含润滑移动载荷系统的三维动力学分析

含润滑的移动载荷系统在实际工程中十分常见,而这种系统的动力学特性研究却鲜有报道。因此,提出一种三维润滑振动耦合动力学模型,用于分析含润滑移动载荷系统在激励下的结构振动响应。三维润滑振动耦合模型分别由润滑模型和多柔体动力学模型组成,通过将两模型计算结果相互传递来实现耦合,并通过迭代算法求解。此外,设计并制造相应实验装置。通过将根据模型计算和实验测量得到的结构在激励下的振动响应进行对比,以验证模型的准确性。对比结果显示:采用该模型能够准确预测结构的阻尼振动周期与振幅衰减时间,振动幅值相差不超过2.22 dB,可以满足工程精度要求。最后,利用三维润滑振动耦合模型分析移动载荷速度对结构振动的影响,结果表明:随着载荷移动速度增加,结构阻尼振动最大加速度幅值基本不变,但阻尼振动衰减时间大幅减小。

柴油机活塞缸套摩擦副润滑和多柔体动力学耦合特性

为研究四冲程车用柴油机活塞-缸套摩擦副的动力学及润滑特性,提出了一种新的活塞-缸套摩擦动力学耦合模型.模型中采用绝对节点坐标公式(ANCF)描述活塞-连杆-曲轴多柔体动力系统,采用平均雷诺方程和微凸体接触理论描述混合润滑模型,基于商用软件结合二次开发程序实现仿真计算.对活塞缸套摩擦副的润滑动力学计算分析表明,由于缸内压力和活塞敲击作用,缸套会产生最大值为23.6μm的瞬时变形.与刚体模型相比,考虑部件的弹性变形不仅会使活塞横向位移增加40%,还会使得活塞润滑域出现油膜压力的局部集中.另外,柔体模型的循环平均功耗更小,与刚体模型相比相差17.7%.

异丙醇低压热解的实验和动力学模型研究

研究了异丙醇在1.3,kPa和1,000~1,400,K下的流动反应器热解.利用同步辐射真空紫外光电离质谱方法探测到一系列热解产物,包括碳氢类、醇类和醛酮类等稳定产物,以及自由基、烯醇类等活泼产物.发展了一个包含142个物种和1,149步反应的异丙醇热解反应动力学模型,并利用本工作实验结果对模型进行了验证,结果显示本模型能够很好地对实验结果进行预测.通过生成速率分析和敏感性分析对异丙醇的主要分解路径和产物的主要生成路径进行了分析.结果表明,脱水反应在本实验工况条件下对异丙醇的初始分解敏感性最高,并是碳氢产物的主要来源;燃料的a-C—C断键反应也具有很高的敏感性,是热解反应体系中自由基的主要来源;氢提取反应则是异丙醇另一类重要初始分解反应,同时控制着大多数含氧产物的生成.

分循环膨胀发动机换气参数影响规律研究

以分循环膨胀发动机(split cycle expansion engine,SCEE)为研究对象开展了膨胀缸换气参数影响规律的研究,为高效率发动机的设计与优化提供指导。结果表明:膨胀缸进气门升程降低使得膨胀缸进气压力增大,同时燃烧缸泵气损失增大,进气门升程由6 mm降到1 mm时,系统指示热效率最多降低5.83%。膨胀缸排气门升程降低将使得高压气罐压力上升,同时膨胀缸压缩过程耗功增加,压缩过程耗功占主导,排气门升程由8 mm降到3 mm时,系统指示热效率最大降低2.80%。膨胀缸排气门关闭角的提前将增大膨胀缸进气压力及膨胀缸入口处压力损失,当膨胀缸排气门关闭角为10°时二者可获得较好折中,系统指示热效率为47.78%。膨胀缸排气门开启角的推迟可以减少由过度膨胀导致的排气门处的倒流现象。

