基于多架构建模语言的系统工程建模方法

随着系统工程建模技术的进步,复杂装备生命周期所涉及的建模工具多样,模型数据异构为模型集成带来了重大技术挑战.因此,系统工程社区提出了语义建模规范并将其用于解决建模工具之间的模型数据集成难题,提升各工具建模语言的数据互用性.提出一个新的语义式系统工程建模语言KARMA,采用双语义机制支持复杂装备研发过程中的架构建模,并提出了该语言的技术发展路线.最后,通过工程验证案例,从定性及定量角度对语言进行技术验证,结果表明KARMA语言可支持多种复杂装备的体系及系统的架构设计.

串列深腔流致声共鸣特性研究

深腔结构在管路中串列布置时会形成强烈的声学耦合效应,内部存在固有声学驻波模态等特征。尤其是当主管路流体掠过串列深腔结构时,前缘流动分离形成剪切涡脱,一旦与侧边腔体固有声模态达到频率锁定和相位匹配,则会产生强烈的流致声共鸣现象。本文有效结合了声模态有限元分析和传感器阵列实验测量,研究了腔体间距和来流雷诺数等对串列深腔流致声共鸣特性的影响。其中的声模态有限元分析获取了无来流状态下的串列深腔声学驻波模态的频率大小和声压空间分布;传感器阵列测量获取了来流雷诺数在(0.26~2.17)×105之间的串列深腔壁面压力脉动的幅频信息和波形规律。研究结果表明:当串列深腔处于半波长布置时,会产生最为强烈的声共鸣现象,腔体内部声压脉动处于同相位振荡模式,同时能够诱发主管路声压与腔体声压反相位振荡;其次,当串列深腔近距离布置时,腔体内部声压脉动处于反相位振荡模式;而处于其他间距布置时,未发生明显的声共鸣现象,压力脉动幅值较低。

并联石墨烯热声激励器的声场建模及实验研究

主动流动控制技术是提升航空航天飞行器气动特性的有效手段,其中激励器是这些控制技术的核心组件,如等离子体激励器、合成射流激励器以及振荡射流激励器等。本文提出了一种基于热声效应的并联石墨烯热声激励器,该激励器具有结构简单、输入功率低、控制频率宽以及结构适应性强等优点,能够适应飞行器各种复杂曲壁面安装环境和变飞行工况,具有良好的应用前景。具体而言,该热声激励器利用石墨烯材料比热容极低和热导率高的特性,通过焦耳加热原理向周围空气辐射周期性的声场以进行声激励控制。首先,通过热声理论对石墨烯热声激励器进行声场建模,建模中加入了组合声源叠加原理,优化了声波相位差和声场指向性计算方法;其次,改进了石墨热声烯激励器的电路连接方式,采用并联石墨烯薄膜有效提升了声场声压幅值;最后,搭建了石墨烯热声激励器的声压测试平台,验证并研究了并联石墨烯热声激励器的声场特征,分析了输入功率、频率、测试距离等因素的影响。

漫射海面的方向发射率研究

文章在考虑海面遮挡效应的情况下,利用Cox-Munk海面模型计算了海面的方向发射率。同时比较分析了海面灰体假设的可行性以及已被广泛应用的经验公式的准确度。

叶片转动对涡轮间隙内部流动影响的数值研究

机匣与叶片的相对转动是影响涡轮叶顶间隙流动的重要因素之一.对LISA 1.5级轴流涡轮间隙内部流动的数值计算结果表明:叶片转动对涡轮间隙流动有阻塞作用.叶片静止时,由于阻塞作用消失,导致间隙入口速度增大,间隙流量增加,并且通过间隙的流体全部卷起形成间隙涡.同时在叶片顶部吸力面侧前缘、中部各形成一个间隙涡,使得间隙流动损失增加.而且转速下降会加剧动叶出口截面气流过偏/偏转不足现象.同时叶片静止时,间隙前部各个弦长截面内静压自间隙入口开始一直呈增加趋势,直到叶片尾缘附近截面,间隙截面内静压才逐渐稳定.

多孔式喷嘴加湿旋流扩散燃烧流场的实验研究

利用激光粒子图像速度场测量技术对环型多孔式喷嘴的加湿与不加湿旋流扩散燃烧流场进行了实验研究,分析了湿度对旋流扩散燃烧流场的影响.结果表明,随着燃烧流场湿度增大,火焰明显变暗,火焰宽度和高度增大,回流区漩涡与燃烧器出口和喷嘴轴线间的距离减小,轴线上最大回流速度降低,轴线最大回流速度点与喷嘴的距离增加,逆流区宽度和喷嘴旋转射流扩展角减小,流场轴向出口的不均匀系数增大.

