冷却风扇气动性能及噪声模拟与试验验证

为评估冷却风扇气动性能及噪声,以某摩托车用轴流式冷却风扇为研究对象,应用计算流体力学和计算声学方法,采用流体分析软件STAR-CCM+和噪声分析软件Virtual Lab对风扇性能及噪声开展研究,并与风扇性能和噪声试验数据对比验证计算模型的可靠性。结果表明:轴流式冷却风扇风量仿真值与实测值变化趋势一致,最大误差约为4.9%,总体平均误差约为2.94%。轴流式风扇转速4213 r/min及风压0 Pa时,噪声仿真值与试验值的误差为9.7%,误差低于10%,可满足工程需求。类似研究方法应用于发电机组用离心式风扇风量及噪声预测研究中,经分析得出离心式风扇入口风速试验值与仿真值间最大误差为9.17%,最小误差为5%;1 m远场噪声监测点的噪声声压级仿真值为66 dB(A),实测声压级为75 dB(A),两者差异为9 dB(A),误差约为13.6%,原因是实测噪声值中含有电机驱动系统运转的噪声。研究结果可为轴流式及离心式风扇的气动性能及噪声评估提供方法参考。

进气道滚流比对发动机压升率及噪声的影响

以某双喷射6缸发动机为研究对象,设计高滚流比和低滚流比2种进气道,通过三维计算流体动力学软件AVL Fire对缸内流场进行仿真,分析发动机燃烧特性,并进行台架燃烧测试和噪声测试。仿真结果表明:在转速为2800 r/min、平均有效压力为1.3 MPa工况下,相比高滚流进气道方案,低滚流气道方案的缸内第一、二个峰值滚流比分别降低了43.3%、34.9%,最大缸内平均压力降低544 kPa,最大压力升高率降低16.84%。台架试验结果表明:2种进气道的燃烧持续期相差不大,相比高滚流进气道方案,低滚流方案以曲轴转角表示的燃烧重心推迟了2.02°,燃油消耗率增大0.67%,压力升高率(压升率)降低了19.87%,发动机在频率为700~1300 Hz时的噪声约降低6.0 dB,噪声改善效果明显。

燃料电池增程式动力系统能量管理策略研究

以某款纯电动客车为研究对象,以增加车辆续驶里程为目的,提出燃料电池增程式混合动力系统结构,根据性能指标对动力系统各部件进行匹配计算和选型.提出了开关/功率跟随式能量管理策略,基于Cruise和Simulink分别搭建了整车动力系统模型和燃料电池及能量管理策略模型并进行联合仿真.结果表明,采用文中提出的能量管理策略车辆经济性相对于开关式和能量跟随式两种控制策略分别提高62%和31%,续驶里程相对于该两种控制策略分别提高41%和18%.

基于自适应粒子群优化算法的串联复合涡轮储能优化策略

针对发动机串联复合涡轮发电系统储能困难等问题,提出了一种基于自适应粒子群优化(SAPSO)算法的最大功率点追踪(MPPT)方法,增强发电系统功率的捕获能力。此外,采用混合储能系统(HESS)替代单一蓄电池储能,实现电能的高效、稳定存储。通过Matlab/Simulink软件,建立了基于发动机串联复合涡轮发电的储能优化控制仿真模型,对比分析了不同控制方法在设定工况下的功率追踪性能以及混合储能系统的储能特性。仿真结果表明,相较于传统扰动观测法(P&O)控制方法,在所提的SAPSO-MPPT方法下,发电功率提高了190 W,响应时间缩短了0.15 s。同时,HESS能够有效追踪母线上的需求功率,电能回收效率高达95.3%。最后,基于Y24型改装发动机台架搭建了串联复合涡轮发电系统实验平台,对所提储能优化控制策略的节油潜力进行了实验验证。结果表明,SAPSO-MPPT+HESS储能优化策略能够有效提高排气能量回收效率,优化后系统总热效率比原发动机提高了提高0.53个百分点。

基于机器学习的工业设备故障预测与维护管理研究

本文探讨了应用机器学习技术,基于支持向量机(SVM)模型,对工业设备故障进行预测的有效性,并提出了相应的维护管理策略。通过分析设备故障类型、温度、压力、振动、电流、电压、发生时间、持续时间、维修措施、维修成本、维护活动类型、维护时间、维护频率以及维护效果等关键指标的数值分布,发现模型在多个维度上具有较高的预测准确性。这为设备的预防性维护提供了有力的数据支持,有助于企业提前采取措施,减少突发故障的发生,提高设备运行效率和企业的生产效率。基于模型预测结果,本文提出了定期检查与预防性维护、备件库存管理、维修策略优化、维护活动标准化以及维护效果评估与反馈等维护管理策略。这些策略的实施有助于企业降低维护成本,延长设备使用寿命,并最终提升企业的竞争力。

