煤干馏用多个并联分离器结构优化

针对原并联分离器入口管路和升气管出口管路堵塞等问题,研究了煤干馏过程中并联旋风分离器入口管路、升气管出口管路结构型式对管路内流体的影响,对结构进行了优化,并与原结构进行了对比。结果表明:通过在入口管路增大弯头角度以及减少弯头个数,能有效降低管路整体压降,相比原管路结构,优化后管路压降下降约为75%;采用三通管可防止弯头外壁侧气速较低,避免颗粒在低速区沉积并发生堵塞;采用切入式升气管可有效改善排气管内由于旋流导致的低速区以及不稳定流动问题,能够避免颗粒堆积;通过延长盲端管路高度可有效减少涡流对分离器流场的影响,综合流场以及压降分析,升气管的盲端高度为700 mm时最为适合。工业上整体系统运行周期从3个月延长至6个月以上,相比原结构,压降降低约48%。研究可为并联旋风分离器在工程上的设计和应用提供指导。

基于MATLAB的六极并联齿轮泵优化设计及分析

针对普通外啮合齿轮泵流量脉动品质差、质量大、成本高等问题,设计一种六极并联齿轮泵。分析六极并联齿轮泵的结构及其工作原理;对六极并联齿轮泵的瞬态流量特性进行分析,推导其单周期内的流量曲线函数;建立基于流量脉动系数、流量脉动频率和泵体体积的数学模型,选取设计变量,确定约束条件,并利用MATLAB优化工具箱中fmincon函数对目标函数进行参数优化。最后对相同理论流量和额定进出口压差下的六极并联齿轮泵及普通外啮合齿轮泵进行瞬态流量仿真和齿轮泵特性计算,并将结果进行对比分析。仿真结果表明:在结构设计合理的情况下,六极并联齿轮泵在减小流量脉动,降低振动、噪声、质量和制造成本,提高工作性能和使用寿命方面具有重要作用。

结合遗传算子的并行萤火虫算法及在车间调度中的应用

论文提出了一种结合遗传算子的并行萤火虫算法,该算法借鉴了萤火虫闪烁移动的思想,对两个种群进行同步并行迭代求解,以提升算法的求解速度和质量;在其中一个种群中引入多尺度协同变异算子,利用不同大小方差的自适应高斯变异机制使整个种群以尽量分散的变异尺度来对解空间进行更详尽的探索,从而使整个种群进行有效变异。函数优化结果表明了该算法的有效性,该算法用于求解以最小化最大完工时间为优化目标的流水车间调度问题,实验结果表明,较传统的单一算法而言,结合遗传算子的并行萤火虫算法在求解车间调度问题方面具有更好的性能。

基于并行BICGSTAB的不可压流场计算方法

不可压缩流动广泛存在于日常生活及工程应用之中,随着数值模拟规模不断扩大,CFD算法越来越重视并行计算。该文采用SIMPLE算法对不可压流场进行求解,为求解算法中的大型稀疏矩阵,该文发展一套基于MPI框架的并行BICGSTAB矩阵求解方法。最后采用定常顶盖驱动流算例及非定常圆柱绕流算例验证并行算法的可行性及准确性。

多级串并联离心泵运行特性研究

为了研究泵系统串并联的工作特性,设计了一种由3台泵组成的双进口、双出口的串并联组合形式,通过试验和数值模拟结合的手段对每台泵能量特性进行分析。结果表明,通过对工作模式3不同流量下各泵的流量进行监测,发现并联的一级泵之间流量分布规律并不相同,最大流量差为0.15 Q_(d),两者之间流量差值随流量的不断增大呈现先增大后减小的规律;出口1的扬程与M2的扬程较为接近,最大差值为0.188 H_(d),与M1的扬程差值较大,最大差值为1.139 H_(d);出口2的扬程基本不随工况发生变化,但是受上游2台并联一级泵的混合流态影响会产生波动。研究结果可为离心泵复杂串并联系统的设计和改进提供参考。

