Теплові поля конструкцій п’єзокерамічних електроакустичних перетворювачів в режимі випромінювання звуку

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.advisorДрозденко, Олександр Іванович
dc.contributor.authorПерчевська, Людмила Вадимівна
dc.date.accessioned2021-11-26T11:55:13Z
dc.date.available2021-11-26T11:55:13Z
dc.date.issued2021
dc.description.abstractukДисертаційна робота присвячена дослідженню теплових полів для п’єзокерамічних електроакустичних перетворювачів, що працюють в режимі випромінювання звуку. Об’єкт дослідження – теплові процеси в конструкціях п'єзокерамічних електроакустичних перетворювачів в режимі випромінювання звуку. Предмет дослідження – теплові поля конструкцій п'єзокерамічних електроакустичних перетворювачів в режимі випромінювання звуку. В дисертації отримано такі наукові результати: - вперше застосовано аналітичний метод розрахунку для знаходження теплових полів п’єзокерамічних електроакустичних перетворювачів стержневого типу. - вперше здійснено порівняння аналітичного методу розрахунку та комп’ютерного моделювання для знаходження теплових полів типових конструкцій п’єзокерамічних електроакустичних перетворювачів стержневого та циліндричного типів. - вперше досліджено теплові поля стержневих п’єзокерамічних електроакустичних перетворювачів з урахуванням додаткових елементів конструкції, зокрема корпусу. - вперше досліджено ефективність використання активного та пасивного охолодження для перетворювача. - вперше досліджено зміщення резонансної частоти стержневого перетворювача при застосуванні пасивних методів охолодження. - отримали подальший розвиток конструктивні заходи для забезпечення нормального теплового режиму стержневих перетворювачів: застосування охолоджуючих вставок, охолоджуючих шарів зі спеціальних сумішей, спеціальних форм накладок перетворювачів. - отримали подальший розвиток методики дослідження теплових полів, що використовуються при створенні конструкцій сучасних п’єзокерамічних електроакустичних перетворювачів. Зміст дисертаційного дослідження викладений у чотирьох розділах, у яких представлені та обґрунтовані основні результати роботи. У вступі обґрунтовано актуальність дисертаційної роботи, сформульовано мету і завдання дослідження, описано методи дослідження теплових полів перетворювачів, надана інформація про наукову новизну та практичне значення одержаних результатів. Надано перелік публікацій за темою дисертаційної роботи та апробація результатів із зазначенням особистого внеску. В першому розділі проведено літературний огляд найбільш вразливих до теплового впливу типів п’єзокерамічних електроакустичних перетворювачів, галузі застосування, в яких описується проблема нагріву перетворювачів. Описані проблеми притаманні галузям, що використовують п’єзокерамічні електроакустичні перетворювачів, які нагріваються. Розглянуті механічні, вібраційні, електричні та теплові навантаження, які виникають в перетворювачі при роботі. Також розглянуто важливість попереднього навантаження п’єзоелементів, його взаємодія з експлуатаційними навантаженнями в перетворювачах, зміна значень граничного допустимого навантаження. Проаналізовані причини виникнення нагріву перетворювачів, безпечна робоча температура. Запропонований поділ негативних наслідків нагріву перетворювачів на три групи: обмеження, що накладають на прилад через збільшення нагріву; зміна параметрів приладу і характеристик матеріалів зі збільшення температури; незворотні наслідки нагріву, з їх подальшим описом. Розглянуто енергетичні втрати (діелектричні, п'єзоелектричні і механічні) в п'єзокерамічних електроакустичних перетворювачах. Проаналізовані механізми теплових процесів в перетворювачах. Розглянуто роботи з різними методами визначення температури розігріву перетворювачів та їх тепловими полями. В другому розділі описана методика аналітичного розрахунку теплового поля за допомогою розв’язання диференціального рівняння теплопровідності Фур’є. Стратифіковано стержневу конструкцію п’єзокерамічного електроакустичного перетворювача до трьох шарів, що імітують поле нескінченних пластин. Записані умови однозначності (геометричні умови, фізичні умови, часові умови, граничні умови). В тому числі вісім граничних умов: два рівняння для рівності температури на поверхні перетворювача, два рівняння для рівності температури в точках контакту шарів, по два рівняння для рівності теплових потоків в точках контакту шарів та на границях тіла з оточуючим середовищем. Розв'язане диференціальне рівняння теплопровідності для трьох шарів, знайдені шість невідомих констант, що залишились після інтегрування. Представлено результат у вигляді розв’язку рівнянь теплопровідності та графіку теплового поля. Компенсований циліндричний рідиннозаповненої конструкції п’єзокерамічний електроакустичний перетворювач стратифіковано до п’яти шарів, записані умови однозначності. В тому числі дванадцять граничних умов: два рівняння для рівності температури на поверхні перетворювача, чотири рівняння для