收缩-扩张管内的固-液二相流动数值分析

本文建立了一种固-液二相流的流动模型。该模型把固相与液相间的相互作用以源(或汇)的形式归结到液相的动量方程之中,因而物理过程比较明确。使用以该模型为基础的数值方法对在水平放置的收缩-扩张管内的固-液二相流进行理论分析,其结果表明,固相对液相的压力场及流速有明显的影响。

收缩-扩张喷管内高含硫天然气超声速流动特性研究

为明确采用收缩-扩张喷管来实现天然气中H2S气体凝结与液化的可行性,对CH4-H2S双组分在收缩-扩张喷管中超声速流动液化过程进行了理论研究与数值模拟。运用流体力学计算软件,结合流动控制方程,分析了入口压力和出口背压对混合气体流动特性的影响。研究结果表明:适当提高入口压力,将使CH4-H2S双组分临界液化温度和压力降低,且停留在气液两相区和液相区的范围增大,促进H2S气体的凝结;随着出口背压(压比)的不断增大,产生激波的位置逐渐向收缩-扩张喷管喉部方向移动,收缩-扩张喷管轴线处的压力和温度波动更加剧烈,破坏了凝结所需要的制冷环境,不利于H2S气体的凝结;当出口背压在60%以上时,制冷环境被完全破坏,H2S气体不能实现凝结。

基于瞬态液晶测量技术的收缩-扩张形孔气膜冷却特性

采用一种进行全表面测量的瞬态液晶测量技术测量了新型气膜孔(收缩-扩张形孔)的气膜冷却特性,研究了动量比对冷却效率和换热系数的影响,并与传统的圆柱形孔气膜冷却特性进行了对比,结果表明:收缩-扩张形孔中心线附近区域的冷却效率相对较低,而两孔之间区域的冷却效率相对较高,与圆形孔分布规律相反;在上游区域,两孔中间区域的换热系数比相对孔中心线附近区域较高,而在下游区域,两孔中间区域的换热系数比相对孔中心线附近又较低,与圆形孔相比也有较大不同。相对于圆柱形孔,收缩缝形孔的平均换热系数比在上游较高,在下游较低;收缩-扩张形孔喷出气膜对下游壁面区域的有效覆盖率远大于圆柱形孔,其展向平均冷却效率明显高于圆柱形孔;收缩-扩张形孔在动量比为2时的平均冷却效率最高。

涡轮叶片上收缩-扩张形孔排的全表面气膜冷却特性

为了摸清新型收缩-扩张形孔在涡轮叶片上的气膜冷却特性,采用一种可进行全表面测量的稳态液晶测量技术测量了收缩-扩张形孔排在涡轮叶片模型上的气膜冷却效率分布。研究了基于叶片弦长的主流雷诺数和二次流-主流流量比对冷却效率的影响,并与叶片上圆柱形孔排的气膜冷却效率分布进行了对比。结果表明:受叶栅通道涡作用,两种孔排的射流轨迹在吸力面呈聚敛状;在压力面则呈发散状;但通道涡对收缩-扩张形孔排射流的影响较弱。收缩-扩张形孔排在吸力面和压力面上的气膜覆盖范围和冷却效率都远大于圆柱形孔排,而且收缩-扩张形孔排的冷却效率随流量比的增大而增大;在压力面上,叶片型面结构使得收缩-扩张形孔排以及圆柱形孔排的气膜覆盖效果好于吸力面。在本文的实验雷诺数范围内,主流雷诺数对收缩-扩张形孔排的冷却效率分布特征以及冷却效率数值大小的影响都很小。

低渗透油层扩张-收缩孔道流动规律新模型及应用

低渗透油层孔隙结构复杂、喉道细小、孔喉比大,非达西现象严重是制约其进一步提高采收率的主要原因.在国内外关于微流体流动、非达西渗流规律等研究成果的基础上,对水驱油微观流动、多孔介质内微观作用力进行了研究,建立了微孔道内固液相互作用条件下的流体黏性系数表达式、二维流动控制方程以及相应边界条件,并进行求解计算,给出了考虑固液作用、不考虑固液作用2种情况下扩张-收缩流道流体的流动规律.数值计算表明,考虑固液作用条件下,对流体速度、切应力和流线分布均有较大程度影响.

