基于Fins/UDP通信协议的采煤机远程监控系统研究

为推进采煤机自动化水平的提升,研究了基于Fins/UDP通信协议的采煤机远程监控系统。详细阐述了Fins/UDP通信协议的报文构成,并构建了适用于煤矿井下采煤机的远程监控系统架构。借助开源的VUE和Flask框架,展开了系统软件的开发。最后,通过一系列实验,对系统的数据采集和指令下发等关键功能进行了验证。实验结果表明,所设计的系统可以实现对采煤机的有效远程监控。

基于FINS协议的计算机与PLC以太网通信

FINS协议用于OMRON的CompoBus/D、Controller Link、Ethernet等网络以及网络之间的通信。简要介绍了FINS协议,研究了基于FINS协议实现上位机和PLC以太网通信的方法。PLC选用OMRON CP1H型机,上位机采用Visual C++6.0编程,调用FINS指令向PLC发送命令,与PLC进行信息交换。给出部分程序代码。该方法可为进一步开发PLC监控系统提供了有价值的参考。

换热翅片几何量数字化测量技术研究及在智能制造中的应用

为解决换热翅片开窗角度的数字化测量问题,研究了面向换热器智能制造产线的翅片几何量参数测量装置。该装置采用激光轮廓传感器进行非接触测量,对获取的多组原始轮廓数据进行数据剔除和取均值预处理,将处理后的数据逐点求导以识别兴趣测量区域,在各兴趣测量区域采用定长逐点步进的方式进行最小二乘拟合运算,选取最优拟合线段进行夹角计算,可自动实现对翅片8个开窗角度及3个长度参数的测量,设计了基于JSON的数据交互格式实现与制造执行系统的数据对接。实验结果表明:装置角度测量最大允许误差(MPE)为±0.5°,具备数字化测量及数据交互能力,测量精度满足企业质控需求。

保温时间对钛合金板翅式换热器真空钎焊过程温度场及残余应力的影响

钛合金板翅式换热器成品率较低、残余应力较大,该文针对钛合金板翅结构真空钎焊过程开展热-固耦合建模与仿真研究,阐述了钎焊过程温度均匀性及残余应力分布特征,探明保温时间对钛合金板翅式换热器真空钎焊过程温度场及残余应力的影响机理.结果表明,板翅结构两侧温度较高,中部温度较低,延长保温时间可有效改善板翅结构的温度均匀性.残余应力均主要集中于翅片上表面与隔板背侧中部,在钎缝及夹持点处存在明显的应力集中现象,保温时间越长翅片钎缝的残余应力越小.模拟得到钛合金板翅式换热器真空钎焊中残余应力与试验结果相吻合,相对误差为5.3%,验证了该模型的准确性.

石蜡与低熔点合金双级联相变材料强化板翅式散热器换热性能的数值模拟

相变散热技术可以通过相变材料的物态变化,有效吸收或释放热量,从而实现被动式热管理。本文建立了一种板翅式相变散热器的结构模型,研究级联相变技术的相变传热过程及优化传热性能的措施,重点分析了相变材料(PCM)的组合方式、翅片结构以及不同的PCM体积比工况对相变散热器传热性能的影响。研究结果表明,改变PCM的组合方式对相变材料传热过程有显著影响,对于采用双PCM的级联相变散热器,PCM1和PCM2呈相变温度递减排列具备更优的热管理性能;当翅片数为16时,具备更低的工作温度,并且相比于四翅片结构的相变散热单元,两种级联PCM组合的相变散热单元的凝固时间分别缩短了25.3%和22.5%。因此,当翅片数为16及翅片厚度为0.5 mm时,热管理性能较优;采用石蜡和低熔点合金材料,当PCM体积比为1∶2时,两个临界温度下的热管理时间分别延长了17.2%和15%,温升速率也随着低熔点合金所占体积增多而逐渐减小,综合考虑热管理时间和温升速率,可知PCM体积比为1∶2时级联相变散热器的热管理性能较优。

