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Output Voltage Model and Mechanical-Magnetic Design of Magnetostrictive Vibration Energy Harvester with a Rotating Up-Frequency Structure1
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作者 Huang Wenmei Xue Tianxiang +2 位作者 Feng Xiaobo Weng Ling Li Mingming 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第24期7639-7650,共12页
A vibration energy harvester can harvest vibration energy in the environment and convert it into electrical energy to power the sensors in the Internet of Things.Human walking contains high-quality vibration energy,wh... A vibration energy harvester can harvest vibration energy in the environment and convert it into electrical energy to power the sensors in the Internet of Things.Human walking contains high-quality vibration energy,which serves as the energy source for vibration energy harvesters due to its abundant availability,high energy conversion efficiency,and environmental friendliness.It is difficult to harvest human walking vibration due to its low frequency.Converting the low-frequency vibration of human walking into high-frequency vibration has attracted attention.In previous studies,vibration energy harvesters typically increase frequency by raising excitation frequency or inducing free vibration.When walking frequency changes,the up-frequency method of raising the excitation frequency changes the voltage frequency,resulting in the best load resistance change and reducing the output power.The up-frequency method of inducing free vibration does not increase the external excitation frequency,which has relatively low output power.This paper designs a magnetostrictive vibration energy harvester with a rotating up-frequency structure.It consists of a rotating up-frequency structure,a magnetostrictive structure,coils,and bias magnets.The main body of the rotating up-frequency structure comprises a torsion bar and a flywheel with a dumbbell-shaped hole.The magnetostrictive structure includes four magnetostrictive metal sheets spliced by Galfenol and steel sheets.The torsion bar and flywheel interact to convert low-frequency linear vibration into rotating high-frequency excitation vibration of the flywheel.The flywheel plucks the magnetostrictive metal sheet with a high excitation frequency to generate free vibration.The vibration energy harvester increases the excitation frequency while inducing free vibration,which can effectively