基于人工神经网络的甲烷富氧燃烧机理优化

采用带误差传播的直接关系图法、全物种敏感性分析和人工神经网络(ANN)联合方法,以点火延迟时间和CO摩尔分数为优化目标,通过对甲烷富氧燃烧详细机理USC mech2.0的简化和优化,提出了基于人工神经网络的甲烷富氧燃烧优化机理(ANN-OMOC)。甲烷富氧燃烧模拟计算和对比分析的结果表明:相比于甲烷富氧燃烧简化机理FSSA的预测误差,优化机理ANN-OMOC对点火延迟时间、层流火焰速度的预测误差分别从2.53%、24.38%降到0.50%、14.41%;与甲烷富氧燃烧的简化机理DRGEP和FSSA相比,优化机理ANN-OMOC对点火延迟时间、OH摩尔分数峰值和CO摩尔分数峰值的预测结果最佳,其相对误差均在10%以下。

基于Kriging模型的涡轮盘优化设计方法

研究了航空发动机涡轮盘设计问题,将Kriging方法与全局约束优化算法相结合,提出了基于Kriging近似响应模型的优化求解方法,有效减少了有限元分析的次数和计算量。该优化设计方法采用正交试验设计和有限元分析方法获得涡轮盘设计空间的初始样本数据;利用已有的设计样本数据建立涡轮盘重量和应力响应近似计算的Kriging模型,在此基础上利用全局优化算法在设计空间进行设计方案优化搜索;利用有限元分析方法计算近似最优设计方案的输出响应,并以此更新已有的设计样本数据,不断提高Kriging模型的近似精度。数值计算结果表明,基于Kriging模型的涡轮盘优化设计方法不仅可以获得良好的设计结果,还能大大降低计算代价,提高设计效率。

基于不同耦合模型的合成气非预混射流燃烧特性模拟

基于不同的化学反应机理、湍流模型和燃烧模型,采用8组不同耦合模型对CO/H2/N2合成气非预混射流火焰进行模拟计算,并与实验值进行比较,分析了不同耦合模型计算结果的准确性。结果表明:耦合模型4(37步14组分化学反应机理动力学模型PdM+RNG k-ε湍流模型+稳态层流小火焰燃烧模型SLF)和耦合模型8(化学反应机理GRI-Mech 3.0模型+标准k-ε湍流模型+EDC燃烧模型)对该火焰的模拟结果更为准确;采用SLF的耦合模型比采用EDC的耦合模型更能准确模拟火焰温度和主要组分的径向分布;采用耦合模型4能够获得该合成气非预混射流火焰的最佳模拟计算结果。

电厂蒸汽疏水阀门内漏量化检测与诊断

针对火电厂蒸汽疏水管道阀门在运行过程中易发生内漏且难以检测的问题,通过蒸汽疏水管道阀门系统的结构分析和传热计算,确定了阀前管壁温度为蒸汽疏水阀门内漏诊断的有效指标,设计了相应的蒸汽疏水阀门内漏量化检测与诊断试验系统,并应用该系统对某电厂亚临界机组的蒸汽疏水阀门进行检测试验研究,结果表明:蒸汽疏水管道的阀前管壁温度随着疏水管道的长度增大而降低;当主蒸汽压力增加时,相同内漏率的蒸汽疏水管道阀前管壁温度整体增大;阀前管壁平均温度与内漏率增减趋势具有一致性,近似呈二次曲线变化关系;利用蒸汽疏水管道壁温检测点平均温度进行内漏率定量计算和诊断的方法具有较高的可靠性和准确性,是蒸汽疏水阀门内漏定量诊断的便捷有效方法。

反应物喷入条件对常温空气无焰燃烧的影响

针对工业锅炉中气体燃料燃烧过程,采用数值模拟与实验相结合的方法,研究了C3H8燃料和常温空气通过平行圆管喷嘴类型的燃烧器在不同喷入条件下对炉膛内无焰燃烧的温度变化趋势和燃烧产物的影响.结果表明,在燃料和空气入口流量保持不变的情况下,空气喷嘴孔数或燃料喷嘴孔径增加将加剧炉内局部燃烧,导致燃烧峰值温度和出口NO浓度升高;随着燃烧器空气喷嘴与燃料喷嘴间距增加,炉内峰值温度和出口NO浓度下降;炉内峰值温度不超过1900K时,有利于实现低氮氧化物排放的常温空气无焰燃烧.