两种直动式高速电磁阀数值模拟与动态响应对比分析

针对直动式高速电磁阀动铁芯与阀芯加工、装配工艺要求高,一致性较差的问题,提出了一种动铁芯与阀芯可分离的结构,基于AMESim平台建立此款电磁阀电–磁–机–气多物理场耦合模型,考虑了动铁芯与阀芯撞击与分离的情况,并在试验台上进行了验证。然后与另一种动铁芯与阀芯“绑定”的结构形式进行比较分析。结果表明:两种电磁阀在动态响应与影响动态响应的关键参数存在差别。在同等条件下,第一种结构形式的电磁阀动态响应整体略差,但是其对动铁芯–阀芯加工、装配工艺的要求较低。

低碳醇汽油发动机燃烧分析实验平台设计及教学应用

为探究低碳醇掺混汽油的醇基燃料在缸内具体的燃烧状态和燃烧过程,该文基于自然吸气式气道喷射汽油发动机搭建实验平台,并改进了燃烧分析功能。基于实验平台开展了3种燃料(92号汽油、甲醇比例85%的甲醇汽油、50%异丙醇掺混的92号汽油)的缸内燃烧实验,分析了醇基燃料燃烧状和在发动机中的燃烧性能。实验平台可完成动力性、经济性分析等测试项目,并可对缸压、放热率以及燃料自燃性质进行测量分析。

国Ⅵ直喷汽油机颗粒数量及微观形貌排气输运演变特性

开展了某一国Ⅵ直喷汽油机三元催化转化器(TWC)前、TWC后、汽油机颗粒捕集器(GPF)后3个位置的颗粒物采样及微观形貌研究,分析了发动机工况、TWC、GPF对国Ⅵ直喷汽油机尾气颗粒数量、粒径分布、微观形貌的影响。结果表明,该直喷汽油机尾气颗粒数量排放整体上呈单峰分布,低转速小负荷工况下,粒径<23nm的颗粒数量较高。随着发动机转速和负荷的增大,峰值粒径向大粒径方向移动。直喷汽油机尾气颗粒物由“核‒壳”结构基本碳粒子堆积形成,呈链状、枝状、簇状等结构;负荷增大,颗粒物尺寸略有增大,基本碳粒子重叠度增强,分形维数增大;转速增大,颗粒物尺寸减小,基本碳粒子重叠度减弱,分形维数减小。随着排气输运的进行,颗粒数量逐渐降低;TWC不影响颗粒的粒径分布形态,颗粒数量净化效率41.6%~94.2%,对<23 nm的小粒径颗粒净化效果较好,低转速小负荷工况的颗粒数量净化效率较高;GPF的颗粒数量净化效率约80%,23~100 nm颗粒数量净化效率较高,对粒径<10nm的颗粒净化作用不大。TWC和GPF不影响颗粒物结构形式,TWC和GPF后颗粒物基本碳粒子重叠度减弱,分形维数减小。

Pd(111)与Pt(111)上NO氧化的第一性原理研究

随着排放法规的日益严格,发动机的氮氧化物(NO_(x))后处理已成为当今研究的重点问题.针对目前可有效降低稀燃汽油机NO_(x)的稀燃氮氧化物捕集器中铂(Pt)和钯(Pd)两种贵金属之间的替换问题,进行了密度泛函理论(density functional theory,DFT)计算研究.首先,对一氧化氮(NO)、氧气(O_(2))、二氧化氮(NO_(2))在两种催化剂(111)表面的吸附进行了研究,之后,在两催化剂表面对比研究了氧化过程中涉及的O_(2)解离与NO氧化两反应过程,揭示了NO在Pd与Pt催化剂上的氧化机理.结果显示:3种物质在催化剂表面的吸附强度为NO>O_(2)>NO_(2).氧覆盖度将会改变氮氧化物的最佳吸附构型,随着表面氧原子的增加NO会由三重空位式吸附转变为顶点吸附,NO_(2)会由μ-N,O-亚硝基吸附转变为硝基吸附.在O_(2)解离过程中Pt的催化能力优于Pd,但是两者对NO氧化的催化能力接近.在Pd和Pt表面反应限速步骤都是O_(2)的解离,Pd对O_(2)较弱的解离能力导致了其NO的转化效率低于Pt.氧覆盖度对氧化过程存在影响,通过电子结构分析发现,氧覆盖度的提升使催化剂与吸附物质之间的吸附能下降,这导致了反应由吸热变为放热,使催化可以自发进行.反应生成的NO_(2)需要1.00 eV以上的能量完成脱附,这在原子层面解释了NO_(2)对NO氧化反应的抑制作用.