improve the output power.To characterize the excitation vibration and free vibration,based on the theory of Euler-Bernoulli beam theory,the vibration equation of the magnetostrictive metal sheet after being excited is given.According to the classical machine-magnetic coupling model and the Jiles-Atherton physical model,the relationship between stress and magnetization strength is derived.Combined with Faraday's law of electromagnetic induction,the distributed dynamic output voltage model is established.This model can predict the output voltage at different excitation frequencies.Based on this model,the mechanical-magnetic structural parameter optimization design is carried out.The parameters of the magnetostrictive metal sheet,the bias magnet,and the rotating up-frequency structure are determined.A comprehensive experimental system is established to test the device.The peak-to-peak voltage and output voltage signal by the proposed model are compared.The average relative deviation of the peak-to-peak voltage and the output voltage signal is 4.9%and 8.2%,respectively.The experimental results show that the output power is proportional to the excitation frequency.The optimum load resistance is always 800Ωas the excitation frequency changes,simplifying the impedance-matching process.The maximum peak-to-peak voltage of the device is 58.60 V,the maximum root mean square(RMS)voltage is 9.53 V,and the maximum RMS power is 56.20 mW.The magnetostrictive vibration energy harvester with a rotating up-frequency structure solves the problem of impedance matching,which improves the output power.The proposed distributed dynamic output voltage model can effectively predict the output characteristics.This study can provide structural and theoretical guidance for up-frequency structure vibration energy harvesters for human walking vibration. 展开更多
关键词 Vibration energy harvester MAGNETOSTRICTIVE rotating up-frequency dynamic model free vibration
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Numerical simulation for Darcy-Forchheimer 3D rotating flow subject to binary chemical reaction and Arrhenius activation energy
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作者 Tasawar HAYAT Arsalan AZIZ +1 位作者 Taseer MUHAMMAD Ahmed ALSAEDI 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2019年第5期1250-1259,共10页