带扩张-收缩型通道的脉动式微混合器的研究

微混合器作为微流控系统中的重要元件,在生物医学、化学分析等领域具有非常多的应用。在分析提高微混合器混合效果途径的基础上,设计了一种带扩张-收缩型通道的脉动式微混合器,通过Fluent-UDF二次开发程序对混合机理及影响混合效果的各种参数进行数值模拟分析,得出在相位差为180°、速度比为2、St数在0.2—0.4时混合效果最好。另外,对其实物模型进行了微混合实验研究,将实验结果与数值模拟结果定性地对比分析,结果吻合较好。

收缩扩张喷管中稀疏颗粒加速运动及喉道优化

直升机、运输机在简易场地起降过程中,发动机可吸入的二氧化硅等微小颗粒,对叶片造成冲击磨损,冲击速度可达200m/s以上。冲蚀试验常采用直喷管加速固体颗粒,在入口总压为0.6 MPa时,颗粒速度难以达到200m/s。为更有效地加速颗粒,采用超音速收缩-扩张喷管,通过数值模拟研究了该喷管对稀疏二氧化硅颗粒的加速运动,并利用实验验证了数值模拟的准确性。在此基础上,对喉道尺寸进行优化以提高喷管对颗粒的加速性能。结果表明:收缩-扩张喷管对颗粒的加速主要发生在扩张段,管内激波不会引起颗粒速度的震荡,颗粒的加速度与气流、颗粒之间的相对速度以及气流的密度有关;在入口总压为0.6 MPa的条件下复现5级砂尘环境,喉道半径为0.001 6m的喷管加速效果最佳,可获得的颗粒速度达到218m/s。

基于扩张-收缩机制的遗传算法求解一维下料问题

针对一维下料问题,基于原材料序列和零件序列计算原材料的利用率,建立了以利用率最大为目标的0-1规划模型,选取通用性高、并行性好的遗传算法求解.算法设计上,首先采用双种群编码对应于原材料序列和零件序列,可以有效避免不可行解的产生;其次构造了遗传算法的扩张-收缩机制,分别基于轮盘赌策略和锦标赛策略以及复合变异操作使当前种群迅速扩张为两倍规模;然后定义了综合考虑基因差异性和适应度差异性的个体相似度,据此进行种群收缩,使扩张种群收缩到原种群规模.最后,选取已有文献中四个代表性算例进行仿真实验,求解结果均优于原文献结果,表明所设计算法在求解精度和收敛速度上均有更好的性能体现,验证了其可行性和有效性.

矢量二元收扩喷管热射流复杂流场特征研究

提出了一种二元收 扩矢量喷管的概念 ,用热射流实验台对二元矢量喷管进行了过膨胀状态下的喷管模型热态实验。测量了喷管壁面静压和喷管出口总压分布 ,用红外热成像技术给出了二元喷管热射流流场的清晰画面 ,并对流场特征进行了描述和分析。研究表明 ,在非设计状态 ,二元喷管管内有明显的流动分离现象 ,喷口射流总压严重畸变 ,在热射流流场中 ,射流流场呈现双势核结构。

引入平均最好位置的量子粒子群算法及在航空发动机非线性模型求解中的应用

为改善粒子群算法的全局搜索能力和计算精度,在标准粒子群算法和量子理论的基础上,将平均最好位置引入粒子的状态更新过程,提出了1种基于量子行为改进的粒子群算法及不同的收缩-扩张因子取值策略。采用该量子粒子群算法对建立的典型双轴涡扇发动机部件级非线性模型进行了求解,结果表明:分段线性递减收缩-扩张因子适用于复杂的航空发动机隐式模型,其收敛效率和精度都较高,具有一定的工程应用价值。

