潜入式波浪能摩擦纳米发电装置半物理仿真实验研究

据传统压力差式波浪能收集器的工作原理和摩擦纳米发电机发电原理,本文提出了潜入式波浪能摩擦纳米发电装置,建立了垂直振荡模拟平台的摩擦纳米发电装置发电性能测试系统,探究其不同条件下的电输出状态.通过数据分析发现,改变PDMS薄膜面积会使装置开路电压最大值增大,短路电流最大值无明显变化;外加载荷越大,装置的开路电压最大值增大...     

基于往复式运动的悬浮波浪能发电装置

设计了基于往复式运动的悬浮波浪能发电装置,系统装置采用单向齿轮组系统,单向驱动负载,反向空转,将浮体的上下往复运动转换成发电机转轴的单向旋转,提高了系统的响应速度;系统采用悬浮结构装配,节省了系泊费用;同时,针对浅水波区域的波浪函数模型,进行了解析计算.此外,对波浪能发电装置样机进行定性试验测试,结果表明,波浪能发电发电装置样机可成功驱动20 W灯泡点亮.     

变间距弧型除水器动力学特性研究

根据N-S方程组描述了冷却塔变间距弧型除水器内的气液两相流动,采用SSTk-ω模型及颗粒轨道模型对方程组进行封闭,针对除水效率建立了该类除水器的数学模型.通过调节结构参数（除水器板间距）和工况参数（气体流速、液滴直径）,对弧型除水器内多相流流场进行数值模拟计算,分析了各参数对变间距弧型除水器分离效率和压降的影响,提出了提高脱水率的可行性方案.研究发现：液滴直径越大,双通道的弧型除水器的除水效率越高;在低于临界流速的情况下,气速越大,分离效率越大,但达到临界速度以后,变化就不明显;相邻的两个折板间距越小,除水器除水效率越高.     

潜入式波浪能摩擦纳米发电装置的仿真分析

为了水下小型海洋观测设备持续供电方式有更多选择,本文设计了一种新型潜入式波浪能摩擦纳米发电装置,该装置包括浮筒、摩擦纳米发电机和固定海底的底座.通过静电学和浮子振荡模拟仿真,对发电状态进行研究,得到不同波浪高度下摩擦纳米发电装置的V-Q-I-C-t的关系.通过数据分析发现,波浪高度增加时,最大开路电压、短路时最大转移电荷量和最大短路电流的值会相应呈线性的增加;电容最大值不变,最小值基本呈抛物线趋势减小.波高为0.5 m、1 m、1.5 m、2 m时,装置最大瞬时功率可达0.000 018 W、0.000 038 W、0.000 051 W、0.000 061 W,最佳负载电阻值约为160 MΩ、240 MΩ、300 MΩ、400 MΩ.     

太阳能波浪能海水淡化装置的设计与研究

本文针对传统制淡行业高能耗的缺点,提出了一种利用新能源的海水淡化装置.所设计的海水淡化装置利用热管真空管收集太阳能,经过多效蒸馏系统进行热法制淡,利用鸭式波浪能俘获装置获得机械能,完成海水的输入与淡水的输出.该装置安全、高效,可以为多种海洋工程提供淡水资源.     

高频振动贯入灌注桩套管土塞效应的数值分析

为探讨大直径灌注桩套管在高频振动贯入时管端土塞效应的形成机理,采用三维颗粒离散元法进行了数值仿真分析,研究了贯入过程中套管内、外土颗粒的位移、速率与接触应力、土塞高度、孔隙率和土体剪应力的变化.仿真结果表明:高频激振力越大,套管贯入深度越大,相应地管内土塞高度也越大,且超孔隙水压波动的最大幅度和幅值越大;土塞上部孔隙率较大,下部土体较密实.在高频振动贯入过程中,套管端沉入处的超孔隙水压幅值最大,同一时刻土塞内的超孔隙水压随深度增大;管内土颗粒在振动开始时以较小幅度上移;套管端部颗粒接触数目随贯入深度和振动频率的增大而增多,且接触应力和土体剪应力比其他区域大.      

