一种小型余压能动力发电装置

设计了一种新型的管道水流余压能利用方案,进行了理论分析和计算,开发了一种新型的小型的余压能发电装置,并进行了性能试验测试;理论分析和计算结果表明:余压能发电装置最大输入功率随着流量的增加,先增加后减小,当流量较大时,末端数少的余压能发电装置最大输入功率较大,末端数多的余压能发电装置最大输入功率较小.试验测试结果表明:小型余压能发电装置平均输出电压测试为34.5 V,平均功率为12.6 W,可驱动LED灯单元及小型风扇.     

涡激振动能量收集的理论建模与实验验证

为了研究涡激振动压电能量收集特性,根据压电理论和尾流振子模型建立二维涡激振动的压电能量收集数学模型,对一个圆柱加双压电臂的能量收集装置进行计算分析。结果表明:输出电压随着负载电阻的增大而增大,最大输出功率存在一个最佳匹配电阻。之后开展压电能量收集风洞实验,理论分析结果与实验结果吻合,验证了理论模型的正确性。该模型对进一步设计和优化涡激振动能量收集装置有参考价值。     

磁浮列车非接触式供电技术

针对高速磁浮列车在狭窄空间内高经济性、高可靠性车载供电需求，在耦合磁路、电气性能仿真、设计优化基础上，提出一种发射端多匝线圈且无磁芯、拾取端类似双U型耦合磁路结构的非接触供电系统（inductive power supply，IPS），该系统采用了理论设计、仿真分析以及试验验证相结合的研究方法. 首先，根据高速磁浮列车供电需求，通过理论计算确定各设备主要参数，完成IPS系统设计方案；然后，进行耦合磁路设计及仿真分析:利用Maxwell软件对多种耦合磁路进行3D仿真分析，确定耦合磁路最优设计方案，开展三维电磁仿真得到拾取装置与地面发射线圈间互感；紧接着，进行电气性能仿真分析:利用Matlab软件建立IPS系统电气仿真模型，仿真IPS系统传输功率及效率，根据供电需求确定补偿装置、地面逆变电源及DC/DC参数；最后，研制完成供电功率150 kW磁场耦合非接触供电系统，并部署于磁浮样车试验线，完成了现场EMC （electromagnetic magnetic compatibility）性能、电气性能测试验证. 验证结果表明:传输功率超过150 kW，效率92%，达到项目预期目标.      

叶顶间隙对喷水推进水力性能的影响

分别以设计参数相同的混流式喷水推进泵与轴流式喷水推进泵为对象, 基于剪切应力运输湍流模型、隐式多网格耦合算法与全结构化网格, 对4种不同叶顶间隙的水力性能进行数值模拟, 分析了叶顶间隙对喷水推进水力性能的影响, 研究了叶顶间隙影响程度与喷水推进器类型的关系。研究结果表明: 2种喷水推进泵的扬程、效率均随叶顶间隙增大而减小; 随着叶顶间隙的增大, 混流泵消耗功率先增大后减小, 当叶顶间隙为1.3mm时消耗功率最大, 而轴流泵消耗功率单调减小; 混流泵叶顶间隙变化引起的喷泵效率改变量不受流量影响, 而轴流泵效率变化量随流量增大而增大, 以较大叶顶间隙为基准, 且叶顶间隙变化量相同时, 混流泵效率变化较大, 轴流泵效率变化较小; 混流泵与轴流泵性能存在差异的主要原因是外形结构不同导致间隙涡对叶顶间隙泄流的作用大小不同; 当叶顶间隙由0.7mm增大至1.6mm时, 2种喷水推进器推力效率变化量在1%以内; 随着叶顶间隙的增大, 2种喷水推进器消耗功率的变化趋势与喷水推进泵相同, 且轴流式喷水推进器总推力、功率变化幅值大于混流式, 即混流式喷水推进器对叶顶间隙变化的适应性更好。      

160Gbps光通信系统中光纤准直器的基准插入损耗与功率代价研究

在几何光学和高斯光束传输理论的基础上,运用矩阵光学原理与高斯光束耦合理论,分析了基于自聚焦透镜光纤准直器引入高速光通信系统的基本插入损耗、回波损耗等特性,并采用光纤衰减基准测试方法对理论计算进行了实验验证.在160 Gbps光通信系统中分析了该器件对系统传输性能的影响,对误码率曲线进行了测试对比,讨论了光纤准直器增大系统功率代价的原因.     

