融合多源数据挖掘信息的非轴对称端壁/叶身联合成型设计空间知识挖掘

为厘清联合成型设计空间各造型方法对涡轮叶栅性能提升的贡献,将基于总变差分析的全局敏感性分析方法与平行坐标系及直方图、散点图等可视化技术相结合,提出了将多源数据挖掘信息进行融合的设计空间知识挖掘框架,并利用该框架对某小展弦比叶栅端壁/叶身联合成型设计空间进行知识挖掘。结果表明:叶栅气动损失增减对基元型线微调十分敏感;非轴对称端壁所带来的损失减少量与型线微调接近,但设计空间内不同非轴对称端壁样本性能波动较小,导致其重要性被全局敏感性分析方法低估;虽然单独采用弯叶片难以整体降低小展弦比叶栅损失,但将弯、型线微调和非轴对称端壁造型相结合可获得“1+1+1>3”的性能增益;在端壁/叶身联合成型设计空间内,将基元型线朝着后加载方向微调,并采用喉部附近下凹较深的非轴对称端壁造型及反弯叶片设计,可获得气动损失较小的叶栅设计。研究结果明晰了端壁/叶身联合成型设计空间优化解特征,可为类似小展弦比叶栅设计优化提供借鉴。

基于GT-Power的压电晶体喷油器性能仿真分析

为优化柴油机压电晶体喷油器性能,采用GT-Power建立高压共轨压电晶体喷油器仿真模型,改变模型中压电晶体的材料属性,设置不同电压条件,仿真分析压电晶体执行器的弹性模量、晶体驱动电压对执行器位移、喷油针阀压强、喷油器温度及每循环喷油量的影响。仿真结果表明:压电晶体喷油器弹性模量大于75 GPa,执行器位移随驱动电压的增大而增大;喷油器弹性模量大于80 GPa,喷油针阀处的压强增大,温度升高;相比弹性模量为55 GPa,弹性模量为80 GPa时,压电晶体执行器位移增大15.6%,喷油器每循环喷油量增加2.3%。压电晶体喷油器弹性模量为75~80 GPa,可以提高喷油速率,缩短喷油持续期,有利于提高柴油机热效率。

无静态泄漏电控喷油器压力特性交互作用相关性分析

为揭示无静态泄漏电控喷油器压力波动特性,本文借助AMESim仿真平台,搭建了电控喷油器的数值模型,通过试验数据对比,验证了模型的准确性。定义喷油压力波动与喷油压力降作为压力特性的衡量指标,结合实验设计与相关性分析方法,探究了压力特性与影响参数间交互作用的相关性。结果表明:对于喷油压力波动,进油孔孔径、回油孔孔径、喷孔直径三者间的交互作用具有显著影响,且其相关性受轨压工况的影响显著,在低轨压时,进油孔直径与喷孔直径的交互作用与其成正相关,回油孔孔径与进油孔孔径、喷孔直径的交互作用与其成负相关,在高轨压时各项的相关性相反;对于喷油压力降,在全工况平面内,影响因素的交互作用对其影响微弱,其交互作用可以忽略;影响因素的交互作用对压力特性的影响对轨压工况的变化敏感,与控制脉宽的变化无关。

柴油喷雾撞击高温壁面的瞬态传热特性

通过瞬态测温技术对定容燃烧室中柴油喷雾撞击高温壁面的瞬态传热特性进行了研究.结果表明:初始壁面温度从250℃升高到550℃,壁面上传热模式由膜态蒸发转化为核态沸腾,进而转化为过渡沸腾,这种转化使表面热流密度和换热系数先增大后减小,且分别在440℃和400℃达到最大值.增大喷射压力、减小撞壁距离和环境温度有助于提高表面热流密度和换热系数.初始表面温度的升高增加了喷射压力和撞壁距离对传热特性的影响,但降低了环境温度的作用.以毕渥数和傅里叶数表示的量纲为1表面热流密度曲线形态高度相似,且揭示了喷雾撞击高温壁面过程中的内部传热机制.此外,建立了一种准确性高、适用壁面温度范围广的预测最大表面热流密度的量纲为1模型.