Three-dimensional Darcy-Forchheimer nanoliquid flow in the presence of rotating frame and activation energy is inspected.Flow is developed through linearly stretching of the surface.Convection of heat and mass exchang... Three-dimensional Darcy-Forchheimer nanoliquid flow in the presence of rotating frame and activation energy is inspected.Flow is developed through linearly stretching of the surface.Convection of heat and mass exchange is given due consideration.The novel characteristics in regards to Brownian dispersion and thermophoresis are retained.The variation in partial differential framework (PDEs) to nonlinear ordinary differential framework (ODEs) is done through reasonable transformations.Governing differential frameworks have been computed in edge of NDSolve.Discussion regarding thermal field and concentration distribution for several involved parameters is pivotal part.Physical amounts like surface drag coefficients,transfer of heat and mass rates are portrayed by numeric esteems.It is noticed that impacts of porosity parameter and Forchheimer number on the thermal and concentration fields are quite similar.Both temperature and associated thermal layer thickness are enhanced for larger porosity parameter and Forchheimer number.Temperature and concentration fields exhibit similar trend for the higher values of rotational parameter.Effects of thermal and concentration Biot numbers on the temperature and concentration fields are qualitatively similar.Higher Prandtl and Schmidt numbers correspond to stronger temperature and concentration fields.Larger nondimensional activation energy,temperature difference parameter and fitted rate constant yield weaker concentration field.Brownian motion parameter for temperature and concentration has reverse effects while similar trend is observed via thermophoresis parameter. 展开更多
关键词 nanoparticles rotating frame Arrhenius activation energy Darcy-Forchheimer porous space numerical solution
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基于旋转运动的负泊松比结构压电俘能器设计与研究
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作者 李文彬 时岩 +1 位作者 陆亚平 高强 《南京理工大学学报》 北大核心 2025年第1期104-112,共9页
针对智能轮胎技术所面临的无线传感器供能问题,提出了一种可用于轮胎自供能的负泊松比结构压电俘能器。基于欧拉-拉格朗日理论,建立了轮胎旋转激励下包含离心力和重力的负泊松比压电悬臂梁动力学模型。分析了负泊松比结构和平板结构的... 针对智能轮胎技术所面临的无线传感器供能问题,提出了一种可用于轮胎自供能的负泊松比结构压电俘能器。基于欧拉-拉格朗日理论,建立了轮胎旋转激励下包含离心力和重力的负泊松比压电悬臂梁动力学模型。分析了负泊松比结构和平板结构的静力学性能及最佳负载,并通过数值分析和试验对负泊松比结构和平板结构的电压和输出功率进行研究,揭示了输出电压随转速变化的规律。数值结果表明:负泊松比结构的压电俘能器比平板结构压电俘能器俘能效率明显提高,峰值电压提高了41.23%,峰值功率提升了139.14%,工作带宽增大了54.55%。 展开更多
关键词 俘能器 负泊松比结构 旋转运动 压电悬臂梁