中冷压降对多级增压航空活塞发动机性能影响研究

为了提高航空用活塞发动机升限和高空性能,本文基于仿真方法,建立带有三级增压中冷的复合增压系统GT-POWER计算模型,并研究了不同飞行高度下各级中冷器的压降对增压系统及发动机性能参数的影响。研究表明,级后中冷器的压降会改变不同飞行高度下的增压系统中涡轮增压器的效率及实际总压比,进而影响发动机的动力性能和燃油经济性。其中,低压级中冷器的压降影响最为显著。在海拔20 km,当中冷器压降增大至6 kPa时,低压级中冷压降导致增压系统实际总压比下降了28.9%。同时,低压级中冷压降造成的航空活塞发动机功率损失约是同工况高压级造成的4倍、机械级的8.3倍。

轴流式前弯动叶的变工况气动性能实验研究

对前弯宽、窄动叶片和常规直叶片进行了变工况气动性能的实验研究。通过对实验结果的分析发现:相对于直叶片,前弯窄叶片不仅可以提高气动效率,而且扩大了风机的稳定工作范围,只是动叶动压头有所降低;前弯宽叶片的稳定工作范围则比窄叶片要宽,其气动效率和动叶压头也有大幅度的提高。这说明在提高效率、扩大稳定工作范围方面,动叶前弯和增加弦长同时起到积极的作用。还对三种动叶片的出口气动参数沿径向的分布规律进行了详细的测量,并对最高效率点和旋转失速前最小流量点的气动参数沿径向的分布规律进行了重点分析,从流体力学原理出发,解释说明了前弯动叶片提高效率,扩大稳定工作范围的原因。

麻疯树油液滴微爆和蒸发特性试验

利用悬挂式液滴蒸发试验装置,结合高速背光成像技术,研究了麻疯树油液滴在高温环境(673、773、873、973和1073 K)下的微爆和蒸发特性,并对麻疯树油中的3种主要组分液滴的蒸发特性进行了分析.结果表明:麻疯树油液滴的微爆是由于内部组分的热解导致的,并且随环境温度的升高,其微爆强度增大.麻疯树油液滴在环境温度为673 K时,液滴稳定蒸发,蒸发过程包括初始膨胀阶段、平衡蒸发阶段和残留物蒸发阶段;在环境温度为773~1073 K时,液滴发生微爆,包含初始膨胀阶段、平衡蒸发阶段、微爆蒸发阶段和残留物蒸发阶段;当环境温度高于873 K时,首次观测到“蒸气羽流”和“蒸气云”现象,液滴蒸发速率大幅提高.

聚甲氧基二甲醚和汽油双燃料火花辅助压燃燃烧及排放试验研究

试验平台基于汽油缸内直喷(gasoline direct injection,GDI)发动机改造,缸内直喷聚甲氧基二甲醚(polyoxymethylene dimethyl ether,PODE),进气道喷射汽油,并将压缩比从10提升至15以利于压燃,以点火和直喷策略作为控制参数,获取双燃料火花辅助压燃(dualfuel spark-assisted compression ignition,DF-SACI)发动机的运行特征。试验结果表明:DFSACI呈现多阶段放热,直喷正时提前可提高混合气均匀性,减小不同燃烧阶段的界限,放热率明显提高;直喷比例可以更为有效地调节CA50和等容燃烧的比例,对热效率影响明显;同时放热率受点火正时提前的影响最小。试验中有效热效率最高可达37.5%。排放方面,DFSACI模式在合适的点火和喷射策略下,可在一定程度上降低HC和CO的排放,HC体积分数可降低至3000×10^(-6)以下,CO体积分数可降低至1500×10^(-6)以下,同时将NOx排放控制在较低水平。通过对燃烧策略的合理调整,PODE/汽油双燃料发动机借助火花辅助压燃可实现高效清洁燃烧。

电极厚度和粒径对In_(2)O_(3)氨气传感器性能的影响

采用自蔓延燃烧(SHS)法合成了纳米敏感材料一氧化铟(In_(2)O_(3)),以氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)为固体电解质,铂(Pt)为参比电极,制备了混合电位型氨气(NH_(3))传感器。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对敏感电极形貌进行表征。研究发现,随着电极厚度的增加,更多的NH_(3)被吸附到表面参与电化学过程,传感性能增强;若电极层过厚,大部分NH_(3)在穿过电极层到达三相界面(TPB)区域之前,被气固多相催化反应消耗,传感性能降低;SEM表征结果显示,最优的电极厚度为104.20μm。同时研究了粒径对性能的影响,在煅烧温度为900℃时,传感器表现出最高的灵敏度(-64.20 mV/decade),TEM表征结果显示,此时晶粒的平均粒径为75.92 nm。通过极化曲线测试验证了传感器响应机理符合混合电位理论。

