组建跨校虚拟教研室提升研究生专业课教学质量——车用发动机排放控制技术课程改革探索

组建跨校专家教学团队,采用跨校虚拟教研室模式,以“三全”和“思政”元素融入课堂,探索一条提升研究生专业课程教学质量的途径。以车用发动机排放控制技术课程为例,从教师团队组建、课程内容设置、学生获得感三个方面,紧抓课堂教学主渠道,以多名跨校专家高质量授课形式潜移默化地体现科学家精神和立德树人理念。推崇以科研促进专业课教学,学生掌握必备专业知识,具备工程伦理和思辨思想。课程改革实施后,极大增强学生的家国情怀、爱岗敬业和学科自信,更加积极主动地投身科研,为提升研究生教育质量打下基础。

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。

基于互联网技术的实验室智慧管理平台研究与构建

随着国家对高校的投资力度逐年增大,学校的实验室与资产设备也在逐年增长,为各高校的教学科研工作提供了有力支撑,这些宝贵资源的有效利用和安全运行是高校管理工作的重中之重。但是目前高校实验室管理在制度建设、人员管理、资源利用、安全运行等方面存在诸多问题,通过利用互联网技术建立起实验室综合智慧管理平台,将实验室运行管理涉及到的工作流程、资源共享、安全保障等各个环节集中于同一平台,既可以提高实验室管理工作效率,又实现了资源利用最大化。

面向学科交叉融合的储能课程建设探索与实践

储能专业建设是“双碳”目标下我国在高等教育领域的重大国家战略,储能专业学科交叉特征明显,涉及知识面广,在专业建设上没有先例可循。针对储能专业课程教学内容多、教学对象广、考核方式难的特点,“储能与能源互联网”课程结合新工科建设行动路线及解决复杂工程问题能力的教学目标,将实际工程项目作为课程实践内容,以学科竞赛为成果出口,明确了以问题为导向的课程理念,形成了储能专业开设学科交叉融合课程的建设思路,为高校储能专业建设及人才培养提供了实践参考。

用于激波增强的变截面激波管设计

相对于常规等截面激波管,相同长度管道条件下,变截面的设计可显著增强入射激波的强度.考察了变截面收缩曲面对激波管内部气体流动特性的影响,进而设计该类新型激波管.基于理想不可压缩一维流动、可压缩流动、经验公式和经验公式加R等4种理论方法,建立了不同的变截面收缩曲面替换段的二维几何模型.以上理论模型结合有限元分析,开展数值模拟研究,获取了亚音速和超音速工况下压力分布等值线云图,进而分析了不同长度收缩曲面的影响.结果表明:相对于其他3类理论方法,基于经验公式加R设计的收缩曲面更适用于变截面激波管的设计.

工匠精神融入发动机拆装实验的研究与实践

发动机拆装实验实践性和技术性较强,作为配合专业课程开展的综合性专业实验课,已经不能满足新工科背景下科技人才培养的需求。在分析了发动机拆装实验教学的基本现状及存在问题后,提出将工匠精神和劳动教育融入发动机拆装实验课程。工匠精神的融入有利于增强学生参与实验的积极性,培养学生的职业素质,强化学生对工匠精神与专业技术之间重要关系的理解。

综合创新实验室建设与开放共享模式的探索

新工科背景下,为落实一流学科建设的目标,全面振兴本科教育,提升人才培养质量,天津大学能源与动力工程国家级实验教学示范中心规划建设了面向本科实践教学的开放性综合创新实验室,融入了“以学生为中心”的实验室开放理念、“以创新人才培养为核心”的实验室宗旨。依托示范中心网络化平台建立了信息化的开放共享管理机制,形成了以虚拟仿真实验为特色、以科技创新项目为载体、以内燃动力科普为牵引的实验室开放共享新模式。实践证明,综合创新实验室开放共享的理念和模式对学生综合素质的提升产生了积极的促进作用。