正交-响应面法在PBM细观参数标定中的应用

数值模拟作为研究岩石力学特性、再现细观裂纹演化的主要途径,已受到大量关注。现有的数值模拟参数标定方法主要为试错法及正交试验法,但二者都未能充分考虑细观参数交互作用的影响,模拟精度欠佳且宏观破坏形态与室内试验存在较大差异。因此,采用正交-响应面法相结合的数值分析方法,首先通过正交试验筛选出具有显著影响的平行黏结模型(PBM)细观参数,其次应用响应面法(RSM)研究其交互作用对模型试样宏观参量的影响规律,最后结合岩石宏观破坏形态提出一套PBM参数标定流程。结果表明:有效模量E*与刚度比k n/k s对弹性模量E影响显著;k n/k s、接触摩擦系数μ、最小颗粒半径R_(min)对泊松比ν影响显著;黏聚力c与法向黏结强度σc及其交互作用对单轴抗压强度UCS影响显著,应用响应面法计算分析得出的细观参数的模拟值与试验值误差绝对值小于7%,且二者应力应变曲线力学特征相似,宏观破坏形态相同,证明所提出的PBM细观参数标定流程具备科学性和可靠性。

平行流交叉口车道控制与信号配时组合优化

为了提升平行流交叉口实际应用的灵活性,提出车道控制与信号配时组合优化方法,将单向、非对称双向、对称双向、三向、四向设置与布设方向组合共16种方案整合到优化模型中,通过修正交通冲突矩阵自动生成相位相序方案.构建混合整数线性规划模型,实现交叉口设置方案选择、车道分配和信号配时的组合优化.结果表明,在各种流量场景下,对称双向、三向、四向设置方案相较于常规交叉口分别能够提升约20%、20%、50%的通行能力,单向、非对称双向设置方案通行能力与常规交叉口接近,说明平行流交叉口不宜采用单向、非对称双向设置.四向设置方案通行能力的提升幅度最大,最大值能达到70.51%.对称双向和三向设置方案的通行能力提升相差不大,但三向设置在不对称流量场景中的表现优于对称双向设置.

多通道平行流扁管-紧凑式翅片相变蓄热器蓄/放热性能

工业余热浪费严重、利用率较低且实际应用过程中受到时间和空间的限制,需要高效蓄热技术和装置来解决此类问题。提出一种将多通道平行流扁管与紧凑式翅片相结合的新型相变蓄热器,以水为载热流体,月桂酸为相变材料。实验研究了载热流体注入方式、流量、入口温度对蓄热器蓄/放热性能的影响,并分析小温差下蓄热器的传热特性。结果显示,该蓄热器相变材料填充率为82.5%,紧凑式翅片的采用极大强化了相变材料侧换热过程,蓄/放热性能优良。当载热流体入口温度分别为45℃和41℃时,相变材料约在270 min和75 min完成相变,最小蓄/放热温差可达2℃,最小温差时的平均蓄热比功率为25.18 W/kg,平均取热比功率为20.23 W/kg。

考虑运输时间的混合流水车间绿色生产调度

针对运输时间对混合流水车间绿色生产调度的影响这一问题,以最大完工时间、生产能耗及生产成本为优化目标,提出一种改进的多目标麻雀搜索算法(Improved Multi-Objective Sparrow Search Algorithm,IMOSSA)进行求解,参考非支配排序将种群适应度值进行划分、引入正余弦策略提高解集质量、加入多项式变异算子和Levy飞行,提高解集的收敛速度和全局搜索能力,避免陷入局部最优。而后设计16种测试算例,将IMOSSA与其他多目标优化算法进行对比,验证了IMOSSA求解的优越性。最后,以某实际生产车间为例,将其生产调度划分为4种模式,证明算法求解的实用性。

两相并联换热通道间流量分配特性实验研究

为提高两相流动换热通道的换热能力及系统性能,探究其并联换热通道中流量分配不均的特征,开展了以水为工质的两并联通道换热实验,对流量分配不均所带来的参数变化进行研究。实验参数变化主要包括进口温度、热流密度、进口流量,以及外部扰动、集管结构带来的流量分配差异。将实验结果与模型计算结果进行了对比,结果表明:并联换热通道间流量分配不均时,优先沸腾通道中流量较少,未沸腾通道出口温度明显降低;增加进口温度、增加热流密度、降低进口流量会导致流量分配不均的出现,其产生和消失对应的进口温度、热流密度、进口流量分别变化了24.8℃、175.6 W/m、19.8%,并存在滞后现象;扰动会加速流量分配不均的出现,对应进口温度相差3.2℃;集管结构会影响优先沸腾通道的位置,单相状态下流量较少的通道倾向于优先沸腾。研究结果可为提高并联换热通道流量分配的均匀性提供参考。