二股流喷射控制推力矢量数值计算研究

利用求解雷诺平均的N-S方程的数值模拟方法,对一种新型的推力矢量喷管———基于次流喷射控制的二维收缩-扩张喷管(2DCD)———的推力矢量性能进行了研究。根据数值模拟结果分析了外流马赫数、喷管压强比和次流总压与主流总压之比对矢量偏角的影响。

混合自适应量子粒子群优化算法

为解决量子粒子群优化算法在迭代后期出现的种群多样性低导致的早熟收敛、陷入局部最优的问题,提出三点改进:(1)将收缩—扩张系数与适应度值联系起来,收缩—扩张系数会随着粒子的适应度值的改变而自适应调整;(2)使用差分策略更新粒子的随机位置,使得粒子向种群最优位置靠近;(3)粒子位置的更新加入Levy飞行策略,利用Levy飞行策略的偶尔长距离的跳跃,使得种群多样性增加,提高了跳出局部最优的能力,综合以上三点,提出一种混合自适应量子粒子群优化算法(HAQPSO).通过对比各个算法在6个典型函数的仿真测试结果表明:HAQPSO具有更好的全局收敛能力,且收敛精度、速度和稳定性都有明显的提升.

基于复合权值自调整策略的量子粒子群优化算法

为有效平衡量子粒子群优化算法的全局搜索和局部搜索能力,提出一种基于复合权值自调整策略的量子粒子群优化算法。采用复合典型线性递减策略与基于进化速度-聚集度的动态改变权值策略的方法来调节收缩-扩张系数,赋予两种策略相应的权重。复合权值自调整策略融合线性递减策略符合粒子群整体运动趋势的特点和动态改变策略契合粒子群当前变化态势的优势。仿真比较该算法与标准量子粒子群、动态改变权值策略的量子粒子群在优化不同测试函数时的性能,实验结果表明,该算法在收敛速度、搜索能力等方面均有一定提高。

混合量子粒子群算法在光伏阵列MPPT中的应用

光伏阵列在局部阴影下的功率-电压曲线具有多峰值特性,采用量子粒子群算法的最大功率点跟踪方法可以有效地解决多峰值问题,但该算法易早熟收敛、陷入局部最优。对此,提出一种混合量子粒子群算法的光伏阵列最大功率点跟踪方法。该方法将收缩-扩张系数与适应度值结合以提升算法搜索能力,将莱维飞行策略加入粒子位置更新的过程中,从而增加算法收敛后期的种群多样性。通过Simulink进行仿真实验,表明改进方法比量子粒子群算法的收敛速度快,且有效抑制了不收敛的现象,应用该方法能够有效地实现光伏多峰最大功率点跟踪。

无人机三维航迹规划的量子粒子群优化算法

针对传统的粒子群优化算法容易陷入局部最优解的问题,采用量子粒子群优化算法开展了无人机三维航迹规划。详细分析了固定翼无人机的飞行性能约束条件。为了减小算法计算复杂度,提高规划效率,对三维航迹规划问题的高度规划采用了直接设定策略,即,设置各个航路点的高度介于最大、最小飞行高度之间,从而将三维航路规划问题简化为二维航路规划问题。设计了收缩-扩张因子的线性增大调节策略、代价函数和航迹规划流程。分别采用量子粒子群优化算法和传统粒子群优化算法开展了无人机三维航迹规划仿真实验。仿真结果对比表明,所设计的量子粒子群优化算法比传统粒子群优化算法具有更高的全局搜索能力和搜索精度。

