动力涡轮整体三维流场分析和验证

针对某燃气轮机四级动力涡轮采用NUMECA商业软件进行了三维黏性流场计算分析。并根据燃气轮机性能试验,提取动力涡轮特性参数,将计算得到的动力涡轮总体参数与试验得到的涡轮总体参数进行对比分析。发现其导叶采用了"后部加载"叶型及凹壁扩张与凸壁扩张相结合的子午型面技术,使其具有优良的气动性能。为分析叶冠对涡轮性能的影响,结合NUMECA软件特点,提出分块生成网格的方法,进行了单级涡轮带冠流场计算,并结合ASME的相关资料对其进行了分析。通过相关资料的分析,发现该涡轮导叶的"后部加载"特性尚不是太明显,其"后部加载"特性还有进一步"提升"的余地。为此,对涡轮第二级导叶进行了优化设计,优化后效率绝对值提高约0.5%,说明该涡轮效率还有一定的提升余地。     

基于自由变形的自主水下航行器壳体优化设计方法研究

进行自主水下航行器（AUV）壳体优化设计时,传统壳体参数化方法变量少,导致在优化过程中不能充分探索壳体外形的变形空间,不利于求得满足性能要求的最优壳体外形。针对此问题,本文提出一种基于自由变形的AUV壳体优化设计方法。该方法基于B样条方法,建立AUV壳体的FFD参数化模型,可实现AUV壳体外形的自由变形,扩展优化空间;并针对FFD参数化模型易导致的优化设计变量多和计算量大的问题,提出一种全局参数化方法对FFD控制体进行间接变形操纵,在实现自由变形的前提下,大大减少参数化变量个数,提高优化效率。最后,分别使用传统优化设计方法和本文优化设计方法对一型AUV壳体进行优化设计,并对比分析所得的优化结果,验证了该方法的有效性。     

气垫船推进装置气动力优化与模型试验研究

以某气垫船推进装置为研究对象,以提高其推进效率为目标,开展推进装置气动力理论优化设计与风洞试验验证工作。首先,基于B样条参数化方法,对推进装置的导管外形进行参数化建模,获得B样条控制参数,并将其定义为优化设计变量;其次,基于试验设计方法 DOE、B样条参数化方法和数值仿真方法,开展导管气动力优化设计,形成理论优化方案。最后,设计制作缩尺模型,开展风洞试验,进一步验证理论优化方案的可信度。研究表明：导管外形对其自身以及整个推进装置的气动性能影响明显;通过精细设计导管外形,可以获得更高的推进效率;优化导管外形之后,气垫船推进装置的推进效率明显提升,其中额定功率下的总推力可提高约3%。     

高速叶栅在低速状态下的叶型设计及差异研究

基于试验成本等原因,常需要把工作在高马赫数下的叶片放到低速风洞进行吹风试验获得叶型的基本气动参数,这样就需要对叶型进行重新设计来弥补由于高低速气体压缩性改变导致的变化。本文对具有高升力系数的低压涡轮叶片T106A进行重新设计,使其在低速状态下能够匹配在高速流场中的载荷分布。在进行叶片的再设计过程中,采用改进全局优化遗传算法。在获得叶片中径位置匹配的同时,对叶顶间隙处的高低速流场进行对比分析,提出对于叶顶间隙处匹配的相关方法。     

高速叶栅在低速状态下的叶型设计及差异研究

基于试验成本等原因,常需要把工作在高马赫数下的叶片放到低速风洞进行吹风试验获得叶型的基本气动参数,这样就需要对叶型进行重新设计来弥补由于高低速气体压缩性改变导致的变化。本文对具有高升力系数的低压涡轮叶片 T106A进行重新设计,使其在低速状态下能够匹配在高速流场中的载荷分布。在进行叶片的再设计过程中,采用改进全局优化遗传算法。在获得叶片中径位置匹配的同时,对叶顶间隙处的高低速流场进行对比分析,提出对于叶顶间隙处匹配的相关方法。     