鼠笼式同心磁齿轮结构设计与有限元分析

针对同心式永磁齿轮机械强度低、振荡严重以及生产成本高等问题,基于磁力传动原理及电磁感应定律,提出一种鼠笼式同心磁齿轮结构,将鼠笼替换内磁圈不仅节约了成本、提高了机械强度,而且增大机构磁阻,降低了运行时振荡幅度;根据静磁场理论,阐述了鼠笼式同心式永磁齿轮的运行机理,建立了转速及转矩模型,并经有限元算例证明了所建模型的正确性;基于动量矩定理,分析了转动惯量与负载能力的影响关系,越大,CPMG负载能力越弱,鼠笼式CPMG减小了内磁圈转矩惯量,可有效提高负载能力;通过对鼠笼导条数与运行稳定性的数理分析,得出当增大鼠笼导条数时,即增大磁阻k可有效减小转速波动的幅值;通过对转矩数理分析,鼠笼式CPMG通过电磁感应产生耦合磁场,与内、外磁圈相对位置无关,降低了CPMG启动难度.     

鼠笼式同心磁齿轮结构设计与有限元分析

针对同心式永磁齿轮机械强度低、振荡严重以及生产成本高等问题,基于磁力传动原理及电磁感应定律,提出一种鼠笼式同心磁齿轮结构,将鼠笼替换内磁圈不仅节约了成本、提高了机械强度,而且增大机构磁阻,降低了运行时振荡幅度;根据静磁场理论,阐述了鼠笼式同心式永磁齿轮的运行机理,建立了转速及转矩模型,并经有限元算例证明了所建模型的正确性;基于动量矩定理,分析了转动惯量与负载能力的影响关系,越大,CPMG负载能力越弱,鼠笼式CPMG减小了内磁圈转矩惯量,可有效提高负载能力;通过对鼠笼导条数与运行稳定性的数理分析,得出当增大鼠笼导条数时,即增大磁阻k可有效减小转速波动的幅值;通过对转矩数理分析,鼠笼式CPMG通过电磁感应产生耦合磁场,与内、外磁圈相对位置无关,降低了CPMG启动难度.     

齿轨铁路导入装置动力学特性

利用大型有限元商业软件ABAQUS建立了车辆-齿轨铁路导入装置耦合动力学有限元模型;仿真了齿轨车辆通过齿轨铁路导入装置的过程,分析了车辆与齿轨铁路导入装置的动态相互作用;考虑不同参数的影响,研究了齿轨铁路导入装置振动响应、结构应力、动态接触力等动态特性响应规律。研究结果表明：随着支撑弹簧预紧力的增大,齿轮转速能更快达到与车速匹配的速度,且总体上同步装置振动与动态应力会增大,入齿装置振动和动态应力将减小,校正装置振动也将减小;确定合理的支撑弹簧预紧力,应综合考虑结构应力及振动水平,在本文计算工况中,建议预紧力取3 kN;齿轨铁路导入装置的最大振动速度为5.66 m·s^-1,振动速度最大均方根为1.31 m·s^-1,最大振动加速度为5 657.82 m·s^-2,振动加速度最大均方根为479.36 m·s^-2,都出现在支撑弹簧预紧力1 kN工况下;随着齿轮初始转速增加至车速,总体上同步装置垂向振动变化不大,纵向振动减小,齿轮初始转速越接近车速越好;列车通过速度越大,齿轮对整个齿轨铁路导入装置的冲击力越大,因此,确定合理的列车通过速度,应综合考虑冲击振动及行车效率,在计算的5和10 km·h^-1的速度中,建议通过速度为5 km·h^-1或者低于5 km·h^-1。     

三维绕流状态下斜拉索阻力系数的风洞试验研究

为了考察三维绕流对斜拉索阻力系数的影响,设计了节段支撑模型和斜拉索阻力系数测试系统.对不同直径、不同姿态角的斜拉索,研究了表面形式、水平倾角、风向偏角、紊流度等因素对阻力系数的影响.结果表明:当风向角约为0°时,阻力系数随着水平倾角的增大而增大,当风向角为90°时,水平倾角的变化对阻力系数影响不大;在较高风速下,斜拉索表面压花或附着螺旋肋条使阻力系数增加了1~2倍,且肋条越高、压花表面覆盖率越大,阻力系数越大;紊流度对光面索阻力系数影响显著.     