舰船动力装置传动系统动态仿真研究

采用燃气轮机与柴油机交替使用的 CODOG 动力装置,既可以减轻重量,便于控制,又可以提高可靠性和经济性。该装置的柴油机及燃气轮机功率、转速及负载转换控制、自动同步离合器的动态性能指标等是影响舰船机动性和操纵性的重要因素。推导并建立了自动同步离合器的基于输入输出端扭矩和功率的统一型数学模型,在 Easy5 仿真平台上建立了柴燃联合动力装置的模块化仿真模型,并对其切换过程进行了仿真研究,从而为柴燃联合动力装置的设计提供理论依据和强有力的工具。

贴壁方柱湍流场TR-PIV实验研究

采用时变粒子图像速度场测试技术(TR-PIV),对低速循环水槽中贴壁二维方柱绕流湍流场进行了细致的测量。通过对实验得到的30000个连续瞬态速度场进行分析,得到了时均速度场和流线图谱,以及流向、法向速度分量的脉动强度场和涡量场。此外,对脉动速度时序信号进行谱分析,得到了流场中低频大尺度相干结构脱落频率。通过对瞬态速度场的分析,揭示了贴壁方柱绕流的旋涡脱落及其发展过程。

低温热能有机物朗肯循环发电系统的最佳负载特性实验研究

针对低温热能的回收利用,搭建了采用涡旋膨胀机的有机物朗肯循环发电实验系统,以异丁烷为工质,研究了热源温度和负载对小型有机物朗肯循环发电系统性能的影响.结果表明:在不同的热源温度和工质流量条件下,都存在一个最佳负载电阻,使得系统具有最大的发电功率、比发电功率和发电效率;在设计发电系统时,应为涡旋膨胀机匹配合适的永磁发电机和负载电阻,以使系统发挥最优性能;当热源温度不超过120℃时,系统的最大发电功率为1.05kW,最高发电效率为4.51%,膨胀机的最大转速和膨胀比分别可达2 922r/min和3.03.

组合叶栅的实验研究(一)

首次提出了用于可逆风机叶片设计的组合叶栅设想及其评价准则 ,并对组合叶栅进行了叶栅的性能实验。通过实验数据的分析 ,肯定了组合叶栅设想的可行性。适当地选取叶栅的组合参数B、T ,可以使组合叶栅的整体性能得到大幅度的提高。与现有的翼型相比 ,CN +Rymax 、αN

涡轮叶栅非定常流动的PIV实验

利用激光粒子图像测速仪(PIV)测量沿叶高平面和叶栅出口速度场的整场信息.实验中,将模拟动叶的圆柱列沿周向依次移动1/4节距,进行叶高平面速度场的测量,查看圆柱尾迹对下游叶栅影响的整场情况;同时研究在不同的相对叶高下,叶片顶部和根部的二次涡会合、脱离情况.研究发现:在较小的相对叶高下叶栅出口二次涡汇合,强度较大;而在较大的相对叶高下二次涡分离.同时,当上游圆柱的相对位置变化时,叶栅流动最高效率对应着圆柱尾迹被输运到下游静叶的前缘附近,最低效率对应着圆柱尾迹被输运到下游静叶的流道中央.

光强度变化对有机物发电系统性能影响实验研究

针对120℃以下低温太阳能光热发电中存在光照强度会随时间变化的问题,在搭建的太阳能光热和有机物朗肯循环(ORC)发电实验台上,研究集热器性能随光照强度的变化规律,分析光照强度变化对ORC发电系统性能的影响。实验结果表明:整个系统光电转换效率可达2.2%,热电效率可达4.5%,热电效率和发电功率受光照强度降低影响较大;当光照强度小幅降低时,集热器有效吸热量降低,导热液温度降低,ORC热电效率与发电功率降低且幅度较大,膨胀机转速、膨胀比虽降低但幅度较小;当光照强度大幅降低时,系统性能降低剧烈,需通过减少工质流量,才可使系统继续稳定工作。

