支流道对锌镍单液流电池流场均匀性的影响

基于CFD技术建立锌镍单液流电池电堆流场的三维数学模型,分析了电堆在不同支流道宽度、长度和支流道数目下的流场分布规律.文中引入不均匀性指数,作为衡量流场分布均匀性的参考标准.研究结果表明:在支流道宽度为5.08mm,长度为150 mm,支流道数目为22时,流场分布更为均匀.所得结论对锌镍单液流电池支流道设计具有指导意义.     

半圆形初始裂纹在交变拉伸载荷下的裂尖应力场数值模拟

[目的]为研究板结构中初始裂纹深度沿板厚方向分布不均匀的问题,[方法]基于三维虚拟裂纹闭合技术(VCCT),以半圆形初始裂纹为例,对其在交变拉伸载荷作用下的裂尖应力场进行数值模拟。[结果]结果表明:对于裂纹水平面的应力场,在发生塑性变形的区域,计算点的von Mises等效应力随着距裂尖距离的增大而减小,两者之间呈线性或双线性关系;在未发生塑性变形的区域,该应力值基本上是裂尖距离的三次函数。对于裂纹横断面,裂纹总是沿裂纹边缘形状的法向方向扩展,且应力峰值出现在裂纹边缘,裂纹内部应力值随着距裂纹中心的距离呈现高度的非线性分布,而外部应力值则随着距裂纹中心距离的增大而减小。当该距离超过裂纹半径的1.67倍时,应力集中消失;当拉伸载荷为2/3和1/3倍材料屈服应力时,裂纹边缘的应力峰值总是分别等于载荷的1.45倍和2倍。[结论]研究结果可为考虑初始裂纹的板结构的疲劳强度计算提供参考。     

船用动力氢燃料电池扩散层孔隙率的仿真研究

气体扩散层(GDL)是氢燃料电池的重要组成部件,气体扩散层孔隙率的大小对氢燃料电池性能有着重要的影响。文章利用多物理场直接耦合分析软件COMSOL Multiphysics建立了一个简化的三维单流道单电池模型。在保证其他结构参数及操作条件不变的前提下,分别考虑了6种不同气体扩散层孔隙率(0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6)的情况,并对模型进行了求解,得到电池的极化曲线和组分浓度的三维分布。结果表明,随着气体扩散层孔隙率的增大,电池的内部传质性能及阴极的排水性能均有所改善,但孔隙率并非越大越好,就电池的整体性能而言,孔隙率存在一个最优值。     

大型舰船环状冷媒水系统运行模式试验研究北大核心CSCD

[目的]为了解决大型舰船环状冷媒水系统多种工况运行时的水力平衡问题,[方法]针对该系统的形式及特点,搭建缩比试验平台,对系统各区独立运行、备用泵向各区供水、单泵及多泵联合供水等多种运行模式进行试验研究。分析在不同运行模式下各区用户支路的流量分配特性。[结果]试验结果表明,当位于舰船舯部的备用泵分别向其他各用户区供水时,各用户支路的实际流量达到设计流量的90%以上,其水力失调度为0.89~1.02;单泵向全舰供水时,用户试验流量仅达到设计流量的20.0%~37.1%,区间流量最大不平衡率均大于40%,存在严重的水力失调现象;对于系统多泵联合供水运行模式,双泵、三泵、四泵联合供水模式下的最优运行工况可满足舰船不同负荷下的水量需求,区间流量最大不平衡率小于15%,结果能满足工程要求。[结论]试验结果可为实舰运行与控制提供参考依据。     

大型舰船环状冷媒水系统运行模式试验研究

[目的]为了解决大型舰船环状冷媒水系统多种工况运行时的水力平衡问题,[方法]针对该系统的形式及特点,搭建缩比试验平台,对系统各区独立运行、备用泵向各区供水、单泵及多泵联合供水等多种运行模式进行试验研究。分析在不同运行模式下各区用户支路的流量分配特性。[结果]试验结果表明,当位于舰船舯部的备用泵分别向其他各用户区供水时,各用户支路的实际流量达到设计流量的90%以上,其水力失调度为0.89~1.02;单泵向全舰供水时,用户试验流量仅达到设计流量的20.0%~37.1%,区间流量最大不平衡率均大于40%,存在严重的水力失调现象;对于系统多泵联合供水运行模式,双泵、三泵、四泵联合供水模式下的最优运行工况可满足舰船不同负荷下的水量需求,区间流量最大不平衡率小于15%,结果能满足工程要求。[结论]试验结果可为实舰运行与控制提供参考依据。     