促进氨燃料转化的预裂解器反应动力学分析

在国家双碳背景和节能减排要求下,以氨为燃料的微型燃气轮机是氨利用的热门方向。但其火焰稳定性差和NOx排放等问题亟待解决。设计燃烧器底部燃料喷射和旋流方式,加入旁通管路,利用燃烧器外壁热量使部分氨预裂解为氢气和氮气以强化燃烧。优化氨热解反应动力学模型并利用AnsysChemkin-Pro软件模拟温度和流速对旁路氨转化率的影响。结果表明,当温度达到1500K时,氨开始出现明显裂解行为;在1500~1800 K之间,氨转化率随温度升高迅速升高;当温度高于1800K后,氨转化率超过85%。流速的变化也会影响转化率,但明显小于温度的影响。同时,对不同温度下氨裂解反应路径开展敏感性分析,结果表明氨裂解反应路径受温度影响,在1700 K温度下,反应NH_(3)+NH_(2)⇋N_(2)H_(3)+H_(2)对氨裂解促进效果最显著。结论验证了使用部分预裂解氨稳定燃烧的可行性,可为下一步研究氨单一燃料在微型燃气轮机的稳定燃烧和降低排放提供理论支持。

湿壁氛围甲烷预混火焰传播的可视化试验研究

针对壁面油膜对受限空间内预混火焰燃烧过程的影响机理,设计开发了基于定容燃烧弹和纹影法的燃烧可视化试验系统,研究了不同初始压力条件下正十二烷/正十四烷油膜对甲烷预混火焰燃烧过程的影响,通过背景建模与背景差分预处理和粒子群优化算法改进OTSU自适应阈值算法,开发了一种适用于纹影图像的火焰轮廓分割算法,基于火焰前锋面轮廓提取结果定量研究火焰传播速度和火焰面积.结果表明湿壁氛围下油膜蒸发过程对预混火焰燃烧过程影响有限,壁面油膜蒸气对混合气当量比的影响是预混火焰燃烧强度的主要影响因素.

基于神经网络的柴油机润滑油稀释率预测方法研究

为了实现柴油机润滑油稀释程度的准确、快速检测,基于试验建立了润滑油稀释率与理化参数指标的数据集。利用果蝇优化算法(fruit fly optimization algorithm,FOA)搜寻最优解更新广义回归神经网络(generalized regression neural network,GRNN)的光滑因子,提出了一种多理化指标参数融合的润滑油稀释程度预测方法。仿真结果表明:该模型的拟合优度为99.9%,均方根误差为0.106。通过将4种模型进行对比,证明了FOA–GRNN模型在预测精度、收敛速度及稳定性上的优越性。在实际柴油机远后喷试验中,将该预测方法与气相色谱(gas chromatograph,GC)法进行对比,二者的绝对误差在0.5%之内。该预测方法在保证检测精度的同时大大缩短了检测时间,为柴油机实现按质换油提供了理论和技术指导。

基于柔体曲轴多体动力学的轴系扭振响应分析

以曲轴系统有限元分析为基础,通过建立由多个自由度组成的发动机刚柔耦合多体动力学系统模型,对构成主要柔性体的曲轴系统进行了扭振响应分析,获取系统动力响应的时间历程,对系统的动力品质和安全性做出了评价。然后通过一个新研制的测试装置对一台直列四缸柴油机曲轴自由端的扭转振动进行了实测。通过计算和实测结果的谐次分析比较,两者体现了较高的等同性,说明了刚柔耦合多体动力学模型的正确性。

基于瑞利法的内燃机曲轴扭纵耦合振动

采用瑞利法对高速内燃机曲轴扭纵耦合振动进行了研究。将内燃机曲轴等效为连续分布阶梯轴模型,根据当量轴段以及集中质量的动能和势能关系,通过拉格朗日方程分别建立轴系扭振模型和纵振模型。根据刚度耦合原理,并考虑轴系强迫激励进而建立了扭纵耦合强迫振动模型。采用谐次分析法对模型求解后,通过与采用三维振动测量装置对某直列四缸柴油机曲轴自由端的振动信号进行实际测量所得到的结果进行比较,可以发现,扭振和纵振与实际测量的结果在各主要谐次都保持相当的一致。

基于结构刚度灵敏度分析的油底壳结构改进

采用结构参数灵敏度分析的方法,对油底壳部分区域进行了模态频率变化的考察,并根据考察结果进行了结构改进和试验研究。结果表明:结构灵敏度分析方法能够快速准确地判断结构参数的主要影响因素,结构改进后的油底壳能够降低噪声1 dB(A)左右,表面振动同样具有不同程度的下降。

