基于改进引力搜索算法的水轮机调节系统仿真

针对现阶段水电机组存在多种复杂工况、工程计算受限于算法本身的复杂性等问题,提出一种改进的引力搜索算法(改进PSOGSA),以此提高水轮机控制参数的优化性能,弥补传统控制策略难以满足动态需求的不足.首先,结合PSO算法,在GSA的速度更新公式中引入学习因子进行改进.其次,应用一种权重系数优化其位置更新公式,提高算法的自适应性.最后,结合相关仿真建模试验,使用所提改进PSOGSA对水轮机调节系统PID参数进行优化调节.仿真结果表明,在5%空载频率扰动下,改进PSOGSA的PID控制器明显优于上述传统算法,所调节的模型系统能在更短时间内趋于稳定,此时的超调量远低于传统算法,表明此改进PSOGSA在后续迭代中具备更高的迭代效率,并且改善了常规算法中易陷入局部最优的问题,从而证明了改进PSOGSA的合理有效性,水轮机调节系统的控制效果在一定程度上得到优化.

主动脉穿刺型轴流血泵折边结构叶轮的数值模拟及溶血分析

为解决血泵因叶顶间隙泄漏而造成溶血和血栓等问题,引入了一种折边不等间距叶轮,采用计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)进行内部流场的数值模拟,并与非折边不等间距叶轮及折边等间距叶轮进行对比分析,研究了它们的内流场动力学特性和血液相容性.结果表明:折边叶片结构血泵避免了叶顶间隙泄漏流的产生,同时折边不等间距叶轮减少了叶轮入口和出口处的回流和涡流,流道内整体切应力低于其他2种叶轮;3种叶轮的溶血指数HI均满足血泵的溶血设计指标,其中,折边不等间距叶轮血泵壁面切应力在0~150 Pa的占比达96.84%,曝光时间相对集中且满足人工血泵设计要求,溶血指数较非折边不等间距叶轮血泵下降了3.50%,较折边等间距叶轮血泵下降了12.50%,溶血性能最优.提出的折边不等间距叶轮血泵可有效降低红细胞破损概率,减少溶血和血栓的发生,可为轴流血泵的结构设计和优化提供一定参考.

丘陵山区机械化灌溉现状与发展思考

针对目前丘陵山区机械化灌溉装备与技术单一,适应性差,缺少绿色化、智能化的灌溉模式等一系列问题,系统阐述了目前相关研究的现状和未来的发展趋势;全面了解目前丘陵山区机械化灌溉水平是后续开展相关研究的关键.通过分析目前丘陵山区机械化灌溉的现状,适应丘陵山区机械化发展的要求,在机械化灌溉方面从国家政策入手到丘陵分区,结合丘陵山区的灌溉特点、目前的灌溉现状和相关经济因素进行了系统的总结.根据中国丘陵山区的国情以及相关政策,对丘陵山区机械化灌溉提出了相应的建议.可为未来丘陵山区机械化灌溉改造提供参考,补齐丘陵山区机械化灌溉装备与技术的短板,还可提高对丘陵山区机械化灌溉方面的重视,提升丘陵山区农业的灌溉水平,促进农业跨领域深度联合,推动农业可持续和现代化发展.

双吸泵交错叶轮内流诱导噪声

为研究叶轮交错布置对双吸泵内流噪声的影响,根据叶片夹角设计了4组叶轮交错方案.在设计工况下,采用标准k-ε湍流模型对双吸泵内部流动进行了非定常数值模拟,基于数值模拟结果提取偶极子声源,应用直接声学边界元法计算了双吸泵内声场,分析了不同叶轮交错方案对泵能量性能、压力脉动和内流噪声等的影响规律.研究结果表明:叶轮交错布置能够提高双吸泵能量性能,扬程和效率最高分别提升3.0%和5.7%;随着交错角度增大,压力脉动峰峰值逐渐减小,最大降幅达79.6%;当交错角为叶轮夹角的1/2时,蜗壳内流场压力脉动、偶极子声源流动噪声和声压频响曲线的主频均从1倍叶频变为2倍叶频,且主频处幅值明显降低;随着交错角增大,吸水室、叶轮和蜗壳表面高声压区范围逐渐减小,表面声压最大值和声压频响曲线逐渐降低,最大降幅分别为9.9%和18.7%.研究结果可为双吸泵优化设计和减振降噪提供一定的理论参考.