受侵蚀混凝土内硫酸根离子扩散及分布规律试验研究

采用化学分析方法研究了在不同浓度的硫酸钠溶液中长期浸泡腐蚀混凝土中硫酸根离子浓度的分布规律,采用TG—DSC（热重分析-差示扫描量热法）方法研究了混凝土受硫酸盐腐蚀的微观机理。研究表明：混凝土表面硫酸根离子浓度随腐蚀龄期增加而增大,硫酸根离子扩散系数随腐蚀龄期增加而减小。以Fick定律为基础,结合试验结果建立了硫酸钠溶液浸泡条件下的混凝土中硫酸根离子浓度预测模型,提出了混凝土表面硫酸根离子浓度和硫酸根离子在混凝土中的扩散系数计算公式。     

圆柱壳仅受轴向均匀外压的总稳定性分析

环肋圆柱壳存在异常特性。在异常特性区间内,其总失稳临界压力取决于仅受轴向均匀外压环肋圆柱壳的失稳临界压力。通过理论计算,揭示了环肋圆柱壳仅受轴向均于外压的失稳性质与光圆柱壳几乎一致。纵横加筋圆柱壳仅受轴向均匀外压下的失稳临界压力随肋骨尺寸或纵骨尺寸的增加而增大,随舱室长度的减小呈现先增大后减小再增大的反复递增规律。提高环肋圆柱壳在异常特性区间的失稳临界压力的有效方法是增设纵骨。     

基于高斯近似和NSGA-Ⅱ的伴流螺旋桨优化北大核心CSCD

[目的]为改进船舶推进性能,提高船舶效能,克服螺旋桨参数众多、建模繁琐、水动力数值计算收敛速度慢、伴流场的湍流效应等问题,提出一套螺旋桨高效优化方法。[方法]首先,将基于非均匀有理B样条的自由曲面变形(NFFD)技术构建的参数化螺旋桨作为输出,利用CFD数值仿真对螺旋桨性能特征进行预报。然后,基于仿真数据建立螺旋桨性能高斯近似预测模型,建立以提高效率、降低扭矩系数为目标的优化模型,利用二代非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)得到最优解。[结果]结果显示,在均匀流场和船后伴流场下,螺旋桨的优化结果有着相似规律,即桨叶宽度和厚度均呈减小的趋势,倾斜角呈增大趋势,但由于在船后伴流场下流速会降低,因而桨叶宽度和厚度的减小以及倾斜角的增加幅度相对于均匀流场下的小。[结论]采用所构建的方法可以实现均匀流场和船后伴流场下螺旋桨的高效优化设计。     

超高压喷射条件下非常态燃油的缸内燃烧排放特性研究

以改善大功率柴油机的燃烧与排放性能为目标,创新性地提出180 MPa以上的超高燃油喷射压力。建立包括进气道和燃烧室在内的三维几何模型,利用AVL FIRE软件对仿真模型进行动网格划分,将燃油喷射系统的喷嘴内流场计算结果作为边界条件对燃烧过程进行仿真计算,分析燃油物性参数的变化以及喷嘴参数对柴油机燃烧排放性能的影响。结果表明:当燃油的物性参数发生变化之后,喷孔内部空化效应的增强有助于油束获得良好的初始破碎状态,雾化效果好,缸内燃烧过程进行得更加充分;当喷孔直径增大时,油滴初始湍动能增强,运动发展范围较大,喷油持续期短,后期排放物浓度小;随着喷射夹角增大,缸内燃油与空气混合得更加均匀,燃烧性能进一步提高。     

喷水推进器流道对船舶阻力性能的影响

[目的]喷水推进船舶的阻力性能与常规船舶有着很大的不同,喷水推进器流道的存在会改变船舶尾部流场,对船舶阻力性能有着很大的影响。[方法]以FA1型三体船为计算模型,利用CFD软件STAR-CCM+,将喷水推进器流道看作附体,对比研究安装不同进流角喷水推进器流道前后船舶尾部流场变化。通过对比流道表面压力分布、船体流线的变化,阐述船舶阻力以及阻力成分产生变化的机理。[结果]结果表明:STAR-CCM+可以实现对于船舶阻力性能的预报;喷水推进器进水流道的安装会增大船舶阻力,主要为压差阻力的增大。[结结论]对进水流道倾角的优化可以增进喷水推进船舶的阻力性能。     

