针对缸体表面特征以沟槽为主、方向性显著的特点,提出了使用高阶高斯回归滤波预处理与Radon变换相结合对表面的沟槽特征进行提取的方法。高阶高斯回归滤波抑制了边界效应,使得表面数据能被全部用于分析,提高了数据的使用率,同时减轻了异常值对滤波结果的影响,防止了沟槽形状带来的极值对滤波中线提取的干扰。在Radon变换过程中,为了防止沟槽密集处由于特征方向性减弱造成的特征提取困难,将沟槽特征整体的提取简化为对沟槽中心线的提取。考虑到沟槽底部极小值点分布与中心线之间的强相关性,使用深沟槽底部极小值点拟合确定中心线的位置。浅沟槽与轻微划痕也会留下极小值点,对深沟槽极小值点的提取造成干扰,因此引入深度阈值将两者区分。对样本分析后,得到沟槽的主要角度为19.5°、91.1°、165.6°。表面沟槽整体缺陷率为35.95%,大于单条沟槽

针对150 kW超临界二氧化碳(SCO 2)简单布雷顿循环,设计了转速为60000 r/min的离心压气机。由于SCO 2在临界点附近物性的剧烈变化,物性表的精度直接影响SCO 2压气机气动性能数值预测的稳定性和准确性。验证了400×400精度的SCO 2物性表能够获得可靠的SCO 2离心压气机气动性能。采用数值求解三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)和k-ε湍流模型的方法,研究了所设计的SCO 2离心压气机设计工况和变工况气动性能,详细分析了离心叶轮间隙泄漏流动特性。结果表明:所设计的SCO 2离心压气机设计工况考虑间隙泄漏损失的气动效率是73.2%,压比是2.207。SCO 2离心压气机具有优良的变工况气动性能。与不考虑离心叶轮间隙泄漏损失相比,SCO2离心压气机气动效率降低了14.0%。离心叶轮叶顶间隙泄漏流动主要分为3个区域,分别是顺流而下的分离涡区域、叶顶间隙上半部分区域在逆压梯度作

为了准确模拟内流场长叶片在高背压条件下的气动特性和稳定性机制,采用三维时域响应流固耦合算法进行了研究。流场域先进行内部迭代收敛后,在时域上与固体域进行耦合迭代求解,并且利用流场与叶片有限元模型之间的交界面进行气动力、位移等变量的数据交换和迭代计算,对新开发的核电超长末级叶片在3 600、7 200、10 800Pa这3种背压工况下的气动稳定性和流动特征进行了分析。结果表明,随着背压增大,在叶栅流道内的近出口处附近出现了由压力扰动引起的旋涡流动现象,3种背压工况下叶片的时域响应曲线均以1阶动频模态为主进行自由衰减,并表现出非线性的振动特征,叶片的响应幅值均呈现收敛的趋势,新开发的核电超长末级叶片在背压从3 600增大到10 800Pa范围内时保持气动稳定,不会发生颤振现象。叶栅背弧面激波随背压升高不断朝气流方向移动但并未发

为提高透平级气动性能设计水平,采用数值求解三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)方程和Spalar-Allmaras(S-A)方程湍流模型的方法,针对三级实验透平级开展了包括动叶叶顶间隙、静叶叶根与转轴间隙(隔板间隙)和动叶叶根与轮盘间隙(叶根间隙)的泄漏流动对透平性能影响的数值研究。研究结果表明:与不考虑所有间隙的纯通流三级透平相比,动叶叶顶和隔板间隙泄漏流使透平总静效率降低了0.62%,但同时动叶叶根与轮盘间隙泄漏流动使透平总静效率提高了0.28%,适当的叶根间隙泄漏有利于透平效率的提升;动叶枞树型叶根与轮盘的间隙泄漏影响叶根端区附近主流与泄漏流交互作用的方向;主流与泄漏流之间的"吸"与"漏"影响叶片端区附近二次流的分布与发展,进而引起叶片端区能量损失系数的变化。

将古典赫兹理论与现代Majumdar-Bhushan模型相结合,建立了两圆柱分形接触模型。考虑结合部虚拟材料厚度,以及引入圆柱接触面积比,对两圆柱线高副矩形接触面进行了受力分析。数值仿真表明圆柱接触面积比不大于1;外接触时圆柱接触面积比小于内接触时;增加总载荷或减小结合部虚拟材料厚度都将增大圆柱接触面积比;外接触时实际接触面积小于内接触时;实际接触面积随着分形粗糙度、材料硬度或结合部虚拟材料厚度的增加而减小;随着分形粗糙度的增加,产生特定实际接触面积所需要的总载荷增加,微凸体变形量增大;对于给定总载荷,当分形维数从1.4增加到1.5时,实际接触面积相应增大,但当分形维数从1.5增加到1.9时,实际接触面积转而减小;内接触时的赫兹应力小于外接触时的赫兹应力。该研究结果可为进一步研究圆柱齿轮传动的齿面接触疲劳强度计算提供参

为了更准确地计算螺栓被连接件的刚度,引入了假设垂直螺栓轴线的受压层在径向位置压应力的4次关系式,推导了被连接件刚度的计算公式.结合有限元分析及插值计算方法,获得了不同材料、不同尺寸所对应被连接件的刚度,反算出了相应的半顶角,进而拟合出了半顶角的解析式.同时,采用I-Scan压力测量系统测得了被连接件结合面的压力分布数据,得到了实际的半顶角.实验结果表明,半顶角解析解的误差小于2°,与有限元分析结果相比,被连接件刚度的计算误差小于6%,因此所推公式可准确地计算被连接件的刚度.

为了分析单螺杆制冷压缩机单滑阀能量调节机构的工作特性,基于压缩机的工作过程确定了滑阀在不同负荷下的特征角度,得到了不同负荷下任意转角位置处的有效旁通面积和有效排气孔口面积。分析了旁通口初始位置与排气口初始位置对有效旁通面积、有效排气口面积、气量调节范围和内容积比调节的影响。结果表明旁通口初始位置越靠近排气端,滑阀在相同的轴向位移下所能调节的气量范围越大,当旁通口初始位置向排气端移动的距离从0增加到15mm时,气量调节范围增大了20%;排气孔口初始位置影响排气开始时间及内容积比,当排气口初始位置向排气侧移动的距离从0增加到15mm时,排气开始角延迟了10°,内容积比增大至2.25倍。通过对单滑阀调节机构几何特性的分析,为今后滑阀调节过程的研究以及滑阀的优化设计提供了基础。

针对叶顶间隙的高速泄漏流及复杂的流动问题，采用数值求解三维RANS方程和k-ω湍流模型方法，研究了凹槽状小翼结构对涡轮级动叶叶顶传热特性和气动性能的影响。数值获得的叶顶表面传热系数分布和实验数据吻合良好，验证了数值方法的可靠性。对比分析了叶顶压力侧、叶顶吸力侧和叶顶两侧凹槽状小翼结构与无小翼凹槽状叶顶的气动传热性能，研究结果表明，相比于无小翼凹槽状叶顶结构:叶顶压力侧、吸力侧和两侧凹槽状小翼结构的叶顶表面平均传热系数分别降低了12.2%、17.1%和19.8%，叶顶两侧凹槽状小翼结构最大程度降低了凹槽状叶顶间隙的泄漏流量，减弱了压力侧角涡和刮削涡，进而降低了凹槽状叶顶的传热系数;压力侧、吸力侧和两侧凹槽状小翼结构的动叶总压损失系数分别增加了8.5%、降低了8.5%和降低了2.5%。吸力侧凹槽状小翼结构能有效