机车用轴流式风机性能测试与数值分析

为探求某机车用轴流式风机的系统性能,对不同工况下带有前后导叶的该风机内部流场进行了数值仿真.模拟结果表明,在叶片转速不变情况下,随着气体流量的增加,叶片的气动压力增加,功率增大,风机的效率也随之提高;在气体流量保持不变时,随着叶片转速的增加,叶片的气动压力增加,功率增大;当风机出口存在阻力时,则叶片的气动压力增加,功率也增大.研究还表明,叶片两侧的最大气压差可达10 500 Pa以上,高速旋转时对叶片有一定危害.计算结果与试验测试结果的对比表明,二者吻合较好.     

电动车在线供电系统高效配电方案

针对电动车在线供电系统存在严重的传输损耗问题,设计了一种高压传输-低压激励的高效配电方案.该配电方案采用高压导轨传送电能,以减小输送过程中的能量损耗;采用低压激励方式,以增强导轨的功率发射能力.给出了配电方案的基本框架,阐述了其工作原理;分析了传输损耗的机理,导出了传输损耗的计算表达式,并探讨了分段连续切换供电方法.最后,通过仿真分析和实验对该配电方案和分段连续切换供电方法的可行性和有效性进行了验证.分析结果表明,当传输距离约大于70 m时,该配电方案的传输效率具有明显优势,可以提高系统的远距离能量传输效率.      

机车用轴流式风机性能测试与数值分析

为探求某机车用轴流式风机的系统性能,对不同工况下带有前后导叶的该风机内部流场进行了数值仿真.模拟结果表明,在叶片转速不变情况下,随着气体流量的增加,叶片的气动压力增加,功率增大,风机的效率也随之提高;在气体流量保持不变时,随着叶片转速的增加,叶片的气动压力增加,功率增大;当风机出口存在阻力时,则叶片的气动压力增加,功率也增大.研究还表明,叶片两侧的最大气压差可达10 500 Pa以上,高速旋转时对叶片有一定危害.计算结果与试验测试结果的对比表明,二者吻合较好.     

基于CFD的叶片周向偏移对液力变矩器的性能影响预测

为了提高改型设计效率,对液力变矩器流道模型进行参数化设计,并通过三维流场仿真计算和试验测试进行了可靠性验证。基于参数化模型分别研究了液力变矩器泵轮、涡轮和导轮叶片内外环周向偏移对性能的影响规律,并进一步对比分析了不同设计参数对性能的影响程度。结果表明:导轮叶片内外环周向偏移对失速泵轮转矩系数和失速变矩比均有较大影响;涡轮叶片外环周向偏移对最大效率影响最大;而泵轮和涡轮叶片内环周向偏移对各性能影响相对较小。研究结果为液力变矩器的改型设计提供了理论参考。     

高功率16路功分器的设计

为满足高功率微波辐射天线对其馈电系统的要求,针对现有高功率多路功分器的不足,研制了一种新 型的高功率16路功分器.该功分器由同轴波导-4路矩形波导、H-T分支和波导同轴转换3个元件构成,其16路 输出具有等幅同相的功率分配特性.设计了中心频率为2.85GHz的功分器,并对其进行了数值计算和试验研 究.试验结果表明:该功分器在中心频率2.85GHz下,传输损耗约0.4dB,驻波系数为1.3,输出功率不平衡度约 暲0.7dB,相位不平衡度约5;在2.78 ~ 2.92GHz的频率范围内(中心频率的5%带宽),传输损耗小于 0.6dB,驻波系数小于1.5.分析结果还表明,该功分器的功率容量瓶颈在输入同轴波导处,与内部其他结构无 关,因而可实现对高功率微波源输出功率的分配.      

