του πηνίου, το μήκος του πηνίου και η ακτίνα του χάλκινου μαγνητικού σύρματος όπως ορίζεται από τον αριθμό AWG (Αμερικανικό μετρητή καλωδίων).ρCu είναι η ειδική αντίσταση του πυρήνα του.Το μCu είναι η μαγνητική διαπερατότητα του πυρήνα του.
Το πραγματικό μαγνητικό πεδίο μέσα στο πηνίο πεδίου (σωληνοειδές) δεν είναι ομοιόμορφο κατά το μήκος της ράβδου.Αυτή η διαφορά είναι ιδιαίτερα αισθητή λόγω της χαμηλότερης μαγνητικής διαπερατότητας των ράβδων HMM και PM.Είναι όμως διαμήκως συμμετρικό.Η κατανομή του μαγνητικού πεδίου καθορίζει άμεσα την κατανομή των μαγνητικών απωλειών της ράβδου HMM.Επομένως, για να αντικατοπτριστεί η πραγματική κατανομή των απωλειών, μια ράβδος τριών τμημάτων, που φαίνεται στο σχήμα 8, λαμβάνεται για μέτρηση.
Η μαγνητική απώλεια μπορεί να ληφθεί με τη μέτρηση του βρόχου δυναμικής υστέρησης.Με βάση την πειραματική πλατφόρμα που φαίνεται στο Σχήμα 11, μετρήθηκαν τρεις βρόχοι δυναμικής υστέρησης.Υπό την προϋπόθεση ότι η θερμοκρασία της ράβδου GMM είναι σταθερή κάτω από 50°C, το προγραμματιζόμενο τροφοδοτικό AC (Chroma 61512) οδηγεί το πηνίο πεδίου σε ένα συγκεκριμένο εύρος, όπως φαίνεται στο σχήμα 8, τη συχνότητα του μαγνητικού πεδίου που δημιουργείται από το Το ρεύμα δοκιμής και η προκύπτουσα πυκνότητα μαγνητικής ροής υπολογίζονται ενσωματώνοντας την τάση που προκαλείται στο πηνίο επαγωγής που είναι συνδεδεμένο στη ράβδο GIM.Τα ακατέργαστα δεδομένα λήφθηκαν από το καταγραφικό μνήμης (MR8875-30 ανά ημέρα) και υποβλήθηκαν σε επεξεργασία σε λογισμικό MATLAB για να ληφθούν οι μετρημένοι βρόχοι δυναμικής υστέρησης που φαίνονται στο Σχ. 9.
Μετρημένοι βρόχοι δυναμικής υστέρησης: (α) τμήμα 1/5: Bm = 0,044735 T, (β) τμήμα 1/5: fm = 1000 Hz, (γ) τμήμα 2/4: Bm = 0,05955 T, (d ) τμήμα 2/ 4: fm = 1000 Hz, (ε) τμήμα 3: Bm = 0,07228 T, (f) τμήμα 3: fm = 1000 Hz.
Σύμφωνα με τη βιβλιογραφία 37, η συνολική μαγνητική απώλεια Pv ανά μονάδα όγκου ράβδων HMM μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον ακόλουθο τύπο:
όπου ABH είναι η περιοχή μέτρησης στην καμπύλη BH στη συχνότητα του μαγνητικού πεδίου fm ίση με τη συχνότητα του ρεύματος διέγερσης f.
Με βάση τη μέθοδο διαχωρισμού απωλειών Bertotti38, η μαγνητική απώλεια ανά μονάδα μάζας Pm μιας ράβδου GMM μπορεί να εκφραστεί ως το άθροισμα της απώλειας υστέρησης Ph, της απώλειας δινορεύματος Pe και της ανώμαλης απώλειας Pa (13):
Από την άποψη της μηχανικής38, οι ανώμαλες απώλειες και οι απώλειες δινορευμάτων μπορούν να συνδυαστούν σε έναν όρο που ονομάζεται ολική απώλεια δινορευμάτων.Έτσι, ο τύπος για τον υπολογισμό των ζημιών μπορεί να απλοποιηθεί ως εξής:
στην εξίσωση.(13)~(14) όπου Bm είναι το πλάτος της μαγνητικής πυκνότητας του διεγερτικού μαγνητικού πεδίου.Τα kh και kc είναι ο συντελεστής απώλειας υστέρησης και ο συνολικός συντελεστής απώλειας δινορευμάτων.