结合非嵌入式多项式混沌展开方法、稀疏网格技术、Sobol Indic敏感度分析方法以及RANS方程求解方法,提出了涡轮动叶凹槽状叶顶气热性能不确定性量化分析方法,数值模拟与实验数据吻合一致验证了本文方法预测凹槽状叶顶气热性能的有效性。在量化几何参数叶顶间隙和运行参数主流进口总温以及吹风比的不确定性的基础上,对GE-E 3动叶叶顶的气动以及换热性能进行不确定性量化,详细分析了不确定性输入量对平均气膜冷却有效度、间隙泄漏量以及下游总压损失系数的影响,并且通过Sobol Indic方法对各不确定性变量对叶顶气热性能不确定性的贡献进行量化研究。不确定性分析的结果表明叶顶前缘区域的泄漏量对不确定性输入不敏感,但是尾缘区域泄漏量的不确定性偏差可达到25%;下游总压损失系数总体受不确定性波动的影响较小;在几何及工况不确定性的影...

为充分挖掘串列叶片对压气机扩稳增效的潜能,在对多级轴流压气机末级静子串列改型的基础上,选取不同叶高处前后排叶片相对位置、负载分配、弯掠特征及端壁轮廓等25个参数为设计变量,开展某工业用6.5级轴流压气机末级串列静子叶片与端壁的一体化优化设计研究,并采用随机森林方法对串列叶片几何参数进行特征重要性分析,提炼出串列参数设计指导。结果表明优化后压气机末级在设计工况、近喘工况和近堵工况下的绝热效率分别提升4.81%、3.37%和8.195%;对于末级串列静子,最优串列参数随叶高变化而变化;调整前后叶片的弦长比与弯角比以实现串列叶片负荷前加载、调整叶片后掠与反弯以降低叶片端壁处负荷、设置叶中部分更大的周向交错度使缝隙区流体充分加速,均能有效降低末级串列叶片流动损失;串列叶片缝隙区尺寸,尤其是周向交错度,较其他...

为提升空调器整机性能,揭示多翼离心风机各动静部件之间的协同匹配优化效果及整机状态下的流动特性,以风量作为主要参数,引入系数ε表征单风机性能变化对风机盘管整机性能变化的响应度。采用分组优化设计的方法研究了叶轮、蜗壳型线、蜗舌和集流器对单风机以及风机盘管整机气动性能的影响。研究结果表明基于贝塞尔曲线的吸力面仿鱼形叶片设计对风机盘管整机性能的响应度最高,有效抑制了叶片吸力面上的流动分离,降低了气流对叶片前缘的冲击作用;偏流蜗壳型线和浅舌设计能够显著降低蜗壳内的流动损失,但是抗静压能力不足导致整机性能的响应度不高;外凸集流器设计有效改善了叶轮前盘与集流器间隙处的逆压梯度,虽然能够提升单风机性能,但是破坏了风机盘管整机的进气状态,气动性能响应度为负值。与原型机相比,采用分组优化设计之...

为改善多翼离心风机气动性能和噪声特性,结合双圆弧叶片具有较高流道设计自由度的特点,本文以性能较优的单圆弧叶片多翼离心风机为基础,通过CFD与实验相结合的方法对双圆弧叶片进行全参数匹配优化设计。以0 Pa静压工况下风机风量为优化目标,采用Box-Behnken响应面实验设计方法对双圆弧叶片的进口角、出口角、内外径比、拱点圆直径以及中心角进行参数方案设计,获得了46组样本空间。通过对设计参数和样本结果进行二次回归拟合,得到了双圆弧叶片参数与风量的函数关系及最优参数组合。结果表明,进口角和出口角在所有主效应中对风量的影响灵敏度最高,而进口角-出口角以及内外径比-中心角在所有交互效应中对风量的影响灵敏度最高。通过CFD和FW-H声类比方法对风机的气动性能和声场进行数值计算,计算结果表明优化风机的风量较原型风机增加了...

为提升空调器用贯流风机的气动性能,降低风机功耗,受鸟类翼型结构启发,研究了仿生翼型设计对贯流风机气动性能的影响。首先分别提取具有优良气动性能的长耳鸮和海鸥翅膀展向40%处截面翼型进行仿生逆向重构,基于鸟翼厚度分布特征进行贯流风机叶片仿生设计,考虑到叶片强度和工艺条件的影响,针对设计的仿生翼型叶片进行了改型设计并应用于贯流风机中。然后采用数值模拟研究了两种仿鸟翼叶片对贯流风机内流场结构及其气动性能的影响。最后针对贯流风机的气动性能进行实验测量,验证仿生叶片设计对提升贯流风机气动性能的有效性。研究结果表明两种仿鸟翼叶片前缘形态均能有效抑制叶轮外缘分离涡,减少叶道进口侧阻塞;两种叶片对于内圆周进口侧附面层堆积形成的二次流均有改善作用,低转速下前缘厚度变化剧烈的长耳鸮仿生叶轮表现更...