超高压喷射条件下非常态燃油的缸内燃烧排放特性研究

以改善大功率柴油机的燃烧与排放性能为目标,创新性地提出180 MPa 以上的超高燃油喷射压力。建立包括进气道和燃烧室在内的三维几何模型,利用 AVL FIRE 软件对仿真模型进行动网格划分,将燃油喷射系统的喷嘴内流场计算结果作为边界条件对燃烧过程进行仿真计算,分析燃油物性参数的变化以及喷嘴参数对柴油机燃烧排放性能的影响。结果表明：当燃油的物性参数发生变化之后,喷孔内部空化效应的增强有助于油束获得良好的初始破碎状态,雾化效果好,缸内燃烧过程进行得更加充分;当喷孔直径增大时,油滴初始湍动能增强,运动发展范围较大,喷油持续期短,后期排放物浓度小;随着喷射夹角增大,缸内燃油与空气混合得更加均匀,燃烧性能进一步提高。     

基于反潜探测能力的舰队搜潜队形优化研究

[目的]为提高舰队对敌方潜艇的协同探测性能,对舰队队形进行优化。[方法]定义覆盖范围指标来度量反潜探测能力。以某反潜作战队形为研究对象,以多舰艇联合探测概率公式为理论基础,以覆盖面积最大化为目标,建立基于反潜探测能力的队形优化模型,设计基于概率―距离函数的积分寻优法进行模型求解,给出合理的队形方案。[结果]仿真结果表明:覆盖面积随舰艇分布间距的变化而规律性变化;在同一舰队规模下,人字队形和楔形队形在最优分布间距下的探测性能优于单横队形和方位队;最优分布间距随探测概率阈值的增加而减小;当舰队规模不断增大时,覆盖面积近似线性增加。[结论]该模型能有效提升舰队搜潜探测能力,为运用和部署水面舰艇对潜搜索兵力提供决策依据。     

基于LS-DYNA的主蒸汽管道防甩设计影响因素分析

[目的]针对船用核动力高能管道断裂防甩设计问题,[方法]采用LS-DYNA软件对典型的主蒸汽管道U形防甩装置的甩击动态过程进行非线性有限元分析,以计算得到应力—应变分布及U形防甩装置(U形箍)甩击力时历曲线随管箍初始间隙、管箍轴向位置的变化规律。[结果]结果表明:在管道断裂甩动过程中,U形防甩件在初始碰撞时甩击力峰值最大,在多次碰撞后甩击力接近静态支反力;在管箍初始间隙40~120 mm范围内,最大甩击力随装置初始间隙的增加而增大,增幅逐渐减小,动态放大系数达到1.74;在管箍轴向位置1.5D~2.5D范围内,最大甩击力随管箍轴向位置的增加略有降低,降幅仅2.5%;方截面U形板防甩装置相比传统多根U形箍防甩件,不仅截面积减少了16.3%,而且最大甩击力也降低了5.5%。[结论]分析结果说明,U形防甩装置最大甩击力与管箍初始间隙正相关,但动态放大系数存在限值,方截面U形板防甩装置承载能力更强。     

高压差流量调节阀流道低噪声优化设计

针对船舶海水系统流量调节阀节流噪声突出的问题,采用计算流体力学的方法对流量调节阀在大压差工况下的内部流场分布进行仿真计算。基于原调节阀内流道流场计算结果,对调节阀流噪声产生的机理和原因进行分析。根据流量调节阀噪声产生原因,结合阀门低噪声设计的基本理论,对流量调节阀的内流道进行优化设计。对优化流道的流场计算结果表明,优化后的流量调节阀最高流速有效降低,阀后低压区面积减小,分割流道设计使阀芯内漩涡消除,阀后漩涡强度减弱,从根本上降低阀门流噪声,为流量调节阀的低噪声优化设计提供指导性建议。     

浸渍-还原法制备SPE膜-电极组件的机理分析

为了研究浸渍-还原法对制备SPE膜-电极组件的影响,本文对浸渍-还原法的2个过程进行了深入的机理分析,计算出液膜厚度和[Pt(NH3)4]2+离子在液膜内的扩散系数,并得出以下结论:浸渍过程应为液膜扩散,使[Pt(NH3)4]2+在膜内的分布为直线,有利于还原过程中控制晶核生长速度,从而获得微细的铂颗粒;为了在膜的内表层形成精细的铂颗粒,要求离子膜内扩散是还原过程的控制步骤,同时还要求有快速的界面化学反应及较高的还原剂浓度。     