一种求解约束优化问题的改进差分进化算法

针对原始差分进化算法在求解约束全局优化问题时存在陷入局部最优的缺陷,提出一种改进的差分进化算法.该算法在保留原始差分进化算法全局搜索能力的基础上,采用基于规则的方法进行约束处理和种群个体的比较及选择,并利用种群相似度和最优变异操作改善种群进行全局范围搜索的多样性,提高算法跳出局部最优的能力.数值实验表明,该算法稳定性较好,目标函数评价次数较少,收敛速度较快,全局寻优能力较强,不仅能有效求解连续变量约束优化问题,也适用于离散变量或混合变量优化问题.

组分H_(2)/CO的比例对合成气非预混射流火焰燃烧特性的影响

采用一种14组分37步简化机理模型、RNG k-ε湍流模型以及稳态层流小火焰(SLF)燃烧模型,研究了N2稀释条件下组分H_(2)/CO的比例对合成气燃烧特性的影响。数值模拟结果表明:当组分H_(2)/CO的体积比从3:7变化至7:3时,合成气燃烧过程中生成的OH自由基浓度上升,燃烧位置向入口靠近;火焰燃烧峰值温度随H_(2)/CO体积比的增大而下降,火焰峰值温度所在位置向燃料入口靠近;火焰传播速度随H_(2)/CO体积比的增大而加快,燃烧反应在更短的距离和时间内完成。

N_(2)和CO_(2)稀释对氢气-空气湍流扩散燃烧及NO生成特性的影响

采用18组分47步H_(2)-N_(2)-CO_(2)反应机理模型、可实现k-ε模型及涡流耗散概念(EDC)模型研究了N_(2)和CO_(2)稀释作用对氢气-空气同轴射流湍流扩散燃烧过程的影响。结果表明:2种稀释剂均能有效降低氢气燃烧温度,降低NO质量分数,且NO峰值质量分数随着火焰峰值温度的升高而上升;与稀释剂N_(2)相比,CO_(2)对降低氢气燃烧温度和NO质量分数的效果较好;2种稀释剂对火焰峰值温度及NO峰值质量分数的影响是非线性的,随着稀释率的增大,稀释剂降低火焰峰值温度的效果明显增强,而抑制NO生成的效果逐渐减弱;当稀释剂为N_(2)、稀释率为0.5或稀释剂为CO_(2)、稀释率为0.3时,能使火焰峰值温度处于中等水平情况下NO峰值质量分数依然较低,有利于实现氢气的高效低污染燃烧。

初始条件对H_(2)-空气湍流扩散燃烧及NO生成的影响

将考虑有限速率反应的涡耗散概念(EDC)模型与13组分34步H_(2)-N_(2)反应机理耦合,研究了不同初始条件对H_(2)-空气湍流扩散燃烧过程的影响。结果表明:空气初始温度和燃料初始温度升高均能使火焰中心轴线上的峰值温度升高和NO质量分数增大;随着空气入口速度的增大,火焰峰值温度上升,NO质量分数增大;随着燃料入口速度的增大,火焰峰值温度下降,NO质量分数减小;不同初始条件下,NO生成以基元反应R22、R31和R32为主,而NO消耗以基元反应R20、R29和R30为主。

复杂产品多学科设计优化技术

针对复杂产品设计过程中存在学科组成多、学科高度耦合、复杂产品不能进行全面优化设计的问题,指出在复杂产品设计中应用多学科设计优化(Multidisciplinary design optimization,MDO)方法的必要性。阐述MDO的国内外发展现状及其基本概念。分析MDO的知识体系,总结出MDO研究应包括理论和应用两大方面,前者主要包括数学建模、系统分解、优化框架、近似模型、灵敏度分析和优化算法等理论方法,后者主要涉及软件集成、数据转换、设计数据管理、可视化、项目管理和并行计算等技术,并指出这些理论方法与应用技术间的关系。结合实际情况,建议我国应在理论创新、集成平台开发和技术推广等方向开展MDO研究工作。

