以船式拖拉机船体为研究对象,采用Fluent模拟船体在水田泥浆土壤环境下的流场模型,并讨论船体底板倾角和行驶速度对船体行驶阻力的影响。研究结果表明在相同工况速度下,行驶阻力随倾角增大而逐步减小,且当倾角增大为30°时减阻率可达16.76%;随船体行驶速度增大,其行驶阻力增大而且减阻效果趋于稳定。研究表明改变船体倾角可有效改善船体在不同工况下的行驶阻力,对船式拖拉机船型减阻设计和实际应用均具有一定的指导意义。

传动液体积弹性模量代表介质的抗压缩能力,其动态变化会影响传动系统的精准调控。以含有空气和蒸汽的ISO 4113试验油为研究对象,建立传动管内体积弹性模量均相流模型和动态模型,考虑由传动液压缩引起的温度变化以及空化效应(空气空化、蒸汽空化和伪空化),在Roe格式分解和Steger Warming通量分裂法的基础上提出一种新的数值求解方法来预测不同空化区中压力和含气率的变化,并预测体积弹性模量的时空演变。讨论压力、含气率和温度对动态体积弹性模量的影响,并比较两种模型之间的区别。结果表明:在低压区,两种模型对动态体积弹性模量的预测结果基本吻合;当压力小于1 MPa,动态体积弹性模量随压力增大而增大,随初始含气率增大而减小,而初始温度对其影响不明显;当压力在1~10 MPa内,动态体积弹性模量随压力增大而快速增大,随初始含气率和温度增大而...

针对翼型表面的流动分离,采用数值模拟方法研究随行波结构流动控制的机制。为了验证计算方法的可靠性,将翼型表面静压曲线与实验测试结果进行对比,发现两者吻合程度较好。数值计算结果表明,适当增加随行波的相对弦长长度,有助于改善翼型的气动性能。当攻角小于3°时,随行波位于分离点之前,沟槽内形成顺时针旋转的二次涡,有助于加速边界层低速条带;在大攻角下,随行波位于分离点之后,顺时针卷起的分离涡在沟槽内形成逆时针旋转的二次涡,与分离涡互为反向涡对,减小了尾缘分离区范围。翼型表面随行波能有效地控制边界层流动。

针对叶片的自噪声产生机理,以刨根波齿为对象,采用LES与FW-H混合方法研究狭缝高度对气动噪声的影响。获得雷诺数为2×10~5、0°攻角下叶片非定常流动及声场特性。数值结果表明:随着狭缝高度增大,增强叶片近壁面上的压力脉动,相对刨根高度为33%时压力脉动最小,尤其在波谷处的变化最为明显。总声压级随之增大,在相对狭缝高度33%时总声压级最低,在弦线方向的噪声最低可达8 dB,其他方向噪声也可降低2 dB以上。

高速旋转设备的转轴振动给干气密封的动态稳定运行带来了极大的挑战。基于Laplace变换推导获得了不同“阻尼-刚度-质量”数值条件下干气密封轴向自由振动、强迫振动位移响应及其周期峰的显式解析表达式,研究了浮动环质量、激励频率、刚度和阻尼参数对干气密封轴向自由振动及其过渡振动阶段性能、轴向强迫振动周期峰的影响规律。结果表明:在干气密封轴向自由振动中,系统轴向总阻尼起着决定性作用,过阻尼状态和欠阻尼状态下浮动环质量和系统轴向总刚度对密封自振特性影响差异明显;在强迫振动中,过大的弹簧刚度和辅助密封阻尼不利于密封追随性,较大的轴向气膜阻尼和当超过一定阈值时较大的轴向气膜刚度有利于密封追随性。研究结果为干气密封动态稳定性评估和结构设计提供了理论指导。