仿生正形尾鳍结构微通道流动与传热特性数值研究及结构优化

基于鱼类尾鳍在流动过程中的重要作用,仿生设计并建立了正形尾鳍结构微通道物理模型,研究了仿生尾鳍肋间距对微通道综合传热性能的影响,提取了尾鳍结构凹陷长轴相对长度Dt/Wch、决定尾鳍结构最大宽度的bt/Wch以及决定尾鳍结构最大高度的张角αt三个结构参数,数值分析了结构参数对仿生微通道平均摩擦因数、平均Nusselt数、综合性能因子以及热阻和泵功的影响规律;并通过均匀试验分析回归拟合和遗传算法多目标优化得到了正形尾鳍结构参数的最优解。结果表明,综合性能因子随着仿生肋间距的增大而减小,当间距为4 mm时,正形尾鳍结构微通道的综合性能因子变化范围为1.74~1.89,综合传热性能明显优于矩形光滑通道;随着Dt/Wch的增加、bt/Wch的减小或αt的增加,尾鳍结构微通道的综合传热性能提升,其中凹陷长轴相对长度Dt/Wch和高度张角αt影响较大。结构参数为Dt/Wch=0.476、bt/Wch=0.135、αt=146.96°时,微通道性能有较大提升。

基于LBM的泡沫金属与翅片相变储能系统性能对比分析

为了研究翅片和泡沫金属铜对相变储能系统性能的影响,使用四参数随机生长法(QSGS)构建了孔隙密度(PPI)分别为20PPI、30PPI的泡沫铜复合相变材料模型,并构建了等铜质量的翅片相变材料模型。在此基础上,采用格子玻尔兹曼(LBM)数值模拟方法对相变材料(PCM)的储/放热过程进行了数值模拟,基于努塞尔数、液相率、PCM流动速度、PCM熔化/凝固时间对比分析了添加翅片以及添加泡沫金属结构对相变材料换热性能的影响。结果表明,在储热过程中,由于泡沫金属的存在会抑制熔化过程中对流换热的发展,双翅片结构的努塞尔数高于泡沫金属结构,熔化时间更短,相比于20PPI、30PPI泡沫铜复合相变材料分别缩短了28.55%、17.5%;在放热过程中,泡沫金属的存在会增加热传导面积,泡沫金属结构的凝固速度高于翅片结构,30PPI泡沫金属结构的凝固时间相比于翅片、20PPI泡沫铜复合相变材料分别缩短了65.80%、20.24%。综合考虑储放热两个过程,30PPI泡沫金属结构的总储放热时间最短,相比于翅片、20PPI泡沫铜复合相变材料分别缩短了27.81%、15.32%。在耗费相同金属材料的条件下,采用泡沫结构是更为有效的提升储能效率的手段。

含强化肋的PCM相变储热与传热特性数值研究

为了有效提升PCM相变储热器的性能,本文采用多种金属翅片对相变过程进行强化,并采用焓-多孔介质模型对相变储热过程进行了数值模拟,分析了不同金属材料和不同基体孔隙率对相变储热及传热特性的影响.研究结果表明,采用金属泡沫强化翅片能够增强导热和对流效应,优化流场对流涡分布,储热器相变储热时间大大缩短,耗时仅为无翅片工况的16.8%;采用铜金属泡沫翅片的储能效率略优于铝金属泡沫翅片,储热时间缩短3.47%;强化翅片孔隙率对储热性能影响较弱,孔隙率为0.4时最优,孔隙率为0.6时次之,孔隙率为0.8时最差.