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考虑系统运行差异的风火储协调一次调频控制策略
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作者 杨婷婷 李浩千 +2 位作者 吴鑫彦 柳玉 康静秋 《太阳能学报》 北大核心 2025年第6期430-439,共10页
针对系统运行差异,提出一种风火储协调的一次调频控制策略。首先提出一种针对风力机运行状态差异的一次调频功率分配策略,定义调频裕度因子量化风力机实时调频能力,确保风力机安全、有效地参与调频;其次,针对风电调频面临的系统频率二... 针对系统运行差异,提出一种风火储协调的一次调频控制策略。首先提出一种针对风力机运行状态差异的一次调频功率分配策略,定义调频裕度因子量化风力机实时调频能力,确保风力机安全、有效地参与调频;其次,针对风电调频面临的系统频率二次跌落问题,提出基于模糊控制的火储协同转速恢复策略,以快速且经济地实现转子转速的恢复。仿真结果显示,该策略有效地实现风火储的协调一次调频,在确保经济性和可靠性的同时,充分利用风电的调频容量,有效改善系统的频率特性。 展开更多
关键词 风力发电 频率响应 转子动能 二次频率跌落 转速恢复
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基于SMA驱动的压电旋转俘能器性能研究
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作者 田晓超 牛德峰 +4 位作者 韩城泽 李响 杜泽磊 李沈芳 刘夏 《压电与声光》 北大核心 2025年第4期732-738,共7页
针对工业废热回收问题,设计了一种基于形状记忆合金(SMA)弹簧驱动的压电旋转俘能器。利用SMA吸收热能驱动压电振子振动转化为电能,从而实现废热回收利用。构建机械结构模型并阐述其工作原理,建立系统发电模型并进行仿真分析,探究压电振... 针对工业废热回收问题,设计了一种基于形状记忆合金(SMA)弹簧驱动的压电旋转俘能器。利用SMA吸收热能驱动压电振子振动转化为电能,从而实现废热回收利用。构建机械结构模型并阐述其工作原理,建立系统发电模型并进行仿真分析,探究压电振子参数对发电性能的影响,最终制作实验样机进行测试。试验结果表明,在水温100℃下,当压电振子长60 mm,输出电压最大为6.005 V;当压电振子厚度比为0.4时,发电性能最好,输出电压为6.174 V;当压电旋转俘能器啮合距离为3 mm、发电单元组数设置为4组时,达到了输出功率为0.174 mW的发电效果,验证了基于SMA驱动的压电旋转俘能器实现热能转化电能的可行性。 展开更多
关键词 压电俘能 旋转俘能器 形状记忆合金 压电振子 能量转换
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自限位双稳态压电能量采集性能优化研究
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作者 喻顺 郑学军 白泉 《机械科学与技术》 北大核心 2025年第4期676-683,共8页
针对现有压电能量收集装置输出功率低下,俘能范围小的问题,提出了一种新型的自限位双稳态悬臂梁压电收集装置来收集旋转能量。双稳态悬臂梁可以获得更大的位移,使粘贴在悬臂梁根部的压电片获得更大的变形,以获得更高的电输出。同时引入... 针对现有压电能量收集装置输出功率低下,俘能范围小的问题,提出了一种新型的自限位双稳态悬臂梁压电收集装置来收集旋转能量。双稳态悬臂梁可以获得更大的位移,使粘贴在悬臂梁根部的压电片获得更大的变形,以获得更高的电输出。同时引入了曲面边界对悬臂梁起到限位作用,防止悬臂梁过度变形导致压电片破损。悬臂梁撞击曲面边界还会产生振动,进一步提升了装置的电输出。通过实验和仿真分析进一步对装置进行优化,并与无双稳态的结构进行对比,最大平均功率提升了21%,并且可以收集高转速下的能量。 展开更多
关键词 压电俘能 双稳态 旋转能量收集 磁力 自限位
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转速对等温活塞压缩系统的影响分析
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作者 吴博 任腾 +2 位作者 闫泳利 许未晴 谷艳玲 《机床与液压》 北大核心 2025年第12期155-159,179,共6页
等温活塞多孔介质和液体之间存在流动阻力,系统克服阻力做的功会抵消等温活塞由于增强换热而节省的能量,且这一现象表现出显著的转速依赖性。为了探究转速对等温活塞内部流动阻力以及压缩效率的影响规律,基于面心立方结构假设,建立流动... 等温活塞多孔介质和液体之间存在流动阻力,系统克服阻力做的功会抵消等温活塞由于增强换热而节省的能量,且这一现象表现出显著的转速依赖性。为了探究转速对等温活塞内部流动阻力以及压缩效率的影响规律,基于面心立方结构假设,建立流动阻力数学模型,定义等温活塞的节能率和系统压缩效率。通过分析转速对阻力的影响,综合评价等温活塞的节能性能。结果表明:随着转速的增加,阻力功的变化率也随之增加,阻力功占总功的比例逐渐增大,等温活塞压缩系统的节能率和效率逐渐下降;当压缩比为7、节能率为0时,等温活塞压缩系统的最高转速为650 r/min。 展开更多
关键词 压缩空气储能 等温压缩 等温活塞 阻力 转速
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基于压电与电磁复合效应的超声振动能量采集方法