HAT循环中加填料饱和器的实验研究

建立了饱和器实验台,对空心饱和器和加填料饱和器进行了对比性实验。分析了喷雾颗粒直径对饱和器性能的影响,比较了空心饱和器和加填料饱和器的热力性能,同时对饱和器内压力损失进行了实验研究。

加填料饱和器传热传质模型研究

从水气之间的传热传质原理入手,引入水膜模型,建立加填料饱和器的数学模型。将模型的计算结果与实验结果进行了对比,验证了加填料饱和器数学模型的正确性。应用该数学模型分析了压力变化对加填料饱和器传热传质的影响,同时讨论了沿加填料饱和器高度方向的传热传质过程。研究发现,随着饱和器内工作压力的增大,饱和器出口空气更容易达到饱和,但空气的绝对湿度降低了;并且在整个传热传质过程中,质量一直从水膜传向空气主体,而热量的传递方向则有可能发生改变。

离心泵叶轮轴面流道计算新方法

现有的两类一元理论离心泵叶轮水力设计方法存在试凑性工作量大或盖板形状不为简单曲线的缺陷。本文提出了符合一元理论的离心泵叶轮轴面流道过流断面的一种新的分布规律,并给出了按照此分布规律计算叶轮轴面流道过流面积的计算方法和公式。将其与传统的两类设计方法做了比较。

船舶电力推进三轴燃气轮机动态性能仿真及控制策略研究

三轴燃气轮机应用于船舶电力推进,由于其转子结构的复杂性,其动态性能和控制与单轴燃气轮机具有较大的区别;因而,船舶电力推进三轴燃气轮机的动态性能及控制策略也是人们十分关心的问题。该文运用自主开发的通用模块化燃气轮机仿真软件SJGT,对三轴燃气轮机动态性能进行计算;采取变偏微分线性化的方法求解非线性微分方程,对三轴燃气轮机在船舶电力推进甩负荷情况下的动力涡轮转子的动态特性进行了研究。另外,探讨了运用多回路反馈调节的控制器取代普通的单回路控制器的控制策略及方案,以提高系统动态运行品质和安全性。

汽轮机调节级进汽方式对机组振动影响的试验研究

汽轮机调节级部分进汽引起的叶轮受力不平衡会导致机组受到的不平衡激振力显著增加,这种激振力是引起汽轮机振动的重要因素之一。为了降低汽轮机机组的振动,分析了单通道和对称的双通道两种不同的进汽方式下试验台在低频段的振动情况,并通过实验验证了理论分析的结果。结果表明:采用对称的双通道进汽时,试验台由汽流激振力引起的低频振动相比单通道进汽时有大幅度的降低,轴系的稳定性和安全也得到提升。

涡轮叶顶间隙内部流动的数值研究

动叶叶顶间隙流动是引起涡轮中流动损失的主要原因之一,但由于间隙尺寸较小,且流动方向与叶片转动方向相同,因此很难通过试验测量间隙内部详细的流动及压力分布。通过对"LISA"1.5级轴流涡轮设计工况进行计算,并与试验测量结果进行对比,进而研究间隙内部压力场、流场的分布情况,同时分析间隙高度变化对间隙内部流动的影响。

叶栅进口冲角对叶顶喷气效果影响的试验研究

叶顶喷气方案已经被认为是较好的控制涡轮动叶叶顶间隙流动的方法之一。燃气轮机经常运行在非设计工况下,因此对叶顶喷气在不同进口冲角工况下的控制效果进行了试验研究,共进行了五个不同的进口冲角,分别是-15°、-8.5°、0°(设计工况)、8.5°及12°下的喷气效果的分析。试验结果显示,在这五个不同的进口冲角工况下,叶顶喷气都能有效地控制间隙涡强度及占据范围。同时,叶顶喷气也都可以有效地减弱各个进口冲角工况下间隙涡区气流过偏/偏转不足现象。从出口截面总压损失分布发现,即使在大冲角工况下,叶顶喷气也能较好地降低出口截面总压损失。冲角i=-8.5°时,叶顶喷气的效果最佳。随着冲角增大或减小,叶顶喷气效果都会减弱,冲角i=12°时效果最差。

船用燃气轮机间隙流动的主动控制研究

本文主要对采用叶顶喷气方法来控制船用燃气轮机涡轮叶栅中的间隙流动进行了试验研究。研究重点在于叶顶喷气对间隙流动的影响分析,因此采用三孔探针对叶栅出口截面的流场分布进行了测量,同时还测量了叶片表面静压分布情况。研究结果表明,叶顶喷气可以减弱间隙流动,降低间隙流动损失。研究还发现,喷气位置对喷气效果有较大的影响。采用相同的试验条件时,当喷气孔位于叶片后部位置时可以获得更好的喷气效果。

