Real-time Parallel Processing System Design and Implementation for Underwater Acoustic Communication Based on Multiple Processors

ADSP-TS101 is a high performance DSP with good properties of parallel processing and high speed.According to the real-time processing requirements of underwater acoustic communication algorithms,a real-time parallel processing system with multi-channel synchronous sample,which is composed of multiple ADSP-TS101s,is designed and carried out.For the hardware design,field programmable gate array(FPGA)logical control is adopted for the design of multi-channel synchronous sample module and cluster/data flow associated pin connection mode is adopted for multiprocessing parallel processing configuration respectively.And the software is optimized by two kinds of communication ways:broadcast writing way through shared bus and point-to-point way through link ports.Through the whole system installation,connective debugging,and experiments in a lake,the results show that the real-time parallel processing system has good stability and real-time processing capability and meets the technical design requirements of real-time processing.

熔盐堆下舱室非能动冷却系统的优化设计

熔盐堆下舱室非能动冷却系统是确保反应堆安全运行的重要保障,其结构设计是热工水力设计中的重要一环,其功能是保证熔盐堆下堆舱所有设备在反应堆正常运行时不超温,同时在事故工况下,能够最大程度地导出堆芯衰变热。基于一种热功率为153 MWt的百兆瓦级熔盐堆的概念设计,建立了熔盐堆下堆舱的1/4结构模型,使用ANSYS FLUENT 20.1软件进行下堆舱三维流场与温度场的数值模拟,通过优化下舱室非能动冷却系统的结构布局、空气环腔的结构尺寸、隔热板上保温棉厚度以及进风管的入口位置,使得下舱室内双通道非能动空冷系统的热屏蔽效果最好,且在事故工况下导出堆芯衰变热最多。结果表明:改变空冷系统中空气环腔的结构尺寸对下堆舱热屏蔽结果的影响很小;在空冷系统的中间隔板上增加保温棉可以显著降低侧面混凝土墙的温度;冷却系统的进风管入口位置距离空冷环腔顶端越近热屏蔽效果越好。据此最终设计出了一种新型的下舱室内双通道非能动空冷系统,达到了153 MWt熔盐堆下堆舱的屏蔽冷却的设计要求。为未来大功率熔盐堆下舱室内非能动余热排出系统的工程优化设计提供了重要参考。

等速节沟道磨削用椭球砂轮设计及优化

为提高等速万向节中星形套椭圆形弧沟道的加工精度,在分析了万向节沟道结构的基础上,提出了一种椭球砂轮磨削星形套沟道的方案,针对此方案,对砂轮尺寸进行了设计计算,初步得到了椭球砂轮的基本尺寸;根据砂轮的实际磨削状态,对砂轮形状进行了结构优化,为验证优化后砂轮形状的正确性,利用UG和VERICUT软件分别对球笼沟道磨床磨削沟道的加工过程和用新型椭球砂轮磨削沟道过程进行了模拟仿真,对比仿真结果,后者误差有所减小,从理论上验证了方案的可行性。

挤出机机头流道优化分析

复合挤出机机头是橡胶工业中有不可或缺的一部分,合理的设计挤出机机头流道与橡胶挤出成型质量有着密切的联系。基于此,这里对复合挤出机机头流道进行了分析优化设计。运用FLUENT软件,对复合挤出机机头其中的一个分支流道进行具体的优化分析。首先对阻尼块的高度、深度以及形状进行了结构优化分析设计,其次对分支流道分流区的角度进行了优化分析设计,通过确定阻尼块的形状、高度和深度,改变分流区的角度,降低了流道进出口的压力降,减少了流道的阻力,提高了出口速度的均匀性和产品的质量。

可逆固体氧化物电池流场设计及优化的研究进展与展望

氢能作为一种清洁能源,不但具备清洁的利用过程,还能够与间歇性可再生能源有效结合,达到节能减排的重要效果。作为一种能够有效利用和制造氢能的装置,可逆固体氧化物电池(reversible solid oxide cell,RSOC)拥有燃料电池和电解槽两种运行模式,引起了广泛关注。RSOC的流场结构对其性能具有重要影响,具体表现为流道形状、尺寸及气体配置对RSOC内部气体流动特性的影响,均匀的气体分布及优异的扩散过程有利于电池输出性能及稳定性的提升。本综述总结了RSOC平行、蛇形、交指等传统流场与X形、三维网状等新型流场的结构特点及其电池输出特性,并对现有相关流场优化方式的研究进行了详细的分析和讨论,以全面概述该领域的最新进展。结果显示,针对RSOC内部气体流动特性可以通过优化温度、压强、气体流量等运行条件,选择合适的电解质、电极结构参数,阴阳极气流配置,以及设置流道障碍物等方式改进传统流场,促进气体传质与扩散过程;同时设计新型流场结构及多孔介质流场也是改善气体流动状态的一种方式。

