扰流柱对车用液力缓速器空损抑制效应分析

为抑制车用液力缓速器空转功率损失,对扰流柱机构抑制空损效应进行三维流场数值模拟.针对扰流柱布置形式,建立定轮安装扰流柱与未安装扰流柱两种情况的周期计算模型,以降低仿真成本,并在空转工况与充液工况下,分别对两模型计算精度进行验证.计算不同转速下安装扰流柱与未安装扰流柱周期模型的空损,获取空转工况下空气对两模型叶片所施加的制动功率,得到周期流道速度场、压力场分布状态,并对比分析了扰流柱对空气流场扰动效果以及空损抑制作用.结果表明,扰流柱机构能有效阻碍空气的循环流动,某缓速器在动轮转速3 400 r/min时空损可降低48.4%,有效提升了车辆的功率利用率.     

结构参数对先导式纯水溢流阀性能的影响

应用流场数值模拟技术，在不同结构参数、压力、流量等条件下，对先导式纯水溢流阀主阀流道
内的流场流态进行动态仿真.分析了结构参数对流场流态及压力 流量特性的影响，在此基础上确定了影
响阀静态特性的主要结构参数.结合仿真结果，对结构参数进行优化设计，并对先导式纯水溢流阀静动态
特性进行实验研究.结果表明：所研制的先导式纯水溢流阀滞徊小于3％，定压精度大于88％，压力上升
时间小于0.075 s，压力超调量低于14％.利用流场仿真技术对溢流阀进行优化设计，不仅能够提高溢流
阀的静态性能，同时还能够改善其动态响应特性.     

多孔翼型结构对空化性能的影响分析

空化与空蚀是影响水电站水轮机安全与经济运行的关键因素.为研究不同翼型结构下绕流翼型流场的性能,首先以无孔翼型为研究对象,采用RNGκ~ε湍流模型和欧拉多相流模型中的Mixture模型,对其绕流流场进行数值模拟.由流场内的静压力、动压力、液相和气相体积分数等参数的分布可知,流体绕流无孔翼型过程中发生空化的位置主要在翼型上方,故选择在翼型易发生空化部位打微孔,在单相流的条件下,对具有不同微孔数目的翼型绕流流场进行数值模拟.结果表明:在翼型上打孔后,绕流翼型的流场发生了改变.随着翼型上微孔数目的增加,在翼型上方的湍动能的数值逐渐降低,翼型上方的低压区域的面积减少,而低压区内的压力值明显增加,这将有助于改善绕流翼型流场的空化性能,降低空化和空蚀发生的风险.     

仿鲨鳃扰流结构的过渡段换热表面优化设计

借鉴长尾鲨鳃部呼吸作用时鳃弓的扰流特性及湍流发生机理,设计了带有肋式扰流结构的仿生换热表面,并建立了带有此仿生换热表面的过渡段双腔室模型。利用FLUENT仿真软件进行数值模拟,得到该过渡段冷却腔室内的温度场、速度矢量场及努塞尔数分布。采用全面试验设计建立了关于肋式扰流结构高度和宽度设计变量对换热表面的加权平均温度和最小压强的代理模型,通过粒子群优化算法获得此肋式扰流结构的最佳设计方案。结果表明,带有肋式扰流结构的仿生换热表面能够强化射流冲击冷却,可将过渡段冷却腔室内的冷却效率提升340%。     

循环流化床烟气脱硫塔进口流场模拟及优化

为了改进循环流化床脱硫塔因下部装有的弯管加文丘里管式入口结构所造成的底部区域不均匀气流场,采用RNGκ-ε湍流模型对脱硫塔的气流场进行了模拟计算,讨论了这种进口结构对脱硫塔流场的影响机理,并对该进口结构进行了优化.结果表明:RNGκ-ε模型对于该流场具有较好的模拟效果,在弯管和文丘里管综合作用下,脱硫塔内中下部的气流场分布不均,而返料口对脱硫塔的气流场影响很小.通过对比3种入口结构的优化方式,发现采用改进导流叶片的方式优化效果较好,可成功均布脱硫塔气流场,造成的床层压损也很小.     