CAP1400核主泵叶轮动应力计算及疲劳寿命预测

为实现核主泵叶轮疲劳寿命预测,考虑叶轮高温高压的恶劣运行工况建立流-热-固耦合计算模型,应用ANSYS CFX软件对核主泵叶轮内部流动的压力载荷和温度载荷进行非定常数值计算,在ANSYS Workbench中实现载荷向结构的传递,并对叶轮动力响应疲劳载荷开展研究.利用雨流计数法对叶片危险部位的载荷数据进行统计分析,进一步结合Palmgren-Miner理论对核主泵叶轮的最小疲劳寿命周期进行预测.研究结果表明:叶轮在旋转过程中承受周期性交变应力的作用;叶轮叶片进、出口边与前、后盖板交接处容易发生内部应力集中,最大应力出现在叶片出口边与前盖板交接处,为142.57 MPa;叶片各危险部位承受应力波峰和波谷的时间基本一致;叶轮产生的疲劳为应力疲劳,疲劳破坏首先发生在叶片进口边与后盖板交接处;计算得到叶轮的疲劳寿命为277.94 a.研究结果可为叶轮的动态强度优化和疲劳设计提供一定参考.

地下泵站进水流道数值模拟与方案优化

以典型地下泵站的进水流道为研究对象,建立数值仿真模型,分析设计方案的水力特性及存在不足,并给出优化方案.研究结果表明:在原方案中,外侧水泵进水管入口中心和圆洞出口中心的连线与来流方向的夹角达到70°,水流大角度偏转,并在进水管入口出现脱流现象,水头损失系数达到2.31~2.44,水泵进水管出口的流速分布均匀度为95.09%~96.80%,速度加权平均角为86.51°~87.41°,原方案的圆洞突扩进入压力罐,然后突缩进入水泵的进水管,且压力罐内无任何导流措施,致使局部流道产生了较大的水头损失;优化方案提出了“集管+岔管”的分流措施,通过2个60°弯头实现水流流向的偏移,平面和垂直方向均没有突扩或突缩结构,水头损失系数减小至0.93~1.07,优化方案不仅改善了流道的水力性能,也避免了开挖、衬砌压力罐.研究结果可为类似地下泵站进水流道设计提供一定依据.

有机玻璃管道直接水锤压力特性试验研究

为了了解黏弹性管道的水锤压力特性,文中通过搭建水库-管道-阀门系统模型,进行了系列关阀水锤试验,针对有机玻璃管道中末端阀门初始开度分别为30%,100%时关阀产生的直接水锤压力变化规律进行了研究,从黏弹性材料的本构关系角度分析了关阀时间对黏弹性材料直接水锤的影响机理,并对2种不同初始开度下阀门附近的流场进行了三维数值模拟.研究结果表明:黏弹性管道中直接水锤压力变化规律与传统的水锤理论不符,直接水锤压力不仅与阀门的关闭时间有关,还与阀门的初始开度有关,满足“阀门关闭越快,直接水锤压力越大”与“阀门初始开度越小,直接水锤压力越大”的规律.

长距离输水泵站中空气罐参数敏感度分析及正交优化设计

为了探讨长距离输水泵站中空气罐的优化设计方法,以西北某长距离输水工程为例,以泵站水击最大正压水头和最小负压水头作为优化目标,以初始气体压力、高度直径比、连接管直径、进口阻力系数和出口阻力系数为优化变量,基于正交优化设计方法和KYPipe软件,采用极差分析法获得空气罐各参数对于水击最大正压水头和最小负压水头的影响,同时对得到的结果进行排序,比较并找到最优参数组合.结果表明:初始气体压力、连接管直径和出口阻力系数等因素对于水击最大正压水头和最小负压水头的影响程度较大,其中初始气体压力是最敏感的参数,对于最大正压水头和最小负压水头的影响程度最大;经过比较发现最优方案的参数组合为初始气体压力水头50 m、高度直径比4、连接管直径250 mm、进口阻力系数10、出口阻力系数5;相比原始方案,优化方案使泵站的水击最大正压水头降低4.98%、最小负压水头升高64.00%.