衔铁偏心对高速电磁阀全工况电磁力的影响

高速电磁阀(HSV)是电控燃油喷射系统的关键部件,其衔铁偏心作用是影响高速电磁阀静、动态特性的重要因素.为了揭示高速电磁阀衔铁偏心作用对其全工况电磁力的影响规律,结合试验和数值模拟方法,建立了高速电磁阀有限元仿真模型,并通过与试验电磁力对比验证了其精度,最大误差为4.8%;分析了衔铁中心偏移和偏转及其交互作用对高速电磁阀电磁力的影响.结果表明:随着衔铁中心偏移率增大,轴向电磁力逐渐变小,而径向电磁力逐渐增大,但总体对电磁力的影响不显著;随着衔铁中心偏转角增大,轴向电磁力近似呈线性下降,轴向电磁力最大降低率为59.5%,而径向电磁力虽然逐渐增大,但增幅不明显;衔铁中心偏移与绕偏移方向偏转交互作用对轴向电磁力的影响最显著,全工况下该交互因子与轴向电磁力的相关系数绝对值最小为0.471,最大为0.624.

双升程电控喷油器多次喷射油量波动特性研究

为实现船用柴油机高压共轨系统喷射的柔性和稳定控制,提出一种双升程电控喷油器,基于搭建的喷油器AMESim仿真模型,探究了喷油器不同多次喷射模式下的油量波动特性.结果表明:大升程预喷模式下的主喷量标准差随预喷量的增加先上升后下降,而小升程预喷模式下的主喷量标准差随预喷量呈幅值逐渐降低的波动变化趋势.总体上,在预喷量为161~660 mm^(3)范围,小升程预喷模式在降低主喷量波动程度方面比大升程预喷模式更占优势.预喷射采用小升程喷射模式且预喷量一定时,升程切换延迟为0.2 ms的靴形主喷模式在降低主喷量波动程度方面略优于相同主喷脉宽或相同单次喷射油量的大升程主喷模式.大升程和小升程后喷模式下的后喷量标准差随主喷脉宽和目标后喷量均呈波动变化趋势,且小升程后喷模式下的后喷量标准差波动程度更小.与大升程后喷模式相比,小升程后喷模式在降低后喷量波动程度方面更占优势.

智能电网中基于填充方法的双向拍卖电力资源分配方法

为解决智能电网环境中用户富裕电能回售问题,完成电力资源的再分配,从经济学的角度设计了一种激励机制以鼓励拥有富裕电力的用户为电力紧缺用户提供电力资源。提出了一种双向拍卖机制,该机制包括使用填充概念的电力资源分配方法和有效的定价策略,以保证智能电网环境下电力资源分配的理想性能。所提双向拍卖机制考虑了电力资源传输成本与距离之间的关系,设计了供需匹配关系;所提分配方法采用了基于线性规划的填充分配方法,以接近最优的近似算法,在多项式时间内得到资源分配结果;在定价方面,分别采用了基于关键值的定价策略和基于维克瑞-克拉克-格罗夫斯(VCG)机制的定价策略,以计算获胜买方用户的付款价格和获胜卖方用户的收款价格,实现了双向拍卖中的真实性、个人理性和预算平衡。仿真结果表明,所设计的拍卖机制保证了一系列理想的经济属性,包括真实性、预算平衡以及个人理性,并且可以在多项式时间内得到近似最优解的分配结果,为智能电网环境下的电力资源再分配问题提供了一种有效的解决方案。