兆瓦级直驱型风力发电系统的效率优化分析

针对兆瓦级永磁直驱风力发电系统,对变流器和发电机效率进行了优化分析.分别建立了中点嵌位式三电平变流器的损耗模型和包括铁损在内的电机损耗模型,通过分析给定转矩下直轴电流与损耗的关系,得到变流器效率最优和发电机效率最优的直轴电流解析式,进而求出永磁同步发电系统整机效率最优解.通过仿真和2MW三电平背靠背永磁直驱风电变流器的实验样机表明,在不同转矩工作区域内,即可以分别实现变流器效率或发电机效率的最优控制,并能提高发电系统整体效率.     

带储能弹簧自由活塞发动机运行特性研究

为进一步提高自由活塞发动机(FPE)运行频率、指示效率及稳定性等性能指标,提出了一种带有储能弹簧的FPE内燃发电系统设计方案.对其工作原理进行了分析,建立了系统动力学-缸内热力学耦合计算模型,并试验验证了模型有效性.通过数值仿真研究了储能弹簧对FPE系统运行特性的影响,结果表明:随储能弹簧刚度增大,FPE活塞位移与速度趋于正弦变化曲线,进气口与排气口打开时刻推后;储能弹簧刚度越大,缸内峰值压力与机械效率越低,活塞速度峰值、系统运行频率及输出功率越高,储能弹簧刚度在100～200 kN/m时指示效率较高;此外,设置储能弹簧可降低FPE缸内峰值压力与压缩比波动幅度,有效抑制燃烧循环波动与偶发性失火对系统运行稳定性影响.     

基于透明土技术的桩后土拱效应特征分析

为研究圆桩后土拱效应的特征及演化过程,从细观角度开展了基于透明土技术的桩土相互作用试验研究. 首先开展了透明土配比试验,获取物理力学性质适宜的土体;其次设计了试验系统并得到透明土与桩相互作用的散斑场图像;最后通过particle image velocimetry （PIV）技术分析得到位移矢量图,进一步分析得到透明土位移变化规律. 研究结果表明:通过位移矢量图可以得到圆桩作用下土体运动趋势及土颗粒的位移特征,并可进一步解译得到位移等值线构成的拱形结构,即桩后土拱结构,呈现出抛物线形,其范围与桩径、桩间距及深度有相关性;桩径越大,土拱区域越大,桩径30 mm时,土拱高达100 mm,桩土相互作用的影响范围越大;桩间距越大拱高最大值越大,桩间距80 mm时,土拱高也达100 mm;不同深度下土拱拱高在变化趋势上有较大的相似性,深度越深,土拱的最大拱高越小,深度50 mm时,拱高60 mm;通过拟合公式得到,土拱最大拱高沿桩身方向从桩顶至桩底呈逐渐减小趋势,同时随土体位移增加,表现出先增大,后趋于一稳定值的特征,其稳定值的大小与桩径呈正相关、桩间距呈正相关及深度呈负相关.      

压力螺旋型喷嘴雾化特性及灭火有效性实验

为了优化压力螺旋型喷嘴参数,设计了压力螺旋型细水雾灭火喷嘴并进行了实验,分析了压力螺旋型喷嘴设计参数、系统压力和添加剂对雾化特性的影响.结果表明:当系统压力从0.5 MPa增加到1.5 MPa时,细水雾的索太尔直径减少8%;水中的添加剂可以降低雾的索太尔直径1.3%~15%;雾场中雾的索太尔直径越大,粒径分布越宽;粒径体积分数分布曲线有向大粒径方向移动的趋势;雾的速度与系统压力成近似线性增大关系;当喷嘴结构设计不合理时,喷嘴下游平面上的雾通量分布会不均匀,对熄灭火灾不利.     

