燃气轮机透平盘腔流动换热及轮盘热固耦合特性数值研究

针对燃气轮机安全运行问题,为保证盘腔良好冷却效果以及轮盘强度可靠性,该文对盘腔流动换热以及轮盘热固耦合特性进行数值研究。建立三级轮盘盘腔分析模型,对比转速及流量对盘腔流动换热特性的影响。基于流动换热结果分析轮盘应力及变形特性。结果表明:当转速增大时,各腔室内压力损失降低,换热面努塞尔数(Nu)呈现下降趋势,最多降低约66.1%;而当流量增大时,各腔室内压力损失升高,部分换热面Nu呈现上升趋势,最多升高约198%。在多种载荷综合作用下,轮盘最大等效应力为996.06 MPa,最大径向变形为2.62 mm。结果可为保证燃气轮机轮盘安全性提供一定技术支撑及数据参考。

航天用碳纳米管增强铝合金复合材料的力学与阻尼性能

碳纳米管(CNT)作为增强体的铝基复合材料(CNT/Al)具有轻质、高强、高模量、易加工的性能优势,用作轻量化材料在航天航空领域具有巨大的应用前景。为了获得兼顾其力学性能和阻尼性能的轻量化结构材料,采用叠片粉末冶金与合金化方法制备了质量分数为1.5%CNT/2A12复合材料,并研究了不同时效条件下的力学性能与阻尼性能。在130℃时效6~14 h时,复合材料具有最佳的拉伸强度与延伸率,抗拉强度最高可达595 MPa(时效12 h),延伸率最高可达14.0%(时效8 h)。复合材料的阻尼在0~180℃时变化不大,其在0.005左右,180~300℃时明显提高,300℃时可达0.05,阻尼性能受时效时间影响不大。复合材料的储存模量随测试温度升高而下降,在180~300℃时随振动频率升高而升高。时效条件为130℃-8 h时,质量分数1.5%CNT/2A12复合材料性能兼具良好的力学性能与阻尼性能。

采用AK-MCS的燃气轮机轮盘疲劳寿命预测及可靠性评估

为确保燃气轮机透平轮盘在实际工作中的性能和可靠性,综合考虑燃气轮机服役时轮盘伴随的多种不确定性因素,通过概率表征合理量化,采用主动学习克里金代理模型与蒙特卡罗模拟结合算法(AK-MCS),搭建了考虑多源混合不确定性的燃气轮机轮盘寿命预测代理模型,并对轮盘低周疲劳寿命可靠性进行了合理评估。建立了一套完整的轮盘低周疲劳寿命可靠性分析流程,完成了某型燃气轮机透平轮盘低周疲劳寿命可靠性评估及灵敏度分析。研究结果表明:轮盘的最大等效应力值为773.518 MPa,最大应变值为0.004 73,局部危险点位于轮槽第3根齿面下方的圆角处,寿命预测结果为1.177×10^(4)周。设计寿命为8×10^(3)周的条件下,得到透平轮盘的失效概率为0.043 1,可靠度为0.956 9。灵敏度分析结果表明,影响疲劳寿命最主要的参数是轮槽齿面接触压力及轮盘转速。研究结果展示了AK-MCS算法在轮盘可靠性分析中的应用优势,能为工程中轮盘的设计提供方法和参考数据。

压气机叶片叶根轮槽物理场预测及快速优化设计

为获得压气机叶片叶根轮槽区域的物理场分布状况、降低其型线优化的时间成本,提出一种叶根轮槽物理场预测模型及快速优化设计方法。选取叶根轮槽的关键几何参数作为设计变量和状态变量,建立了参数化模型;基于深度图卷积神经网络,构建了叶根轮槽区域物理场快速预测模型,通过对比有限元分析结果验证了模型的预测精度;基于预测模型和遗传算法,进行了叶根轮槽型线的快速优化设计。结果表明:利用所提预测模型对单个设计工况的分析相比于有限元分析的加速效果达到103量级,位移和应力预测值的变化趋势与有限元分析值的变化趋势一致,最大总位移的相对预测偏差在±1%范围附近,最大等效应力相对预测偏差在±5%范围内;优化后压气机叶片叶根轮槽的最大等效应力由240.96 MPa降低至206.37 MPa,减小了14.36%,优化效果明显。