基于单向阀控制高压油管的问题研究

随着环境污染和能源危机的日趋严重,很多国家已经颁布了非常严格的柴油机排放法规,促使柴油机朝低排放和低油耗的方向发展。燃油系统作为柴油机的核心部分,其技术指标直接影响燃烧产物的产生及油耗的高低。高压共轨燃油喷射系统作为新型的燃油系统,是满足上述柴油机发展要求的重要技术工具。因此,开展高压共轨燃油喷射系统的研究具有十分重要的理论意义与现实价值。

轨压波动非线性预测模型研究

轨压波动是由高压油泵连续脉动供油和喷油器间歇喷射导致系统内燃油受到周期性激励而引起的响应。分析了共轨管内压力波动的产生机理,基于燃油非定常流动的连续方程和动量方程导出了表征轨压波动的双曲型偏微分方程,通过数值差分方法离散偏微分方程而得到系统状态矩阵,以油泵供油压力变化率和喷油器喷油压力变化率作为系统输入变量,共轨管不同位置压力波动作为系统输出变量,以状态空间方法分析了系统压力波动特性。将计算结果与实验测量数据进行对比,结果表明所建立的非线性数值模型能准确表征轨压波动特性。

重型天然气发动机氧传感器控制系统研究

为了提升重型天然气发动机空燃比控制精度,本文基于模型控制方法,从氧传感器的工作原理出发,构建了基于氧传感器的自适应空燃比测量及控制系统模型,通过自适应控制及瞬态补偿策略,实现全工况空燃比精确闭环控制,λ控制精度提升20%,实现更佳的排放控制水平,在WHTC循环排放测试中,主要排放污染物均实现明显降低,NO_(x)降低23%,CH_(4)排放降低40%。

使用正时皮带的柴油机高压油泵相位的优化设计

为提升柴油机正时系统的可靠性,本文分析了使用正时皮带的柴油机中高压油泵的安装相位对正时系统的影响。针对某3L排量柴油机的高压油泵安装相位进行研究,利用AVL多体动力学软件Excite Timing Drive对正时系统进行动态仿真分析,确认高压油泵最优相位下正时张紧器的摆角、皮带振幅等参数,并通过对比试验验证。结果表明,高压油泵在最优相位下,可有效避开正时系统周期性扭矩叠加,最大程度的降低正时系统承受的扭矩及冲击,提升正时皮带的可靠性。

多次预喷射策略对柴油机燃烧噪声的影响

为降低柴油机的燃烧噪声,建立台架试验平台,分析一次预喷和二次预喷策略下缸压、压力升高率和噪声的变化规律;利用GT-Power软件建立燃烧仿真模型,分析二次预喷策略下,不同预喷角和预喷油量对燃烧噪声的影响。试验结果表明:相比一次预喷策略,二次预喷策略的缸压和压力升高率峰值下降,压力升高率最大峰值约降低0.1 MPa/(°),燃烧噪声下降5.2 dB;仿真的缸压和压力升高率与试验结果相近,表明仿真模型精确;第一次预喷曲轴转角为-20°、预喷油量为1.4 mg,第二次预喷曲轴转角为-11°、预喷油量为1.2 mg的喷油策略对应的台架试验燃烧噪声明显低于原始试验噪声。

基于LQR的高压共轨系统喷油量观测器设计

为了实时获取燃油喷射信息,提出了一种基于线性二次型调节器(LQR)控制的循环喷油量闭环观测方法.根据燃油流动过程机理,建立了瞬时共轨压力与喷油率的动态数学模型,设计了基于状态空间模型的喷油规律闭环观测器,采用LQR方法设计了反馈增益,并分析了目标函数中的加权矩阵对观测器跟踪性能的影响规律.最后,利用仿真及试验对闭环观测性能进行了验证,结果表明:喷油量观测值与实际值误差小于5%,该闭环观测器可以实现喷油量的准确观测,对于高效、精确灵活的燃油喷射控制具有重要的应用价值.

