典型霜冰条件下的风力机翼型优化设计

以翼型型线的表达方法为基础,提出结冰条件下风力机翼型设计方法,并在典型霜冰条件下,基于原始翼型WT180优化设计出一种相对厚度为18%的风力机专用翼型ICE180。在自然转捩情况下,用Rfoil计算了ICE180、WT180及NACA63418三种翼型在不结冰以及霜冰条件下的气动性能;在结冰条件下,用计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)方法对三种结冰翼型的气动性能进行验证。研究表明,相对于原始翼型WT180,新翼型ICE180既保持了无结冰条件下的良好气动性能,又在主攻角范围内,大幅提高了霜冰条件下的气动性能,且翼型前缘结冰厚度更小。故此,提出的翼型优化设计方法对于霜冰条件下的风力机专用翼型设计具有重要意义。     

轴颈转速对滑动轴承油膜特性及轴瓦结构特性的影响

为了更加精确地分析高转速下内燃机轴承轴瓦的受力情况,明确不同轴颈转速对轴瓦的受力规律的影响,采用流-固顺序耦合的方法,在滑动轴承油膜的CFD分析模型的基础上,建立轴瓦的有限元分析模型,并基于该模型得到不同轴颈转速下油膜压力、承载力、油膜组分分布以及轴瓦应力、应变随轴颈转速的变化规律。研究结果表明：随着轴颈转速的增加,油膜的压力不断增大,轴瓦载荷不断增加,轴瓦应力、变形逐渐增大;油膜最大压强随轴颈转速的增加几乎呈线性增长,导致轴瓦的最大应力值及最大变形也几乎呈线性增大;随着轴颈转速的增加,润滑油入口附近,润滑油体积分数逐渐减小,油膜破碎区内,润滑油体积分数的梯度更加明显。     

基于数据驱动的电池系统泛化SOH估计方法

准确可靠的电池健康状态估计是保证锂离子电池安全运行的关键,同时为失效预警提供参考。提出一种适用于电池单体和电池组的健康状态估计通用方法。首先,提出基于局部充放电数据的电池单体高效健康因子提取方法,保证健康因子和容量的高相关性和实现健康因子的在线可获取性。其次,提出考虑电池组容量衰减和不一致性的特征生成策略,利用主成分分析获取融合特征,利用双时间尺度滤波和电池组等效电路模型拓宽特征提取方法的应用范围。然后,基于高斯过程回归算法框架,考虑健康因子和容量衰减的整体关系和局部变化提出改进的高斯核函数提高估计精度和可靠性。最后,利用多个试验数据集验证算法在不同应用条件下的泛化能力。估计结果表明,对恒流放电工况的电池单体估计误差小于1.28%,在动态变温条件下电池单体估计误差小于1.82%;串联电池组的验证结果表明在各种应用场景下估计误差均小于1.43%。提高了电池系统健康状态估计的精度以及在广泛应用场景下的适应性。     

锂离子电池电化学-热耦合模型对比研究

电池模型对电池系统的健康管理和故障诊断至关重要。随着电池技术的发展,电化学模型正成为研究热点。电化学模型由偏微分方程构成,计算复杂度高。模型数学重构和模型结构简化是两类降低复杂度的方法。不同复杂度模型的对比研究可为模型工程应用选择提供指导,然而现有研究多基于仿真数据且忽略了温度对电池电化学行为的影响。针对上述不足,通过理论分析、数值仿真和试验测试开展了电化学-热耦合模型的对比研究工作。基于理论与仿真分析,明确不同模型的误差来源;通过敏感性分析,提升了模型参数的辨识精度和效率;通过耦合热模型,考虑温度对电化学反应的影响,并在-10℃至45℃区间开展试验验证。结果表明,反应电流的均匀分布假设是简化模型的主要误差来源。该假设在低倍率条件下成立,在大倍率下将造成较大误差;耦合热模型来引入温度修正可有效提升电化学模型在不同温度下的精度;非简化的电化学-热耦合模型在不同温度和工况下均能保证高精度,端电压均方根误差小于25mV。简化的电化学-热耦合模型在小倍率工况下精度较好,但在低荷电状态和大倍率工况下将出现明显偏差,其最大端电压方均根误差超过50mV。     

涡旋压缩机涡旋型线的研究现状及展望

涡旋压缩机作为第三代容积式压缩机,具有效率高、能耗低、噪声低、结构紧凑等诸多优点,被广泛应用于制冷空调与气体压缩等方面。由于涡旋压缩机的寿命、加工性能、效率和功耗等都受到涡旋型线的制约,所以涡旋型线的研究是开展涡旋压缩机其他研究的基础和关键。本文总结了国内外相关的研究成果,从型线类型和型线修正两个方面出发,对现有涡旋型线的研究现状进行综述分析,并对未来涡旋型线发展方向和趋势进行预测和展望,对于今后涡旋压缩机型线的研究与工程应用具有指导和借鉴作用。     