рівності температури в точках контакту шарів; чотири рівняння для рівності теплових потоків в точках контакту шарів та два рівняння для рівності теплових потоків на границях тіла з оточуючим середовищем. Для моделі розв'язане диференціальне рівняння теплопровідності для п’яти шарів, знайдені десять невідомих констант, що залишились після інтегрування. Отримано розв’язки рівняння теплопровідності для кожного шару та двовимірний графік теплового поля циліндричного перетворювача. В третьому розділі проведено моделювання та експериментальне дослідження теплового поля стержневого перетворювача і моделювання циліндричного перетворювача компенсованої рідиннозаповеної конструкції та для моделі з герметизацією торців. Обґрунтований вибір програмного середовища для моделювання теплових полів. В результаті моделювання було отримано двота тривимірний графіки теплових полів стержневого та циліндричного перетворювачів та графіки перехідного процесу нагрівання. В результаті експериментального дослідження отримані графіки нагрівання та охолодження п’єзокерамічного електроакустичного перетворювача стержневого типу в трьох точках: на тильній накладці, активному елементі та випромінюючій накладці. Порівняно графіки перехідного процесу нагрівання, отриманих шляхом експериментального вимірювання та моделювання теплового поля. Четвертий розділ присвячено методам зменшення температури п’єзокерамічних випромінюючих перетворювачів. Обговорені конструкторські методи зниження температури розігріву шляхом вибору матеріалів для електродів, накладок, активних матеріалів. Запропоновані пасивні та активні методи охолодження, що використовуються для стержневих перетворювачів. Досліджена ефективність пасивних та активних методів охолодження стержневого перетворювача, шляхом моделювання його теплових полів. Досліджено вплив корпусу на теплові поля стержневого перетворювача та на ефективність конструкторських методів охолодження. Проведено дослідження впливу пасивних методів охолодження на зміщення резонансної частоти коливальної системи. Отримані графіки залежності зміщення резонансної частоти стержневого перетворювача в залежності від зміни тильної накладки на ту, що сприяє зменшенню нагріву перетворювача. Практична значимість результатів: - розроблено методики розрахунку теплових полів для випромінюючих п'єзокерамічних електроакустичних перетворювачів стержневого та циліндричного типів. - розроблені рекомендації щодо застосування конструктивних заходів для зменшення температури розігріву перетворювачів стержневого типа: застосування охолоджуючих вставок, охолоджуючих шарів зі спеціальних сумішей, спеціальних форм накладок перетворювачів, активного охолодження. - отримані залежності, за якими можливо врахувати вплив додаткових елементів конструкції, призначених для охолодження перетворювачів, на резонансні характеристики перетворювачів. Дані методики та рекомендації будуть корисні при конструюванні стержневих та циліндричних перетворювачів. Наведені рекомендації щодо зменшення максимальної температури розігріву стержневого перетворювача корисні для конструювання перетворювачів, в яких теплові навантаження виходять за границі допустимих норм. Результати роботи впроваджені в освітній процес кафедри Акустичних та мультимедійних електронних систем Національного Технічного Університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» до дисциплін «Основи конструювання в електроніці» та «Конструювання акустичних приладів та систем».uk
dc.format.page128 с.uk
dc.identifier.citationПерчевська, Л. В. Теплові поля конструкцій п’єзокерамічних електроакустичних перетворювачів в режимі випромінювання звуку : дис. … д-ра філософії : 171 Електроніка / Перчевська Людмила Вадимівна. – Київ, 2021. – 128 с.uk
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/45247
dc.language.isoukuk
dc.publisher.placeКиївuk
dc.subjectп'єзокерамічний електроакустичний перетворювачuk
dc.subjectтеплові поляuk
dc.subjectнагріванняuk
dc.subjectексплуатаційні навантаженняuk
dc.subjectтеплові навантаженняuk
dc.subjectдиференціальне рівняння теплопровідності Фур’єuk
dc.subjectмоделювання теплового поляuk
dc.subjectпасивні методи охолодженняuk
dc.subjectактивні методи охолодженняuk
dc.subjectpiezoceramic electroacoustic transduceruk
dc.subjectthermal fieldsuk
dc.subjectheatinguk
dc.subjectoperating loadsuk
dc.subjectthermal loadsuk
dc.subjectFourier differential thermal equationuk
dc.subjectthermal field modelinguk
dc.subjectpassive cooling methodsuk
dc.subjectactive cooling methodsuk
dc.subject.udc534.232uk
dc.titleТеплові поля конструкцій п’єзокерамічних електроакустичних перетворювачів в режимі випромінювання звукуuk
dc.typeThesis Doctoraluk

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
Perchevska_dys.pdf
Розмір:
3.72 MB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Опис:
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
9.01 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Дисертації (АМЕС)
Дисертації (вільний доступ)