农林业固废超临界水热化学制氢进展——反应机理

超临界水热化学制氢技术采用超临界水作为介质,通过热化学的方式将农林业固废中的有机成分转化成富氢气体,是一种非常具有前景的农林业固废能源化利用技术。本文主要围绕反应机理对该技术展开了系统的分析,介绍了超临界水的特殊物理化学性质;研究了超临界水在整个农林业固废热化学反应过程中的反应机理以及主要生物质组分,例如纤维素、半纤维素、木质素和氨基酸在超临界水中的不同降解机理和路径;针对不同的反应条件,在一定范围内提高温度、降低浓度和延长停留时间均能显著提高制氢性能,但是同时会增加系统的运行成本,而压力的变化对反应结果影响不大。对不同催化剂分析结果表明,碱金属均相催化剂在生物质的气化中虽然能够发挥显著的催化作用,但是同时会加剧设备的腐蚀问题和堵塞问题;非均相催化剂具有高催化活性、高热稳定性、无腐蚀性及易于回收等优点,更适合应用于工业规模的超临界水热化学制氢系统。未来研究重点方向为:对于不同有机组分机理研究的定量描述;灰分之间相互反应以及灰分与催化剂之间反应的机理研究;进一步研究催化剂的失活机理和明确催化剂的添加量问题。

采用知识迁移加速的智能气动设计优化方法

为缩短精细气动形状设计优化所需的最少性能评估次数与任务周期内所能容许的最大性能评估次数之间的差距,基于机器学习领域迁移学习理念,开展了采用知识迁移加速的智能气动设计优化方法研究。首先,搭建了翼型变分自编码器模型,利用其解码器实现了气动形状的智能参数化,同时借助其编码器将已完成任务样本统一至目标任务参数化空间;其次结合单保真度和多保真度代理模型,建立了贝叶斯迁移优化算法;然后,将翼型变分自编码器模型与贝叶斯迁移优化算法相结合,搭建了智能气动形状迁移优化框架;最后,通过任务相关性分析对知识迁移加速优化过程的机理进行了讨论。研究结果表明:通过开展翼型设计优化,智能气动形状迁移优化框架所获得的最优解中位数相较于无知识迁移的变分自编码器优化方法,性能提升了4.8%,比其他各参比方法提升了19.9%以上,验证了该知识迁移策略的有效性。

电控增压泵高速电磁阀电磁力与能耗特性分析

为深入研究电控增压泵电磁阀电磁力与能耗特性,采用有限元分析方法建立了电控增压泵高速电磁阀的三维静磁场仿真模型,并用试验数据验证了模型的准确性;通过数值仿真分析开展了驱动电流和结构参数(线圈匝数、磁极半径、工作气隙)对电控增压泵电磁阀电磁力与能耗的特性研究,得出各参数对电磁阀电磁力与能耗间的权重影响及量化分析。结果表明:主副磁极半径对电磁力影响占比最大,为38.15%;驱动电流次之,占比为31.08%;线圈匝数对电磁力影响占比为17.06%;工作气隙对电磁力影响占比为13.71%。从能耗角度分析了电控增压泵电磁阀驱动电流、线圈匝数、主副磁极半径和工作气隙的占比,其中线圈匝数能耗占比最大,为54.85%;驱动电流次之,为44.99%;主副磁极半径和工作气隙能耗占比最小,仅有0.16%。

风冷汽油机热载荷分析及喇叭型导流罩的影响研究

为了深入分析热载荷对风冷发动机运行稳定性的影响,通过CONVERGE仿真软件对某四冲程风冷式汽油发动机缸内燃烧过程进行数值模拟计算,获得了完整的缸内燃气侧热边界条件。基于FLUENT仿真软件,建立发动机热流固耦合稳态传热仿真模型,获得了燃气侧不均匀热载荷与机体外复杂空气流动共同作用下的发动机热载荷分布,并通过台架实验验证了稳态传热仿真的准确性。设计喇叭型结构导流罩,分析了导流罩收缩比对导流罩性能的影响,改善发动机的冷却效果。结果表明:发动机稳态传热仿真与台架测试最大误差为3.12%,仿真模型具有较高的准确性;发动机机体最高温度为655 K,出现在排气道端口处位置;随着导流罩收缩比的减小,发动机冷却散热性能增强,收缩比λ为1.94时,冷却强化效果最好,机体最高温度降低8.8 K。研究对风冷汽油机的冷却系统设计及优化具有一定的指导意义。

