舰船中压直流电网动力供电稳定性控制研究

针对舰船中压直流电网控制难度高、耦合性强,且易受舰船大功率用电负载随机性、间歇性变化而导致电压深度跌落、电网频率剧烈波动,严重影响直流电网稳定性及整个系统的电能品质,为此提出采用飞轮储能系统来对直流电网进行功率调节以提高电网的抗干扰能力、减缓直流电网电压凹陷程度。首先,为了增加飞轮系统放电功率极限同时保证输出直流电压的稳定采用综合优化弱磁控制策略,并提出以直流电压平方为直接控制量的控制方法优化整流器控制,增加直流母线电压的响应速度及稳定性。最后利用仿真软件分析了飞轮储能系统对直流电网暂态电压凹陷程度、电网频率补偿效果,结果表明:飞轮储能系统对直流电网电压凹陷具有显著的补偿效果,能够增加电网频率稳定性,可提高直流电网的抗扰性能。

舰船管路系统声振控制技术评述与声子晶体减振降噪应用探索

舰船管路系统的低频振动和噪声控制问题是当前舰船设计和制造中亟待解决的重难点问题和研究热点。浅析了舰船管路系统振动与噪声产生的原因,综述了国内外管路系统减振降噪治理技术,指出当前振动和噪声控制技术中存在的瓶颈问题,结合近年来凝聚态物理领域新兴的声子晶体减振降噪研究,提出利用声子晶体周期结构设计技术解决舰船管路系统的低频减振降噪问题,并对国内外声子晶体理论在管路系统的减振降噪应用探索进行了概述,最后给出将声子晶体引入舰船管路系统低频减振降噪仍需深入研究和探讨的几个方面问题。

基于(火积)理论的“+”形高导热构形通道实验研究

基于构形理论和■理论,对"+"形高导热通道的方形构造体开展导热实验研究,并对不同优化目标和不同高导热通道布置形式下的构造体导热性能进行比较.结果表明:对于"+"形高导热通道的方形构造体,实验和数值计算所得到的构造体最高温度点均位于"+"形高导热通道两分支之间,实验和数值计算所得到的构造体平均温差和■耗散率的误差均在可接受范围内,这从定性和定量的角度证明了导热构形优化结果的正确性.与"H"形高导热通道的方形构造体相比,构造体内高导热通道采用一级"+"形布置使得其导热■耗散率得到降低.■耗散率最小的一级"+"形高导热通道构造体最优构形与最大温差最小的构造体最优构形相比,前者的导热■耗散率降低了5.98%,但最大温差提高了3.57%.最大温差最小目标有助于提高构造体的热安全性,■耗散率最小目标有助于提高构造体的整体导热性能.在保证热安全性能的前提下,实际微电子器件设计中可采用■耗散率最小的构造体最优构形以提高其整体导热性能.

舰船主冷凝器多连片贝叶斯网络故障建模方法研究

主冷凝器作为舰船蒸汽动力装置的主要设备运行中发生战损,故障模式复杂、不确定性较大,传统故障诊断方法难以有效解决。本文提出采用贝叶斯网络故障建模的方法解决这一难题,建立具有时间序列特性的动态多连片贝叶斯网络模型。通过实验分析表明模型准确可靠,不仅能够进行从故障原因到现象的正向推理,还能进行故障现象到原因的反向推理,可为蒸汽动力设备的故障诊断提供有效决策。

发动机排气系统两级喷雾降温的实验研究

为有效抑制舰船发动机排出烟气产生的突出的红外辐射特征,进行了两级喷雾冷却降温的实验研究.实验分析了第一级喷雾压力(流量)对烟气温度的影响,根据两级喷雾压力对烟气温度的影响规律,得到了发动机多工况下冷却烟气所需的最佳喷雾参数与发动机负荷关联的回归模型.实验结果表明,两级喷雾冷却方法可以有效抑制发动机排出高温烟气的温度.

基于灰色关联TOPSIS法的舰船装备维修方案决策

针对舰船装备维修方案优选问题,提出基于灰色关联TOPSIS法的舰船装备维修方案决策。该决策选取维修间隔时间、维修费用、维修时间和维修风险4个量化指标,利用灰色关联度减少不确定信息和小样本数据影响,并引入TOPSIS法处理多属性问题。通过对各维修方案相对贴近度排序优选,得出最佳维修方案。案例分析可知,该方法有效可行,值得在工程实践中借鉴。

