涡旋型线几何理论及耦合机理研究

在涡旋压缩机型线设计研究中,提出了涡旋型线的暂渐开与暂啮合理论,阐述了暂渐开中心、暂渐开区域、暂渐开角、暂啮合区域及暂啮合角等几何概念,研究了多种涡旋型线的特征几何特性和暂啮合区域所对应的暂啮合角之间的耦合机理,借以作为涡旋压缩机型线性能优劣及加工难易的判定理论。研究结果表明:正奇多边形渐开线型线的暂啮合角等于其特征几何外角的一半;正偶多边形渐开线涡旋型线的暂啮合角恰好等于其特征几何外角;随着多边形边数的增加,暂啮合区域所对应的暂啮合角从180°逐步减小,当特征几何边数趋于无穷多边形时,涡旋型线的暂啮合区域所对应的暂啮合角将趋近于0。通过涡旋型线几何特性和耦合机理的研究,证明了无穷多边形渐开线所构成的涡旋型线压缩机振动最小,运行最平稳,能效比最高。提出的涡旋型线耦合机理,为涡旋压缩机型线的研究拓宽了思路。     

通用涡旋型线理论研究与深入分析

涡旋压缩机型线设计研究中,对于任意简单平滑规则曲线至少二阶连续可导,此处型线采用极角、瞬时曲率中心和曲率半径来表征更为简单,基于此建立了涡旋型线啮合理论。针对通用涡旋型线设计存在的问题,深入研究了涡旋型线啮合理论、共轭型线节线、通用控制方程、通用方程和行程容积、内容积比、型线长度与曲率半径等关键几何公式。总结了通用涡旋型线,涡旋型线节线方程和通用型线控制方程等理论,分析了现有通用型线的一些缺陷及其通用型线控制方程理论的片面性。提出了基于泛函理论的通用涡旋型线统一数学模型理论,利用泛函理论,建立能表征任意几何形状且能集成现有各种涡旋型线数学模型的可取曲线类涡旋型线广义泛函方程, 进而可研究涡旋型线广义泛函的光滑性、一次变分二次变分及高次变分等解析特性,并利用变分法理论分析其泛函极值条件。为在不同阶空间利用泛函理论研究涡旋型线提供了机会,为通用涡旋型线研究拓宽了思路。     

基于泛函的风力机翼型形状优化设计研究

针对风力机翼型的形状曲线,基于广义泛函和保角变换理论,提出了具有集成和通用特性的翼型型线函数表征式。从该表征式出发,建立了翼型的优化设计模型。比起传统的反设计方法,提出了一种更为直接、高效的全新翼型优化设计方法,为风力机新型翼型的开发提供了新的思路。选取相对厚度为18%的翼型进行了优化计算分析,得出了优化翼型的形状及其气动特性,通过和风力机常用翼型Ris(?)系列以及NACA系列的性能比较,很好地验证了该优化方法的可行性和优化结果的优越性。     

基于小生境遗传算法的通用涡旋型线优化研究

目前涡旋型线的优化设计多数是在一些参数修改设计的基础上,简化为单目标优化问题,因而不易获得多性能最优的设计方案,涡旋型线形状的设计本质上是一个多目标优化问题,在通用涡旋型线形状优化设计中,根据关于切向角参数的基于曲率半径的Whewell固有方程的通用涡旋型线泛函表征形式,建立了多目标涡旋型线形状优化设计数学模型,应用了基于共享小生境技术的非劣优选遗传算法,给出了通用涡旋型线多目标形状优化设计实例分析.     

城市轨道交通车辆段生产废水处理工艺改造

通过调研运营多年的城市轨道交通车辆段生产废水处理厂,发现实际生产废水量远小于设计规模,运行中存在隔油沉淀调节池人工刮油困难、重力排泥管道堵塞、气浮设备中的释放器经常堵塞等问题。由此建议:废水处理厂设计规模宜为50～100 m3/d;在轴箱清洗和转向架清洗处就地设隔油沉淀池;将调节和隔油沉淀功能分离,废水泵站兼具水量调节功能,平流式隔油沉淀池承担隔油沉淀功能;采用压力溶气气浮设备并使用压缩空气冲洗TV-Ⅱ型溶气释放器。北京地铁某车辆段生产废水处理厂改造采用了以上措施,出水水质优于《污水综合排放标准》(GB8978—1996)的二级标准。     

基于泛函的通用涡旋型线几何理论研究

在涡旋型线设计研究中,针对单一型线的限制性,提出以泛函理论为基础的新型涡旋型线设计思路,分析了平面曲线的啮合理论,对共轭啮合涡旋型线的解析包络原理进行了研究,得到了通用涡旋型线的共轭啮合特征型线,利用Taylor级数思想,得出通用涡旋型线的新形式,就涡旋型线的压缩行程容积、型线方程、曲率(半径)以及型线长度等基本几何性质,在笛卡尔坐标系下做了较详尽的阐述和推导,得出了坐标、向量和Taylor级数等三种形式下的涡旋型线的完整几何表达形式,目前的通用型线不代表涡旋型线的全部形式,只是特殊情况下的通用型线,为研究基于泛函理论的通用涡旋机械型线设计完整理论奠定了基础。     

涡旋压缩机型线耦合机理动态性研究

在涡旋型线设计研究中,研究了涡旋型线的特征几何特性和暂啮合区域所对应暂啮合角之间的耦合机理,针对涡旋压缩机型线固有耦合机理的动态特性,提出了涡旋型线暂啮合角的概念,研究了涡旋型线啮合点速度突变及其加速度突变特性,研究了涡旋压缩机型线耦合机理的动态性,通过其动态特性分析证明了涡旋型线耦合机理理论的正确性.当涡旋型线特征几何边数减小时,曲率半径变化随之变大,速度突变大,运转不平稳,振动与能量损失变大,当涡旋型线特征几何边数增加时,曲率半径变化随之变小,速度突变相应随之变小,涡旋压缩机运转趋于平稳,振动和能量损失变小,最终推出结论当涡旋型线的特征几何边数达到无穷边数即圆渐开线时,运转最平稳,振动与能量损失最小.     

基于泛函的通用涡旋型线形状变化规律研究

利用基于泛函的通用涡旋型线的几何理论,以涡旋型线压缩比和气体容积利用率为目标函数,得出基于泛函的通用涡旋型线收敛特性及型线形状变化规律。推得当级数项数k大于3时可得变壁厚涡旋型线,公转半径R、大盘直径D、型线圈数N与k值是影响变壁厚涡旋型线压缩性能的主要影响因素。通过建立收敛级数最佳的涡旋型线数学模型,利用基于MATLAB的遗传算法,优化得出在给定条件下的最佳目标值,并给出了最佳涡旋型线方程。