阀后管道突扩对控制阀门流阻特性的影响

为准确地描述非均匀流条件下控制阀门阀后采用突扩管道后的流阻特性,针对典型控制阀门(活塞式调流阀与固定式锥形阀),采用物理模型试验与理论分析方法,基于阀后突扩管道内的流场结构及试验段压力特性,研究阀后管道突扩对典型控流调压阀门流阻特性的影响规律。结果表明,不同阀型采用相同突扩体时的流阻特性变化程度不同,阀型的影响主要体现在改变了突扩体的入流、出流条件。在规范公式的基础上,考虑阀门出流流场结构(突扩体入流条件)与水流缩脉(突扩体出流条件)的影响,分析得到管道突扩比与阀门流量系数的定量关系,规范计算值与试验值的最大差异约为8%,优化公式计算值与试验值最大差异约为1%,说明改进后的突扩体流阻系数公式的计算精度较规范公式有所提高。研究结果可为高压差、大流量调流调压系统管路设计提供参考。

一种适于脉动条件的气液分离器的设计与研究

文中针对在流量脉动条件下,无罩、圆柱状、“柱+锥”状稳涡罩对气液分离器的分离性能及流场特性产生的影响,进行了数值模拟和试验研究,提出了旋流场脉动衰减程度评价指标———脉动衰减率(ηp),其值大小与脉动衰减性能成反比。研究结果显示:在流量脉动条件下,“柱+锥”状稳涡罩对于提高旋流场稳定性的能力最为显著,脉动衰减率为0.01028,分离效率最高可达95.15%;同时,运用高速摄像技术对两相流场中气核运动及变化形态进行可视化观测,掌握了基于流量脉动条件下,旋流场内气核的运移规律,并将其划分为4个阶段(断续阶段、汇聚阶段、融合阶段、最终阶段),发现“柱+锥”状稳涡罩旋流器的气核向中心轴线聚集趋势显著,形成具有向上运动形态的空气柱,对旋流场内脉动流有明显的抑制作用。

基于CFD和响应面法的引射器优化设计

针对质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC)氢气引射器优化研究中优化精度低、忽视多结构耦合作用的问题,采用CFD和响应面法结合优化引射器结构参数。通过单因素仿真试验研究各结构对引射比的影响,在此基础上设计正交试验构建响应面分析多结构参数交互作用。研究结果表明:喷嘴距和等压混合室直径的响应p值小于0.05,存在耦合作用且对引射性能具有显著影响,通过响应面法优化后引射器最大引射比达到3.62,相比于单因素优化结果提升了25.69%并且预测模型误差仅为4.93%。

真空环境下小孔节流径向气浮轴承特性研究

单轴气浮台中的涡流力矩主要是由径向气浮轴承的制造误差引起的。采用CFD软件首先研究了真空环境对小孔节流径向气浮轴承的承载力、耗气量的影响规律,其次对比研究了真空环境下简化和实测常见制造误差对涡流力矩的影响规律。在常压和真空环境下,进、出口压力差相同时,常压环境下静态承载能力优于真空环境;当出口压力逐渐越接近真空时,承载力下降趋势更加突出;在真空环境下的平均耗气量要比常压下小。对简化的制造误差进行分析时,涡流力矩出现正弦周期性变化,其峰值出现规律与制造误差的相对位置有关。依据实际误差测量数据进行建模分析,发现涡流力矩在一定范围内波动,这是轴颈制造误差与节流孔直径制造误差共同作用的结果,峰值数量和位置与节流孔的数量和相对位置一致,且节流孔直径制造误差也会对峰值时的涡流力矩结果产生影响。

