基于FLUENT的盘状刀具冷却用扇形喷嘴流场仿真

建立扇形喷嘴的SOLIDWORKS模型,利用FLUENT软件对扇形喷嘴的喷射特性进行了仿真分析.通过改变扇形喷嘴喷射过程中的某些参数,研究了喷嘴流量、运行压力以及表面张力对扇形喷嘴喷射特性的影响规律.仿真结果表明:相同的参数下,运行压力越大,则扇形喷嘴的喷口射流速度越大,扇形喷嘴射流束沿扁平方向扩散先增大然后减小;液体表面张力越大,扇形喷嘴射流束沿扁平方向扩散越小,但是液体表面张力对扇形喷嘴的喷口射流速度的影响可忽略.     

阵列式等离子体射流特性的研究

研究了大气压下阵列式等离子体射流特性,以实现和完善大气压下大面积的低温等离子体灭菌技术.采用MAXWELL 3D软件仿真及实验的手段,研究相关因素对各种阵列式等离子体射流特性的影响.包括在单管等离子体喷射中的一些基本影响因素（电压、气体流速等）和阵列式等离子体喷射实验中所特有的一些因素（气流均匀度、电极单元间距及电极布置方式）.实验在大气压氦气环境下进行,然后通过专门研发的高频高压等离子体放电电源进行了介质阻挡放电.实验结果实现了大气压下阵列式等离子体喷射,证明了通过阵列式等离子体喷射方式来实现大面积等离子体灭菌技术的可行性.除此之外还得出了各种相关因素对阵列式等离子体射流特性的具体影响,用以完善阵列式等离子体射流技术,进行更大面积的灭菌处理.     

基于AMESim的电控天然气喷嘴模拟分析

为研究电控天然气喷射器特性参数对其喷射效果的影响,采用工程系统仿真软件AMESim建立了电控天然气针口阀喷射器仿真系统模型,并模拟了一个完整的喷射过程,得到了该喷嘴喷射特性曲线和阀门运动的相关参数,对其进行分析研究,得出其复位弹簧的最佳预紧力,并在该预紧力下验证了系统模型的准确性,可为电控天然气喷嘴的设计提供优化依据。     

基于快速控制原型技术的压缩天然气直喷发动机控制

为提高压缩天然气发动机的性能,采用快速控制原型技术实现了压缩天然气发动机的缸内直接喷射.根据实际应用要求,测试了直喷喷嘴的流量特性,设计了压缩天然气直喷发动机燃气供给系统,制定了缸内直接喷射天然气的控制策略.结果表明:采用缸内直接喷射天然气的方式,压缩天然气发动机的输出扭矩可以达到同类汽油发动机的输出水平,当转速为2 500 r/min时,功率损失为0.006%,基本与汽油发动机相同.     

高压共轨多次喷射系统喷油器控制算法研究

为了实现高压共轨柴油机的多次喷射,控制喷油器是核心。基于高压共轨喷油器设计了适应于多次喷射的控制算法,并对其进行了驱动试验验证。试验结果表明:该控制系统实现了对高压喷油器的有效控制,喷油器每循环可实现3次喷射,使得共轨式柴油机电控单元硬件得到简化,并且为实现多次喷射提供了一种参考方法。     

柴油机燃油电子喷射系统的研究

综述了国内外柴油机燃油电控喷射技术的发展概况,提出了16V240ZB型机车柴油机实现燃油喷射电子化的改进方案;阐述了多极电磁铁实现快速动作的机理,对快速电磁阀动态特性进行了计算机仿真,根据仿真结果对弹簧预载荷及线圈能量输入方式进行了优选。建立了16V240ZB型柴油机燃油电控喷射系统的三边界条件数学模型,应用IBM-PC机对喷油过程进行了数字仿真,根据程序运行结果对电子喷射系统中的结构参数进行了优选。     

基于PID控制器的扭矩-进气量map补偿方法

随着发动机使用时间的增加,元器件老化和参数漂移等因素导致发动机的特性map与发动机系统不匹配,使得发动机的扭矩输出性能下降.针对map与发动机系统不匹配的问题,本文基于map/机理混合描述的汽油发动机模型,在双闭环气路控制系统的基础上,以扭矩-进气量转换map为例,设计了PID控制器对期望的进气流量进行动态补偿,从而使得汽油机的实际输出扭矩满足期望的发动机扭矩需求.最后,利用高保真的四缸进气道喷射汽油机仿真模型（enDYNA）进行了仿真实验,仿真结果验证了基于PID控制器补偿方法的有效性.     