一种新型的基于余压能驱动的磁力耦合泵

设计了一种新型基于余压能驱动的磁力耦合泵设计方案,进行了理论分析和设计计算,开发了一种新型的基于余压能驱动的磁力耦合泵装置,实现了两种流体的能量转化过程中的零泄漏;理论分析和设计计算结果表明:在同一排水量条件下,装置可提升给水的压头随着给水流量的增加而减小,轴流叶轮的转速随着排水管直径的增加逐渐减小;在相同时给水流量情况下,随着排水量的增加,叶轮转速随之增加,当可用排水量增加时,给水获得的压头增加.     

基于能量法的轮对蛇行运动稳定性

为了分析轮对蛇行运动的形成机理与能量传递机制, 基于车辆系统动力学理论推导了轮对蛇行运动的能量表达式; 借助轮对运动参数的相位关系和能量表达式, 确定了轮对蛇行运动过程中各部分所做的功及其对应的能量传递路线; 通过数值仿真计算不同参数条件下的输入能量, 对比了踏面等效锥度、轮对质量、一系悬挂刚度与重力刚度等参数对轮对稳定性的影响规律。研究结果表明: 蠕滑力和锥形踏面的协同作用是轮对产生蛇行运动的根本原因, 蠕滑力中的刚度项通过调节纵、横向蠕滑率向轮对系统横向运动输入能量, 蠕滑力中的阻尼项耗散轮对系统的能量; 当输入能量大于耗散能量时, 轮对蛇行运动发散, 当输入能量小于耗散能量时, 蛇行运动收敛, 当输入能量等于耗散能量时, 轮对做等幅周期运动; 增大轮对质量和车轮踏面等效锥度不利于轮对的稳定性, 增大一系悬挂纵、横向刚度对轮对稳定性有利; 踏面等效锥度对轮对稳定性的影响最大, 当锥度由0.15增大到0.20时, 输入能量增大了约9.5倍; 一系悬挂刚度的影响次之, 刚度由75kN·m-1增大到100kN·m-1时, 输入能量减小了约60%;轮对质量影响最小, 轮对质量由1 000kg增大到2 100kg时, 输入能量增长了约1.1倍; 在锥形踏面下, 重力刚度对轮对稳定性的影响可以忽略。      

乘用车两轴式机械变速器的设计

随着汽车工业的发展,轿车变速器的设计趋势为增大变速器传递功率与重量之比,并要求变速器具有较小的尺寸和良好性能。在给定发动机输出转矩、转速及最高车速、最大爬坡度等条件下,着重对变速器齿轮的结构参数、轴的结构尺寸等进行设计计算。     

基于XFlow的涡激振动压电能量收集数值研究

基于格子波尔兹曼无网格方法,利用XFlow对低质量阻尼比的单圆柱进行了涡激振动的数值模拟,数值计算结果与实验结果吻合较好。利用XFlow与Open Modelica建立流-机-电耦合计算模型求解涡激振动与高斯定律联立方程,对涡激振动压电能量收集进行了数值分析,得到不同电阻下的电压及功率输出。通过对振幅及电压时程曲线的比较得到两者相位差的变化规律。结果表明:输出电压随着电阻的增大而增大,输出功率在特定来流速度和电阻时最大。     

平面齿内齿轮一次包络鼓形蜗杆传动副性能测试

为了获取平面齿内齿轮一次包络鼓形蜗杆传动副(以下简称鼓形蜗杆传动副)的传动性能参数,以鼓形蜗杆传动副的啮合几何学和啮合性能为基础,搭建电封闭式传动性能试验台,对鼓形蜗杆传动副样机在多工况下进行传动性能测试.测试结果为:由于存在制造误差和装配误差,鼓形蜗杆传动副样机的实际接触区为理论接触区的2/3;鼓形蜗杆传动副样机的传动效率随着转速的提高而增加,在低转速时,传动效率随着负载的增大明显降低;在高转速时,传动效率随着负载的增大而略有升高;鼓形蜗杆传动副样机在各测试工况下的最高传动效率为69.05%,最高油池温升为89.8 ℃;该鼓形蜗杆传动副具有优良的传动性能,适用于重载动力传动.      