基于滑模扰动观测器的阀门开度预测控制

针对电动阀门在运行过程中,由于外部干扰、系统参数变化、摩擦力等非重复干扰的影响而难以达到高精度控制的问题,提出一种基于滑模扰动观测器的预测控制方法。通过对阀门驱动原理进行深入研究,构建阀门的数学模型,根据模型中电机电流与总负载扰动的正相关性,以电机电流、阀门转速为输入量,采用滑模扰动观测器对系统总负载扰动进行估计。设计模型预测控制器,对扰动估计值进行补偿,实现对阀门开度控制的准确性,鲁棒性以及对总扰动值跟踪的快速性。理论分析、仿真和试验表明:观测器仅0.001 s便跟踪到了设定值,收敛速度快,阀门开度精度误差在0.2%以内,完全达到控制目标,开度控制效果良好。可充分验证该控制方法在不同的负载扰动下,依然能使电动阀门保持良好的开度控制精度以及抗扰动能力。

周期性脉动源对风力机功率的影响

针对WindPACT1.5 MW机组,通过大涡模拟探究风轮5°仰角时周期性脉动源(仰角、塔影效应、偏航、风剪切)对风力机总功率的影响,并结合逆叶素动量理论,进一步分析功率与升力系数之间的联系。结果表明,仰角、塔影效应加仰角与偏航加仰角均使得风力机总功率产生“3P”的波动规律,而风剪切加仰角使得总功率产生“锯齿状”的高频率波动规律,其中偏航是总功率损失的主要因素,塔影效应是功率波动的主要因素,且发现升力系数波动规律与功率单周期内的波动规律相似。

应用于井下安全阀试验的高压气源控制系统设计

井下安全阀试验需要有能够稳定输出气体、人机交互性强以及自动化控制程度高的气源,针对这一问题,从研究气体流动特性入手。首先,对气源系统整体结构进行设计,包括关键部件的分析计算和选型;其次,基于S7-200 SMART PLC和LabVIEW软件进行控制程序编写和主控界面设计,实现数据存储和显示以及绘制气源系统各工作参数随时间变化的功能曲线;最后,搭建实验平台进行测试,实验结果验证了系统设计的合理性,得到输出过程中气体输出流量波动在2.8%、压力波动在5%、温度波动在6%左右,能够简单、高效、精确地控制气体输出,使设计的高压气源系统达到井下安全阀试验需求。

极端运行阵风对15 MW风力机叶片结构性能影响的分析

基于CFD方法,对极端运行阵风条件下IEA Wind 15 MW水平轴风力机气动性能进行分析。采用ANSYS APDL软件定义复合材料铺层方案建立15 MW风力机叶片有限元模型,并基于Workbench平台对风力机叶片进行模态分析和静力学分析,研究极端运行阵风对风力机叶片结构性能的影响。结果显示:极端运行阵风对风力机气动性能和叶片结构性能影响较大,风轮推力与转矩极值出现的时间点均迟于风速极值点,沿叶片展向叶片流动分离区域与风速呈正相关;在极端运行阵风期间,叶片位移均是从叶根至叶尖逐渐增大,叶片最大应力出现在叶片主梁并且距叶根0.6 R处,同时,由于叶片的叶尖位移和最大应力在短时间内大幅度变化,会使叶片破坏的概率增加。

剪切来流下风力机后掠叶片的模态及静力学特性研究

以NREL 5 MW风力机后掠叶片为研究对象,结合复合材料铺层在ANSYS APDL中设计叶片有限元模型,通过CFD方法求解剪切指数为0.2时直叶片和两种后掠叶片(后掠2 m和后掠4 m)在0°和180°方位角下的气动载荷发现后掠4 m叶片在后掠段有明显的降载功能,随后使用ANSYS静力学模块对各叶片进行模态、静力学计算,分析不同后掠叶片的结构特性。结果表明:相较于直叶片,后掠4 m叶片有较好的降载性能,在0°和180°方位角下轴向力在0.8R处最大可降低7.5%和9.1%;随着后掠量的增加,一阶模态频率逐渐减小,一阶频率与3倍基频3P分别相差13.4%,11.9%及10.2%,因此不会发生共振;同一方位角下,后掠4 m叶片的叶尖位移最大,直叶片次之,后掠2 m叶片叶尖位移最小。