基于表面辐射声信号的柴油机进气及齿轮故障诊断

利用声振信号进行发动机故障诊断过程中,部分故障激励仅在发动机表面特定位置的振动中有较强响应,振动测点要求高,需要接触测量,部分场景难以实现.为此,提出了一种以表面辐射声为媒介、以自适应变分模态提取(adaptive variational mode extraction,AVME)进行预处理的柴油机进气故障和齿轮故障诊断方法.开展了某直列六缸重型柴油机的进气滤清器堵塞、气门间隙异常和正时齿轮损伤3类故障状态的台架试验,获取了不同故障程度下发动机表面辐射噪声.基于改进的AVME方法,实现噪声信号本征模函数(intrinsic mode function,IMF)的最优分解,通过计算IMF与原信号间的互相关系数,提取高相关IMF构成故障诊断输入.经预处理后,声信号故障特征得到有效增强,再输入到麻雀搜索算法优化支持向量机模型(support vector machine model optimized by sparrow search algorithm,SSA-SVM),进行特征参量和模型参数协同优化可以获得更好的诊断精度.试验验证表明,无需在半消声室测试,仅使用单通道声信号对3类11种程度的进气系统和齿轮故障进行诊断,前端噪声准确率最高(98.89%),顶部噪声准确率最低(88.78%);使用前、顶、后三通道噪声数据后,诊断精度可提升至99.57%.研究结论为基于声信号等非接触测量的发动机故障诊断提供了参考.

面向栽培基质的二氧化钛电极EGFET pH传感器设计

针对农业生产中栽培基质直接在线检测pH准确性差的问题,采用化学腐蚀法,制备出具有氢离子敏感特性和超亲水特性的二氧化钛(TiO_(2))电极,并且采用退火工艺以提高电极表面硬度;将TiO_(2)电极与金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)组合成基于延伸式栅极场效应晶体管(EGFET)的pH传感器.测试得到传感器灵敏度为0.05063 V/pH,重复性试验的变异系数最大为0.0057.测试结果表明该传感器具有良好的灵敏度、重复性和稳定性.选取4种典型栽培基质进行pH在线检测应用试验,pH检测误差的绝对值最大为0.18,经过温度补偿后误差的绝对值最大为0.11;使用后电极表面的亲水性依旧保持良好.应用试验结果表明,该传感器适用于栽培基质pH在线检测.

两级液环压缩机内流场及外特性

采用数值模拟与试验相结合的方法,以2SY-6两级液环压缩机为研究对象,对多级液环压缩机在不同工况、不同叶轮宽度比下内流场及性能进行对比分析,结果表明:二级叶轮叶片载荷小于一级叶轮,其排气口区域锯齿形气液交界面较一级叶轮更为光滑.一级叶轮吸气口区域回流强度相对于二级叶轮吸气口区域更强,一级叶轮吸气口区域湍动能明显大于二级叶轮.等外径设计的二级叶轮进出口压缩比远小于一级叶轮,二级叶轮的做功能力小于一级叶轮.由于一级叶轮的进出口压缩比较大且均位于效率极值点的右侧,一级叶轮效率随泵的压缩比增大而逐渐下降,而二级叶轮压缩比范围包含极值点,所以其效率先增后减.液环压缩机随着二级叶轮宽度的增大,其吸气能力越强,各个工况下的流量均逐渐增大.低压缩比工况下的效率随k值减小逐渐增大,高压缩比工况下的效率随k值减小先增后减.随首次级叶轮宽度比k值的减小,二级叶轮的压缩比曲线逐渐向上平移,而一级叶轮的压缩比曲线逐渐向下平移.随泵出口压力的增大,首次级叶轮压缩比的比值曲线下降趋于平缓,k值为2.2时两级叶轮压缩比的比值趋于1.1.

沙粒质量分数对油气混输泵过流部件磨损的影响

为研究沙粒质量分数对油气混输泵过流部件磨损的影响规律,基于DPM模型对油气混输泵内部的沙粒运动进行数值计算,并采用Finnie磨蚀模型计算油气混输泵过流部件的磨蚀率.研究结果表明:在沙粒质量分数较小时,沙粒与流体介质混合均匀;随着沙粒质量分数的增大,增压单元内的沙粒局部质量浓度显著增大,沙粒集中在叶轮压力面及导叶流道中部;沙粒质量分数增大会使磨损区域和磨损率急剧增大;在叶轮域中,磨损首先发生在压力面出口处,吸力面则在进口外缘发生点状和条状磨损;在导叶域中,压力面的磨损主要发生在外缘处,吸力面的磨损主要发生在进口轮毂处;从定量分析看,叶轮叶片表面的磨蚀率普遍大于导叶叶片表面的磨蚀率,磨损最严重的位置为叶轮叶片进口靠近轮毂处.研究结果可为改善油气混输泵抗磨损性能以及提高油气混输泵实际运行寿命提供一定参考依据.