大型气垫船动力系统稳态及动态性能仿真研究

大型气垫船在实际运行过程中,不同螺距、动力涡轮转速以及动力系统状态和外部环境都会对整个动力系统产生不同影响。针对实艇试验获取大型气垫船动力系统稳态和动态特性成本较高、受环境因素影响较大且试验所得数据不全面的问题,利用实验室条件对气垫船燃气轮机、推进系统和垫升系统建立准确适用的数学模型、控制策略和仿真模型,用上述模型仿真并分析气垫艇在各种工况及海况时燃机、螺旋桨、船体阻力稳态特性,并仿真分析其动力系统在海况发生变化、变螺距变化以及单机故障等动态过程时航速、螺旋桨推力、燃机功率的变化规律。根据稳态仿真结果,随着螺距角和动力涡轮转速的升高,工况、燃机输出功率、航速和空气变距螺旋桨单桨推力都是逐步增加的。而在不同的动态变化过程中,可以计算出在环境发生变化时,对燃机功率、推力、航速产生的波动大小和波动时间。

基于物元理论的舰船离心泵技术状态评估

对舰船离心泵进行技术状态评估是提高离心泵运行可靠性,为状态维修提供合理决策的重要手段。为了完善舰船离心泵技术状态评估技术,在参阅有关标准等文献的基础上,系统地建立了评估指标体系,并应用物元理论对离心泵技术状态进行评估。在对离心泵指标进行量化的基础上,可以定量地评估离心泵的技术状态,同时采用专家打分法,能够合理、快速地给出各指标权重。经实例分析证明,基于物元理论的离心泵技术状态评估方法合理有效。

基于Hertz接触理论的深沟球轴承滑动摩擦生热动力学仿真

通过ANSYS/LS-DYNA建立了深沟球轴承的多体接触动力学有限元模型,利用基于赫兹弹性接触理论的椭圆接触区域滑动模型,计算滚珠与滚道间的差动摩擦生热,对深沟球轴承的滑动摩擦升温进行了动态仿真。以6208深沟球轴承为例,轴承温度场的分布结果与实际情况较为吻合,表明仿真模型能较为准确地反映轴承的温升及分布情况。

基于不同消耗数据的舰船器材消耗率计算方法

着眼目前在舰船器材消耗分析计算方面存在的问题,明确了舰船器材消耗率的定义,较为系统全面地提出了舰船器材消耗率的分析计算方法:当消耗数据较大时采用基于历史数据的分析计算方法和基于影响图理论的舰船器材消耗影响因素定性及定量分析、建模、计算的方法;当消耗数据为零时,根据统计学理论估算消耗率。采用这套方法计算思路清晰、消耗率分析计算结果符合实际,是分析计算舰船器材消耗率较为有效的方法。

基于转速波动的柴油机曲柄连杆机构动力学建模与分析

基于多体系统动力学理论,分析了采取恒定转速为边界条件的曲柄连杆机构动力学建模的弊端,解决了系统中产生过约束的问题,并给出了详细的基于转速波动的动力学建模过程。对模型进行了动力学仿真,提出了计算机械效率和往复惯性力的简便方法,并求得运动和受力的相关参数,为后续仿真计算奠定了基础。

钢铁冶金过程动态数学模型的研究进展

从铁矿石烧结、球团矿生产、铁水预处理、复吹转炉炼钢、炉外精炼和连铸等主要装置和工序层面,较为全面地综述了钢铁冶金过程动态数学过程模型国内外研究现状,分析了各装置及工序相关研究中的重点和难点,探讨了今后进一步研究的发展方向。

半导体热电装置的热力学研究进展

热电效应是由温度梯度直接获得电能的方式中能量转换效率最高的方式,与太阳能光伏发电技术、燃料电池并称为21世纪三大最具潜力的能源技术。基于热电效应的发电、制冷和供热装置固态、环保、可靠、寿命长、易维护,易于实现小型化和集成化,在航天、交通工具、工业、余热回收、电子制冷等领域,与常规能源装置相比独具优势。介绍半导体热电装置的工作原理、结构特点及应用领域,从非平衡热力学和有限时间热力学两个方面对热电发电机、热电制冷机和热电热泵的热力学研究现状做了全面回顾,重点对其有限时间热力学研究成果做了系统总结,展望热电发电装置热源的开发、多级热电装置、联合热电装置、热电装置的传热强化等热电装置将来的主要发展方向。

超材料型周期管路声传播特性及低频宽带控制

船舶管路系统噪声的低频宽带控制是船舶设计和制造中亟待解决的关键问题之一。将超材料理论引入船舶管路系统的结构设计,构造了具有低频声波带隙的一维周期管路结构,并给出了周期管路声波带隙和声波透射系数的计算方法。计算结果表明,该周期管路同时存在声波布拉格带隙和局域共振带隙。在这两种带隙频率范围内,声波在系统中的传播将被衰减抑制。进一步发现,布拉格和局域共振带隙在一定条件会发生耦合,出现带隙耦合展宽现象,且两种带隙存在精确耦合条件。利用带隙耦合的展宽效应和低频设计,可实现声波在低频范围内的传播操控,从而达到船舶管路系统低频噪声宽带控制的目的。