双排涡流发生器高度参数对风力机气动性能影响的研究

为了研究双排涡流发生器高度参数对风力机气动性能的影响,以NREL Phase VI风力机叶片为模型,采用CFD方法分别对加装单排涡流发生器、不同高度参数双排涡流发生器共10种模型进行模拟,分析其在不同风速、转速下对风力机叶片气动性能的影响。计算结果表明,所有不同高度参数双排涡流发生器在不同转速、来流风速时,均能提升风力机叶片气动性能,改善风力机流场。其中,第一排涡流发生器与第二排涡流发生器高度差越大时,双排涡流发生器整体流动控制效果最好,即最佳高度参数Case 4(第一排涡流发生器高度3 mm,第二排涡流发生器高度9 mm)前低后高组合。同时,最佳高度参数双排涡流发生器和单排涡流发生器相比能进一步延迟流动分离,取得更好的流动控制效果。

航空插头气动压装机构设计

设计了一种航空插头压装机构,主要由气动压装台、定位装置和定位压装头组成,可实现具有压装方向性要求的航空插头快速压装到工件上,压装过程可确保航空插头不受损坏,且能准确压装到位。该机构的定位压装头设计有特殊的定位、定方向、零件保持等结构,解决了航空插头压装时易受损坏、难定位、难定方向等技术难题,确保了航空插头的顺利装配。

气浮活塞优化设计及其径向承载力试验研究

对于气缸的高精度伺服控制而言,从根本上消除摩擦力具有重要的意义。气浮活塞是气浮无摩擦气缸的重要构成部件。在气缸的运行过程中,气浮活塞的径向承载力不足会引发活塞与缸筒内壁接触,致使气体润滑失效。为了提高无摩擦气缸中气浮活塞的径向承载性能,期望在实现更大承载力的前提下尽量减少耗气量,采用有限元仿真与试验相结合的方法,开展了气浮活塞径向承载力的研究工作。首先,采用Fluent软件仿真分析了供气压力、偏心率和节流孔直径等参数对气浮活塞径向承载力和耗气量的影响;然后,在综合考量后,优选出了气浮活塞的节流孔径,并以此加工出了气浮活塞样机;最后,为了测试实际情况下不同供气压力和偏心状态下的气浮活塞的径向承载能力,设计并搭建了一套以气浮无摩擦气缸作为加载装置的高精度径向承载力检测装置。研究结果表明:从定性的角度上看,仿真和试验结果趋势一致;从定量的角度上看,试验结果与仿真结果的吻合度在90%以上。该研究可为采用Fluent软件仿真研究气浮活塞径向承载力的准确性提供依据,为后续仿真模型的修正提供一定的指导。

多管阵列近等温压缩空气储能方法研究

针对压缩空气储能系统传热性能和压缩/膨胀效率低的问题,提出了一种多管阵列近等温压缩空气储能方法,设计了液体活塞结构与管式换热结构耦合的多管阵列压缩/膨胀机,液体活塞结构实现高压密封,管式换热结构增加换热面积以提高换热量,采用隔膜式结构实现气-液隔离避免空气的溶解,采用水箱储存压缩热并在空气膨胀时释放。建立了系统热力学模型和传热学模型,分析了多管束参数对空气压力、温度和压缩功的影响,使空气从0.8 MPa增压至5 MPa,采用1000根管、压缩时间60 s时,可实现空气压缩效率达到70%。为高压和高效的近等温压缩空气储能提供了一种新的方式。

桌面数纸机采集气道设计及特性分析

针对桌面数纸机采集气道特殊结构,采用SolidWorks分析了真空角跟转盘贴合并相对运动过程中,不同阶段所形成的采集气道特性。分析真空角下吸气口不同结构形式对采集气道造成的影响以及转盘气道不同形式对采集气道造成的影响。结果表明,真空角下吸气口为椭圆形;转盘检测口直连对外口时,采集气道性能更好。为桌面数纸机采集气道设计和制造提供了理论依据。

基于CFD的机械随动调节高度控制阀数值仿真

机械随动调节高度控制阀是列车悬挂控制装置的核心部件,其性能的好坏直接影响系统能否稳定工作。在设计过程中,采用CFD对其进行仿真计算,通过对其流场特性的分析,可以验证其流量特性是否满足系统需求。针对机械随动调节高度控制阀内部气体流动特性,建立了机械随动调节高度控制阀流场仿真模型,利用Fluent分析了机械随动调节高度控制阀阀口在不同开度下的流场特性,研究结果为机械随动调节高度控制阀流量性能指标试验提供理论支撑。