复杂载荷下燃气轮机轮盘Hirth齿多尺度接触界面结构强度特性研究

中心拉杆转子是燃气轮机的核心部件,但转子运行工况恶劣、事故频发,需要开展复杂接触状态下多尺度、多载荷作用的强度研究,以保障叶盘结构运行安全。基于粗糙表面接触模型和三维有限元方法,建立了考虑微观界面尺寸和粗糙度的燃气轮机轮盘Hirth齿接触界面热固耦合特性分析模型,探究了接触面微观尺度参数以及端面齿宏观尺度几何参数的影响。结果表明:端面齿的最大等效应力随齿根圆角半径的增大、压力角的减小而减小;端面齿的最大等效应力和平均接触压力均随着表面粗糙度的增大而减小。

吸收式制冷压缩CO_(2)储能系统性能分析

提出了一种结合了吸收式制冷循环的压缩CO_(2)储能系统,该系统采用分流的方式,将一部分CO_(2)引流至二级压缩机,将压缩产生的热量提供给吸收式制冷循环,使其启动工作并提供冷量给主路CO_(2),同时使用高压罐储存液态CO_(2),从而提高系统的储能效率。此外,对该系统进行了热力学分析和多目标优化。结果表明:在设计工况下,吸收器、一级压缩机、透平和级后换热器的[火用]损较大;本系统的储能效率随着冷凝压力、压缩机等熵效率和透平等熵效率的增加而提高,而储能压力的增大会使系统的储能效率降低;系统的最佳储能效率为68.70%,能量密度为0.153 kW·h/m^(3)。

“以本为本”理念指导下提升高校学籍管理质量的思考

“以本为本”理念强调高等教育的首要任务是人才培养,本科教育在人才培养中占据核心地位,因此高校教育教学需围绕“以本为本”展开。学籍管理作为高校教育教学管理中至关重要的一个环节,需要不断改革和创新。文章围绕“以本为本”理念,从管理制度、管理程序、管理信息化及管理队伍等方面对高校学籍管理的实践与探索展开思考,旨在为提升高校学籍管理质量提供新思路。

金属基复合材料的内源性效应

复合化是实现金属材料高性能化、多功能化的有效途径。通过在金属基体中引入高性能增强相形成金属基复合材料,可显著提升基体本征性能,实现传统金属材料无法比拟的高比强度、高比刚度、低膨胀等优异力学与功能特性。然而,受限于其工程化材料属性以及常规复合效应,金属基复合材料的进一步发展面临巨大挑战。突破传统复合性能上限需要发展复合新理念与新途径,在此提出“金属基复合材料的内源性效应”设计新原理,目的是通过复合组分之间的强相互影响,获得超越线性叠加的非常规复合效应。从金属基复合材料力学性能与功能特性2个方面出发,以典型研究结果为例综述了内源性复合实现金属基复合材料超优性能的基本途径及其关键作用,最后进行了总结与展望,为新型高性能金属基复合材料的设计和创制提供新思路。

耐热钛基复合材料制备加工及应用综述

钛合金以其高比强度、高比刚度以及耐高温性能备受航天航空等领域的青睐。合金化手段已无法使钛合金突破600℃服役温度瓶颈,无法满足超高速飞行器及新型航空发动机等航空航天装备更高服役温度需求。向高温钛合金中原位引入多元多尺度的陶瓷增强相,精准控制其形成特定构型结构是实现更为优异高温性能的有效途径之一。这种新型材料也被称为耐热钛基复合材料,其使用温度较传统钛合金可提高50~200℃,受到广泛关注。本文针对耐热钛基复合材料的研制,从复合构型设计及制备、近净成形加工技术(增材制造、精密铸造、等温超塑性成形)及高温力学性能等方面,全面综述了以上研究进展及应用现状,并提出该材料目前存在问题以及未来发展方向。