阿特金森率协同废气再循环率对高效汽油机性能影响研究

为量化研究阿特金森(Atkinson,ATK)效应对高压缩比高效汽油机动力性和油耗的影响,提出一种综合考虑有效膨胀比和有效压缩比的ATK率(Ratk)定义,并在台架上开展了不同阿特金森循环方案对整机性能的影响研究。在较优方案基础上,基于最佳热效率(best thermal efficiency,BTE)工况,深入研究了不同ATK率协同外部冷却废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)率对油耗的影响规律。研究结果表明:随着Ratk的增加,标定点转矩呈先增大后快速降低趋势;BTE工况点油耗先快速下降,然后逐步趋缓;特征点油耗则呈现先增后快速降低的趋势。整体来看,方案最大Ratk从1.62提升至1.84,特征工况点油耗降低3.5 g/(kW·h),BTE点油耗降低2.5 g/(kW·h),标定点动力性下降3 N·m。此外,在BTE工况,ATK率与EGR率存在一定的协同关系,两者无法同时获得最大值,当ATK率处于中低位值时,可获得最佳的油耗表现。

某单缸发动机冷却系统数值模拟及优化

为研究某单缸发动机冷却系统的冷却性能及工作流量,采用CFD方法对该单缸发动机冷却系统开展流场分析及工作流量提升研究。实验结果表明:该发动机冷却系统原方案的工作流量为34 L/min,不满足当发动机转速8 000 r/min时工作流量43.75 L/min的设计要求。通过优化水套阻力和提升冷却水泵性能,冷却系统的工作流量提升至44 L/min,增幅为29.4%。研究结果可为该单缸发动机冷却系统的冷却性能评估及结构改进提供仿真数据支撑。

二冲程半直喷航空发动机喷油策略研究

基于自主研发的二冲程低压半直喷航空发动机及控制系统,开展喷油控制策略及对发动机性能影响规律的研究。结果表明:对于不同的发动机运行工况,需要采取不同的喷油策略组合。在起动和怠速工况,采用进气道喷射的独立供油方式;在部分负荷及高负荷工况,采用进气道喷射和缸内直喷协同供油方式,随着发动机直喷比例的提高,燃油消耗率相应减小;与采用进气道喷射供油相比较,采用低压半直喷供油可以获得较理想的燃油经济性。

多孔介质微观结构对柴油机颗粒捕集器性能影响的模拟探究

为了优化柴油机颗粒捕集器的捕集、压降性能,本文基于孔径概率密度函数和孔隙率分布函数建立了二维柴油机颗粒捕集器孔道微观结构模型,考虑了拦截机理和扩散机理用以计算颗粒在过滤器中的沉积分布情况和捕集效率。计算结果表明:多孔介质微观结构和入口速度对颗粒捕集效率的影响与粒径有关,100 nm粒径颗粒随流速增大初始捕集效率降低最为明显,1000 nm粒径颗粒在不同均匀性的过滤壁下的捕集效率差超过了30%;孔径分布函数方差越大,颗粒就会更多地分布在过滤壁前端,捕集效率也越高,但较大的孔径方差会导致捕集器的初始压降增大和捕集过程结束时的性能出现恶化。

高压缩比点燃式发动机甲醇/PODE燃烧特征研究

在甲醇发动机中,通过提高压缩比和火花点火,并采用聚甲氧基二甲醚(PODE)作为活性改进燃料,可实现混合气压燃,突破火焰传播速度对热效率的限制。研究了双燃料火花辅助压燃(SACI)模式与单燃料甲醇点燃在不同负荷和转速下的燃烧特征、热效率和排放特性。结果表明,双燃料SACI对热效率的作用效果与负荷区间相关,BMEP为0.8 MPa时,热效率可达到41.9%,相比甲醇点燃提高1.9%,BMEP小于0.4 MPa时,循环变动较高,热效率低于甲醇点燃;双燃料SACI有利于降低NO_(x)排放,在BMEP为0.8 MPa时,NO_(x)排放比甲醇点燃减少79%;转速提高可加速PODE扩散,有助于初期可燃混合气形成,燃烧中压燃比例降低,火焰传播引燃比例提高;低负荷时HC排放随转速增加而降低;高转速会导致压燃比例降低,NO_(x)排放增加;低速大负荷对效率和排放较有利。