受限空间内射流影响下主流内气固两相流动实验研究

为了研究壁面射流在受限空间内对不同粒径颗粒群分布的影响及其作用机理,搭建了横向矩形通道内的射流气固两相流动实验台。通过调整均匀流动段内的隔栅网数量和位置,在无射流条件下使不同粒径颗粒在高度方向上均匀充满整个横向通道。在主流雷诺数7.9×104,射流雷诺数1.8×104的条件下,采用PIV系统对流动通道中的气流场和颗粒分布进行测量。由瞬态涡结构图片发现,带主流受限空间内的射流涡结构与自由射流涡结构具有明显差异,存在不对称的连续涡结构发生、脱落与破裂过程。通过观察射流对不同尺度颗粒的影响,详细分析了射流对颗粒分布发生影响的两大机理,并由此预见了壁面射流控制手段在工程上的应用性。

直接反转完全可逆式组合叶栅的实验研究

针对矿井、隧道等行业对风机反风性能的要求,提出了一种动叶直接反转完全可逆式组合叶栅设计的新方案。该方案具有结构简单、正反向性能完全相同、便于采用现有成熟叶型等特点。通过平面叶栅试验确定了重叠度、栅距比等组合叶栅最佳组合参数,此外,试验结果表明在相同雷诺数下,组合叶栅的正反向最大升力系数C_(L max)和失速攻角α_(L max)较现有双对称叶型均有大幅度提高,显示出较好的应用前景。

船用发动机连杆大端轴承润滑特性及损伤研究

基于多柔体系统动力学和润滑理论,建立活塞–连杆–曲轴的多柔体摩擦动力学耦合模型。模型中采用绝对节点坐标框架分析多柔体动力学特性,采用平均雷诺方程和微凸体接触理论描述混合润滑和磨损特性,在空间、时间上分别采用有限元法和向后欧拉法求解。对某船用中速发动机连杆大端轴承的润滑、磨损和疲劳特性进行了计算分析。结果表明,轴承润滑域中心的轴颈–轴瓦相对速度呈现规律变化,混合润滑状态主要发生在燃烧上止点后90°附近;磨损集中在连杆轴承上瓦周向50°区域的两侧边缘位置,单循环最大磨损量为1.7×10~(-6)μm,是刚体模型的20.5倍,磨损寿命为1.1×10~4 h;疲劳损伤位置与易发生磨损位置相同,疲劳寿命为7.8×10~4 h。

煤直接、间接液化柴油及其混合燃料液滴的蒸发特性

为研究煤直接和间接液化柴油(DDCL、DICL)及其混合燃料液滴在不同环境温度下(500、600和700℃)的蒸发特性,利用基于悬挂法的液滴蒸发试验装置,采用交叉石英丝悬挂液滴,通过燃料设计方法,将DDCL和DICL按29∶21的质量比混合后可获得与柴油理化特性非常相近的燃料.研究显示,DDCL、DICL及其混合燃料液滴蒸发规律与柴油相似,均呈现两阶段蒸发.在600℃以下与经典d^(2)定律(d为液滴直径)存在较大偏差,随环境温度的升高,与d^(2)定律的偏差逐渐缩小.在以上3种环境温度下,混合燃料液滴均表现出的蒸发性能优于柴油,分别比柴油的平均蒸发速率高27.2%、46.3%和19.6%.研究结果为煤液化柴油在柴油机上的应用提供支撑数据.

带有氮气稀释的合成气火焰的实验研究

以合成气旋流扩散燃烧为研究对象,利用平面激光诱导荧光技术研究了在氮气稀释作用下,CH4、H2、CO及合成气火焰的燃烧特性.实验发现,CH4、H2燃烧时,氮气的掺混仅改变火焰形状,不影响其燃烧的稳定性,CO燃烧稳定性最差,导致合成气火焰易受氮气稀释作用的影响,但由于H2的存在,实验工况范围内的氮气稀释量下,合成气火焰仍能够在燃料喷嘴附近区域较为稳定地燃烧,而CH4则呈现出升举火焰的特征.