基于改进QPSO算法的电动汽车模糊控制器参数优化

目前电动汽车常以无刷直流电机(BLDCM)作为驱动器,但BLDCM调速控制系统中模糊控制器的量化因子和比例因子采用传统方法,自调节能力弱。针对该问题提出一种改进QPSO算法(AMF-QPSO)实现对量化因子和比例因子的自适应调节。AMF-QPSO算法以收缩-扩张(contraction expansion,CE)系数控制方式为研究重点,提出粒子活性概念,并以其作为反馈量实现动态自适应调节CE系数;同时,为防止种群高度聚集,采用精英群体随机交叉学习机制,对部分活性低的精英粒子进行扰动,增强种群后期多样性。最后,通过Lab VIEW实验平台,以具体案例验证AMF-QPSO算法性能。实验结果表明,AMF-QPSO优化的模糊PID控制器具有比标准模糊PID控制器和QPSO优化的模糊PID控制器更好的控制性和自适应性。

非线性系统的改进型迭代学习控制算法研究

针对普通闭环PD型迭代学习控制算法收敛速度慢且收敛精度不高的问题,通过在闭环PD型控制算法中引入动态扩张-收缩因子(dynamic expansion compression coefficient,DECC)的方法,提高闭环PD型算法的收敛速度以及收敛精度。同时将鲁棒控制引入至算法中,进一步提高算法抑制外界干扰的能力。通过构造李雅普诺夫函数证明了在所提改进的控制律作用下的信号是有界且收敛的。最后将改进的迭代学习控制算法应用在一类具有重复运行性质的非线性系统中,证明所提算法是有效的。

下穿隧道对邻近桩基承载力与沉降的影响

总结了下穿隧道开挖对邻近桩基产生的影响和小孔扩张-收缩理论的相关研究,分析了两阶段分析法、整体分析法和室内模型试验3种常见研究隧道-桩基相互作用方法的优缺点,同时在总结岩土介质小孔扩张-收缩理论研究及其在桩基工程和隧道工程中应用的基础上,指出了现有小孔扩张-收缩理论在研究浅埋隧道开挖中的不足。提出一种关于浅埋隧道-桩基相互作用的求解思路,即考虑地表效应的影响,采用有限介质小孔扩张-收缩理论进行求解。给出了该方法的初始计算模型和计算流程图,并将理论计算所得各阶段土体的位移场与离心模型试验结果进行对比,验证了方法的可行性,最后基于此计算模型给出了各阶段土体的应力场及变化量。结果表明:小孔扩张-收缩理论可以考虑三维隧道开挖对邻近桩基的影响,为解决隧道-桩基相互作用提供了新的解决思路。

变截面微管道内声速点位置及临界压比

等直 收缩 扩张 等直 (SCDS)变截面微管道主要应用于微型空间推进器和微型气体涡轮机等微器件中 ,研究其内流动特性对指导上述两种微器件的设计和性能的提高具有非常重要的意义 .采用硅微加工技术在硅片上制作出矩形截面三维SCDS微管道 ,喉部宽度为 16 μm ,深度为 2 0 μm ,收缩比为 1 6 2 5∶1 实验测量了不同进出口压比条件下微管道内氮气的流量特性 .实验设定进出口压比值范围为 1 0— 4 0 ,由此出口体积流量范围为 0— 0 12mL s,流动的特征雷诺数小于 35 0 在实验研究的基础上 ,采用有限体积法对其内部流动特性进行了数值模拟 ,数值模拟结果与实验结果相符合 .数值模拟结果发现两点不同于常规流动的特异现象 :其一为最早出现声速点不在最小截面喉部附近 ,而是移到出口截面附近 ,即声速点的位置发生变化 ;其二为在进出口压比达到 4 0时 ,SCDS微管道内部流场才出现声速点 ,即临界压比值 (这里将管道内部首次出现声速点时对应的当地点压力与进口压力的比值定义为临界压比 )发生变化 .将其原因归结为表面效应 (表面积与体积比值S V)的影响 ,并进一步研究了这两点特异现象与S V值之间的关系 .