翅形扰流片作用下的微通道换热特性

基于有限体积(FVM)离散方法和动网格技术,模拟三维矩形微通道内的翅形扰流片的主动扰流换热情况。模拟条件为层流Reynolds数50~250,扰流片的运动频率(f)10~50 Hz。结果表明,不同运动频率下的Nusselt数、摩阻系数(fr)及综合评价因子(PEC)均在一定范围内呈现类正弦变化,其周期与扰流片运动周期相同。在Re=50、f=10~50工况下,扰流片作用下的微通道PEC为0.75~1.52,并随频率的增加而上升。特别是在低频范围内,PEC表现出一定的单调性。通过引入翅形扰流片,微通道的传热效率得到了显著的提高,相较于光滑矩形微通道(PEC=1),在Re=50、f=10 Hz工况下PEC提高了5%,在Re=50、f=50 Hz的条件下PEC提高了30%。

不同压缩比螺旋翅片对相变储能罐蓄热的影响机制

在传统螺旋翅片基础上提出3种不同压缩比的螺旋翅片结构。首先数值模拟不同压缩比的螺旋翅片储能罐相变材料的熔化过程;其次,讨论4个储能罐中温度场和固液界面的演变情况;再次,分析液相分数、平均温度和平均努塞尔数的变化趋势;最后,对比不同压缩比下相变材料的总蓄热量、熔化时间和平均蓄热速率。结果表明:设计压缩比合适的螺旋翅片可有效促进储能装置相变材料的熔化,减轻下部温度垂直分层现象,增强相变材料的自然对流,提升相变储能罐的蓄热性能;随着压缩比的增加,蓄热速率呈先增加后减小的趋势,而完全熔化时间则先减少后增加;与无压缩螺旋翅片的储能罐相比,当压缩比为3时,石蜡完全熔化时间缩短27.27%,平均蓄热速率提升33.33%,但当压缩比增加到7时,平均蓄热速率反而下降25%,完全熔化时间增加34.67%。

尾翼控制小型超空泡航行体运动稳定性分析

为探究可偏转尾翼对小型超空泡航行体运动状态的影响,建立了具备尾翼控制功能的小型超空泡航行体非线性动力学模型,对航行体动力学系统进行仿真计算,根据Lyapunov指数谱和相轨图对系统稳定性进行判定,运用非线性动力学方法,对不同尾翼反馈增益下的稳定系统、周期振荡系统以及混沌系统进行分析,得到了速度衰减情况下无动力小型超空泡航行体保持稳定运动的反馈增益参数区间,结果表明,无动力小型超空泡航行体可以通过调整尾翼的反馈增益参数进行姿态控制并实现稳定运动。

相变储能单元中翅片的设计优化研究进展

潜热储能技术(Latent Heat Thermal Energy Storage, LHTES)已得到学术界的广泛认可,被认为是最有前途的储热技术之一,但几乎所有的相变材料(Phase Change Material, PCM)都存在热导率低、相变过程中传热性能差的问题。在PCM中添加翅片是提高PCM潜热蓄热放热速率的有效方式之一,目前已在翅片强化PCM传热性能的原理和优化方面开展广泛的研究。首先对影响PCM传热性能的因素进行综述,并对其传热机制进行分析。分析表明翅片的材料对PCM的传热性能影响有限;翅片的形状、体积分数、分布形式及倾角均会对PCM的蓄放热性能产生影响。翅片与其他增强潜热技术结合的应用方式,使PCM的传热性能和蓄放热速率进一步提升;并对其增强机制进行分析。对提升PCM传热性能的优化方向进行了展望。旨在改善PCM的潜热蓄放热性能,以促进潜热储能技术进一步发展。

翅片增强空气式相变储能装置蓄热性能模拟研究

目的为解决空气式相变储能装置中存在的蓄热时间过长等问题,探究该装置蓄热性能的优化措施。方法利用FLUENT仿真软件对添加不同体积分数、厚度和高度翅片空气式相变储能装置的温度场进行数值模拟,并对模拟结果进行比较分析。结果翅片体积分数为15%,厚度为8 mm,高度为14 mm时,空气式相变储能装置蓄热时间缩短最显著,可缩短46.97%。结论翅片的添加对相变储能单元的熔化具有促进作用,通过优化翅片体积分数、厚度和高度参数,可以提高空气式相变储能装置的蓄热性能。