汽轮机叶片水蚀损伤预测及防水蚀方法研究进展

长期以来,汽轮机叶片水蚀都是影响机组效率和安全性的重要问题。汽轮机低负荷工况下,高速水滴撞击造成的叶片水蚀日益严重,掌握汽轮机叶片水蚀规律并减少损伤对汽轮机正常运行具有重要意义。首先总结了汽轮机叶片水蚀疲劳寿命预测和叶片表面侵蚀方面的研究,尤其介绍了基于数据驱动的叶片水蚀寿命预测方法,然后总结了叶片的防水蚀措施,着重介绍了防水蚀新工艺的相关研究。所做的综述可为汽轮机防水蚀提供思路及方法。

城市更新为城市核心区注入新活力——既有建筑隔震托换加固改造项目的更新实践

当前,我国城市发展已经从增量规划转向存量规划,存量更新代替了新建开发成为城市发展的新命题,以高质量发展为目标的既有建筑结构加固改造与性能提升将成为当前甚至相当长时期内建筑领域的主要工作。随着城市更新上升为国家战略,积极响应国家关于实施城市更新行动的决策部署,提升城市安全韧性,忠实践行习近平总书记“人民至上、生命至上”理念,推动城市高质量发展,已成为勘察设计企业当下的一项重要工作。

径向来流畸变对燃气轮机压气机叶片颤振特性的影响研究

为分析来流畸变对燃气轮机压气机颤振特性的影响,建立了径向畸变的入口来流总压模型,基于影响系数法研究了不同相位角和不同畸变强度的径向来流总压畸变对压气机流场特征及气弹稳定性的影响。结果表明:相位角为90°和180°的径向来流总压畸变会使危险工况下的气动阻尼最小值有所增大,气弹稳定性提升;相位角为180°的径向来流总压畸变可以在所有叶间相位角下提高压气机的气弹稳定性;相位角为0°和270°的径向来流总压畸变均会提高压气机发生颤振的风险,需要尽量避免。

某商用车钢板弹簧失效分析与结构优化

为解决某商用车钢板弹簧断裂问题,分别从板簧材质、成型工艺、结构设计强度多方面进行失效分析,考虑不同工况场景的载荷特点,建立板簧的非线性仿真模型。根据整车冲击工况加载标准,提取各工况下的板簧应力。建立板簧总成的详细模型,以提取的板簧应力为载荷,考察板簧及桥壳底板的可靠性,从而确定薄弱部位与断裂原因。以主簧的簧片厚度为设计变量,以板簧的结构应力为约束条件,以总质量最小为约束目标,对板簧进行尺寸优化,寻找满足应力要求的簧片最小厚度。对优化后的主、副簧进行疲劳耐久试验,验证仿真结果的准确性。

高速液滴撞击下叶片表面微结构防水蚀性能研究

为了有效解决汽轮机叶片的水蚀问题,提高汽轮机运行的安全稳定性,基于水蚀频发位置的结构特点和水蚀特征,提出一种叶片表面微结构的防水蚀方法。这类方法中所包含的叶片表面微结构能在不影响叶型性能的前提下达到较好的防水蚀作用。基于防水蚀机理、结构经济性等多方面考量,设计了沟槽、条纹、球窝、球凸和锯齿共5种表面微结构,并采用两种叶片材料制成标准件及5种带结构试件,在团队自主设计的水蚀测试系统内进行水蚀性能试验。提出平均体积损失作为评价不同结构试件水蚀特性的参数,并使用无量纲抗水蚀性能参数进行对比排序。研究发现:在叶片材料表面布置锯齿形微结构后,叶片材料表面的抗水蚀性能最好,其抗水蚀性能系数是平面的1.57倍;布置条纹、沟槽、球窝3种结构均能在不同程度上提升表面抗水蚀性能。研究结果可为实际叶片防水蚀提供参考。

自拟和胃降逆饮联合针刺、西药治疗反流性食管炎的疗效观察

反流性食管炎(RE)是胃、十二指肠内容物反流入食管引起的食管炎症性病变,中老年人、肥胖、吸烟、饮酒及精神压力大者为高发人群,我国发病率为5%~10%[1-2]。以烧心、反酸、嗳气、吞咽困难等为主要临床症状,内镜检查显示食管糜烂与溃疡,且具有较高的复发率[3]。目前临床上主要使用质子泵抑制剂、促胃动力药治疗,但停药后容易复发,严重影响着患者的生活质量[4]。