基于CFD的泵站进水流道优化

受限于用地规模、地形等因素,我国排水泵站流道的设计趋于复杂,普遍具有流道深、狭长的特点。这导致泵站进水流道存在回流、流速分布不均匀等不良流态,影响泵站安全稳定运行。以某泵站为实例,采用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)技术,通过改变肘形流道的弯曲段长度、底边线倾角和喉管高度,拟定优化设计方案,采用基于CFD的数值模拟方法分析流道内部流场分布,并根据流道出口的流速分布均匀度、速度加权平均角度和流道水力损失等水力指标比选,优选出最优方案。该研究为进水流道设计提供了更精细的优化手段,弥补了传统经验设计方法只能定性分析的不足,得到的最优设计方案可供类似工程参考,保障泵站机组的稳定运行。

分流漩涡型灌水器结构设计及其优化

分流漩涡型灌水器是一种先分流再产生漩涡从而达到消能目的的灌水器。为研究灌水器流道结构参数对水力特性和抗堵塞性能的影响,选取分水体与流道边壁的距离、分水体与阻水体头部的距离、阻水体齿倾斜角度和阻水体齿到流道边壁的距离4个特征参数研究其水力性能,选取粒径为0.125 mm、密度为2500 kg/m3的泥沙颗粒研究其抗堵塞性能。结果表明,灌水器流态指数为0.4812~0.5068,分水体与流道边壁的距离对流态指数影响最大;灌水器流量系数为2.2093~3.2906,分水体与流道边壁的距离和阻水体齿端到流道边壁的距离均对流量系数有影响。研究发现主漩涡区是易堵塞区域,在多数情况下流态指数与颗粒滞留时间呈负相关规律。最后对该结构进行了优化设计,以提高其水力性能和抗堵塞性能,可为分流漩涡型灌水器水力性能评估和结构优化提供技术支撑。

PEM燃料电池凸台流道性能三维仿真分析及结构参数优化

在氢能技术快速发展的背景下,作为关键应用之一的质子交换膜燃料电池(PEMFC)的流道设计受到重点研究。该研究通过构建基于实际尺寸的PEMFC全尺寸单流道模型,并在模型中嵌入不同形状的凸台结构,使用Comsol仿真分析探究凸台几何参数对电池性能的影响。结果表明:凸台结构能显著提升功率输出,电流密度增幅达到10%至31.25%,功率提高3%至9.2%;气体流速与功率输出与凸台高度呈正相关,0.2 mm高的矩形凸台性能最佳,显示适宜的凸台高度能有效提升PEMFC效率;通过增强传质效果、优化工质在燃料电池内部的分布,尤其改善流道后半段的水淹,凸台的设置可进一步增强电池功率。与凸台长度相比,凸台高度是主要的优化方向。该研究为全尺寸的PEMFC流道优化提供了理论上的支持,对提高氢能源效率具有指导意义。

基于NSGA-Ⅱ的内外液流通道筒式磁流变制动器优化设计

【目的】针对传统磁流变制动器磁场利用率不高的问题,设计了一种具有内外流道的筒式磁流变制动器。【方法】通过将隔磁环和隔磁盘集成在导磁材料旋转套筒和定子磁缸内,使得磁力线蜿蜒穿过内外液流通道的6段有效阻尼间隙,从而在制动器外形尺寸不变的前提下提高了转矩性能。阐述了内外液流通道筒式磁流变制动器的结构和工作原理,同时建立了制动转矩的数学模型。在电磁场和转矩分析的基础上,通过理论计算和DOE实验正交法预测模型精度,并利用NSGA-Ⅱ算法对内外液流通道筒式磁流变制动器进行多目标优化。【结果】结果表明,当加载电流为2.0 A时,制动器的转矩最大值由36.38 N·m提高到47.35 N·m,相比优化前提升了30.15%;转矩动态可调范围系数由18.28提高到21.31,相比优化前提升了16.58%。【结论】优化后的制动器满足无人配送小车的制动性能需求。

