脉动流化床内青刀豆颗粒的混合特性数值模拟

青刀豆一般采用流化床装置进行速冻。为了解决其床层堵塞和聚集不良的问题,进一步提高青刀豆的混合效率,课题组建立了三维混合脉动流化床模型,将计算流体力学与离散单元法(computational fluid dynamics-discrete element method,CFD-DEM)相结合,探究1,2,4和8 Hz 4种不同频率的脉动进口风速下青刀豆颗粒的流化混合情况。仿真结果表明:脉动流化床对于青刀豆颗粒混合具有一定改善作用,青刀豆颗粒的轴向混合强于径向混合,4 Hz时颗粒混合标准偏差值最小;当进口风速的频率接近颗粒的自主振动频率时,床层膨胀最明显,出现类似“共振”的现象;2 Hz时颗粒径向、轴向混合效果最佳,频率过大或过小对于流态化增强效果不明显。

多层并联压电作动器快速响应的尺寸优选

压电作动器是星载卫星天线高精度形面控制的主要元件,但其在工作时加载电压后容易引起瞬态和残余振动,影响控制稳定性和控制精度。针对压电结构在动态形状主动控制过程中的振动抑制问题,课题组设计了一种具有位移放大的多层并联压电作动器结构,并对压电作动器在阶跃激励下的瞬态响应进行分析,揭示了中间层材料和结构尺寸等关键参数对作动器响应速度的影响规律,提出了压电双晶片作动器快速响应的尺寸优选方案。研究结果表明设计的压电作动器具有输出位移大、响应速度快的特点。该研究可为大型天线形面主动控制的高精度作动器研制提供依据和技术支撑。

基于CFD仿真的高黏发酵反应物降黏研究

为了实现农林剩余物玉米秸秆、玉米芯和小麦秸秆的一种或多种混合物的预处理浆料的快速降黏液化,笔者进行了降黏研究。笔者对混合物中物料搅拌降黏机理提出假设,并利用CFD仿真技术对搅拌器结构、物料预处理类型及液化工艺组合的搅拌降黏体系进行液固两相流非稳态数值仿真,探究了速度场、湍流场的分布情况,确定了生物反应釜结构、尺寸及降黏液化工艺,最后进行了试验验证。结果表明:当反应釜上搅拌器直径为70mm、下搅拌器直径为75 mm,物料为酸处理下平均粒径为830~1450μm的颗粒,搅拌转速为200~300r/min时,搅拌液化的效果最优;由此确定了搅拌降黏体系,试验验证效果较好。CFD仿真结果可为浓稠物料反应釜搅拌器的设计及液化糖化工艺优选提供参考。

基于混合3D打印技术的人体监测用嵌入式应变传感器

为提高嵌入式传感器与结构集成工艺的效率,课题组提出了一种从传感器嵌入式设计到混合3D打印的方案,用于快速制造传感集成结构。课题组利用熔融沉积成型(fused deposition modeling, FDM)和直书写(direct ink writing, DIW)相结合的混合3D打印技术打印嵌入式应变传感器;将试验中传感器测得的应变与有限元计算得到的应变进行对比。结果表明:打印的嵌入式应变传感器测得的应变与有限元计算得到的应变吻合良好,从而证明了课题组提出的混合3D打印技术的有效性和高效性。混合3D打印技术为传感器与结构集成工艺提供了一种效率更高、成本较低的方法。

基于改进混合遗传算法的齿轮轴柔性车间调度问题研究

针对柔性作业车间调度复杂的问题,为缩短完工时间,课题组提出了一种基于模拟退火算法(simulated annealing,SA)的改进混合遗传算法。该算法进行搜索时,利用全局、局部和随机(global local random,GLR)种群初始化策略来优化初始解,再基于工序顺序和机器分配2种交叉变异策略扩展种群内优质解的数量,最后在模拟退火操作中加入邻域结构进行优化,在避免传统遗传算法易陷入局部最优的同时,提高了寻优速度。应用课题组提出的改进混合遗传算法对某齿轮轴加工车间加工数据进行仿真对比实验,与传统遗传算法相比,生产效率提高了8.43%,证明了该改进混合遗传算法的有效性。

基于磁致伸缩超声导波B扫成像技术的大直径管道腐蚀检测

针对传统超声导波检测技术仅能以A扫信号对管道缺陷进行轴向定位的局限性,笔者开展导波B扫成像技术的研究及应用。为满足大管径管道腐蚀缺陷的多维精确定位需求,通过研究导波局部加载及周向扫查技术,实现了轴向和周向缺陷的二维定位。通过实验室样管测试,验证了T(0,1)模态局部加载导波扫查技术在管道盲孔缺陷和横槽缺陷检测方面的适用性,且最高灵敏度低于2%截面损失面积。现场应用结果表明导波B扫成像检测可满足大管径管道腐蚀缺陷检测的需求。