空冷单元风机出口导流板优化的数值模拟

空冷单元结构的优化对于提高空冷凝汽器的换热效果有着重要意义。针对600 MW直接空冷凝汽单元的典型结构,建立了在风机出口安装弓形导流板的空冷单元物理模型。为了对被安装导流板的倾角和宽度进行优化,利用FLUENT软件对加装不同倾角和不同宽度导流板的空冷单元内部流场分别进行了数值模拟,分析了导流板不同倾角和宽度对内部空气流动和传热特性的影响,得到了在该单元中加装弓形导流板的最佳倾斜角度和最佳宽度,为空冷单元结构的优化设计提供一定的参考依据。     

岩爆倾向矿床采场结构参数优化方法

讨论了有岩爆倾向矿床的采场结构参数的优化问题,以平均能量释放率为优化目标,将数值模拟与数理统计方法相结合,提出了深埋岩爆矿床采场结构参数优化的一般方法,并简要介绍了为此目的而开发的计算机程序,采用作者提出的优化方法与程序,对某深埋岩爆倾向矿床的采场结构参数进行了优化研究,为该矿床的开采设计推荐了较优的采场结构参数。     

基于BladeGen的混流水轮机转轮叶片优化研究

基于CAD-CFD软件对混流式水轮机转轮叶片优化进行研究,使用Workbench/BladeGen进行参数化造型,结合CFD实现了对转轮整体性能的优化设计。首先根据二元理论设计出适用水头为140 m～170 m的混流式水轮机转轮,根据流场数值分析结果,利用BladeGen控制与优化转轮的几何参数,最终改善了流态并提高了效率。BladeGen可以方便地控制转轮的结构参数,便于探讨水轮机结构与性能的复杂关系,在水力机械设计中具有较好的应用前景。     

基于高斯过程回归的机翼/短舱一体化气动优化

为了解决机翼/短舱一体化气动设计的高维非线性优化问题，基于高斯过程回归（GPR）模型提出新型优化设计方法.采用类别形状函数变换（CST）方法对机翼/短舱一体化构型中的翼型进行几何参数化建模；通过控制机翼形状参数、短舱形状参数和短舱安装参数实现机翼/短舱构型变形，该参数化建模过程共计包含50个设计参数.通过GPR模型构建机翼/短舱设计参数与气动性能之间的代理模型，并采用贝叶斯优化（BO）算法实现代理模型的自更新和最优气动外形的获取.结果表明：优化后一体化构型的阻力系数下降了10.95%，通过流场分析发现机翼外形和短舱外形的优化改善了表面流场结构，短舱安装位置的优化减弱了机翼和短舱间的气动干扰.     

基于多物理场仿真和VIKOR决策的干式铁心电抗器多目标优化

损耗和金属导体用量是干式铁心电抗器优化设计过程中需要考虑的关键因素，为有效降低损耗和成本，该文提出基于多物理场仿真和VIKOR决策的干式铁心电抗器多目标优化方法。首先以干式铁心电抗器为研究对象，建立磁场-流场-温度场模型，将磁场计算获得的铁心和线圈损耗密度作为热源，经过流-热耦合计算得到电抗器温度分布；建立磁场-结构场模型，将基于磁场计算得到的电磁力作为应力项，计算得到铁心及线圈振动位移分布，通过有限元仿真与拉丁超立方试验设计相结合的方法，得到不同结构参数下铁心电抗器温升与振动位移结果。为进一步简化优化流程，采用灵敏度分析方法进行参数降维，针对关键参数建立设计参数与温升、振动之间的代理模型，并采用多目标遗传算法得到满足电抗器性能要求的Pareto前沿解集。考虑到电抗器金属导体用量与损耗之间相互冲突，引入VIKOR综合决策方法，在确定优化目标权重的基础上，计算Pareto解集的利益比率大小，以最小利益比率确定最优设计参数组合，最后通过仿真验证优化设计方法的正确性。优化后的铁心电抗器与优化前相比，在损耗增加4.4%的情况下，铁心和线圈金属导体用量分别减少了3.0%和16.6%，同时温升及振动在满足设计要求的基础上分别降低了7.4%和16.7%。所提方法可以有效提升电抗器性能，为电抗器优化设计提供指导。     