高压气动压力伺服系统的鲁棒控制

高压气动压力伺服系统的参数不确定性和未建模动态制约了其控制精度的提高,针对此提出了基于RISE的自适应鲁棒控制算法用于高压气动压力伺服系统的控制。考虑到核心元件高压电气伺服阀的控制性能对高压气动压力伺服系统高精度控制的影响,设计了交叉对比实验,实验结果表明,伺服阀位置控制算法有助于避免正弦信号失真、减小稳态压力抖动,系统压力控制算法能提高系统的响应速度和动态跟踪能力。

小麦颗粒弯管流动特性数值模拟研究

目的为研究小麦颗粒在弯管处的气力输送的特性。方法以欧拉-欧拉双流体模型为基础,结合壁面碰撞摩擦模型、颗粒动理学的固体应力和Gidaspow曳力模型构建出小麦颗粒在弯管处的气力输送模型,采用FLUENT对弯管处小麦颗粒气力输送过程进行数值模拟,分析小麦颗粒在流经弯管过程中及弯管后直管中的小麦颗粒密度分布、气固两相速度、小麦颗粒与壁面剪切力和颗粒相湍动能。结果经过仿真分析和实验验证,小麦颗粒在流经弯管过程中,其颗粒相体积分数、气固两相速度、颗粒和壁面剪切力以及颗粒相湍动能4个方面随着流入弯管的角度变化而改变;由于颗粒-颗粒、颗粒-管壁之间的碰撞摩擦,小麦颗粒在流出弯管后随着输送距离的增大其各项参数逐渐减缓。结论采用FLUENT软件进行仿真得到了弯管内小麦颗粒的流动特性,并通过实验验证了仿真的可靠性。此次研究结合气固两相理论,为弯管气力输送设计的研发和优化提供了理论基础。

基于无量纲化思想的柔性恒压储气装置优化设计

针对柔性恒压储气装置储能特性与材料变形、结构尺度之间的复杂相关性,提出一种无量纲化的结构改进设计方法,以描述储气装置的压力及能量变化规律。从橡胶的本构模型着手,利用有限元仿真思想研究应变能转换机制,分析结构参数与储能特性之间的关系。搭建储气装置充放气试验台,针对不同结构参数及压力工况,进行储气装置的能量变化规律验证。采用仿真及实验相结合的方式,研究尺度变化对能量特性的影响规律。为优化储气装置结构以及应用方面的研究奠定了理论基础。

乘用车电控空气悬架高度控制策略

为了提高乘用车电控空气悬架在车身高度调节过程的控制精度,设计了基于粒子群的PID控制器。首先通过对空气悬架系统工作机理的分析,利用AMESim建立单轮空气悬架数学模型,针对车高调节过程中出现的“过充过放”问题,设计了基于粒子群的PID控制器,然后在AMESim-Simulink-Carsim联合仿真平台中建立了整车空气悬架模型对其控制效果进行验证。最后进行了实车测试。结果表明,所设计的基于粒子群的PID控制器在不同工况下的车身高度稳态误差均小于2 mm,且没有出现明显的高度反复调节或者控制超调现象。

纵列双桨无人机的气动仿真分析

为解决纵列双桨无人机的桨叶重叠部分的气动干扰导致的旋翼效率减少问题,基于计算流体力学(CFD)方法对纵列双桨无人机的气动特性进行了仿真分析,包括不同攻角、两桨叶相对位置变化以及整流罩气动外型优化。结果表明:在不同攻角下,无人机的攻角对升力系数的影响大于阻力系数;无人机两桨叶在纵向距离3420 mm、轴向距离540 mm时旋翼的干扰最小,效率最高。之后进行了无人机整流罩优化,得到了更加理想的气动外型。为纵列双桨无人机的气动设计提供了重要的参考和指导,同时也为无人机的发展和应用提供了有益的实践经验。