高速水面舰船多工况螺旋桨叶剖面优化设计

针对水面舰船的高、低航速多工况服役需求,通过增强桨叶剖面在低空泡数条件下的负荷和控制桨叶剖面在高空泡数条件下的流动分离,提出了一种螺旋桨叶剖面参数化构型。在此基础上建立了多工况叶剖面优化设计方法,使舰船螺旋桨在高、低航速下均能有效、经济航行。以DTMB 5415舰船螺旋桨为例,优化设计了一个叶剖面,并应用到桨叶设计。通过与常规NACA剖面桨在多工况下的对比模型试验获得验证,试验结果表明:对应20 kn航速时,两种剖面螺旋桨的水动力效率相差1.5%;在对应40 kn航速工况下优化剖面桨水动力效率比NACA剖面桨高6.4%,并避免了推力突降风险。     

基于商用6 MW半潜式风力机的水池模型试验研究

在水池开展浮式风力机的风浪耦合模型试验时,需要保证其平台结构运动响应及气动性能的准确及可靠。近几年的试验大多基于概念风力机和理想海况开展,无法真实反映商用风力机所遇实际外场工况。另外,以往大多试验均在拖曳水池或海洋工程水池中进行,无法完整复现所有必需的真实海况。为研发真实海上浮式风力机,本团队基于一种商用6 MW风力机进行缩尺模型设计,综合多种海况,在荷兰MARIN实验室的两个水池中开展一系列重现真实风力机工况的模型试验。本文介绍了该试验的样机模型参数、试验场所、试验方案、试验布置等,并对固定式风力机在定常风作用下的气动性能、漂浮式风力机在规则波和定常风作用下的气动性能,以及平台运动响应的试验数据进行简要分析。试验发现：在相似工况下,漂浮式风力机叶轮所受推力比固定式风力机大;波浪及气流扰动是影响浮体平台六自由度运动的主要因素。     

基于FFD和轴变形方法的翼身融合水下滑翔机外形参数化建模

外形参数化是水下滑翔机外形优化设计的重要内容,针对现有几何参数化方法在翼身融合水下滑翔机外形参数化中存在的问题,本文提出一种基于FFD和轴变形方法的翼身融合水下滑翔机外形参数化建模方法。该方法首先基于B样条方法,建立翼身融合水下滑翔机外形的FFD参数化模型,实现滑翔机外形的自由变形;然后在此基础上,针对FFD参数化方法优化变量多的缺点,提出一种翼身融合水下滑翔机外形的轴变形参数化方法,对FFD控制体进行间接变形操纵,减少优化变量的数目;最后通过实例对所提方法的有效性进行了验证。     

基于FFD和轴变形方法的翼身融合水下滑翔机外形参数化建模

外形参数化是水下滑翔机外形优化设计的重要内容,针对现有几何参数化方法在翼身融合水下滑翔机外形参数化中存在的问题,本文提出一种基于FFD和轴变形方法的翼身融合水下滑翔机外形参数化建模方法。该方法首先基于B样条方法,建立翼身融合水下滑翔机外形的FFD参数化模型,实现滑翔机外形的自由变形;然后在此基础上,针对FFD参数化方法优化变量多的缺点,提出一种翼身融合水下滑翔机外形的轴变形参数化方法,对FFD控制体进行间接变形操纵,减少优化变量的数目;最后通过实例对所提方法的有效性进行了验证。     

载人潜器非耐压结构多目标优化设计

基于近似模型技术和多目标优化理论开展框架结构优化设计。针对传统优化方法不能实现自动计算和连续优化的问题,采用APDL参数化语言实现了框架结构的参数化建模,并将Ansys与ISIGHT集成搭建了框架结构的优化设计流程。基于试验设计,根据灵敏度分析完成了框架结构设计变量的筛选,通过近似模型的精度分析构建了框架结构响应面近似模型。采用响应面近似模型进行数值计算,使用智能优化算法完成框架结构单目标和多目标优化设计,并将结果与有限元计算值对比,验证基于近似模型优化的准确性。     