平行板微通道中一类不可压缩微极性流体在高Zeta势下的时间周期电渗流

在高Zeta势下,研究平行板微通道中一类不可压缩微极性流体的时间周期电渗流.在不使用DebyeHüickel线性近似条件下,利用有限差分法数值求解非线性Poisson-Boltzmann方程和不可压缩微极性流体的连续性方程、动量方程、角动量方程及本构方程,在低Zeta势下将所得结果与使用Debye-Hückel线性近似得到的解析解比较,证明本文数值方法是可行的;讨论高Zeta势下电动宽度m、电振荡频率Ω、微极性参数k1等无量纲参数对不可压缩微极性流体的速度和微旋转效应的影响.研究表明:1)随着Zeta势的增大,微极性流体的速度、微旋转、体积流量、微旋强度以及剪切应力增大,说明与低Zeta势相比,高Zeta势对微极性流体电渗流有显著的促进作用.2)在高Zeta势下,随着微极性参数的增大,微极性流体的速度减小,但是对微旋转效应呈现先增强后减弱的趋势.3)在高Zeta势下,当电振荡频率较低(小于1)时,电动宽度的增大促进微极性流体的流动,但抑制其微旋转;当电振荡频率较高(大于1)时,电动宽度的增大抑制微极性流体的流动及微旋转,但促进体积流量快速增大并趋于恒定.4)在高Zeta势下,当电振荡频率较低(小于1)时,微极性流体电渗流速度和微旋转随着电振荡频率的变化呈现明显的振荡变化趋势,但是速度和微旋转的峰值、体积流量及微旋强度均保持不变;当电振荡频率较高(大于1)时,随着电振荡频率的增大,微极性流体电渗流速度和微旋转的幅值减小,体积流量及微旋强度减小直至趋于零.5)在高Zeta势下,壁面剪切应力σ21及σ12的幅值随电动宽度的增大而增大;当电振荡频率较低(小于1)时,壁面剪切应力σ21与σ12不随电振荡频率的增大而变化,均取恒定值,且微极性参数的取值不影响壁面剪切应力σ21的幅值;当电振荡频率较高(大于1)时,壁面剪切应力σ21及σ12的幅值随电振荡频率的增大而减小,且壁面剪切应力σ21的幅值随着微极性参数的增大而减小,而壁面剪切应力σ12的振幅随着微极性参数的增大而线性减小.

基于并联蛇形流道的动力电池冷媒直冷热管理系统研究

对于使用冷媒直冷的动力电池热管理系统,制冷剂在管道内流动沸腾,管道过长造成电池包底部冷板流道内存在过热段,进而导致电池包的温差以及电池本身垂直方向上的均温性较差。本文针对一个含有48个方形电池的电池包,设计了两种并联蛇形流道结构的直冷板置于电池包底部来改善单蛇形流道所造成的电池包温度均匀性较差的问题。比较了电池包在30℃初始温度下1C倍率充/放电结束时三种直冷板流道内的平均温度和温度均匀性;比较了这三种流道结构下电池包的最大温度以及最大温差,分别分析了三种流道结构的电池包在水平方向上和竖直方向上的温度均匀性,并且提出了一种在电池包上层增设一个环绕小冷板的形式来优化电池包竖直方向的温差。分析结果表明,底置冷板的方式可以将电池包的最高温度控制在40℃以下并且可以保证电池包水平方向的温度均匀性,但电池包竖直方向上的温差过大,通过加设上层小冷板可以保证电池包竖直方向上的温差在整个充放电过程中位于5℃以下,满足电池包的温控要求。

基于图论的两相渗流排序求解并行算法研究

对于两相渗流顺序求解格式中的饱和度计算,采用排序的方法可以将离散的全局非线性系统分解为一系列局部非线性系统来加速非线性求解过程.运用图论中的广度优先算法(BreadthFirstAlgorithm,BFS)和深度优先搜索(DepthFirst Search,DFS)来实现饱和度的并行计算。在两相流动方向一致时,基于BFS,使得同时参与计算的网格划分为一组,组与组之间满足拓扑排序的要求.在考虑重力和毛管力引起的两相流动方向不一致情况下,根据势能大小建立关于网格的有向有环图(DirectedCyclicGraph,DCG),利用强连通分量搜索的Tarjan算法找出耦合的网格,将耦合的网格视为一个网格并重新建图,从而得到有向无环图(Directed AcyclicGraph,DAG).最终实现饱和度排序求解的并行化.