自适应罚函数协同优化算法

在分析协同优化系统级优化的基础上,从保证其优化过程可行有解的角度,提出了自适应罚函数协同优化算法。采用罚函数法将学科间一致性约束条件下的系统级优化问题转化为无约束优化问题,利用学科间的不一致信息,构造动态罚因子的表达式。根据学科间的不一致性情况,对学科间一致性约束赋予相应的权值,从而在保证学科间一致性要求的前提下,使系统级目标函数达到最优。最后,利用典型算例对该方法进行了验证,结果表明该方法优化效率较高,且具有一定的收敛性和鲁棒性。

形态滤波在滑动轴承声发射信号降噪中的应用

针对滑动轴承状态监测时声发射信号的噪声干扰严重、突发性强和信号处理量大的特点,采用形态滤波对声发射信号进行降噪处理.对形态滤波器进行了优化设计,针对某310MW汽轮发电机组滑动轴承现场试验获得的声发射信号进行了实时形态滤波,在此基础上实时计算了4号滑动轴承升速过程中声发射信号的时域特征参数(均方根值VRMS、峰值Vc、峭度因子Fk),并与小波滤波法的计算值进行了对比.结果表明:经优选合适的结构元素设计的形态滤波器能更好地滤除滑动轴承声发射信号的噪声、保留原始信号特征,滤波效果优于小波滤波方法;经形态滤波后的实时特征参数能快速准确地诊断滑动轴承润滑故障,在滑动轴承声发射状态监测中具有很好的工程应用价值.

基于ANSYS/LS-DYNA的带冠叶片碰撞振动特性的有限元分析

利用Ansys软件建立了带冠叶片组的三维有限元计算模型,并结合LS-DYNA软件进行了显式动力学碰撞分析,研究了碰撞阻尼减振效果与冠间间隙、激振力相位差和激振力幅值等振动系统参数之间的对应关系.结果表明:带锯齿型冠叶片间的碰撞阻尼可以有效抑制系统的振动,具有较明显的减振效果;有限元分析结果与相关的试验研究结果一致,证明所采用的有限元分析模型及方法是可行的.

孔间距对燃气轮机动叶气膜冷却效果的影响

为了提高燃气轮机动叶的气膜冷却效果,采用Realizable k-ε湍流模型,并结合Simple算法和有限体积法对三维定常不可压缩N-S方程进行离散,在不同吹风比和主流湍流度条件下,分析了某重型燃气轮机孔间距对动叶气膜冷却效率的影响.结果表明:在一定条件下,随着孔间距的增大,冷却气体覆盖程度变差,冷却效率下降;受到叶片前缘孔排冷气的动量叠加,叶片后缘孔排气膜冷却效率明显高于前缘孔排气膜冷却效率;相同孔间距下,随着吹风比的增大,叶片综合冷却效率呈现升高的趋势;在其他条件一定的情况下,吹风比M=1.4时,主流湍流度越大,气膜冷却效率越低,但影响较小.

基于高斯函数和信赖域更新策略的Kriging响应面法

为建立拟合效率高且能够满足工程精度要求的响应面近似模型,在分析已有响应面建模方法基本特性的基础上,提出一种基于高斯函数和信赖域更新策略的Kriging响应面法。该方法将高斯函数作为设计点之间的相关函数,并在优化过程中采用信赖域更新策略对试验设计的取样区域进行动态修正。通过在四个典型数值算例和某涡轮盘的热—结构优化设计中的应用,验证了所提方法的有效性。

汽轮机转子叶片模化与模态分析

采用Solidworks软件对国产某600MW汽轮机低压转子进行三维实体建模,针对汽轮机长叶片提出了一种叶片模化方法。基于Algor有限元软件对该型机组低压转子进行了模态分析,将临界转速计算结果与传统的圆盘法所得结果以及设计数据进行比较,比较结果表明:提出的叶片模化方法是可行的,运用该方法处理的叶片模型在理论上更接近实际叶片。研究结果为透平机转子的设计及其动力学有限元三维实体建模提供了一定的参考。