输电导线扰流防舞器气动力特性风洞试验研究

为了研究扰流防舞器的防舞效果及扰流防舞器直径对防舞效果的影响,分别对新月形覆冰输电导线、安装扰流防舞器的无覆冰输电导线及安装3种不同直径的扰流防舞器的新月形覆冰输电导线,进行刚性足尺截断模型天平测力风洞试验.测定各种工况对应的气动力系数曲线,通过对邓哈托系数和尼戈尔系数的分析,研究不同直径的扰流防舞器的防舞效果.试验结果表明：新月形覆冰导线会发生舞动;扰流防舞器不会使导线无覆冰时发生横风向舞动,使导线发生扭转舞动的可能性不大;不同直径的扰流防舞器均具有一定的防舞效果,其中直径为0.75倍导线直径的扰流防舞器的防舞效果最佳.     

基于试验设计的轿车尾翼空气动力学优化

传统优化方法凭借对轿车外流场的分析经验来控制尾翼优化变量并等间隔枚举,通过比较得出最优方案,工作量大且可能遗漏关键样本点.本文以尾翼的翼型及相对车身的位置参数（尾翼攻角、垂向位置和纵向位置）为设计变量,基于DOE试验设计方法确定样本设计变量组合,利用数值模拟方法计算出所确定样本点轿车的气动升力和阻力.通过方差分析以及响应曲面法以使轿车获得最大下压力与阻力比值为优化目标,得到各设计变量的影响因数和最优水平.结果表明：基于试验设计的优化过程更加高效地优化了轿车尾翼的空气动力学性能,具有实际工程应用价值.     

轴流式止回阀的流动场协同分析与减阻设计

为了分析轴流式止回阀流阻性能,探究阀内结构优化设计方法,引入场协同原理,将该原理从层流推广至湍流.利用Fluent软件对2种不同型号（优化前、后）阀门的内流场进行数值模拟和流动场协同分析,得到压降、流速分布、流动场协同角余弦值分布和有效黏性系数.结果表明：优化后阀内流体的速度场与速度梯度场整体上的协同程度更差,有效黏性系数更小,减阻效果明显,能耗降低;通过对比分析流速分布和流动场协同角余弦值分布,还能从局部流动场协同的角度揭示流阻的变化机理.基于流动场协同原理在流动减阻研究中的优势,提出2种阀结构优化设计的思路.     

电动汽车永磁同步电机控制器水冷散热器的优化设计

绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)模块是电机控制器中主要的发热源。为使IGBT模块工作在安全温度范围内,基于正交实验设计某电动汽车用45 kW永磁同步电机控制器水冷散热器。首先,在估算IGBT模块热损耗基础上,初步确定散热器结构,并通过热仿真确定影响散热器性能的主要因素;然后,采用正交实验法对冷却液流速、肋片高度、肋片厚度、肋片间距、扰流柱类型及散热器基板厚度等因素进行优化,获得散热器的最佳控制和结构参数。仿真结果表明,设计的散热器能够满足IGBT模块的散热需求。     

自激脉冲发生机理数值模拟及参数影响分析

为了揭示低压大流量下自激振荡脉冲射流清洗的脉冲发生机理，研究了这种工况下喷嘴结构和运行
参数的优化设计范围.通过给出一种应用于大型工业油罐罐底油泥清洗的新型喷嘴结构型式，比较了在低
压大流量工况下该喷嘴脉冲的发生机理、表现形式、分析方法与高压小流量情况下存在的差异.用计算流
体力学（CFD）软件对自激振荡腔内压力场进行数值研究，并对影响频率特性的结构和运行参数进行了逐
一分析，获得了喷嘴的结构参数和运行参数的优化配比范围.结果表明，在低压大流量工况下，空化汽囊
的周期性变化是产生脉冲射流的根本原因，得到的优化参数可直接应用于指导低压大流量自激喷嘴的工业
设计.     