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汽车的自适应巡航控制是一种先进的辅助驾驶系统,可实现在高速公路和城市交通的全部速度范围内的辅助驾驶.但目前对车辆自适应巡航控制算法的控制效果的检验一般是通过仿真曲线给出,该方式不够直观.本文基于OGRE图像引擎,搭建了一个效果逼真的三维驾驶仿真平台,该平台能够模拟任意的开车情景,直观有效地检测车辆的自适应巡航控制算法.最后设计了一种最优pd控制算法,实现了车辆的自适应巡航控制,并在此三维仿真平台上得到验证.实验证明,该三维仿真平台能够模拟任意的开车情景,直观有效地检验车辆自适应巡航控制算法.     

汽油直接喷射系统的原理与维修（连载一）

汽油直接喷射系统具有节能低排放的显著优点，取代了汽车发动机上现有的化油器，近年来在国外新型车上的装机率已超过９０％，得到迅速的发展。读读者的要求，本刊从这一期起分六期连载《汽油直接喷射系统的原理与维修》。该文共分四章：①汽油直接喷射系统概述；②机械控制式汽油直接喷射系统（Ｋ型）；③压力感应电子控制多点式汽油直接喷射系统（Ｄ型）；④流量感应电子控制多点式和单点式的汽油直接喷射系统。     

静压驱动系统PID参数整定及其模糊自适应控制

文章在分析静压驱动系统组成及数学模型的基础上。分别采用临界比例带法和NCD优化法对PID参数进行整定,并应用模糊控制理论,设计了一种模糊自适应PID控制器。该控制器根据马达转速偏差和偏差的变化率,利用模糊逻辑实现PID参数的在线调整,使系统具有较好的自适应能力和较强的抗干扰性。并在Matlab／Simulink环境下对其进行了动态仿真。仿真结果表明,NCD优化法的整定效果较好,模糊自适应PID控制器的性能优于常规PID控制器。     

多车道高速公路出口开口段安全特性分析

为研究不同断面形式下的多车道高速公路出口影响区开口长度及流量与交通安全的关系，针对2种断面形式的高速公路出口，分别设计了3种不同的开口长度，结合3种不同流量条件设计了18个不同的驾驶模拟场景。实验招募30名被试者开展模拟驾驶实验，提取不同开口长度及流量条件下各断面形式高速公路出口的车辆行驶轨迹、换道间隙的选择、减速度、最小 TTC (Time to Collision)等驾驶行为特性参数，综合分析基于驾驶行为数据对不同开口长度的行车风险。结果表明：两种断面形式下，开口长度对于车辆在开口段上的换道点选择存在显著影响；两种断面形式下，1500 m的开口长度能够满足绝大多数驾驶人的换道需求；在换道间隙选择中，大都集中在5~6 s，分离式断面下的开口长度对于低于临界间隙的换道间隙出现的频次具有显著影响；流量及开口长度对于最大减速度及TTC最小值和分布位置均不存在显著性影响，但分离式断面下的最大减速度和最小TTC相较于整体式断面更小；此外，整体式断面中内侧3车道的行车风险低于分离式断面，分离式断面中外侧车道的行车风险低于整体式断面。     

基于车辆行驶轨迹的道路不良驾驶行为谱构建与特征值计算方法

为了量化描述不同道路驾驶场景下驾驶行为的动态变化过程与不良驾驶程度, 研究了不良驾驶行为谱的构建与分析方法; 基于车辆行驶轨迹关键参数建立驾驶行为谱; 应用风险度量方法量化4种不良驾驶行为, 包括不良跟驰、蛇形驾驶、速度不稳与不良换道; 基于驾驶行为谱建立了不良驾驶行为谱; 基于交通流量-密度关系与驾驶行为统计参数的差异对交通流状态进行划分; 在不同交通流状态下, 使用四分位差法确定了不良驾驶行为特征参数阈值; 基于特征参数阈值计算每个驾驶人的不良驾驶行为得分; 使用CRITIC赋权法确定了不良驾驶行为的权重, 为每个驾驶人计算不良驾驶行为谱特征值; 为了验证方法的有效性, 使用无人机交通视频采集了上海市的车辆行驶轨迹数据, 分析了小汽车不良驾驶行为特征; 通过专家打分的方法对不良驾驶行为谱特征值进行验证。分析结果表明: 基于驾驶行为参数的交通流状态聚类方法将数据中的交通流状态分为自由流、饱和流、拥堵流3类; 聚类方法比基于基本图的交通流状态划分方法更适合驾驶行为分析; 不同交通流状态下的不良跟驰、蛇形驾驶、速度不稳特征参数分布明显不同, 拥堵流状态下的不良跟驰、蛇形驾驶、速度不稳极端值出现更频繁, 而不良换道特征参数在各交通流状态下有相似的分布; 蛇形驾驶、速度不稳、不良换道的特征参数阈值随交通流密度上升而上升; 使用CRITIC赋权法计算的不良跟驰、蛇形驾驶、速度不稳、不良换道的权重分别为0.19、0.33、0.37、0.11;自由流、饱和流、拥堵流的不良驾驶行为谱特征值的分布范围相近, 均处于0与0.4之间; 专家的不良驾驶行为评价与不良驾驶行为谱特征值一致。可见, 不良驾驶行为谱的构建与特征值计算方法能够使用车辆行驶轨迹数据自动辨识不良驾驶人, 具有客观性、适应性以及可靠性, 能及时发现不良驾驶人, 给驾驶人提供安全提示, 为交通管理部门提供交通安全预警的技术支持。      