载人潜器非耐压结构多目标优化设计

基于近似模型技术和多目标优化理论开展框架结构优化设计。针对传统优化方法不能实现自动计算和连续优化的问题,采用APDL参数化语言实现了框架结构的参数化建模,并将Ansys与ISIGHT集成搭建了框架结构的优化设计流程。基于试验设计,根据灵敏度分析完成了框架结构设计变量的筛选,通过近似模型的精度分析构建了框架结构响应面近似模型。采用响应面近似模型进行数值计算,使用智能优化算法完成框架结构单目标和多目标优化设计,并将结果与有限元计算值对比,验证基于近似模型优化的准确性。     

热力压缩器的优化设计与试验研究

该文通过对热力压缩器内蒸汽流运过程的理论分析,建立了热力压缩器的数学模型,提出了一套在给定参数下的优化设计方法,并对具有代代性的各种不同工况点进行了试验研究,文中所提出的设计方法和试验结果将为今后热力压缩蒸馏装置的设计和研究提供计算依据和理论指导。     

基于三元可控速度矩法的水下航行体推进泵参数化设计方法

随着水下航行体对推进器高性能和低噪声要求与日俱增,迫切需要研究适用于水下航行体的推进泵。本文选出影响水下航行体推进泵水动力性能的主要参数,基于三元可控速度矩方法,编写Matlab程序对推进泵进行参数化设计,并结合CFD数值模拟方法进行设计优化与试验验证。CFD计算结果表明模型泵水力效率能达到83%,达到设计目标并准确把握了设计工况点,验证了本方法的可靠性,为开发高性能水下航行体推进泵奠定基础。     

基于三元可控速度矩法的水下航行体推进泵参数化设计方法

随着水下航行体对推进器高性能和低噪声要求与日俱增,迫切需要研究适用于水下航行体的推进泵.本文选出影响水下航行体推进泵水动力性能的主要参数,基于三元可控速度矩方法,编写Matlab程序对推进泵进行参数化设计,并结合CFD数值模拟方法进行设计优化与试验验证.CFD计算结果表明模型泵水力效率能达到83%,达到设计目标并准确把握了设计工况点,验证了本方法的可靠性,为开发高性能水下航行体推进泵奠定基础.     

知识工程在船舶结构优化设计中的应用

针对船舶结构设计变量是涉及多种设计和约束条件的离散变量,造成结构优化的高度非线性、多峰性等问题,而且设计过程中需要设计规范和专家经验等知识支持,结合其具有很强的综合性、模糊性等特点,提出了基于知识工程的船舶结构优化设计方法。该方法利用知识工程与结构优化相结合,将获取的设计知识构建知识库应用于船舶结构优化设计,并通过知识工程技术实现参数化结构模型与优化数学模型的相互转化,降低结构优化设计对用户知识水平的要求。水密横舱壁结构的优化设计算例表明,满足约束要求的情况下,其结构重量在优化后比优化前降低了,保证了结构性能合理的同时实现重量最轻的目标;将结构参数化模型和数学优化模型结合在一起,为设计经验少的设计者提供了一种结构设计的捷径;实现了从不同资源中获取知识并应用于优化设计过程,促进设计能力的提高,降低优化设计过程对知识和经验的依赖。     