浸渍-还原法制备SPE膜-电极组件的机理分析

为了研究浸渍 - 还原法对制备SPE膜 - 电极组件的影响,对浸渍 - 还原法的2个过程进行了深入的机理分析,通过方程计算出液膜厚度和[Pt(NH3)4]2+离子在液膜内的扩散系数,并得出以下结论:浸渍过程应为液膜扩散,使[Pt(NH3)4]2+在膜内的分布为直线,有利于还原过程中控制晶核生长速度,从而获得微细的铂颗粒;为了在膜的内表层形成精细的铂颗粒,要求离子膜内扩散是还原过程的控制步骤,同时还要求有快速的界面化学反应及较高的还原剂浓度.     

设计参数对水下机械手控制机构性能的影响

为研究设计参数对水下机械手的控制及操作性能的影响,以水下液压机械手单关节执行机构为研究对象,确定了下机械手的初始参数;基于流量连续性方程及力平衡方程,建立活塞输出位移对阀输入位移的传递函数以及负载力扰动的传递函数,并以速度放大系数,液压固有频率及液压阻尼比作为水下机械手控制机构的性能指标,详细分析各设计参数对水下液压机械手控制机构性能的影响。研究表明：减小控制阀的位移,增大弹性模量,减小控制阀两端的压差,可以改善控制机构的响应速度和稳定性,提高机械手的控制和操作性能。     

柴油机烟气喷淋条件下烟黑浓度测量实验研究北大核心CSCD

[目的]为探讨水喷淋方式对柴油机烟气的烟黑净化处理效果,开展相关实验研究。[方法]利用Dekati型低压撞击器(DLPI)对烟道中烟黑进行取样,采用在取样枪上包裹加热带并控制其温度的方法防止喷淋后湿烟气冷凝,使湿烟气中烟黑进入DLPI时与其在烟道中的状态相同。实验首先利用烟气分析仪对烟气浓度均匀性进行测量,验证烟气分布基本均匀;然后利用DLPI确定取样时间,进而对不同柴油机负荷、不同喷淋水量下的烟黑净化效率进行测量比较分析。[结果]结果表明:水喷淋对烟黑的净化效率可达到50%;相同喷淋流量下,柴油机100%负荷下的烟黑净化效率高于50%负荷;当喷淋流量达到一定值后,其烟黑捕集净化效率可能达到极值;烟气在喷淋之后大粒径的烟黑颗粒明显减少,而小颗粒烟黑会发生团聚作用,在50%负荷下由于烟气速度较低,水雾与烟黑接触时间更长,小颗粒烟黑团聚效果比100%负荷中更明显。[结论]水喷淋可有效降低柴油机烟气烟黑排放。     

波浪动力船水翼的推进性能分析

[目的]为研究水翼的水动力性能对波浪动力船推进性能的影响,对波浪动力船做垂荡及纵摇运动时引起的水翼绕船体中心转动,以及绕其自身转动中心的被动转动进行模拟。[方法]将波浪动力船的多体动力学方程编写到流体分析软件中进行计算分析。通过软件获取推进力及转矩来求解多体动力学方程,分析静水下波浪动力船在不同波浪振幅与周期、不同扭簧恢复刚度下的推力大小。[结果]结果表明:随着振幅的增加,前、后水翼上的推力均逐渐增大;随着周期的减小,水翼上的推力逐渐增大;随着扭簧恢复刚度的增大,水翼上的推力先增大后减小;随着前水翼尾迹的变化,后水翼推力逐渐小于前水翼上的推力。[结论]研究成果可为波浪动力船的研究设计提供参考。     

约束空间内爆超压载荷影响因素二维数值模拟

[目的]为了研究炸药运动、初始界面扰动及网格尺寸对舱内爆炸超压载荷的影响规律,[方法]采用五阶WNEO有限差分格式、三阶TVD龙格—库塔法对二维可压缩欧拉方程的空间项和时间项进行数值离散,并基于Fortran平台,自主开发约束空间内爆炸波高精度数值计算程序,利用所开发的程序对舱内爆炸超压载荷的影响因素进行初步探讨。[结果]研究表明,增大炸药运动速度、选取特定的初始界面扰动、减小网格尺寸均能较明显地提高舱内爆炸冲击波峰值,但对准静态超压载荷的影响较小。[结论]研究结果可为抗爆结构设计及舱内爆炸毁伤评估提供一定的参考和指导。