涂层参数对多孔介质压降与捕集性能的影响

为研究涂层对颗粒捕集器(DPF)在颗粒捕集过程中效率及压降的变化情况、孔道轴向及壁厚方向的沉积情况,建立二维加膜DPF孔道模型.主要考虑颗粒拦截机理和扩散机理、涂层渗透率及厚度等诸参数,研究涂层渗透率和厚度对捕集过程的影响以及对速度增加不利影响的抑制作用.结果表明:入口速度为1 m/s时穿壁速度呈“U形”,入口速度为5 m/s和10 m/s时呈“钩形”,涂层提高进/出口孔道轴线速度的线性,降低末端穿壁速度的峰值;涂层有效提高孔壁的捕集效率并且明显缩短饱和时间,使更多颗粒堆积在孔壁表面,但涂层过低的渗透率使得压降急剧增加;厚度增加使初始捕集效率小幅增加,但无法有效缩短饱和时间,厚度为39.0/23.4μm较为适宜;厚度相较于渗透率对压降的影响较小;大部分颗粒拦截在多孔介质壁的前端,可以防止颗粒进入壁面深处所带来的永久性压降.

基于预补偿的缸孔型线优化设计及其密封特性研究

以某非道路高压共轨柴油机为研究对象,建立了螺栓–缸盖–缸垫–缸套–机体装配耦合模型,采用仿真分析与测试相结合的方式研究了工作状态下的缸套热机耦合失圆变形。基于缸套变形结果设计了锥形、瓶颈形、纺锤形、椭圆形、椭圆纺锤复合形5种具有不同型线特征的异形缸套预补偿方案,研究了不同异形缸套的热机耦合变形量、傅里叶变形幅值及其密封与摩擦性能。研究结果表明,在第三缸的101.8 mm截面处,椭圆形方案的最大径向变形量比原机缸套减小了15.42%;椭圆形缸套的窜气量与原机缸套相比减小了1.34%,其他方案的窜气量均比原机缸套大;与原机缸套相比,纺锤形缸套和椭圆纺锤复合形缸套的机油消耗量减小了21.36%。

柴油机油底壳穿孔板隔声罩优化设计

以某型柴油机的油底壳作为研究对象,对其声振特性进行识别与分析,确定设计穿孔板隔声罩的共振频带范围。使用粒子群算法针对共振频率进行穿孔板参数的优化设计,再通过阻抗管试验确定小孔分布对吸声性能的影响,并对穿孔板隔声罩进行多目标形貌优化设计以避开共振及激励频率。目标柴油机上加装优化的油底壳穿孔板隔声罩后,整机总声压级降低0.5 d B,降噪效果较好。

基于深度学习的发动机声品质预测模型研究

为建立发动机辐射噪声品质深度学习预测模型,搭建试验台架采集发动机辐射噪声,计算噪声信号心理学客观参数并进行主观评价试验。采用卷积神经网络(convolution neural net‐work,CNN)提取信号特征,引入长短期记忆网络(long short-term memory network,LSTM)模型捕获信号长期依赖信息,利用注意力(Attention)机制使模型自动学习关键特征信息。以心理学客观参数为输入,主观评价得分为输出,建立CNN-LSTM-Attention声品质预测模型,引入改进麻雀搜索算法(improved sparrow search algorithm,ISSA)优化模型超参数,提高预测准确性。研究结果表明,ISSA-CNN-LSTM-Attention模型对发动机声品质具有良好的训练性能和预测能力,训练集和测试集的决定系数分别为0.988、0.981,训练集和测试集的平均绝对误差分别为0.204、0.241。该模型能够准确地反映客观评价参数与主观满意度之间的非线性映射关系,为发动机声品质预测提供了新的思路和方法。

常减压装置高温热油管道的应力分析及优化设计

为了确保管道布置和法兰连接的可靠性和安全性,高温管道的应力分析十分必要。利用CAESAR II软件对常减压装置的高温热油管道进行了一次应力和二次应力校核。分析了各节点的热态位移、约束力和力矩等关键数据。采用L型和Z型自然补偿方案,合理规划了管道布置,优化了支吊架设计。进一步采用Kellogg当量压力法校核了热油泵和常压塔设备管嘴与管道之间法兰连接的可靠性,最终确保了该热油管道的安全、长周期运行。

电控放气阀涡轮增压器在柴油机上的试验研究

在一台满足国六b阶段排放标准的柴油机上,开展电控放气阀涡轮增压器对发动机性能、排放影响的试验研究。试验验证表明:发动机匹配电控放气阀涡轮增压器在发动机中高转速工况对油耗有一定改善,在中低负荷工况能降低油耗、提高排气温度。通过电控放气阀开度特性优化并确定最优的控制参数,在WHTC循环SCR催化器平均温度从226℃提升到246℃,冷态WHTC循环NOx排放降低25%,冷热加权NOx排放降低8.6%。