基于关键性的备件库存配置优化模型

针对可修复备份多级管理模型当备件关键性不同时无法再使用边际效应法的问题,以舰艇编队索马里护航备件携带为研究背景,提出了一种基于备件关键性的初始库存优化方法。首先,建立了备件关键性影响因素的评价指标体系,针对其具有模糊性的特点,采用模糊层次分析法(fuzzy analytic hierarchy process,FAHP)分析了备件重要度指标之间的相对权重的关系,给出了模糊判断矩阵及其一致性的求解方法;其次,给出了基于蒙特卡罗仿真方法的备件关键性求解模型和流程;再次,改进了边际效应法,建立了基于备件关键性的舰艇备件库存优化模型;最后,研究表明,基于FAHP和蒙特卡罗方法求解备件关键性的模型可以降低人为主观性的影响,操作简单且易于实现;将修正了的边际效应法用于求解备件初始库存,有重点针对关键性较高备件的同时也能兼顾一般。

非稳态及多约束下多层级系统器材配置优化方法

针对非稳态及多约束下多层级系统器材配置问题进行了研究。首先,以索马里护航器材利用率非常低为研究背景,给出了基地和中心仓库备件需求率求解方法;其次,运用边际效应法、拉格朗日乘子法求出了3个约束条件的因子值;再次,按是否进行串件拼修或横向供应2种情况,建立了多层级系统器材配置的4个方案;最后,通过案例对比分析了4个方案,可为决策者制定编队平时和战时器材配置方案提供有效的参考依据。

离散发热器件基于(火积)耗散率最小和最高温度最小的构形优化比较

建立了导热基座上圆柱体离散发热器件的三维湍流散热模型,基于构形理论,考虑空气变物性及可压缩性和黏性耗散,研究了器件材料的热导率、热源强度和流体流速对器件最高温度、基于(火积)耗散定义的当量热阻和平均Nu数的影响.结果表明:在总发热功率一定的条件下,以器件最高温度和当量热阻为性能指标进行热设计,均存在最优热源强度分布使得散热性能最优.当各热源强度相同且热源热导率小于基座热导率时,提高热源热导率可明显改善散热性能;将热源热导率沿流动方向从低到高布置可降低器件最高温度,而将热源热导率均匀布置可使当量热阻最小.所得结果可为实际热设计中不同材质和不同发热率的电子器件最优布置提供理论支撑.

间隙变化对新型涡轮密封气动性能影响的数值分析

针对涡轮叶顶密封性能的提高,对圆形凹槽式迷宫密封的密封特性进行了研究。通过数值模拟一级半涡轮叶冠内及转子出口处的流场结构,分析了密封作用机理,密封间隙变化与泄漏损失以及掺混损失之间的关系。结果表明,圆形凹槽的容积效应促使泄漏流发生小角度偏转,降低了泄漏损失与掺混损失;密封间隙分别为0.3mm,0.5mm时,凹槽的存在改变了腔室内涡流涡核的位置;不存在凹槽时,间隙由0.3mm增大到2mm,泄漏系数增大53.3%;存在凹槽时,泄漏系数增大47.7%;间隙增大到1mm,掺混损失明显增大,凹槽密封掺混损失相对于光滑面密封掺混损失减少量保持在0.044左右。

混合约束下随船备件配置优化方法

国内外针对随船备件配置优化问题的研究目前主要集中在只有定性或定量约束上,而对既有定性又有定量约束的混合问题研究比较少.首先以舰船出海任务准备阶段为背景,以保障费用、仓库空间、载荷及维修能力为约束条件,以备件保障概率为目标函数,建立了约束因素判断矩阵并进行一致性检验,运用专家打分、归一化及边际效应法对模型进行求解;其次提出了一种系统资源约束因子确定、动态调整的方法,并对模型算法进行了优化;最后通过案例分析验证了本文提供的方法能够为解决混合约束下随船备件配置优化问题提供新的尝试.

扩散传质定律等温结晶过程积耗散最小化

对一类给定结晶量下的等温结晶过程进行研究,考虑传质过程服从扩散传质定律[g∝Δ(c)],应用最优控制理论导出结晶过程积耗散最小时浓度最优构型,给出数值算例,并与熵产生最小、浓度一定和质流率一定的传质策略进行比较。结果表明,结晶过程积耗散最小时净结晶量的2/3次幂随时间呈线性规律变化,过程的积耗散率为常数,与等积耗散原则相一致,与以熵产生最小为目标的优化结果是显著不同的;浓度一定的传质策略下积耗散要小于质流率一定的传质策略下积耗散;积耗散最小和熵产生最小两种传质策略下的积耗散和熵产均小于其他两类传质策略下的积耗散和熵产。熵产生表征的是能量转化过程的不可逆性,质量积耗散表征的是质量传递过程的不可逆性,由于结晶过程不涉及能量转化,因此优化原则应为积耗散最小。