为了更好地了解往复式压缩机在不同工况下阀片的运动规律以及气缸内压力、温度的变化情况,对压缩机气缸及阀片运动规律进行了模拟仿真研究。采用有限元分析手段建立了往复压缩机的三维流场模型,在变负荷工况下,运用Fluent软件模拟分析了压缩机气阀与气缸工作状态;在正常工况下,模拟了压缩机气阀的运动情况和气缸内的压力变化情况,并利用往复压缩机实验台进行了实验验证;在气量调节工况和不同的阀片顶开位移的工况下,针对压缩机进行了模拟,得到了不同工况下阀片运动规律、气缸内示功图及气缸内温度变化规律。研究结果表明:针对机组复杂运行状态可用计算机仿真研究进行深入模拟,获得贴近实际运行状态的数据,对分析压缩机运行状态,改进优化气量调节系统具有重要作用。

针对提高工业汽轮机排汽缸气动性能、改善流场、降低流动损失问题,采用数值仿真方法对一种铸造式工业汽轮机排汽缸进行了详细研究与分析。揭示了工业汽轮机排汽缸内部的流动机理与气动特性,提出了工业汽轮机排汽缸内的典型流场结构;提出了一种表征排汽缸气动性能的热力计算方法,并与西门子公司的实验修正数据曲线进行了对比分析;为逼近排汽缸真实状态下的入口条件,将工业汽轮机三级低压级叶栅与排汽缸进行了联合计算,同时对比分析了排汽缸中肋板等附加结构对气动性能的影响。研究结果表明:多元的旋涡运动是造成排汽缸流动损失的重要方面,排汽缸内部的附加结构会恶化流动,而合理的肋板布置会改善排汽缸出口流场。

针对大型风电机组气动不平衡故障的安全监测问题,对风电机组在气动不平衡故障时表现出的振动特性进行了理论研究,对风电机组在气动平衡和不平衡时机舱不同位置的轴向和横向振动进行了测试。根据测试结果提出了一种基于风轮1P转频振动的在线监测与保护系统,实时监测风轮1P转频振动有效值幅值,采用时间累积的延时报警策略以防止误报。研究结果表明:气动不平衡故障时风轮1P转频振动幅值明显增大,且轴向的振动变化相比横向振动更加明显;所提出的在线监测系统故障断路响应迅速、可靠性高,对保障风电机组稳定安全运行,促进叶片监测诊断技术发展具有重要意义。

齿轮传动系统应用十分广泛且常扮演重要设备中的关键角色,其高转速下的振动问题、内部结构复杂性和各种非线性因素的存在,给齿轮传动系统动力学分析、设计带来了巨大的困难,针对上述问题,对其动力学研究进行了具有理论指导意义的综述。根据对国内外齿轮传动系统动力学研究成果的分析总结,阐述了齿轮传动系统非线性动力学理论的基本框架,结果表明了其系统输入、系统模型和系统输出3部分的内容;基于非线性系统的研究方法,综述了10年来齿轮传动系统的非线性动力学研究的概况,主要包括解析法、数值法和实验法;分析总结了含多级齿轮传动的整体系统的动力学研究现状,特别对典型的车用变速器动力学问题进行了分析,指明了未来研究的重点;最后,针对变速器,提出了其在动态性能、振动和噪声、故障诊断以及可靠性方面可能的研究热点和方向。

针对纯电动汽车续驶里程低、电池充电难等问题,对纯电动汽车的再生制动系统进行了研究,通过比较多种液压制动能量回收方案与储能方式,提出了定压源飞轮液压再生制动系统。为提高所提出的再生制动系统的能量回收效率,以泵/马达和蓄能器工作参数作为变量进行了试验研究和基于AMESim软件的仿真研究,通过仿真分析和试验研究对比,找出了最佳的参数匹配。研究结果表明,该再生制动系统的能量回收效率随着蓄能器容积的大小不同和液压泵/马达的排量不同而改变,泵/马达排量越大回收的能量越多,但是随着排量的增加泵/马达上的阻力也增加了,高于一定值后能量回收效率会下降;蓄能器容积越大,可回收的能量越多。对该系统的研究值得借鉴,可为合理匹配电动汽车液压再生制动系统参数提供依据。

针对垃圾压块机的工作可靠性问题,对垃圾压块机的压缩机构进行了分析,将贝叶斯网络应用到液压系统可靠性分析之中。提出了贝叶斯网络的概念与公式,给出了贝叶斯网络的构建方法,采用基于图形结构精确推理方法,建立了压缩机构的贝叶斯网络。通过手册查阅了各液压元件发生故障的概率,最后结合贝叶斯网络求得了系统发生故障的概率。研究结果表明,该液压系统发生故障的概率为0.057 4,换向阀发生故障的概率为0.252。通过建立贝叶斯网络,求得极易发生故障部件概率的方法,直观地表示出了该系统故障的因果关系,找到了系统的薄弱环节,提高了系统的可靠性。

针对高速电梯动态运行过程中的气动力学问题,对电梯的动态运行特性及井道结构进行了研究及优化。以高速及超高速电梯的动态运行过程为分析对象,采用弹性光顺结合网格重构方法完成了动态网格生成,模拟计算了电梯动态运行过程中复杂的湍流气动特性,重点给出了动态运行过程中产生气动阻力的规律;以轿厢阻力、流场压强等为优化参数,进行了井道结构的优化设计;通过建立不同的井道结构计算模型,分析了不同阻塞比、开口比等参数对轿厢动态运行特性的影响规律。研究结果表明:加速过程结束时电梯轿厢所受空气阻力最大,阻塞比每提高10%,可增加3倍的轿厢阻力;在实际安装时开口比宜取0.25及以上。

针对某型号燃气轮机径向排气扩压器支撑保护罩气动特性问题,基于保护罩原气动型线,结合NACA翼型对其进行了优化,并设计了两种新的气动外形。采用稳态和瞬态数值模拟的方法研究了配有10%、50%、90%这3种不同支撑保护罩的排气扩压器径向高度横截面的马赫数分布,支撑保护罩下游的总压损失系数,排气扩压器的静压分布、静压恢复系、通道涡、出口静熵以及透平末级静叶、动叶尾迹对排气扩压器静压恢复系数的影响。稳态研究结果表明:新设计的两种支撑保护罩气动外形延迟了保护罩表面气流分离,其下游总压损失系数降低,排气扩压器静压恢复系数有明显提升;瞬态研究结果表明:透平末级静叶和动叶尾迹对径向排气扩压器静压恢复系数影响较小。