三套管式加肋相变蓄热单元的强化传热特性

相变蓄热技术在利用工业余热、太阳能等解决热能与用户之间的供需不平衡问题方面起着重要的作用,然而受相变材料自身物性的限制,蓄热熔化时仍存在蓄热速度低、熔化不均匀等问题。本文以三套管式相变蓄热单元为基本结构,利用FLUENT软件模拟研究了在考虑自然对流情况下添加纵向肋片的不同参数(肋片数量、长度、厚度、偏心距及肋片排布方式)对三套管式相变蓄热单元蓄热性能的影响。结果表明,三套管式蓄热单元内外双壁面共同加热,与普通套管式蓄热单元相比,换热面积增大,相变材料全部熔化需要的时间缩短;加装纵向直肋片的三套管蓄热单元的熔化速度进一步加快,相同数量肋片下,肋片的长度和厚度是影响蓄热单元蓄热量与平均蓄热速率的主要因素,肋片长度占相变材料区域径向长度的50%时,蓄热单元的熔化速度加快幅度明显且蓄热量与平均蓄热速率较高。通过优化设计,发现内管向下偏移距离e对相变材料的熔化过程作用显著,偏心距离较短时相变材料完全熔化所需时间最少,相比光滑管蓄热单元,相变材料的熔化速率提升了48.5%,偏移距离过长则会延长蓄热时间;通过加密蓄热单元底部外层肋片的排布,蓄热单元的熔化进程有不同程度的加快,总体蓄热速率较原肋片结构有所提高。

基于液压控制技术的船舶自动应急抗倾覆装置设计

船舶在航行过程中受到波浪影响容易发生倾覆事故,对人员安全造成极大威胁。本文在研究Conolly船舶横摇模型的基础上,提出一种基于液压控制技术的船舶自动应急抗倾覆装置的设计方案,使用减摇鳍来降低船舶的横摇幅度,并通过DSP控制器+Conolly船舶横摇模型的闭环控制方案实现船舶自动应急抗倾覆的目的。通过升力传感器、行程反馈和角度反馈的信号,然后计算出最优的控制信号发送给液压缸并驱动减摇鳍,产生与船舶横摇方向相反的力矩,系统能够动态响应海况变化和船舶运动,对自动应急抗倾覆装置进行仿真,结果表明,系统具有较好的适应性和实时性。

直升机消防吊桶姿态模拟试验研究

为量化研究直升机消防吊桶灭火过程中消防吊桶姿态对洒水精准度及直升机稳定性的影响,搭建直升机消防吊桶姿态试验平台开展消防吊桶缩尺寸试验。开展来流速度、质量、绳索长度、加装尾鳍4种因素影响下直升机消防吊桶摆动试验,利用以姿态传感器和拉力传感器为核心的数据采集系统采集试验过程中消防吊桶的姿态角和绳索垂直方向的受力。结果表明:来流速度为8、16、24 m/s时姿态角变化极差为7.85°、20.40°、34.84°,绳索垂直方向受力极大值与自身重力之差为0.18、1.13、2.29 N;质量为301、271、241 g时,姿态角变化极差为17.45°、20.40°、38.27°,绳索垂直方向受力极大值与自身重力之差为0.95、1.13、1.17 N;绳索长度为100、150、200 mm时,姿态角变化极差为22.41°、20.40°、19.61°,绳索垂直方向受力极大值与自身重力之差为1.93、1.79、1.56 N;正交试验分析得出不同工况的影响因素大小为来流速度>绳索长度>质量,其中来流速度对试验结果影响极显著(P<0.01);直升机消防吊桶是否加装尾鳍的姿态角变化极差为15.78°、55.76°,绳索垂直方向受力极大值与自身重力之差为0.64、1.06 N。综上,降低来流速度、增加消防吊桶质量、增加绳索长度及加装尾鳍可有效降低消防吊桶姿态变化幅度,提高垂直方向受力的均匀性,从而优化洒水精度和直升机稳定性。