为了解决连续体机器人运动学建模的难题并实现机器人的位姿控制,以自行研制的一种仿象鼻型气动连续体机器人为例,先忽略机器人自重和负载,做出连续体构节变形后其中心线上各部分曲率保持一致的假设,通过推导,得到了连续体构节变形参数(s、k、φ)与构节长度(l1、l2、l3)之间的关系表达式。将连续体构节离散为关节变量,参考D-H法建立了该机器人的运动学模型,设计了机器人的气动系统并对机器人进行运动数据采集。将实际采集数据代入上述模型中来确定模型参数,在一定程度上弥补了因忽略机器人自重和负载而产生的模型误差,提高了运动控制精度。机器人的抓取实验结果表明按实际采集数据确定参数的常曲率运动模型,可以应用于连续体机器人的位姿控制;对比机器人末端的仿真计算轨迹和实际轨迹,得到最大运动误差为6.3 cm,误差主要来源于系统...

受高效飞行鸟类翼型结构启发,尝试采用叶轮仿鸮翼设计结合子午流道型线参数优化设计提高离心压缩机的气动性能。首先,提取具有优良气动性能的长耳鸮翅膀展向40%截面处翼型进行仿生逆向重构,基于鸮翼厚度分布特征进行离心压缩机叶轮的仿生设计;然后,采用拉丁超立方抽样、BP神经网络拟合、遗传算法寻优对叶轮叶顶侧子午流道型线进行参数优化,并对优化设计前后的离心压缩机气动性能及其流动特性进行数值分析。结果表明采用提出的叶轮仿生设计耦合子午流道参数优化方法,离心压缩机内部流场得到改善,气动性能得到提升。设计工况下,优化后的离心压缩机多变效率提高了3.16%,压比提升了2.61%;叶轮内部及叶片扩压器出口的高熵区域缩小,流动分离得到有效抑制,同时叶片表面载荷增大且分布更加均匀,叶轮做功能力增强。

受鲹科鱼类机动游动姿态和涡流特征启发,设计了一种仿鲹科鱼体弯曲姿态的多翼离心风机用仿生叶片,采用数值模拟方法,分别研究了常规单圆弧原型叶片和仿鱼形叶片对多翼离心风机气动性能、噪声的影响。通过可视化分析发现,在仿鱼形叶片的叶道内,旋涡强度明显小于原型风机,流场分布更加均匀。仿鱼形叶片的采用有效降低了风机蜗舌处的压力脉动,减弱了叶片与蜗舌之间的非定常相互作用。风机气动噪声计算与分析结果表明,单圆弧原型叶片的风机噪声频率分布于低频声段和中频声段,而仿鱼形叶片的风机噪声频率主要集中在中频声段范围内,这表明两种风机的噪声频率分布规律和噪声传播路径不相同。数值计算结果表明,采用仿鱼形叶片的多翼离心风机气动性能明显得到改善,其中风量增加了12.5%,效率提升了5.65%,同时测点处噪声平均值下降了2.78dB。 ...

为了研究换热器内弹性管束在壳程流体诱导下的振动特性,利用流固耦合的顺序求解法,对换热器内不同管排间距和不同管排数条件下多排弹性管束在壳程流体诱导下的振动响应进行了数值分析;提出了分割式网格划分策略,可大幅度提高网格划分的精度、效率和灵活性;提出了粗算加精算的分步计算策略,可大幅度减少计算时间,提高计算效率。研究表明在壳程流体诱导下,换热器内各排弹性管束的振动主要表现为面外振动,且振动的均匀性较差;大不锈钢连接体上监测点的振幅受管排间距的影响较大,小不锈钢连接体上监测点的频率受管排间距的影响也较大;当管排间距较小时,各排弹性管束间的相互影响较强;当管排数增加时,各排管束的振动均匀性降低。

基于材料构型力断裂准则,提出了一种描述复合型疲劳裂纹扩展规律的新模型,该模型不仅能够预测复合型裂纹的扩展路径,而且可以计算裂纹扩展寿命。以该模型为基础,对疲劳问题中的复合型裂纹扩展失效问题进行了研究。首先,根据材料构型力理论,建立了复合型疲劳裂纹扩展模型,开发了构型力的有限元计算程序,实现了疲劳裂纹扩展的数值计算;其次,采用构型力驱动准则,对Ⅰ型和I-II复合型疲劳裂纹进行了数值分析,计算了裂纹扩展路径以及扩展寿命,数值分析结果与试验结果基本一致,从而验证了该方法的有效性。最后,针对工程实际中可能出现的复杂疲劳裂纹扩展问题,具体研究了边界裂纹与圆孔缺陷干涉作用下的金属板疲劳问题,结果表明斜裂纹角度以及孔洞与裂纹的相对位置均会影响扩展路径以及疲劳寿命;对于不含圆孔的斜裂纹问题,裂纹角度越大,...