并联竖直上升通道内二氧化碳流动不稳定性实验研究

先进超临界二氧化碳(supercritical carbon dioxide,S-CO_(2))布雷顿循环系统因具有紧凑、高效灵活的特点,在第三代光热系统和第四代核电系统中具有良好的应用前景,而布雷顿循环系统中的流动不稳定性威胁着机组的安全运行。为研究竖直上升并联管内CO_(2)的流动不稳定性,该文建立CO_(2)流动不稳定性系统进行实验研究,获得热工参数对流动不稳定性的影响规律;引入无量纲节流系数,构建CO_(2)流动不稳定性预测模型;模型预测效果良好,预测值与实验值吻合良好(误差±20%)。研究发现,增加系统压力、增加质量流量及过冷度范围在5~20℃时,减小过冷度均有利于提高并联管间流动的稳定性;随着出口节流增加,并联管间流动稳定性降低,且发生不稳定性的界限热负荷逐渐减小。

基于Modelica的并联多通道系统流动不稳定性仿真研究

在核反应堆堆芯并联通道中,流动不稳定性会导致临界热流密度(CHF)明显下降或使堆芯燃料组件产生机械振荡,从而危及反应堆正常运行。为了解决该问题,在参考某高温高压汽水两相热工水力实验装置的基础上,基于NUMAP软件搭建了并联双通道系统模型进行流动不稳定性仿真研究。实验表明,当并联通道数分别为2、3、4时,通过仿真计算相同工况条件下并联多通道系统流动不稳定性边界,流动不稳定性边界计算误差不超过±5%,验证了存在多个并联加热通道时采用并联双通道结构即可获得其流动不稳定边界,证实了该软件对流动不稳定性现象的瞬态分析能力。

运行方式对闭式冷却塔换热性能影响研究

运用Matlab GUI功能开发闭式冷却塔校核软件,利用该闭式冷却塔校核软件计算在不同空气流向、不同热流体流向、有无填料的条件下闭式冷却塔的总换热量及热流体温下降情况,并对其进行对比分析,研究得出不同淋水温度、不同空气干球温度下换热性能最优的闭式冷却塔运行方式。

交错并联Boost型开关电源模块设计

交错并联Boost变换器结合电流模控制方式不仅能够实现相位间电流均流,而且还可以减少器件的电流应力。介绍了Boost在交错并联结构下的工作原理,采用了自适应导通时间的谷值电流模式控制策略,并采用II型补偿加快了系统的响应时间。基于Simplis搭建模型并仿真,通过软件仿真证明了该控制方式是可行的;设计并做出了一款微型电源模块,内部包含两路Boost电路,每路可单独运行亦或两路工作在交错并联模态。该电源模块因其控制策略和开关管集成在硅芯片上,所以模块小、质量轻,输出端电压波动范围小,峰值转换效率可达90%。

钙系中和剂处理稀盐酸废水的工艺优化研究

实验采用中和法处理稀盐酸废水,研究了钙系中和剂的种类和用量,以及动态并流法和静态堆浸法两种处理方式对中和效果的影响。实验结果表明,采用并流动态处理方式,以Ca(OH)_(2)为中和剂时的转化效率可达98.75%,处理后废水pH可至7.56,达到了GB 8978—1996污水综合排放标准中对pH的要求。同时废渣中的钙含量可以降低至3.55%,可回收利用的Mg、Al、Fe等元素的含量有所增加,实现了中和处理成本的降低。

聚类和NSGA-Ⅱ联合算法在混合流水车间的应用研究

为了改善某高端装备制造企业总装车间混流生产调度困难、批处理阶段产品组批困难的问题,以及实现车间多个目标的同步联合优化,研究了含批处理机的混合流水车间多目标优化问题。首先根据车间运行情况建立了多目标优化模型,之后提出了基于K-means聚类算法和非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)的联合方法,设计了能够对不相容产品进行分组的聚类流程,以及基于产品组编号和组内产品编号的双层编码方式,为批处理工序设计了完整的组批流程。最后,使用车间生产案例进行测试,并将测试结果同仅使用NSGA-Ⅱ得到的结果进行对比,验证了所提方法的有效性。

考虑台风动态过程的电网故障路径分析方法

随着全球气候的变化,台风等极端自然灾害频发,电力系统难以承受大停电事故带来的后果,研究台风灾害下电网故障路径的准确推演方法,对降低停电损失、提高灾后恢复能力有重要意义。该文选取台风导致的高故障概率元件作为初始故障集,综合考虑台风动态路径导致的线路故障概率指标和交流潮流分析得到的潮流波动关联性指标,判断出下级故障元件;若该过程中不满足风险约束条件,还需采用GPU并行加速最优潮流计算,进行下级故障的最小切负荷计算,最后可以得到台风动态路径影响下的树状故障演变路径。通过IEEE39节点系统算例进行分析和验证,说明了电力系统的故障路径与强台风的动态路径之间的强相关性,验证了所提算法的有效性和加速效果。