CO_(2)/O_(2)背压环境对柴油喷雾特性的影响研究

运用四种不同的液滴破碎模型对定容燃烧弹内柴油在常温下的喷射过程进行了数值模拟,选取与实验结果最接近的模型进一步研究了CO_(2)/O_(2)不同掺混环境(环境温度300 K及O_(2)含量依次为0.4~0.65)对柴油喷雾特性的影响规律。研究结果表明:KHRT模型模拟出的喷雾形态与实验结果最为接近,喷雾贯穿距离随背压介质密度的增大而减小,喷雾锥角随背压介质密度的增大而增大,而喷雾贯穿距离则随CO_(2)/O_(2)混合气中CO_(2)百分比含量升高而减小,喷雾锥角与之刚好相反。

农林业固废超临界水热化学制氢进展--反应系统及应用

超临界水热化学制氢技术能够将农林业固废中的生物质有机成分转化成氢能,是一种高效、经济和清洁的农林业固废能源化利用技术。本文主要从反应系统的角度出发,对超临界水热化学制氢技术进行了深入的分析。对不同类型反应系统的研究表明,间歇式反应器便于实现反应温度、压力以及反应时间的控制,但因难以扩大生产规模和无法实现热回收而不适合工业化推广;连续式反应系统具有反应性能好、经济效益高等优点,是农林废弃物超临界水热化学制氢技术从实验室走向工业化应用的必由之路。对于连续式系统,反应器材质以耐高温、耐高压和耐腐蚀的哈氏合金或铬镍铁合金为主;系统压力输送采用恒流泵和背压阀相结合的设计控制系统内部压力;超临界水的加热采用带嵌入式热电偶的接触式电阻加热方式可以实现系统快速和可控地升温;反应物料直接输送进热态超临界水中可以显著减少焦炭焦油的生成。对于不同的农林业固废,超临界水热化学制氢技术均能实现生物质向氢能的转化,但反应规律存在很大差异性,其中木质纤维素生物质废弃物的纤维素含量越高反应越容易进行,而禽畜粪便废弃物还要考虑重金属等污染物的转化问题。未来研究重点方向为:反应器的防腐蚀问题,反应器堵塞和盐沉积问题,系统在线排渣问题,针对工业化系统的建模设计、经济衡算以及与其他系统耦合的问题。

兼顾启停特性和转角时耗的移动机器人路径规划

针对传统移动机器人路径规划算法在考虑启动、制动以及转向姿态调整等实际约束的情况下,规划结果存在机器人运行时间长、任务执行效率低且在大场景下易陷入局部拥堵甚至导致运行瘫痪等问题,提出一种兼顾启停特性和转角时耗的移动机器人路径规划算法。对移动机器人启动、制动及运行过程进行数学建模,分类构建栅格化A^(*)算法运动代价函数;针对移动机器人姿态调整导致任务耗时长的问题,结合地图二维向量坐标下方位角与位置向量分布关系,设计转角时耗代价函数;提出考虑信息素轨迹跟踪与启发项比例均值化的动态启发函数,对规则路网下潜在的局部拥堵问题进行处理。仿真与实验结果表明:所提改进A^(*)算法相较传统A^(*)算法,机器人平均运行时间减少了11.4%,有效缩短了移动机器人任务运行时间;所提算法经过启发项比例均值化调整,在仅微量增加机器人运行时间的情况下,使信息素矩阵标准差降低了96.9%,有效预防了移动机器人局部拥堵情况的发生。