大型泵站流道钢衬受力分析及优化设计

泵站的流道决定着水泵进口的吸入条件,对水泵装置效率、工程投资和安全运行影响较大,为提高流道表面平整度,降低水流流态对水泵装置效率的影响,在设计大中型泵站流道时往往将进出水流道设计成永久钢衬。以某大型泵站流道钢衬为例,叙述了流道钢衬设计中的荷载分析过程,优化了钢衬面板、肋板、横撑及立杆等的设计方法,并对主要构件的变形、内力、应力和稳定性等进行了验算,对影响钢衬受力的有关敏感因子进行了分析,可为类似工程的设计与施工提供参考。

某控制器液冷板仿真优化设计与评估

某发动机控制器中驱动板采用液冷散热技术,为此开展了液冷板的散热性能仿真优化设计与力学性能评估。首先基于液冷板外形结构提出一种S形流道结构设计方案,接着仿真验证了液冷板的散热性能,并基于仿真结果优化了流道结构。优化结果表明,液冷板上最大温差由10.41℃降为4.82℃,满足温差不大于5℃的设计要求,散热性能改善117%。进一步评估流体入口压力10 MPa工况下的液冷板力学性能,流-固耦合仿真得到的最大等效应力为71.59 MPa,远低于液冷板铝合金材料屈服强度255 MPa,力学结构可靠。

引大入秦景泰段输水工程渠系建筑物选择及其水力计算

结合引大入秦延伸增效景泰段输水工程的建筑物选择,在不同工况条件下,进行渠道及渠系建筑物的水力计算,特别是系统有富裕水头时,将富裕水头按流量增加合理分配,可使倒虹吸工程在多种工况下均能平稳高效运行,为类似工程提供计算思路。

流体拓扑优化的方法及应用综述

流体拓扑优化是一项突破性技术,在航空航天、汽车、电子芯片等领域均有广泛的应用前景,然而其所设计出的复杂结构难以通过传统制造技术加工成型等因素制约了它的推广应用。增材制造(3D打印)技术的发展为进一步拓展流体拓扑优化的应用和研究提供了有效途径,对实现相关工业装备的结构轻量化、动力学优化、安全性优化以及性能提升,落实国家“节能降耗、碳达峰碳中和”战略具有重要意义。借助文献计量工具VOSviewer对Web of Science数据库中流体拓扑优化相关文献进行了梳理和总结,全面系统阐述了流体拓扑优化的理论体系、求解方法、优化方法以及工程应用,并对相关问题进行了探讨。首先,与固体拓扑优化相比,流体拓扑优化涉及领域更广、流态特征更多样、数学模型更复杂,因而求解更困难、计算时间更长、计算资源需求更大,这是制约流体拓扑优化工程应用的主要因素。其次,较系统阐述了流体拓扑优化的3个环节和关键技术:拓扑设计变量表述方法、CFD模型及求解方法、拓扑优化模型及求解方法,并分析了现有技术的特点和应用场景,同时,对流体拓扑优化的电子芯片热沉、飞机汽车、换热器等几个应用场景进行了简述。最后,对流体拓扑优化的发展趋势进行了预测和总结,建议进一步加大湍流、共轭传热、流-固-热耦合、流-固-热-质耦合等方面的多学科拓扑优化研究;拓展基于多目标函数的拓扑优化研究;进一步加强与人工智能的深度结合,开发更加稳健成熟的智能CFD求解器、智能优化求解器以及智能流体拓扑优化软件。

某微通道液冷板的结构设计与优化分析

这里以某雷达T/R组件的液冷散热为研究对象,提出了一种新型两进两出U型微通道液冷冷板设计。在保证计算机模拟参数不变的条件下,利用ICEPAK数值模拟的方法,通过分析比较仿真结果,对原单层支流道的冷板进行结构优化,引入双层微通道支流道设计理念。同时,对这两种总体方案进行试验验证,试验结果与ICEPAK仿真结果基本一致。研究结果表明:双层微通道流道的引入显著改善了冷板的散热性能;综合分析液冷板散热效果和进出口冷却液压差,最终选定双层梯形微通道流道设计方案。

烟支吸附装置流场分析与优化设计

目的针对烟支传递与包装平稳性差的缺点,采用计算流体动力学(CFD)方法对烟支吸附通道内部流场进行三维数值分析。方法研究关键部位流动特性,分析流速、压力分布及湍流耗散,提出结构改进方案。结果流场压力和流速在烟支吸附口与风机连接位置分布不合理,拐角处湍流动能高,烟支吸附口至风机位置压力损失为5268 Pa。风机管道存在逆压梯度,产生气流漩涡,压力损失值为14000 Pa,高于工业需求。优化模型中,风机管道包含2个拐角时,压力损失降低了7000 Pa,烟支吸附效果提升了350%。风机管道包含一个拐角时,压力损失降低了6200 Pa,烟支吸附效果提升了390%,通道流场分布合理性得到改善。结论基于仿真结果,优化风机与出风口管道连接方式,通过流场分析可为烟支吸附装置的优化设计提供一定技术支持。