内燃机部件声辐射效率研究(一)——原理及方案设计

从振动与噪声的关系入手,引出通过振动计算辐射噪声的理论公式,提出了振动与噪声之间的辐射效率的问题.然后将用于测量简单构件声辐射系数的离散计算法应用于具有复杂结构的内燃机表面振动部件中,这一方法由振动测量和阻抗计算2部分组成.由于此方法不需要测量声场,所以具有传统方法所不具有的特点,具有很高的精度.通过对这种方法的理论研究以及实验方案的设计,实现了对各种物体的声辐射效率的研究,得到的结果更能够说明物体声辐射效率的真实情况,而且不用测量噪声.

基于瑞利法的内燃机曲轴纵向振动研究

采用瑞利法对高速内燃机曲轴纵向振动进行研究。将内燃机曲轴等效为连续分布阶梯轴模型,根据当量轴段以及集中质量的动能和势能关系,通过拉格朗日方程建立了轴系纵振模型;根据刚度耦合原理,并考虑轴系扭转激励和弯曲强迫激励,建立了纵振强迫振动模型。采用谐次分析法对模型求解,将结果与采用三维振动测量装置实际测得的某直列四缸柴油机曲轴自由端的振动信号结果进行比较发现,计算结果与实测结果在各主要谐次都保持相当的一致。

基于SYSNOISE的柴油机外声场模拟研究

建立了基于SYSNOISE边界元技术的柴油机噪声预测模型,进行了振动边界条件的导入,采用直接边界元算法实现了快速求解噪声辐射。计算得到了声功率、近场及远场辐射声压和辐射效率等结果,为在设计阶段进行噪声预测评价提供了基础。通过各部件声能量贡献的计算,得到了不同部件的结构声辐射贡献,为优化方法提供具体的改变策略。

柴油机噪声源的识别研究

论述了柴油机噪声源识别的几种方法及识别结果。在噪声源识别上,采用部分缸熄火的方法对机械噪声和燃烧噪声进行了分离,发现:高转速时机械噪声是降噪重点;而在高负荷情况下,首要的是降低燃烧噪声。在表面辐射噪声源的识别上,利用表面振动法和近场声压扫描的方法进行研究,发现油底壳和缸盖罩等薄壁件是噪声的主要辐射部件,是降噪的重点。

柴油机噪声源的识别及降噪研究

采用部分缸熄火的方法对机械噪声和燃烧噪声进行了分离,在表面辐射噪声源的识别上,通过表面振动识别,找到了噪声辐射的主要部件。针对现有柴油机的燃烧状况,对供油提前角进行了调整,降低了燃烧噪声。通过加装扭振减振器,使得曲轴扭振明显减小。改进油底壳对柴油机辐射噪声起到了很好的抑制作用。

基于相干功率谱分析的复杂柴油机噪声源识别

噪声源识别是降噪的前提和基础,基于相干功率谱分析方法,并结合层次识别理论能够对柴油机复杂噪声源进行识别。识别中对振动和噪声信号进行相干功率谱分析,并构建柴油机噪声的复杂噪声层次诊断结构图和层次判断矩阵,进而通过层次排序识别出柴油机的主要噪声辐射源。结果发现：低频段噪声主要是供油泵、齿轮、配气机构等运动部件的机械噪声,齿轮室罩、气门室罩等薄壁件是噪声的主要辐射部件；而高频段主要为燃烧噪声,油底壳则是降噪的重点。

内燃机阻尼薄壁件减振降噪机理分析

通过测量材料阻尼因子,对复合阻尼材料薄壁件的降噪机理进行了研究。通过比较普通钢板油底壳的阻尼特性与复合阻尼油底壳的阻尼特性之间的区别,说明了复合阻尼油底壳的优越性。通过考察频率、温度和润滑油的存在及多少等对复合阻尼油底壳的阻尼因子的影响,给出了复合阻尼油底壳的最佳使用条件,对复合阻尼罩壳在两台内燃机上安装测试,结果表明,高速情况存在润滑油温度过高导致噪声增加的现象出现,说明了上述机理分析的正确性。