γ-Re_θ转捩模型在风力机翼型数值计算中的应用

很多湍流模型忽略了层流区域的存在,但实际流动在翼型某位置处开始转捩,此时模型显然偏离实质,计算结果精度较低。因此加入γ-Reθ转捩模型,将转捩动量厚度雷诺数Reθ作为经验关联函数来控制边界层内间歇因子γ的生成,再通过间歇因子来控制湍动能产生项,使湍流模型在层流区域失效。首先为了验证数值计算的准确性,采用上述方法针对风力机翼型A2121,在高雷诺数4×106下对几种典型攻角的气动性能进行计算,对比普通全湍流模型、湍流转捩模型和风洞试验的计算结果,发现湍流转捩模型结果更精确。之后在更大攻角范围-10.14°~25.09°内,采用此转捩模型数值方法进行气动仿真,发现其总体计算结果与风洞试验实验数据较吻合,验证了此数值方法的正确性和有效性。     

集流槽宽度对同侧出入流水冷式油冷器翅片流动换热性能的影响

本文采用基于Navier-Stokes方程组对同侧出入流水冷式油冷器翅片中冷内却剂的流动情况进行了模拟，研究了翅片两端集流槽宽度对翅片流动换热性能的影响。结果表明，随着集流槽宽度的增加，翅片内部流动死区的面积逐渐减小，冷却剂的对流换热逐渐增强，翅片内部高温区中冷却液的温度逐渐降低；在翅片性能方面，随着集流槽宽度的增加，冷却剂在出、入口间的压降逐渐降低，平均对流换热系数逐渐增加，传热因子j与摩擦系数f之比逐渐增加，翅片综合性能逐渐提高。     

考虑弯扭变形的风力机叶片结构优化

根据叶片几何形状建立叶片载荷等效模型,利用该载荷等效模型将叶素动量理论计算所得载荷等效成分布载荷的形式,同时建立叶片参数化有限元模型,将等效得到的分布载荷施加到叶片参数化有限元模型表面,并分析叶片腹板方位和铺层铺设角度对叶片变形的影响。然后结合粒子群算法与参数化有限元模型建立数学优化模型,以扭转变形为约束条件之一以限制叶片扭转发散。对某850 kW纤维增强型复合材料风力机叶片进行优化设计,优化其铺层厚度、腹板方位和铺层铺设角度。优化结果表明,在保持叶片叶尖挥舞变形和叶尖扭转变形不变的前提下,叶片质量减轻6.304%。     

基于电化学热耦合模型的富镍锂离子电池产热分析

锂离子电池在工作过程中产生的热效应会影响其温度和电化学性能,并极大地影响电池的安全性和使用寿命.分析电池在放电过程的热特性变化规律及产热机制,评估电池内部不同性质的产热对温度变化的相互作用,对于电池热管理系统的设计起到至关重要的作用.因此,本工作以富镍三元锂离子电池为研究对象,建立了基于动态参数响应的电化学热耦合模型,在0℃和40℃环境温度下分别进行了 0.3 C、1C放电与温升实验验证,验证结果表明耦合模型具有较好的精确性和可靠性,能够准确地分析电池热特性.基于验证后的模型,研究了富镍锂离子电池在不同放电倍率、环境温度、换热环境下的温升特性,并进一步分析了电池内部生热机理及发热特性.结果表明:放电倍率的增大使得电池的总产热量迅速增大,同时加剧了电池内部的温度不均匀性,正负极熵热系数较大的差异性使得正极区域产热较大而负极产热较为平缓.研究结果能够为锂离子电池的热性能评估和电池组的热管理系统设计提供一定的指导意义.     

锂离子电池低温复合加热策略及优化北大核心CSCD

电动汽车因为节能环保和能量转化效率高等特性在近年来发展迅速。在低温下,作为动力来源的锂离子电池的放电功率和容量等性能严重衰减,影响着电动汽车在北方极寒地区的发展和普及。因此,如何在低温下对锂离子电池进行可靠、高效、安全地低温加热显得尤为重要。以三元锂方块电池为研究对象,通过测试电池在不同工况下的低温特性,得出了电池电特性和热特性参数。建立单体电池低温电热耦合模型,通过神经网络方法拟合实验数据,得到电池低温加热仿真模型。通过电池不同工况下的温升实验,验证了仿真模型的精度。本文提出了电池多段恒流复合加热方法,建立了电池老化、加热时间、容量收益的多目标非线性优化模型,揭示了电池老化、加热时间和容量收益之间的关系,得到了评价加权权重矩阵。利用非支配排序遗传算法-Ⅱ(NSGA-Ⅱ)和优劣解距离法(TOPSIS),得到单体电池平衡加热策略,探究了电池不同初始状态对优化目标的影响规律。根据电池的不同初始状态以平衡加热策略为基础建立了单体电池加热电流数据库。电池初始温度为-20℃时,加热到10℃,所需加热时间为253 s,容量收益为4.72 Ah,电池老化为0.482‱,峰值功率收益为1104 W。