磁通反向永磁振镜电动机优化设计与分析

提出了一种具有不等定子齿宽的磁通反向永磁振镜电动机,通过敏感度分析,选取大定子齿宽、小定子齿宽、转子齿宽和槽肩宽4个参数作为影响因素,以转矩密度、转矩变化率、齿槽转矩和电感为优化目标,采用田口法进行正交试验分析,获得不同因素水平下的目标响应,并结合灰色关联法,将多目标优化转化为单目标优化问题,实现了电动机的最优设计.通过电动机性能的对比分析,验证了所设计的电动机的优越性和优化设计方法的有效性.

气液两相条件下叶片开孔对电潜泵性能和内部流场的影响

为了研究电潜泵内部流动机理,从而改善高含气工况下电潜泵的气液混输性能,文中基于欧拉-欧拉非均相流模型,对不同入口含气率工况下叶片开孔前后的气液两相流动特性进行了数值模拟分析,探究了气液两相流条件下叶片开孔对电潜泵性能和内部流场的影响.结果表明,在纯水工况以及低含气率、小流量工况下,叶片开孔会降低电潜泵性能;但是叶片开孔可以改善电潜泵在大流量下的气液混输性能.叶片开孔后会改变叶轮内部压力分布,使电潜泵叶轮内部平均压力升高,进而改善叶轮内部流态.叶片开孔后会冲散气相聚集,使气体分布更加均匀,叶轮流道内涡核分布明显减少,减少了能量耗散.该研究为改善电潜泵气液混输性能提供了理论依据.

叶片隆起对离心泵空化性能的影响

提出一种在叶片工作面布置隆起结构来提高离心泵抗空化性能的方法,基于RNG k-ε湍流模型和Kubota空化模型对离心泵非定常工况下的空化流动进行数值模拟,并对初始叶型和隆起叶型下的空化发展进行对比分析.结果表明:在未发生空化阶段,隆起叶型的泵扬程较初始光滑叶型有小幅度下降;在空化数减小至0.43时,隆起叶型的扬程大于原始叶型,其中隆起直径为2 mm的扬程最高;隆起结构延缓了空化的发生,表现出对空化现象的良好抑制效果;在空化发展阶段,叶片工作面的隆起结构增大了叶片工作面面积和表面粗糙度,改变了叶轮内部流道结构,在近壁面处形成了相对高压和高湍动能区域,增大了压力梯度,减小了叶轮进口低压区面积,有效抑制空化的发生和发展,减小空泡体积;在不同的空化发展阶段,隆起结构在工作面的不同位置未对空化发展产生明显影响.

基于DDES耦合FW-H方法的吊舱推进器水动力噪声特性

为研究吊舱推进器非定常流场和诱发的声场结构,采用DDES耦合FW-H方法,对其开展了高精度非定常数值计算.结果表明:由于吊柱诱发的强烈动静干涉作用,使螺旋桨至吊柱区域内的压力脉动幅值上升;吊舱推进器的涡量分布较为复杂,由于吊舱体的扰流作用,除螺旋桨本身产生的主、副涡外,还出现干涉尾涡结构,且主涡区向上偏移.通过计算盘面上各个声接收点处的谐波频率标准差发现,声场在浆盘面上无明显声指向性.通过设置空间曲面内的声接收点阵列,获得了吊舱推进器的声场空间分布特性.发现轴频和叶频始终是其主要频率;在螺旋桨桨盘面附近的声压脉动无明显指向性,但在空间曲面上,轴频和叶频的分布特征明显,存在有明显形状的高低值区;在吊舱推进器后方,声压逐渐衰减,但叶频处能量衰减趋势小于轴频处.