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作者 汪御飞 李康康 +2 位作者 张海彬 陈渊博 王光庆 《浙江大学学报(工学版)》 北大核心 2025年第6期1293-1302,共10页
为了高效采集超声设备中的振动能量并将其转换为电能,提出基于压电与电磁复合效应的超声振动能量采集方法.针对超声振动幅值小、加速度大的特点,在超声设备中集成设计基于正压电效应的环状压电振动能量采集器,直接采集并转换设备运行中... 为了高效采集超声设备中的振动能量并将其转换为电能,提出基于压电与电磁复合效应的超声振动能量采集方法.针对超声振动幅值小、加速度大的特点,在超声设备中集成设计基于正压电效应的环状压电振动能量采集器,直接采集并转换设备运行中的微幅超声振动能量;针对超声振动幅值小、频率高的特点,设计将微观的超声振动转变为宏观的大幅旋转运动的转换机构,基于电磁感应机理在超声设备中进一步集成设计旋转运动能量采集器,实现超声振动能量的微观/宏观转换与采集.基于压电效应和电磁感应原理建立压电/电磁复合超声振动能量采集与转换模型,通过仿真分析模型参数对超声振动能量采集性能的影响,通过实验验证了模型的准确性.研究结果表明,在频率为38.2 kHz、幅值为1.88μm的超声激励下,复合采集器的输出电压为46.7 V,压电和电磁能量采集器的输出功率分别为104.3、43.8 mW,输出功率满足低功耗电子器件的供电需求. 展开更多
关键词 超声振动 压电效应 电磁旋转 能量采集 动力学模型
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新能源制氢系统电解槽阵列的优化轮值策略
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作者 朱一昕 刘宇凡 +2 位作者 王子瑶 吴昊 惠学达 《太阳能学报》 北大核心 2025年第7期530-540,共11页
为延长电解槽运行寿命,该文对新能源制氢系统中的电解槽阵列开展控制策略研究。首先,对制氢电解槽进行负荷特性建模,得到电相关特性;其次,对传统阵列轮值策略进行分析,并总结出传统策略的不足,分析改进方法;然后,针对规模化新能源制氢系... 为延长电解槽运行寿命,该文对新能源制氢系统中的电解槽阵列开展控制策略研究。首先,对制氢电解槽进行负荷特性建模,得到电相关特性;其次,对传统阵列轮值策略进行分析,并总结出传统策略的不足,分析改进方法;然后,针对规模化新能源制氢系统,提出一种基于双层控制架构的电解槽阵列优化轮值策略。最后,仿真结果表明所提策略可有效平衡负荷运行状态,以延长电解槽使用寿命。 展开更多
关键词 制氢 电解槽 可再生能源 电解水 优化轮值策略
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配电网有功-无功运行包络计算方法
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作者 施路炜 徐潇源 +1 位作者 严正 谭振飞 《中国电机工程学报》 北大核心 2025年第3期884-898,I0007,共16页
配电网运行包络将配电网安全运行与分布式能源(distributed energy resource,DER)调控解耦,将配电网安全运行约束映射到DER出力约束空间,为解决配电网和DER分属主体不同、调控目标差异的问题提供有效手段。设计配电网运行包络的关键是... 配电网运行包络将配电网安全运行与分布式能源(distributed energy resource,DER)调控解耦,将配电网安全运行约束映射到DER出力约束空间,为解决配电网和DER分属主体不同、调控目标差异的问题提供有效手段。设计配电网运行包络的关键是计算各个节点功率准许波动范围,现有研究主要关注有功运行包络,忽略无功波动范围。该文研究配电网的有功-无功运行包络计算方法。首先,构建有功-无功运行包络的旋转矩形模型,通过引入旋转参数,扩大运行包络中有功-无功区域;其次,建立考虑配电网电压与潮流约束的运行包络鲁棒优化模型,并推导其二次约束规划问题;然后,提出基于网络拓扑参数特征的运行包络快速算法,显著提升优化问题求解速度;最后,采用不同规模配电网进行算例分析,验证所提出的配电网运行包络计算方法的有效性和先进性。 展开更多
关键词 配电网 分布式能源 运行包络 旋转矩形 拓扑参数特征
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旋转叶片裂纹故障特征提取与分析
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作者 官宏 熊茜 +1 位作者 马辉 汪伟伟 《东北大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第3期60-68,共9页
为了实现叶片裂纹故障特征提取,首先,基于Mindlin-Reissner壳单元建立含呼吸效应的裂纹叶片有限元模型,求解裂纹叶片在离心载荷与气动载荷共同作用下的动力学响应,为故障特征提取提供激励信号输入.然后,建立基于非线性输出频率响应函数... 为了实现叶片裂纹故障特征提取,首先,基于Mindlin-Reissner壳单元建立含呼吸效应的裂纹叶片有限元模型,求解裂纹叶片在离心载荷与气动载荷共同作用下的动力学响应,为故障特征提取提供激励信号输入.然后,建立基于非线性输出频率响应函数的故障指标以及能量指标.最后,分析各种指标对于旋转叶片裂纹故障特征提取的有效性.结果表明,贡献率指标F_(e)(n)以及加权贡献率指标R_(n)(n)对叶片裂纹故障进行诊断时稳定性较差且不敏感,而能量指标在共振与非共振状态下均能有效提取叶片裂纹故障特征.所得结论可以为旋转叶片裂纹故障的特征提取、分析及指标筛选提供工程技术指导. 展开更多