改良楔形叶片旋转空化器水动力学特性数值模拟分析北大核心CSCD

[目的]旋转空化器是通过高速旋转的叶片在水中产生超空泡来满足不同工程实际应用需求,有必要对叶片形状进行改良设计以提高其工作性能,探究叶型改良对空化器水动力学特性的影响。[方法]首先,针对旋转空化器楔形叶片的原始叶型进行改良设计,建立叶片改型前、后旋转空化器的三维几何模型;然后,基于ANSYS Fluent软件对原始叶型和改良叶型空化器在不同转速下的自然空化流场开展数值仿真计算;最后,根据计算结果对二者的水动力学特性进行对比分析。[结果]结果显示,相比原始叶型,改良叶型产生的空泡除存在于叶片出口边外,还可以存在于副进口边,这两部分的空泡会随着转速的升高而逐渐连接成一个整体,因而改良叶型空化器产生的空泡尺寸更大,产生的自然空化更强;改良叶型在叶根处产生的空化效应较强,而原始叶型在叶尖处产生的空化效应更强;当转速较高时,改良叶型产生的空泡会与旋转空化器装置的四周壁面接触,导致空泡尾部形态沿半径呈直线型变化。[结论]所做研究可为旋转空化器的设计和应用提供重要参考。     

一种液化气船A型舱的分舱优化设计方法

液化气船A型舱建模复杂,且与主尺度、线型及舱容指标等耦合性很强,为提高A型货舱的液化气船在总体层面综合优化设计效率,提出了一种基于参数化建模的液化气船A型货舱的分舱优化设计方法(POMSA)。该方法以参数化建模为核心,以NAPA三维设计软件为平台,对液化气船A型货舱包括典型中横剖面形式、主横舱壁位置以及内壳折角三个方面进行参数化建模表达并作为主要设计变量;基于主尺度、线型、初步总布置等信息作为前提输入;以IGC规范对货罐位置要求、建造工艺对货罐最小边长的要求,目标货舱舱容,螺旋桨浸没以及视线等对压载水量的要求为约束;以货舱舱容最大化为优化设计目标;以iSIGHT优化设计软件为平台,搭建优化数学模型,采用一种探索型全局优化算法的组合算法求解优化模型。经验证,该方法优化迭代效率很高,适合总体设计前期快速评估反馈方案。     

门式起重机主梁的快速参数化设计系统研究

针对采用传统方法设计门式起重机主梁周期长、效率低和制造成本高等问题,在大规模定制思想的指导下提出参数化的快速设计方法。通过三维Solid Works 2010软件构建主梁模型,以VB软件为开发工具,并以Microsoft Access为支撑数据库,建立门式起重机主梁的快速设计系统。该系统采用模块化设计、自动生成装配草图和工程图优化设计等关键技术,解决传统设计方法的难题,不仅提高了产品制造质量,还可满足客户快速定制的要求。     

大跨距柴油机组对中工装优化设计

基于结构参数修正模型提出一种机组对中工装优化设计方法,分析大跨距柴油机对中工装测量误差来源,分析工装挠度、测量读数、轴线差之间的修正关系;考虑工装挠度优化可行性,根据悬臂梁简化假设提出优化设计方法,通过算例进行验证,以机组开档尺寸、材料强度为约束条件、以主体杆尺寸为优化设计参数,求解对中工装结构最优解,结果表明,结构参数修正模型有较好的拟合效果,优化后对中工装主体杆重量较优化前基本持平,工装挠度降低超过50%,该优化设计方法可在满足对中要求的前提下简化优化设计过程。     

基于响应面法的强力甲板结构优化设计

对于大型散货船,强力甲板是船体承受总纵弯矩及局部载荷的主要构件。特别是在压载工况下,强力甲板易出现结构问题,因此合理的强力甲板设计对船舶结构安全性和经济性十分重要。提出了基于响应面法的船体结构优化方法,并对一艘76 000 DWT散货船货舱段的强力甲板结构进行优化设计以验证该方法的有效性。在不同板厚尺寸、相同工况下进行甲板参数的灵敏度分析,选取适合的参数作为自变量。在计算出最大相当应力的基础上,应用响应面法的均匀设计试验方法,得出该舱段强力甲板最大应力与结构尺寸的函数表达式。以结构重量最轻为目标函数,在结构强度以及规范要求的最小厚度的约束条件下,对该舱段的强力甲板结构厚度进行优化。所得的优化结果说明该优化设计方法在实际工程中具有应用价值。