基于模糊滑模控制的永磁同步液压电机泵变速控制的研究

提出一种永磁同步液压电机泵模型,即把永磁同步电机转子作为液压泵缸体,以进一步提高液压传动的整机效率．通过控制电机转速直接调节泵的输出流量,使电机泵提供的功率与负载匹配,从根本上提高液压调速系统的效率．同时建立了该液压电机泵变速控制系统的数学模型．针对永磁同步电机非线性、多变量、强耦合的特点,将模糊和滑模控制理论运用到永磁同步电机直接转矩控制中,以提高系统的鲁棒性和快速性．对转速阶跃变化进行仿真研究,仿真结果表明该策略具有良好的鲁棒性和快速性．     

舰船电场测量站测量阵列布设原则

为实现舰船电场隐身效果评估,为舰船电场测量站的设计、建造提供理论依据,分析了舰船电场测量站中测量传感器阵列宽度和间距对深度换算准确性的影响,提出了布设传感器阵列的合理原则.分析结果表明:当测量深度为水下10 m时,传感器阵列应至少达到4.87倍船宽,相邻传感器的间距至少应小于8 m;当标准测量深度为20 m时,测量阵列宽度应至少达到10.10倍船宽,相邻传感器的间距至少应小于16 m;随测量深度增大,传感器阵列总宽度和传感器之间的间距也越大.      

Hoefs标定下GM跟驰模型仿真分析

通过对GM模型发展过程的分析与阐述,引入Hoefs标定的GM跟驰模型的参数组合,应用Madab构建仿真环境,以车头间距为研究对象,拟定试验情景,分别对Hoefs标定在不同运行状态下的参数组合进行了仿真,分析了不同参数组合下跟驰队列车头间距的变化情况.结果表明：在加速跟驰、无刹车减速跟驰和刹车减速跟驰状态下,跟驰队列的波动均呈现一定程度的衰减,但波动幅值和频率的衰减依次增大,且跟驰队列车头间距波动幅值的衰减程度随着参数的增大而减小;在加速跟驰状态下,跟驰车辆的三维相图呈螺旋轨迹,其余状态下呈无规则波动.     

燃烧室形状对大功率机车柴油机工作性能的影响

针对大功率铁路机车柴油机的工作过程进行仿真计算,仿真计算得到的数据与实际试验数据相符合,将整个缸内工作过程按放热率规律分为三个阶段并分别进行研究分析.设计两种不同的燃烧室方案与原机型进行比较,讨论燃烧室喉口直径和燃烧室深度对于柴油机放热量、污染物排放量和缸内微观流场的影响.对比结果显示,当喉口直径为198 mm、燃烧室深度18.16 mm时,碳烟排放量和氮氧化物排量比喉口直径为188 mm、深度20 mm时分别下降了84.2％和43.4％;当喉口直径增加到208 mm时,缸内温度整体有所升高,氮氧化物排放量有所下降但是碳烟排放量增大.     

两万吨列车纵向动力学性能预测

开发了基于空气制动系统仿真的列车纵向动力学仿真程序.通过单车撞击试验获得缓冲器本构关系,通过仿真获得1+2+1编组两万吨列车制动特性.计算了两万吨列车车钩力分布特性,在受力特点上看,1+2+1编组列车在制动时可以看作中间分界的两段列车,每段列车前部受压,后部受拉.最大车钩力发生在列车的约1/8处,最大拉钩力发生在列车的约7/8处.后部机车滞后于前部机车制动,将使受压车辆数目增多,最大压钩力增加、发生位置后移,最大拉钩力变化不大.车钩间隙越大,车钩力越大.初速度越高,车钩力越小.     

内插管抗性消声器的CFD仿真及压力损失研究

利用CFD技术,对典型内插管式消卢器的流场进行了仿真分析,研究了内插管的长度改变时,消声器内部速度及压力损失的变化规律,并结合典型结构消声器的试验进行了分析.发现,内插管长度越大,消声器的压力损失越小;兼具前后内插管的消声器压力损失比较小,并且前长后短型内插管消声器的压力损失小于前短后长型;随入口流速增大,压力损失呈抛物线规律增大.仿真和试验研究发现,在相同入口边界条件的前提下,压力损失仿真结果为2 305.883 Pa,试验测量结果为2 009 Pa.