立式紊流搅拌机多相流场及混合性能

为研究液体与固体颗粒在大容积立式搅拌机中的混合特性,建立了转轴与转筒耦合运动形式的双轴立式搅拌机和单轴立式搅拌机模型,利用计算流体动力学仿真软件Fluent中的双欧拉模型和RNG k-ε湍流模型,以污泥和铁尾矿颗粒作为混合介质,分别模拟2种搅拌机内部物料的混合过程,对流体流动特性以及固相颗粒体积分布规律进行分析,并对比分析了双轴搅拌和单轴搅拌对液固两相混合性能的影响.结果表明:相同工况下,2种搅拌机内的流场特性差异较大,双轴搅拌机内流体的紊流效果明显强于单轴搅拌机;固相颗粒在单轴搅拌机内从上到下呈阶梯状分布,而在双轴搅拌机内各处均匀分布;结合示踪剂扩散时间可得出,双轴搅拌机单位体积混合能耗远小于单轴搅拌机,所以双轴搅拌机的搅拌混合效果以及混合效率优于单轴搅拌机.研究结果可为大容积搅拌混合设备的设计与优化提供重要的参考.

基于高维混合模型的离心泵叶轮子午面优化设计

为提高离心泵在设计工况下的运行效率和扬程,提出一种基于高维混合模型的离心泵叶轮优化设计方法.选取一台比转数为157的单级离心泵作为研究对象,通过CFturbo软件对优化变量进行参数化,然后结合数值模拟获得高维混合模型的训练集.在此基础上采用获取的训练集通过MATLAB机器学习得出效率、扬程与优化参数之间关于支持向量回归的高维模型,并采用遗传算法寻优.在设计工况下,所拟合的高维混合模型预测的效率和扬程值比原模型分别高1.5%和3.2 m,数值模拟验证优化方案的效率和扬程分别比原模型高0.9%和2.1 m.算例研究表明,将高维混合模型应用于离心泵叶轮的优化设计中可以实现快速寻优并提高离心泵水力性能.

盐碱地水肥耦合对基质栽培番茄生长与产量品质的影响

为探究盐碱地水肥耦合对基质栽培番茄生长的影响,设置3组灌溉水平W1(268 mm),W2(201 mm),W3(161 mm)和3组施肥水平(N-P_(2)O_(2)-K_(2)O,kg/hm^(2))F1(260-200-220 kg/hm^(2)),F2(208-160-176 kg/hm^(2)),F3(156-120-132 kg/hm^(2)),共9组耦合处理,以无基质水肥组合作为对照组CK,基于温室大棚试验研究水肥耦合对盐碱地土壤盐分、基质栽培番茄株高茎粗、根系特征、产量与品质的影响,并构建遗传算法多目标优化模型确定盐碱地基质栽培番茄的最优水肥调控策略.结果表明:与CK相比,基质处理株高、茎粗、根系特征、水肥利用效率、产量与品质具有显著优势;基质处理土壤表层盐分含量较低,土壤剖面0~30 cm表现为积盐过程,30~60 cm表现为脱盐过程;通过AHP-CRITIC主客观组合赋权的VIKOR法对番茄产量、风味品质进行评价,处理W3F1的利益比率最小,产量与品质最佳;基于遗传算法多目标优化模型求解Pareto最优解,确定盐碱地基质栽培番茄的最佳水肥耦合策略为W3F2,研究可为盐碱地高品质果蔬的水肥科学管理提供理论依据.

航空发动机用滑油泵组碟簧压紧有限元分析

为保证滑油泵组关键部件配流盘与偏心泵体的稳定压紧及泵盖的安全性,依据GB/T 1972—2005标准,选用2只单片碟簧以精准对合方式安装于滑油泵组上.在考虑潜在温度场热变形的影响下,采用热固耦合方法,基于Workbench平台对滑油泵组在不同碟簧初始压缩量(0.6,0.7,0.8,0.9 mm)下进行有限元分析.研究结果表明:当初始压缩量小于0.7 mm时,滑油泵的主要部件受到的压紧力较小,主要受油液周向推力的影响;随着初始压缩量从0.7 mm增至0.9 mm,预压缩端的变形量呈现相应的增长趋势,同时滑油泵体挡板所承受的轴向力也随着初始压缩量的递增而呈现线性增长的规律;在此过程中,配流盘与偏心泵体所受到的轴向推力随着初始压缩量的增大而逐渐增大,确保其能够有效地被压紧且泵盖保持完好无损.研究结果不仅为滑油泵组的初始安装提供了理论依据,而且有助于指导实际工程应用中的安装操作,从而确保滑油泵组的正常运行与使用寿命.