泡沫填充蜂窝夹层结构汽车吸能盒吸能特性研究

吸能盒是交通事故中尤其是低速碰撞最先进行溃缩吸能的结构,传统吸能盒一般为薄壁方形管结构,随着设计理念的发展,提升吸能能力最主要的两条路线为泡沫填充和复合夹层结构填充。本文分别将EPP泡沫填充六边形,类四边形和类蜂窝夹层,形成复合型泡沫填充蜂窝夹层吸能盒,采用理论分析与数值仿真的方式,以相应的碰撞评价参数对其进行吸能特性研究。结果表明:泡沫填充蜂窝夹层结构吸能盒大大提升了传统吸能盒的吸能能力,并且采用泡沫填充后,蜂窝夹层结构吸能盒的吸能特性也得到了进一步增强。

蜂窝夹层结构汽车吸能盒吸能特性研究

本文研究对象为低速碰撞交通事故中起吸能作用的吸能盒,通过研究汽车吸能盒的结构参数找到提升其吸能特性的合理结构,分别以六边形、类四边形和类蜂窝夹层结构填充吸能盒,运用理论分析与数值仿真相结合的方法对传统吸能盒和蜂窝填充结构汽车吸能盒进行吸能特性研究,提升传统吸能盒的吸能特性。研究结果显示:通过填充后,吸能盒的吸能特性得到大幅提升,并且类蜂窝夹层结构吸能盒还降低了传统吸能盒的碰撞力峰值,具有重要的创新性,为汽车吸能盒的发展提供了一种新的选择,同时为汽车的安全性设计提供了重要的参考依据。

热管理用金属基复合材料的应用现状及发展趋势

从不同种类金属基复合材料的性能特点、国内外主流企业与主要产品、典型热管理应用等几方面,综述了近年来金属基复合材料在热管理领域的实际应用现状,并展望了金属基复合材料在应对未来高功率密度热管理需求的发展方向。基于高导热、低膨胀的共性特征,硅/铝、碳化硅/铝、碳纤维/铝等铝基复合材料以轻质、低成本、可加工的性能优势,在航空航天、交通运输领域得到了广泛应用;而碳纤维、碳化硅、金刚石等增强铜基复合材料则凭其高的环境耐受性和稳定性,在军事国防领域逐渐崭露头角。针对电子器件功率密度的持续攀高,国家重点研发计划已立项专门开展超高热导率(≥800 W/(m·K))金属基复合材料的研制,纳米尺度复合界面改性设计、新型复合构型化及超高导热增强体的发展,可能引领热管理领域新的研究热点。

金属基复合材料的现状与发展趋势

在过去的二十多年里,金属基复合材料凭借其结构轻量化和优异的耐磨、热学和电学性能,逐渐在陆上运输(汽车和火车)、热管理、民航、工业和体育休闲产业等诸多领域实现商业化的应用,确立了作为新材料和新技术的地位。但是,金属基复合材料的未来发展仍然面临不确定性,既有可能持续扩大应用领域和市场规模,也有可能在其它材料和技术的竞争下停滞甚至萎缩。在综述金属基复合材料的研究与应用现状的基础上,对其可预期的增长点和发展趋势进行了展望。

低压透平叶栅边界层分离再附的大涡模拟

低压透平叶片由于雷诺数较低,叶片边界层大部分区域是层流流动,而低压高负荷叶片,由于负荷的增加导致叶片吸力面尾部逆压梯度增大,层流边界层内能量较低,在大逆压梯度的作用下很容易产生边界层分离,分离的边界层发生转捩,并在叶片吸力面尾部再附。采用三维非稳态N-S方程的大涡模拟方法对典型低压透平叶栅T106不考虑上游尾迹影响的边界层分离、湍流再附等流动现象进行研究,该叶栅基于弦长和喉部速度的雷诺数为5×105,获得的叶栅静压分布、吸力面边界层分离与再附位置与试验数据吻合较好,同时对具有相同雷诺数不同入流角及相同入流角不同雷诺数时吸力面边界层分离再附位置的时空变化、分离泡的尺度以及涡旋非定常动态特性进行了深入研究,得到了2个参数对叶栅边界层分离的影响。