关键词 旋转叶片 呼吸裂纹 故障特征提取 能量指标 有限元法
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水平振动下近壁颗粒动力学特性研究
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作者 曾霖 赵云华 《高技术通讯》 北大核心 2025年第6期662-674,共13页
颗粒与壁面的相互作用对颗粒流的运动有着重要影响,掌握近壁颗粒的运动规律是建立颗粒动力学壁面边界模型的基础。本文对水平简谐振动随机粗糙壁面上的球形颗粒运动进行实验测量,通过二维图像信息获取颗粒二维平动速度和三维旋转速度,... 颗粒与壁面的相互作用对颗粒流的运动有着重要影响,掌握近壁颗粒的运动规律是建立颗粒动力学壁面边界模型的基础。本文对水平简谐振动随机粗糙壁面上的球形颗粒运动进行实验测量,通过二维图像信息获取颗粒二维平动速度和三维旋转速度,并统计分析不同壁面振动频率、颗粒直径、单层颗粒浓度下的颗粒运动特性。结果表明,颗粒沿驱动方向的速度分布呈双峰或多峰高斯分布,而其他方向的速度分布呈单峰高斯分布;颗粒平动能量与旋转能量分配与均分定理相悖,具有较强的各向异性。结合以往理论,本文提出了带修正系数的能量分布关系式。 展开更多
关键词 颗粒-壁面相互作用 水平振动 颗粒旋转速度 速度分布函数 动能各向异性
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基于转速差补偿环的双馈风机电网调频特性研究
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作者 孙浩宁 王德林 李京华 《电测与仪表》 北大核心 2025年第8期62-67,共6页
针对双馈异步风力发电机组(double fed induction generator,DFIG)的特点,从转子动能入手,通过控制DFIG减载运行方式,协调风机的转子动能与减载功率之间的关系,控制转子能量的释放过程,充分利用转子的旋转动能,可以提升风机电网调频能... 针对双馈异步风力发电机组(double fed induction generator,DFIG)的特点,从转子动能入手,通过控制DFIG减载运行方式,协调风机的转子动能与减载功率之间的关系,控制转子能量的释放过程,充分利用转子的旋转动能,可以提升风机电网调频能力。在综合惯量控制的基础上,文章首次提出了通过附加转速差补偿环控制模块,能够更好地释放转子动能,使得DFIG能够进一步释放风机转子中的旋转动能,为电网提供短暂的功率支撑,实现了正常运行保留部分功率,又能主动参与电网频率调节。同时利用不同的给定转速值,实现备用功率的量化输出控制,以适应电力行业的数字化转型要求。仿真比较结果表明,具有转速差补偿环的控制策略在电网一次调频特性上明显优于综合惯量控制,提升了调频能力,能够有效降低大规模风电机组并网给电力系统频率稳定造成的影响。 展开更多
关键词 双馈风电机组 转子旋转能量 转速差补偿 备用功率量化输出 数字化转型
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基于天牛须遗传杂交算法的张拉整体结构吸能优化研究
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作者 冯晓东 沈军 +2 位作者 郑亦汶 赵文雁 刘贺平 《哈尔滨工程大学学报》 北大核心 2025年第7期1379-1387,共9页
为探究影响多自应力模态张拉整体结构吸能性能的因素,制定此类结构合理的吸能优化策略,本文采用天牛须遗传杂交算法分阶段对其开展优化研究。第1阶段中根据张拉整体结构的找形分析理论并匹配构件的单边属性,找寻可使结构成形的初始自应... 为探究影响多自应力模态张拉整体结构吸能性能的因素,制定此类结构合理的吸能优化策略,本文采用天牛须遗传杂交算法分阶段对其开展优化研究。第1阶段中根据张拉整体结构的找形分析理论并匹配构件的单边属性,找寻可使结构成形的初始自应力。第2阶段中以竖向荷载下结构可吸收的最大能量为目标函数,结合拉索松弛及塑性破坏、压杆屈曲和构件碰撞等约束条件,建立约束优化模型。结果表明:对于独立的空间18杆36索张拉整体结构与拼接的复杂张拉整体结构,当联合优化体系的预应力水平和分布时,吸能效果可分别提升约156.88%和50.75%,验证了算法的有效性。 展开更多
关键词 张拉整体结构 找形分析 预应力分布 预应力优化 天牛须搜索算法 共旋坐标法 应变能 吸能性能
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基于柔性互联的有源配电网储能系统双层优化配置
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作者 颜湘武 靳瑞琦 +3 位作者 卢俊达 贾焦心 郭美辰 吴鸣 《太阳能学报》 北大核心 2025年第9期303-312,共10页
针对高比例分布式电源接入下有源配电网产生的新能源消纳、馈线功率急剧波动、倒送和越限等问题,提出一种基于旋转潮流控制器柔性互联的有源配电网储能系统双层优化配置方法。首先,构建双层模型,规划层模型以全寿命周期内旋转潮流控制器... 针对高比例分布式电源接入下有源配电网产生的新能源消纳、馈线功率急剧波动、倒送和越限等问题,提出一种基于旋转潮流控制器柔性互联的有源配电网储能系统双层优化配置方法。首先,构建双层模型,规划层模型以全寿命周期内旋转潮流控制器(RPFC)和储能配置下系统回收期为优化目标,实现RPFC和储能位置与容量的最优配置,运行层模型以配电网年运行成本为优化目标,引入RPFC将柔性互联作为灵活性调节资源参与运行优化。其次,采用Pulp求解器与遗传算法混合优化求解储能优化配置模型。最后,通过IEEE33节点算例进行仿真,结果验证所提RPFC和储能联合配置方案在配有柔性互联装置的配电网中具有适用性,能有效改善弃风弃光、馈线功率倒送和越限等问题,提高新能源消纳率、系统的灵活性和经济性。 展开更多