耦合多学科设计系统中参数映射方法

正确地辨识和有效地管理多学科设计模型之间的耦合关系是实现复杂产品多学科设计优化的基础。针对复杂产品研制需求,采用集合概念建立了多学科耦合关系的概念模型。然后,采用面向对象方法实现了耦合多学科设计模型(系统)的参数辨识和表达,并且通过文件解析方法自动关联多学科模型求解器(设计系统)间的输入输出参数。此参数映射方法在参数层次上控制多学科设计数据生成、获取、转换、存储和计算过程,实现了多学科异构数据源互操作。此参数映射方法可以支持耦合学科模型求解器集成,并且支持多学科计算进程的协同调度。此参数映射方法应用于航空装备研制,显著提高了设计效率和设计质量。

基于量子化学的玉米秸秆热解机理的模拟计算

建立了玉米秸秆的分子模型,并以此为研究对象,采用密度泛函理论B3LYP方法,在6～31g基组水平上,对其进行了热解反应机理研究。设计了玉米秸秆热解过程的4条初反应路径,并在分析初反应结果的基础上设计了14条次反应路径,对每条反应路径的反应物,过渡态,中间体以及产物均进行了结构优化和频率计算。计算结果表明:玉米秸秆热解初期半纤维素开始热解,木质素侧链轻微热解;初反应R1,R4反应焓变较小,分别为395. 77 kJ/mol和104. 70 k J/mol,认为玉米秸秆热解主反应路径以TS2及TS8次反应路径为主,其热解产物包括呋喃类,吡喃类,烷烯烃和芳香族化合物。

燃气轮机旋转状态下的动叶气膜冷却效果数值模拟研究

采用数值模拟的方法研究了旋转对叶片气膜冷却效果的影响,详细对比了不同吹风比下叶片在旋转和静止状态下的气膜冷却特性,并用平均气膜冷却效率和不均匀系数评估了气膜冷却效果。结果表明:在叶片压力面,叶片的旋转使得射流气体从气膜孔流出后法向动量增大,与主流掺混作用加强,从而使得叶片压力面气膜冷却效率值低于静止状态;在叶片吸力面,叶片旋转使得冷却气体流出后法向动量减小,能够更好地贴附在叶片表面向下游流动,使得旋转时叶片吸力面气膜冷却效率要优于静止状态,并且叶片后沿的平均气膜冷却效率较静止状态有显著提高;旋转状态下叶片表面的不均匀度系数要略大于静止时叶片表面不均匀度系数。

缩放型冷却孔结构参数对燃气轮机动叶气膜冷却效果的影响研究

为了增强燃气轮机动叶的气膜冷却效果,提出一种缩放型气膜孔结构,采用数值模拟的研究方法,模拟了吹风比M?1.0、主流湍流度Tu?5%时,分别带有扩张角度??0?、??5?、??10?和??15?的4种缩放型冷却孔叶片的气膜冷却效果,并用平均气膜冷却效率和不均匀系数两个新型评价指标辅以评价叶片冷却效果。研究结果表明:缩放孔型的扩张角度由??0?增加至??10?的过程中,无论是在叶片压力面还是吸力面上,气膜冷却效率整体呈递增趋势,其纵向平均气膜冷却效率和横向平均气膜冷却效率逐渐增大,不均匀系数降低,冷却效果增强。当扩张角度增大至??15?时,相对于带有??10?孔型的叶片,其压力面和吸力面上的气膜冷却效率出现下降,纵向平均气膜冷却效率和横向平均气膜冷却效率减小,不均匀系数增大,冷却效果变差;在带有不同孔型的叶片的中后缘位置都出现了明显的高冷却区域,带有扩张角度??10?孔型的叶片在该区域的冷却优势更明显;4种孔型在叶片吸力面上气膜覆盖的整体均匀度都要比压力面高。