船用柴油机喷嘴液力负荷有限元分析及结构改进

建立了某船用柴油机喷嘴内部流动的三维CFD计算模型,用计算流体力学软件ANSYS-FLOTRAN对喷嘴内的三维流动进行了模拟分析,得到了喷嘴内部的液压分布,然后将该结果作为边界条件对喷嘴的液力负荷进行了三维有限元分析.结果表明,在高压液力负荷作用下,喷嘴头部的应力梯度较大,喷孔进口内侧上端应力值最大,且存在应力集中.在喷孔进口处倒一半径为0.05 mm的圆角,再次对喷嘴的液力负荷进行分析,发现喷孔进口内侧上端的应力值降低了34%,应力集中也得到了有效缓解.     

手动-自动驾驶混合交通流元胞传输模型

为了分析自动驾驶车辆对交通流宏观特性的影响, 以手动驾驶车辆与自动驾驶车辆构成的混合交通流为研究对象, 提出了不同自动驾驶车辆比例下的混合交通流元胞传输模型(CTM); 应用Newell跟驰模型作为手动驾驶车辆跟驰模型, 应用PATH实验室真车测试标定的模型作为自动驾驶车辆跟驰模型; 计算了手动驾驶与自动驾驶车辆跟驰模型在均衡态的车头间距-速度函数关系式, 推导了不同自动驾驶车辆比例下的混合交通流基本图模型, 计算了混合交通流在不同自动驾驶车辆比例下的最大通行能力、最大拥挤密度以及反向波速等特征量, 依据同质交通流CTM理论建立了不同自动驾驶车辆比例下的混合交通流CTM; 选取移动瓶颈问题进行算例分析, 应用混合交通流CTM计算了不同自动驾驶车辆比例下的移动瓶颈影响时间, 应用跟驰模型对移动瓶颈问题进行微观数值仿真, 分析了混合交通流CTM计算结果与跟驰模型微观仿真结果之间的误差, 验证了混合交通流CTM的准确性。研究结果表明: 混合交通流CTM能够有效计算移动瓶颈的影响时间, 在不同自动驾驶车辆比例下, 混合交通流CTM计算结果与跟驰模型微观仿真结果的误差均在52 s以下, 相对误差均小于10%, 表明了混合交通流CTM在实际应用中的准确性; 混合交通流CTM体现了从微观到宏观的研究思路, 基于微观跟驰模型与目前逐步开展的小规模自动驾驶真车试验之间的关联性, 混合交通流CTM能够较真实地反映未来不同自动驾驶车辆比例下单车道混合交通流演化过程, 增加了模型研究的应用价值。      

基于比功率的自动驾驶交通流油耗分析

鉴于油耗与节约能源和车辆尾气排放直接相关，探究自动驾驶车辆对油耗的影响. 以手动驾驶车队与自动驾驶车队为数值仿真对象，在交通震荡环境下设计数值仿真实验. 对车队的车辆数量，车队初始速度，以及自动驾驶车辆的车间通信延时做参数敏感性分析. 基于机动车比功率的油耗评价模型，对仿真结果进行统计；相比于手动驾驶车队，计算自动驾驶车队平均油耗率的降低. 从交通流稳定性角度考察油耗降低与稳定性状态转变之间的内在关联性. 研究结果表明，自动驾驶车辆对油耗的降低幅度与车队初始速度有关，与交通流稳定性之间存在定性的影响关系，交通流的平稳性有利于显著改善车辆油耗降低的幅度. 研究结果可为大规模自动驾驶背景下的油耗控制策略提供理论参考.     