燃气安全自闭阀设计与流场分析

针对家用低压燃气管道因操作不当、管道老化或其他原因造成的燃气泄漏、爆炸等安全问题,笔者设计了一种新型的燃气安全自闭阀。设计了基于燃气自力驱动的欠压保护装置和超压切断装置,介绍了燃气安全自闭阀在燃气欠压时欠压保护功能或超压时超压切断功能的动作原理;采用流场仿真技术计算了自闭阀稳定工作时的阀内流场,通过动网格技术研究了自闭阀的启闭特性。研究结果表明:设计的燃气安全自闭阀超压自动关闭压力为6 kPa,欠压自动关闭压力为0.8 kPa,启闭时间为0.0138 s,实现了基于燃气自力驱动无需额外动力的技术效果。设计的自闭阀对燃气管线的压力变化具有较高的敏感性,可在燃气管道处于欠压、超压和升温状态时迅速关闭,有效保障用户用气安全。

微型折叠翼设计与仿真实验分析

为了减小微型无人机的横向尺寸并在有效空间内部署更多的无人机,课题组设计了一种可用于微型飞行器的折叠翼机构。以曲柄滑块机构为基础设计了折叠翼机构,采用SolidWorks建立了折叠翼机构的三维模型;采用ADAMS对折叠翼机构进行运动学分析;以拉力弹簧为驱动进行驱动力建模,以展开时间、接触力等为评价指标对折叠翼机构进行运动学分析,得到了在特定拉力弹簧作用下的实验数据。实验结果表明:在拉力弹簧作用下折叠翼可有效展开,展开时间为0.2 s,展开性能稳定。该折叠翼应用于微型飞行器可减小微型飞行器的存储空间,并保护机翼等部件。

西门子助力城市构建智能基础设施新生态

"2020上海智慧城市合作大会"于2020年12月10日重磅发布"智慧城市优秀应用案例",西门子凭借其参与的丁香国际商业中心(丁香国际)项目成功入选。丁香国际坐落于上海浦东新区,西门子为其提供了从配电到楼宇自动化的整体解决方案,大大提高了该商业中心的能源使用效率,实现了楼宇的智能化和节能降耗,为人们提供了舒适、智能和绿色的购物和办公环境。

磁流变液剪切屈服应力计算模型

为了提升磁流变液剪切屈服应力计算的准确性,课题组以麦克斯韦应力张量理论为基础,从微观角度考虑非线性磁化过程从而建立磁流变液链状模型。以MRF-122EG和MRF-132LD磁流变液2种液体样本为研究对象,通过ANSOFT软件进行磁场仿真并得出2种样品的屈服应力。结果显示:MRF-122EG、MRF-132DG样品的屈服应力与Lord公司提供的对应技术参数的最大相对误差分别约为6%和9%,属于实验允许的范围,说明该理论模型具有合理性。该研究也为磁流变液剪切屈服应力计算提供一种实用的方法。

超重力分离装置填料内流场的CFD模拟研究

为了优化超重力分离装置,课题组对其内部流场进行了研究。通过计算流体力学软件FLUENT对超重力分离装置填料内部的流体流动进行数值模拟,分析了转速、填料外径和丝网尺寸对流场的影响。结果表明:液相速度分布与气相速度分布一致,液相速度主要受气相的影响,与液相入口速度无关;同一转速下填料区气相速度由内向外逐渐增大,各位置的气相速度随转速的增大而增大;气相最大速度与转速和外径有关,与丝网的尺寸无关。数值模拟的结果对超重机的设计与优化有一定的借鉴意义。

超薄镍基合金P-MPAW焊缝成形特征及微观组织演变

为了获得成形良好的超薄镍基合金焊接接头及其细化的微观组织,课题组基于恒定的平均电流,设计不同脉冲电流参数,采用脉冲微束等离子弧焊(P-MPAW)对100μm厚的镍基高温合金板材进行焊接实验。然后借助超景深显微镜对焊缝的宏观形貌及微观组织进行观察,分析脉冲参数下焊缝成形特征,并采用直线截点法计算焊缝中心的平均晶粒尺寸。结果表明:不同脉冲参数匹配下形成5种焊缝形貌,随着基值电流和脉冲频率的增加,焊缝熔池趋于连续均匀变化趋势。当基值电流为0.8 A、占空比为30%以及脉冲频率为100 Hz时,焊缝中心的平均晶粒尺寸最小。因此,脉冲微束等离子弧焊下,较小的占空比和基值电流以及较大频率的脉冲参数匹配,可获得成形良好且晶粒细化的焊缝。