强制对流下翅片管蒸发器表面结霜实验

翅片管蒸发器表面结霜是阻碍制冷系统高效运行的主要不利因素之一。利用恒温恒湿箱搭建强制对流下蒸发器翅片管表面结霜可视化实验平台,在环境温度0~8℃、相对湿度55%~75%及迎面风速0.8~2.4 m/s时,实时记录霜层动态生长过程,研究了环境温度、相对湿度和迎面风速对霜层生长特性及蒸发器换热性能的影响规律。结果表明:环境温度和迎面风速是影响蒸发器结霜的主要因素,结霜50 min,环境温度为0℃的霜层厚度比环境温度为8℃的提高了12.78%,迎面风速为2.4 m/s的霜层厚度比迎面风速为0.8 m/s的提高了14.66%,结霜量与换热量提高趋势相同。在结霜初期,相对湿度越大,换热量越大;结霜后期,相对湿度越小,换热量越大,并得到了换热量关于环境参数与时间的相关关系。

基于CFD的仿生水动力学数值计算方法及其验证

鱼类经过长期的进化与自然选择,有着优异的水中游动能力,鱼类借助尾鳍能够进行快速高效的定向游动和快速启动/机动,借助胸鳍能够进行前进、后退和灵活的转向。本文基于计算流体力学(CFD)方法,给出适用于求解鱼类尾鳍/胸鳍的刚性运动以及身体躯干的柔性运动的网格划分策略,对仿生尾鳍、仿生胸鳍和仿生鱼在均匀来流中的水动力性能以及仿生鱼在静水中的自主游动进行数值计算。结果表明:基于CFD方法,采用结构与非结构混合的网格划分策略,应用动网格方法能够对仿生鱼的各类鳍及身体躯干的刚性或柔性运动进行有效的模拟,通过与实验结果进行对比,验证了对水动力性能求解的有效性。数值计算方法和验证算例对仿生水动力学的研究具有一定的理论参考意义。

17m超高坐地式玻璃肋幕墙系统结构性能和试验研究

文章以泰康大厦工程为背景,针对超高坐地式玻璃肋幕墙系统进行了大风压作用下的结构性能和位移能力试验研究,通过有限元、试验、理论三者进行对比分析。研究表明,该幕墙系统不仅满足1.75kPa风压作用下的结构性能要求和2.63kPa大风压下结构的安全性能要求,而且满足三个方向位移能力的要求。充分说明17m超高坐地式玻璃肋幕墙系统的设计方案安全可行,设计方案和试验结果可为今后超高坐地式玻璃肋幕墙系统的设计提供支持。

基于响应面法的矿用翅片管空冷器参数优化

矿用空冷器是矿井降温系统常用的末端设备,优化矿用空冷器换热性能对提升矿井降温系统能效具有重要意义。采用Fluent建立了平直翅片管矿用空冷器模型,研究了翅片间距、翅片厚度、横向管间距和纵向管间距对传热因子、阻力因子和综合性能评价指标的影响规律;采用Box-Behnken响应面法,分析了双参数协同作用下传热因子、阻力因子和综合性能评价指标变化规律。结果表明:随着翅片间距、横向管间距的减小,以及翅片厚度增加,传热因子、阻力因子和综合性能评价指标逐渐增加;综合性能评价指标则随纵向管间距的增加而先增加后降低;横向管间距、翅片厚度是影响空冷器传热及流动性能最显著的两个参数,而翅片间距、纵向管间距的影响最小;得到了平直翅片管矿用空冷器的最优参数,传热因子提升16.3%、阻力因子增加26.3%、综合性能评价指标提升8.3%。研究结果可为矿用翅片空冷器设计参数优化提供指导。