提出一种新型箔片端面气膜密封方式,基于气体润滑与弹性力学理论,应用小扰动法建立箔片端面气膜密封的微扰膜压控制方程。对比分析了不同箔片变形力学模型下的动态特性系数变化规律,探究了不同工况及结构参数对气膜动态特性的影响规律,以最大动态主刚度和阻尼作为综合优化目标,确定了结构参数的优选范围。结果表明:随着激振频率、转轴转速的提高,气膜动态主刚度与动态主阻尼的动态互补变化,抑制了润滑膜厚的激变,同时作为气膜不稳定诱因的动态交叉系数的变化放缓,降低了因工况突变引起气膜振荡、失稳的风险;此外,介质压力的增大能够显著提升密封维稳、抗振性能。当楔形高度取5~8μm,节距比取0.2~0.4,箔坝比取0.5~1.1,箔片数取4~6,箔片结构阻尼取5×107~8×107Pa·s/m时,箔片端面气膜密封综合动态抗扰性能较优。

基于气体润滑理论,建立了普通螺旋槽、上游泵送螺旋槽和双列螺旋槽三种典型螺旋槽干气密封(DGS)型螺旋槽DGS稳态性能差异的产生机理及不同膜厚扰动条件下干气密封瞬态性能的演变规律,定义了瞬态性能参数及其时间平均值相对稳态值的变化率,探究了膜厚扰动下的非线性效应对三种典型螺旋槽DGS瞬态性能的作用规律及稳态理论的适用范围。结果表明:上游泵送螺旋槽的开设对密封性有明显提升但对开启性有一定削弱;非线性效应的影响随膜厚扰动的增大而增大,在膜厚大幅扰动下,基于瞬态理论计算的密封性能参数平均值会明显大于稳态值,此时依靠稳态理论获得的计算结果误差较大;普通螺旋槽DGS受非线性因素的影响最小,在其稳态理论可接受的性能误差范围内,所允许的膜厚扰动相比另外两种螺旋槽DGS更大。

研究了高压低速和高速低压两种典型工况条件下干气密封（DGS）螺旋槽的衍生结构演变规律与工况适用性.基于气体润滑理论,建立了槽堰组合螺旋槽DGS数学模型,采用有限差分法求解稳态雷诺方程.基于完全析因设计方法,数值计算了不同槽堰组合螺旋槽DGS的稳态密封性能随开槽面积比的变化规律,对比分析了槽堰组合螺旋槽DGS与螺旋槽DGS的密封性能最优值,并提出了不同工况条件下进一步提高螺旋槽DGS气膜刚度的结构改型方向.结果表明：通过基体螺旋槽与附加密封堰的组合设计有望显著提高螺旋槽DGS的气膜刚度,其中在高速低压条件下附加密封堰设在上游侧中间的双流通槽DGS的气膜刚度增幅达到20%;存在不同的最佳开槽面积比使得槽堰组合螺旋槽获得最大的开启力和气膜刚度.

为解决干气密封(DGS)端面型槽优化中未考虑型槽几何参数之间对目标函数交互影响而导致几何参数优化结果不准确的问题,研究了不同速度条件下DGS螺旋槽中其他几何参数对某一几何参数优选值的交互影响。基于气体润滑理论,建立了螺旋槽DGS的几何模型和数学模型,数值求解获得端面膜压分布和稳态性能参数,定义了综合表征螺旋槽几何结构的特征参数。以气膜刚度最大为优选目标,获得了不同速度条件下DGS螺旋槽中某一几何参数优选值随其他几何参数的变化规律。结果表明DGS螺旋槽各几何参数两两之间呈现出复杂的交互影响关系,不过总体符合趋向于降低槽内实际通流面积、槽长宽比和槽长深比3个综合参数变化幅值的原则;与单因素优化方法相比,在给定算例参数条件下所提出的考虑几何参数交互影响的优化方法所获得气膜刚度最优值提高11.4%。

针对打捆机捡拾器捡拾效果不理想的问题，提出评价捡拾效果优劣的两个重要指标：捡拾器捡漏区面积和弹齿与物料的接触速度。通过对捡拾器进行运动学分析，构建捡拾器捡拾多目标优化设计数学模型。该模型以捡拾器捡漏区面积最小、捡拾器对物料损坏率低为目标，对滚筒转速、弹齿个数、行驶速度、滚筒半径、曲柄长度、基圆半径及弹齿长等参数进行优化设计，并采用遗传算法对该模型进行求解。最后通过ADAMS软件对优化设计方案进行仿真验证，捡拾器捡漏区面积缩小了57.4%，接触速度减少了6%，从而验证了该优化设计方法的正确性和有效性。