基于形态学的双螺孔自动检测技术

为满足双螺孔准确、高速和客观的实时检测要求,搭建图像采集系统采集待检产品图像,研究了基于数字图像处理的视觉检测系统实现的关键技术。针对需同时检测双孔是否为螺纹孔及是否有烂牙和螺纹小径尺寸是否在公差范围内等多个检测特征,通过对图像依次作形态学预处理、最大类间方差阈值法分割,应用设定检测区域、图像比较和区域描述技术对螺孔进行分析,并定义检测目标的灰度值、像素个数作为螺孔特征识别的主要依据。开发了机器视觉自动检测系统,包括视觉检测软件及图像采集机构,试用结果表明该系统能准确实现双螺孔的自动检测,系统能满足检测的实时性与准确性要求。

离心泵内部流场性能优化

为了提高离心泵的工作效率,课题组根据设计要求对其进行水力计算,利用CFturbo软件对离心泵进行三维造型设计,将模型导入ANSYS ICEM进行网格划分,利用FLUENT求解器对不同流量工况进行数值模拟计算,比较不同工况下的流场分布。此外,通过数值模拟方法对水泵进行扬程、轴功率和效率等性能参数计算,并将结果与CFturbo的预测值进行对比,结果显示二者的性能曲线趋势基本一致,运用遗传算法对离心泵的水力性能进行优化,对比优化前后的性能曲线,结果表明优化后离心泵的工作效率得到提高。

西门子在中国推出数字化企业评估工具

西门子针对中国工业客户推出数字化企业评估工具,并引入“数字化企业指数”概念。该工具旨在帮助中国企业从战略规划、组织管理、系统集成、生产现场、数据管理、数字化应用等6维度深入了解自身的数字化发展进程并获得具有针对性的实施建议,找到数字化转型升级的最佳切入点和行动方向。截至目前,已经生成近2000份评估报告。

TE Connectivity推出新产品德驰DMC-MD单模块电缆夹

2018中国自动化学会系列评选活动揭晓,台达以突出创新能力和先进的创新机制荣获“中国自动化学会企业创新奖”。同期揭晓的还有“中国自动化学会智慧系统创新解决方案奖”台达为客户定制的“华晨装焊车间能源管理系统方案”最终脱颖而出,获得大奖。MC-MD单模块电缆夹外形紧凑、重量轻,可以提供高至90度的受控导线/电缆弯曲半径。电缆穿舱密封件和电气触点的负载减少,有助于保持最大的环境密封性、导线压接完整性和触点接□位置。

西门子为中泰集团打造年产120万吨PTA数字化工厂

西门子与新疆中泰（集团）有限责任公司携手打造年产120万吨PTA（聚酯纤维原材料）数字化工厂项目启动仪式于2018年7月18日在新疆乌鲁木齐举行,将双方在今年6月初于西门子＂一带一路＂国际合作论坛上签署的战略合作协议进一步落到实处。

横向水流作用下气泡运动数值模拟

由于气液两相体系中气泡的诸多流体力学行为不仅影响两相流的速度分布,还可通过改变气液相界面等途径改变整个体系的传热传质效果,对气液接触设备性能具有重要影响。课题组利用数值模拟对恒定水速下管道中喷射的气体进行分析,追踪管道中气泡流的变化情况。气液两相流采用层流模型,并运用VOF对气液两相界面进行追踪,速度与压力的耦合求解采用PISO算法。计算结果表明:气体在管道中成类似泡状流,并受浮力作用逐步靠近上壁面形成连续的长气泡;水流速度和气泡到达上壁面距离进口处的距离近似呈线性关系;最大气泡粒径与进口水速负相关,与进口气速正相关。研究结果可为相关气泡运动特性的进一步研究提供参考。

基于视觉传感的路障自收放控制方法实现

高速公路路障摆放与回收是高危作业,为减少公路上交通事故的发生,课题组设计并开发了基于Arduino和Pixy CMUcam5视觉传感器的路障自收放机器人系统,由移动机器人平台搭载手爪自由移动来实现路障的合理摆放与收回。通过移动平台上路障收放装置的合理设计,并通过网络控制接口与机器人平台上的图像采集与识别模块实现通信,将视觉传感器捕捉到的路障的三维空间位置信息传送给微处理器,控制移动机器人移动定位,手爪配合实现路障收放。该路障自收放系统具有很强的实用性,可实现路障摆放和回收无人操作。该设计可提高公路作业的安全性,有一定的推广意义。

基于模块化设计的全自动纸箱包装机

针对现有的纸箱包装机存在的占地面积大、设备昂贵及使用有局限性等问题,课题组设计了一种结构简单,能够满足多种用途的纸箱包装机。采用模块化设计思想,设计了纸板进给、纸箱成型、折页封口和成型输出等模块;介绍了不同模块的结构组成以及工作原理;应用CATIA软件完成包装机的三维结构设计;介绍了包装机的硬件组成与控制原理:设计了应用于纸箱包装机的移动凸轮轮廓曲线,并通过CATIA软件对其进行了运动仿真分析,验证了凸轮轮廓的正确性。应用结果表明该包装机具有安全可靠、组合灵活等特点。课题组所设计的纸箱包装机械能够实现高效、安全及快速地包装。