仿生射流表面孔径与射流速度耦合减阻特性数值模拟

针对仿生射流表面流场问题,基于非光滑表面减阻的仿生学理论,对鲨鱼鳃裂部位射流特征进行分析研究,建立具有类似于鲨鱼腮裂部位射流特征的仿生射流表面模型及可拓模型.利用SST k-ω湍流模型对仿生射流表面模型进行数值模拟,在主流场速度为20 m/s时,分析了不同射流孔径与不同射流速度耦合情况对壁面摩擦阻力、压差阻力及减阻率的影响,并对仿生射流表面减阻机理进行分析.研究表明在射流孔为5 mm时与射流速度耦合情况下的平均减阻率最大,为11.566%,同时为仿生射流表面多因素耦合情况下的减阻特性研究奠定基础.     

用CFD方法模拟膜生物反应器内部流场及布气优化

采用Eulerian多相流模型对膜生物反应器进行气液两相流数值模拟,对“对齐”和“对齐导流”两种反应器构型内部流场气含率、速度场和膜面液体流速进行了分析比较,并就布气方式进行了分析和优化,同时借助缩小实验模型对模拟结果进行了实验验证.结果表明：两种反应器构型流场内的气泡呈现出汇集于膜组件中心位置,然后在膜组件顶端散开的流动状态;导流作用对反应器内气含率分布的影响不大,但对速度场分布特性影响显著;体积缩小100倍的对齐导流模拟装置中的气液流动状态与CFD模拟结果基本一致;通过对布气方式的优化模拟发现,不均匀布气方式可以改善气体分布状况,提高反应器内气含率和流场的湍流强度.     

基于CFD的轴流式油气混输泵动叶优化设计

为研究翼型前缘半径对轴流式油气混输泵动叶性能的影响机制,基于RNG k-ε湍流模型及SIMPLEC算法对不同翼型前缘半径的动叶模型进行数值分析,分析不同模型流场中的压力、速度、气相分布规律。数值计算结果表明:增大翼型前缘半径有助于提高动叶增压能力,同时能有效减小动叶出口附近的二次流损失,并抑制轮毂侧气体滞留和流道内的气液分离现象;当含气率(GVF)为0.2时,在设计工况（Q = 100 m3/h）下,优化后的模型M4较原模型压缩级效率提高了3.45%;在小流量工况（Q = 60 m3/h）下,优化后的模型M4较原模型压缩级效率提高了1.47%,说明将翼型前缘半径增大到最大厚度的40%时,能够有效降低能量损失,提高压缩级性能。     

基于CFD的轴流式油气混输泵动叶优化设计

为研究翼型前缘半径对轴流式油气混输泵动叶性能的影响机制,基于RNG k-ε湍流模型及SIMPLEC算法对不同翼型前缘半径的动叶模型进行数值分析,分析不同模型流场中的压力、速度、气相分布规律。数值计算结果表明:增大翼型前缘半径有助于提高动叶增压能力,同时能有效减小动叶出口附近的二次流损失并抑制轮毂侧气体滞留和流道内的气液分离现象;当含气率(GVF)为0.2时,在设计工况(Q=100 m3/h)下,优化后的模型M4较原模型压缩级效率提高了3.45%;在小流量工况(Q=60 m3/h)下,优化后的模型M4较原模型压缩级效率提高了1.47%,说明将翼型前缘半径增大到最大厚度的40%时,能够有效降低能量损失,提高压缩级性能。