高超声速快响应PSP测量技术研究进展

高超声速流动中普遍存在转捩、分离和激波–边界层干扰等复杂流动现象,会导致飞行器表面压力分布复杂且变化剧烈。压敏涂料(PSP)具有非接触、高空间分辨率以及全场测量等显著优势,是高超声速气动测试亟需的精细化测量技术。近年来,随着PSP响应速度的提升与测量方法的发展,其应用已逐渐由常规低速/高速风洞测试拓展至高超声速领域,在高速运动模型测试方面也取得了突破。本文介绍了快响应PSP测量技术的最新研究进展,结合两类典型的高超声速风洞以及一种相对特殊的自由飞弹道靶设备,分别探讨了PSP测量技术的挑战与对策,并展示了相关应用实例,最后对高超声速快响应PSP测量技术研究进行了展望。

低旋流数旋进射流流动特性的PIV实验研究

采用粒子图像测速技术,研究了当雷诺数Re=4.5×10^(4)时低旋流数旋进射流的流动特性。针对3种不同旋流数(S=0、0.26和0.41),对比分析了时均流向速度场、流向速度脉动强度场以及时均涡量场的变化规律。实验测量结果表明:随着旋流数的增加,流向速度大小及其脉动强度沿流向衰减加剧,而射流中心线上的速度脉动强度增强;因腔体壁面空间限制而产生的回流区向上游移动且尺度变小;外剪切层中旋涡的流向发展急剧衰减而内剪切层内的旋涡几乎不受影响。此外,结合速度谱和典型时刻的瞬态流场特征可知,旋流数增大后,旋进频率增大,而旋进现象发生的起始位置向上游移动,使得旋进偏转角度增大。

基于渣层法的改进型shell气化炉动态建模与仿真研究

由于普通集总渣层法模型无法反映气化炉中各参数的分布特性,将水煤浆气化炉仿真中运用的小室建模方法与集总渣层法模型相结合,形成一种新的小室渣层法气化炉模型,并使用该模型对shell气化炉进行仿真.将模型仿真得到的稳态与动态结果与已有文献数据及原有集总渣层法的仿真结果进行了对比和分析.结果表明:小室渣层法的仿真结果与文献数据相吻合,具有良好的可行性,且在参数分布变化仿真方面的性能优于传统的集总渣层法模型.

空气冷却燃气透平特性算法的研究

基于现代空气冷却燃气透平具有大冷却空气质量流量和跨音速的工作特点,对燃气透平的通流模型进行了改进,推导出适用于空气冷却燃气透平特性计算的通流模型,同时扩展了其适用范围.将通流模型和损失模型结合起来,利用所建立的性能计算公式,使用Matlab编程得到一套适用于变工况下空气冷却燃气透平特性的计算软件,并且通过多台燃气透平进行性能验证.结果表明:这套空气冷却燃气透平特性计算方法具有较高的精确性.

压力敏感涂料PSP宽域(1~600 kPa)静态标定方法研究

压力敏感涂料PSP是一种先进的光学测试技术。涂料的标定误差是该技术的主要误差来源之一。压敏漆的测量范围正逐步从常规压力区间向超低压和超高压拓展,因此需要开发压力调节范围大、精度高的标定系统。本文将现有的变压力法和变浓度法相结合,提出了一种新型的PSP宽域压力标定方法及系统。通过理论计算的方式,分析了该系统与ISSI公司的商用PSP标定系统的性能差异。结果表明:PSP宽域压力标定系统在低压区(1~20 kPa)标定误差能够控制在0.5 kPa范围内,性能优于ISSI标定系统;中压区(20~200 kPa)与ISSI标定系统性能趋同,误差在4%以内,且随着压力增大,误差降低;高压区(200~600 kPa)可以弥补ISSI无法标定400 kPa以上范围的不足,能实现超高压环境中的PSP标定。本文还对最常用的两种快响应PSP进行了标定实验,结果表明:本文提出的系统标定精度高,能实现PSP宽域标定。

汽轮机部分进汽下非定常流动特性及激振力研究

针对汽轮机部分进汽时非定常效应产生的激振力问题,使用商业软件NUMECA进行数值模拟,观察非定常流动的流动特征,并对非定常流动下动叶轴向力和切向力进行计算。研究发现:在进汽部分,受固体壁面影响,叶片在靠近两侧固壁位置时受到的轴向力与切向力相对进汽中间部分较小;在堵塞部分与进汽部分的交界处存在较大切向压力梯度,造成轴向力和切向力的急剧变化;堵塞部分,由于叶轮转动产生的鼓风效应造成叶片上的轴向力为负,切向力做负功。