关键词 配电网 储能 选址 柔性互联 旋转潮流控制器 优化配置
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基于“陀螺动能”的反向旋转临界转速主动识别方法
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作者 关海涛 冯国全 《航空发动机》 北大核心 2025年第1期89-95,共7页
为了识别航空发动机反向旋转双转子-支承系统的临界转速,采用有限元法建立了带有中介支承的反向旋转双转子-支承系统模型。通过对该模型进行动力学计算分析,深入了解其内部运动机理。采用能量法和“陀螺动能”计算分析,发现了反向旋转... 为了识别航空发动机反向旋转双转子-支承系统的临界转速,采用有限元法建立了带有中介支承的反向旋转双转子-支承系统模型。通过对该模型进行动力学计算分析,深入了解其内部运动机理。采用能量法和“陀螺动能”计算分析,发现了反向旋转双转子-支承系统的运动规律并识别出临界转速,通过不平衡响应计算验证了识别方法的正确性。结果表明:转子“陀螺动能”的大小与临界转速的分布密切相关,采用基于“陀螺动能”识别临界转速的方法可用于识别反向旋转双转子-支承系统的临界转速。该识别方法将传统的人工识别转变为算法主动识别,可为航空发动机动力学设计和优化提供参考。该识别方法不仅适用于反向旋转双转子-支承系统,还可推广至同向旋转等其他转子-支承系统的动力学分析和临界转速识别。 展开更多
关键词 临界转速 主动识别 反向旋转 双转子-支承系统 陀螺动能 转子动力学 航空发动机
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高空长航时太阳能无人机三维全覆盖航迹规划
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作者 王茜 王翔宇 +2 位作者 焦俊 张子健 张健 《北京航空航天大学学报》 北大核心 2025年第8期2735-2747,共13页
临近空间太阳能无人机(UAVs)具有超长航时的特点,可以有效解决传统无人机任务期间续航能力不足的问题,提出大跨时间空间场景下基于“点对面”覆盖任务的太阳能无人机三维(3D)路径规划方法,在能量获取及转换有限的情况下通过对太阳能与... 临近空间太阳能无人机(UAVs)具有超长航时的特点,可以有效解决传统无人机任务期间续航能力不足的问题,提出大跨时间空间场景下基于“点对面”覆盖任务的太阳能无人机三维(3D)路径规划方法,在能量获取及转换有限的情况下通过对太阳能与重力势能合理分配与调度实现任务效能的最大化。在建立太阳辐照模型、能量系统模型的基础上,采用分段能量管理策略对24 h跨昼夜任务周期进行能源分配与调度及飞行阶段划分,定义每个阶段的目标函数及边界条件,引入高斯伪谱法(GPM)求解该多阶段多目标最优控制问题。引入旋转卡壳算法(RCA)求解凸多边形区域全覆盖路径规划(CPP)问题,结合最大太阳辐照路径与最佳覆盖任务路径进行多目标优化,并与传统全覆盖路径规划算法进行对比验证;联合高斯伪谱法及旋转卡壳算法求解具有能量约束和任务约束的三维航迹规划问题。仿真结果表明:在随机任意生成的凸多边形区域内,所提方法在满足太阳能无人机昼夜能量闭环的基础上,平均太阳辐照功率提升了11.64%,全覆盖任务路径降低了10.9%,显著提高了太阳能无人机的任务效能,实现了能源效用的最大化。 展开更多
关键词 全覆盖路径规划 能源管理与调度 多目标优化 高斯伪谱法 旋转卡壳算法
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基于多物理场耦合分析的水下副边旋转阵列式LCT温升研究
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作者 程志远 刘亭亭 +2 位作者 张志芹 宋晓逸 吴海丽 《中国电机工程学报》 北大核心 2025年第6期2367-2377,I0028,共12页
松耦合变压器(loosely coupled transformer,LCT)是实现水下无线电能传输(wireless power transfer,WPT)的核心组件,一般需满足简易充电对位、强抗偏移能力、轻量化及低电磁辐射与温升需求。为此,首先提出一种副边旋转阵列式水下LCT结构... 松耦合变压器(loosely coupled transformer,LCT)是实现水下无线电能传输(wireless power transfer,WPT)的核心组件,一般需满足简易充电对位、强抗偏移能力、轻量化及低电磁辐射与温升需求。为此,首先提出一种副边旋转阵列式水下LCT结构,该结构配合所设计的笼状对接装置,简化充电对位同时可有效防止径向偏移,由于拾取机构采用旋转阵列式磁芯结构,极大降低了自主式水下航行器(autonomous underwater vehicles,AUV)负重,进而提高AUV的机动性与续航能力。关于水下LCT温升研究,鉴于传统三维电磁模型和传热原理难以估计水下LCT不均匀损耗与温度分布,利用COMSOL搭建水下LCT电磁-热-流多物理场耦合仿真模型,同时为实现热点分布的精准计算,建模过程中充分考虑海水涡流及外壳等相关因素对水下LCT温升的影响。仿真与实验结果表明,所建立的物理模型热点与实际测量值最大误差仅为2.13%,模型温升分布规律能够较准确反映实际情况,验证了该模型的有效性与合理性。结果可为水下LCT优化散热进而提升水下WPT系统性能、寿命及可靠性提供一定理论依据。 展开更多