跨座式单轨交通系统耦合振动特性

将列车的每节车厢简化为15自由度的动力系统,由拉格朗日方程导出其振动微分方程,将轨道梁简化为欧拉梁,基于能量法和车辆与轨道梁位移协调条件,建立了车辆和轨道梁耦合运动控制方程,研究了跨座式单轨交通轨道梁的动力特性。计算了列车以不同车速通过时轨道梁的动力响应,并比较了计算结果与实测结果。比较结果表明:理论计算结果与实测结果基本吻合,车速对轨道梁挠度的影响较小,但对加速度影响较大,加速度随车速增大而增大,在40~50 km.h-1处出现最大值,之后随车速增大反而减小;轮胎模型与轨道表面不平度功率谱密度函数对轨道梁横向响应计算结果影响较大,使计算误差增大。     

悬臂梁式压电能量收集装置的实验研究和有限元分析

对单双晶压电悬臂梁进行激振实验,确定了4种压电悬臂梁的一阶固有频率,得出每种结构在不同频率下随着负载电阻增加的电压和功率响应曲线,实验表明激振频率与压电悬臂梁固有频率相当时,其输出电压达到最大,输出功率也达到最大。然后釆用COMSOL软件对压电悬臂梁结构模型进行了仿真分析,结果表明其输出电压,功率等有限元分析结果与实验结果吻合。针对船舶上柴油机工作时产生的振动能量耗散,提出1种多悬臂梁式的压电能量收集装置,利用COMSOL对结构进行频域分析,结果表明该结构能在船舶柴油机多个主振动频率上都达到较好、稳定的输出功率。     

骨架密实型低噪声路面的声振特性

为探讨骨架密实型低噪声路面的降噪机理,分别采用驻波管装置测试了SDQP路面的吸声系数,重复加载法测试了SDQP混合料的复合模量,轮胎/路面振动测试装置研究了轮胎在不同路面上的垂直振动衰减特性。结果表明SDQP路面与SMA路面的吸声系数没有明显的差异,在整个频段上吸声系数很小;SDQP混合料的动态模量随着橡胶颗粒掺量的增加呈下降趋势,而阻尼逐渐提高;轮胎在SDQP路面的衰减系数最大,且随着橡胶颗粒掺量的增加而增大,说明SDQP路面具有较好的阻尼减振降噪能力,吸声降噪性能并不占优。     

带并联电抗器补偿的长距离输电线路的功率损耗

针对两端带并联电抗器补偿的长距离输电线路的功率损耗问题,以长距离输电线路等效电路与并联电抗器无功补偿容量分析为基础,分析了空载时线路电流电压分布.获得了两端安装并联电抗器条件下,传输功率变化时,不同长度的超高压500kV线路功率损耗变化的数值模拟曲线.分析结果表明:随着传输功率的增大,线路的功率损耗相对值随之增大;两并联电抗器的线路间隔长度增大,线路功率损耗相对值也将有所增加.     

采用有限元软件研究桥梁加载效率超限的问题

为了研究不等跨桥梁测试截面的加载效率超限问题,采用有限元软件MIDAS/CILVAL、桥梁博士,选择三种边跨、中跨跨径差距较大的连续梁并对其主要测试截面进行加载,并计算出加载效率,得出边跨最大正弯矩并不在0.4 L位置处及随着桥梁跨径增大,在测试墩顶断面时桥梁其他主要测试截面加载效率超限问题趋于明显的结论。