液压迷宫油箱颗粒污染物涡旋分离区结构优化

迷宫油箱是一种以促进污染物分离为目标的新型小型化液压油箱,针对其颗粒污染物分离区结构参数与分离效率关联规律不明的问题,首先,建立油液中颗粒污染物运动学模型,得到颗粒污染物在流场中的沉积与流场涡识别Q准则的联系;其次,采用CFD仿真方法,研究涡旋分离区结构参数对颗粒去除率和流场特性的影响规律,并基于正交试验法得到优选结构;最终,采用流场可视化试验验证仿真结果正确性。结果表明,颗粒污染物易聚集在流场中涡量较小的位置,即Q准则涡结构定义外侧,优选结构对直径为500μm的金属和非金属颗粒的分离效率分别提升了16%和89%。研究成果可为液压油箱轻量化小型化设计与优化提供理论和方法指导。

阵列变截面球槽结构电解加工流场设计及试验研究

变截面球槽结构表面硬度高、三维形状复杂,采用电解加工具有较好的技术经济优势,但其加工精度和加工稳定性受流场影响比较明显。为提高电解液流场均匀性,基于流场仿真分析探讨了通液方式、流道结构对流场分布的影响规律,并开展了电解加工试验研究。仿真和试验结果表明:采用定向流道供液的分域通液方式有利于提高流场稳定性和流速分布一致性,可以有效提高工艺稳定性;优化出入口流道结构可以进一步提高球槽表面质量,能够满足加工稳定性和加工精度要求。

制备再生橡胶的单螺杆挤出机喂料段流场分析及结构参数优化

利用有限元分析软件Fluent分析制备再生橡胶的单螺杆挤出机喂料段螺槽深度(H)、螺杆导程(S)和螺棱宽度(e)对物料输送效率的影响。通过正交试验和单因素试验,优化设计出单螺杆挤出机喂料段的H为27 mm,S为170 mm,e为9.0 mm,优化设计后的单螺杆挤出机喂料段物料流动速度加快,输送效率提高。该研究结果可以用来指导制备再生橡胶的单螺杆挤出机喂料段设计。

基于正交试验的双流道泵叶轮优化设计与试验

为了提高双流道泵的水力性能,实现叶轮与蜗壳的最优匹配,以双流道泵为研究对象,选择控制叶轮流道中线的前盖板圆弧R1、后盖板圆弧R2、平面流道中线包角ψ和系数m为设计因素,每个因素取3个水平,应用正交试验法设计9组试验方案。利用CFD软件对设计的9副叶轮进行数值优化,以扬程、效率作为方案评价的指标,通过极差分析得到最优方案;通过对比分析原始模型与优化模型的内部流动情况,验证优化方案的有效性。结果表明:额定工况下,优化后泵的扬程较原始模型提高0.59 m、效率提高了5.4%;大流量工况点,优化后扬程和效率提升更加明显;包角ψ和后盖板圆弧R_(2)对泵的性能影响较为明显;通过对比分析额定工况下优化前后水泵中间截面流线发现,优化后的叶轮与蜗壳匹配更合理,蜗壳中的水力损失明显减少。

多孔隔板注射成型随形水路优化及模具结构设计

传统冷却水路设计受制于模具结构及加工条件,常导致冷却效率低,成型质量不佳等问题,为此以多孔隔板塑件为例,应用模流分析技术进行冷却水路优化设计,通过比较分析传统常规水路与随形水路对产品成型冷却影响,获知随形冷却水路对比常规水路,达到顶出温度时间减少了24%,成型周期时间节约了30.5%,热移除效率提高了23.8%,产品温度分布均匀性提高了27.25%,有效最高温度下降了10.15%,有效最低温度也下降了10.60%,产品总体翘曲变形量下降了13.56%,随形水路对改善冷却效果作用显著。最后,对一模一腔的随形水路多孔隔板注塑模进行结构设计,为了避免结构干涉,采用了潜伏浇口搭配“一内三外”的侧向抽芯结构方式,有效地简化了模具结构,使加工的多孔隔板质量优良,为类似产品注塑模具设计提供参考。