空间润滑装置高压雾化喷嘴的喷雾特性

为解决航天器在空间轨道运行时润滑失效的问题,将高压直射式雾化喷嘴应用到空间润滑领域,利用流体动力学软件CFD-ACE+2009,建立了直射式雾化喷嘴气液两相流模型,在此基础上,对润滑油喷雾流的生成过程进行数值模拟,并考察了喷嘴处液体流动速度及压力的分布情况.通过2种高粘度液体NYE 2001、Krytox 143AB与柴油的对比,分析了液体物理参数对液体内部压力传递及流速变化的影响.数值模拟结果表明:航空润滑油NYE 2001的高粘度严重阻碍入口压力的传递,当入口压力为15 MPa时,1 mm长的喷嘴末端压力下降到0.42 MPa,降幅达到97.2%;过高的液体粘度和过长的喷嘴,对液体喷雾流的形成产生不利影响.     

Numerical analysis and experimental study of the effect of workpiece thickness on flow field in laser cutting

Based on Navier-Stokes equation and renormalization group (RNG) onflow model, the 3D symmetrical impinging jet model of laser cutting is established by adopting a taper nozzle and a convergence nozzle. Numerical simulation of gas flow in laser cutting is used to investigate the effect of workpiece thickness on flow field of assist gas in cutting slot. The isolines of static pressure as well as the distributions of static pressure and velocity are analyzed in details with different workpiece thickness, and the trend of dynamics characteristics of gas jet is shown in the study. For taper nozzles and convergence nozzles, the dynamic structure of assist gas being close to the lower surface of workpiece is exacerbated while the cutting quality and cutting efficiency become worse with the increasing of workpiece thickness. The parallel degree between assist gas and the axis of convergence nozzle is better than that of taper nozzle after the gas goes out of the nozzles. Two typical subsonic nozzles are designed for the cutting experiment at the end of the paper.     

砂雨法饱和模型制样相对密度控制要素与评价方法

为满足动力离心液化试验相对密度（D_r）低的制样需求,实现砂雨法饱和模型制样相对密度的准确控制,建立了设备制模稳定性评价方法,通过自主研制一套适于饱和模型制样的鸭嘴式砂雨法装置,开展了三组干砂/饱和砂模型对比试验;通过分析出砂口尺寸、落距、移动速度等控制要素的影响,对新型装置制样性能进行了验证;采用微型动力触探仪测试饱和模型不同位置及深度的D_r空间分布,给出了模型均匀稳定性评价方法;建立描述砂雨法制样过程流速变化的数学模型和推导表达式,提出了控制稳态D_r的归一化标准. 研究结果表明:3 mm为低密实度制样的最佳出砂口尺寸;饱和模型D_r随水中落距的变化率为空中落距变化率的3.5倍,水中落距是饱和制样密实度的主导控制要素;出砂口移动速度最高达到颗粒落速的31%,对低密实度制样影响不可忽略;设备移速与落距对颗粒流速及试样D_r大小具有决定作用.      

基于热化学轴对称烧蚀的仿真

基于烧蚀理论与计算机语言设计了固体火箭喷管烧蚀软件的主程序及系统框架.火箭喷管烧蚀是在高温高压冲刷氧化气流作用下发生的,利用极端环境下的热化学烧蚀模型,通过Fortran编程对喷管内热流场及烧蚀进行数值计算,并结合Matlab与VC＋＋自身的特点,采用混合编程技术实现火箭烧蚀软件的前后处理.由算例可知,该软件能够对喷管烧蚀进行仿真,并能够脱离编译环境在Windows平台上使用,使初始参数输入界面化,数值解图形化.     

基于安全距离的元胞自动机交通流模型研究

随着交通拥堵状况日益显著,整体交通安全性下降,交通事故率逐渐增大.基于提高驾驶安全性考虑,细化元胞长度,引入被广泛证明在描述车辆驾驶行为方面具有很高精度的Gipps 安全距离规则,对NaSch模型进行改进,提出一个新的基于安全距离的元胞自动机交通流模型.采用实测数据对模型进行标定和评估,进一步对模型进行数值模拟分析.模型评估结果显示,新建立的模型相对NaSch 模型精度更高.数值模拟结果表明,改进模型能够很好地表现交通流特性,再现实际交通中的自由流、同步流及拥堵流等交通现象.此外,还发现驾驶员对前车最大减速度估计过高时,会导致道路通行能力下降,而驾驶员对自身车辆最大减速度估计过高时,会在一定程度上增大道路的通行能力,但是很可能会造成不安全的驾驶行为,增加了事故率.