关键词 水下无线电能传输 旋转阵列式松耦合变压器 多物理场耦合 热点分布 轻量化
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叶轮转速及颗粒粒径对浮选机固-液两相流场特性影响研究
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作者 牛福生 窦念舟 张晋霞 《矿冶工程》 北大核心 2025年第3期77-83,共7页
借助计算流体力学仿真技术,采用欧拉方法模拟XFD型浮选机内部颗粒流动行为,探究叶轮转速及颗粒粒径对浮选机固-液两相流场分布特征的影响,揭示浮选机内的流体运动规律;从速度场、湍流度等方面揭示浮选机的浮选动力学特点。模拟结果表明... 借助计算流体力学仿真技术,采用欧拉方法模拟XFD型浮选机内部颗粒流动行为,探究叶轮转速及颗粒粒径对浮选机固-液两相流场分布特征的影响,揭示浮选机内的流体运动规律;从速度场、湍流度等方面揭示浮选机的浮选动力学特点。模拟结果表明:转速1800 r/min时,存在液相速度最大值5.32 m/s,转子区域与下循环区域流体运动速度和湍流动能较高且流场相对稳定,适合矿物浮选分离;微细粒矿物颗粒粒径对浮选机内部固-液两相流场特性影响较小,转子表面压力分布与颗粒粒径密切相关,且在定子与转子间的区域,湍流动能显著增强,促进了赤铁矿颗粒的有效分散。通过赤铁矿浮选试验研究不同叶轮转速下精矿品位以及回收率的变化,叶轮转速1800 r/min时精矿Fe品位为66.35%,回收率为85.34%,结合浮选流场模拟结果,叶轮转速1800 r/min比较适合于浮选作业。 展开更多
关键词 浮选机 数值模拟 固-液两相流 浮选试验 湍流动能 叶轮转速 流场特征 颗粒粒径
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Improving energy utilization efficiency of electrical discharge milling in titanium alloys machining 被引量:3
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作者 郭成波 韦东波 狄士春 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2016年第10期2550-2557,共8页
Electrical discharge milling(ED-milling) can be a good choice for titanium alloys machining and it was proven that its machining efficiency can be improved to compete with mechanical cutting. In order to improve energ... Electrical discharge milling(ED-milling) can be a good choice for titanium alloys machining and it was proven that its machining efficiency can be improved to compete with mechanical cutting. In order to improve energy utilization efficiency of ED-milling process, unstable arc discharge and stable arc discharge combined with normal discharge were implemented for material removal by adjusting servo control strategy. The influence of electrode rotating speed and dielectric flushing pressure on machining performance was investigated by experiments. It was found that the rotating of electrode could move the position of discharge plasma channel, and high pressure flushing could wash melted debris out the discharge gap effectively. Both electrode rotating motion and high pressure flushing are contributed to the improvement of machining efficiency. 展开更多
关键词 electrical discharge milling electrode rotating dielectric flushing energy utilization efficiency material removal rate tool electrode wearing rate
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