摘要：软体机器人具有灵活度高、人机交互安全等优势,在操作易碎物体和非结构化环境中具有广阔应用前景.气动软体驱动器是构建软体机器人的重要部件之一,其特性直接影响到软体机器人的性能.针对气动网格型软体驱动器,从腔室侧壁膨胀角和驱动器弯曲角度的非线性关系出发,基于赫兹接触理论和Yeoh超弹性不可压缩材料的非线性本构方程,建立了多腔室气动网格软体驱动器的准静态力学模型.该模型考虑了超弹性材料变形和多腔室侧壁膨胀接触几何非线性特点,能够准确描述不同输入气压与驱动器弯曲角度和顶端输出力的关系.根据仿生思想设计了一种多腔室复合弯曲多腔室气动网格驱动器结构,并基于该结构分别通过有限元仿真和实验对提出的解析模型进行验证.结果表明,解析模型计算结果与有限元仿真结果、实验结果最大差异均不超过10%.该气动网格软体驱动器解析模型具有较好的准确性.

摘要：For the inverse designs of centrifugal and mixed-flow pump impellers,clarifying the generation process of secondary flows and putting forward corresponding suppression measures is an important approach to improve the impeller *** this paper,to provide a better qualitative insight into the generation mechanism of secondary flows in the impeller,a simple kinematic equation is derived based on the ideal assumptions,which indicates that the potential rothalpy gradient(PRG)is the most important dynamic source that actively induces secondary vortical *** by the natural adverse PRG on the S1 and S2 stream surfaces,two typical secondary flows,H-S and P-S secondary flows,are clearly *** specially suppress these typical secondary flows,a general alternate loading technique(GALT)is proposed,aiming to adjust the real blade loadingδp to control the PRG *** the blade fore part,theδp on the hub streamline should be slowly increased to avoid breakneck growth of the potential rothalpy to reduce adverse streamwise PRG on the S2 *** the blade middle part,theδp should be moderately decreased to reduce adverse streamwise PRG on the S1 *** the blade aft part,the difference in theδp between the shroud and hub streamlines should be decreased faster to control the exit *** applying the GALT to the impeller designs of three typical pump types in hydraulic engineering,the organizational effect of the PRG on fundamental flow structures is *** GALT can effectively control the PRG distributions and suppress the secondary flows,thereby widening the pump’s high-efficiency zone,improving flow uniformity and suppressing pressure *** with the current Z-G method and the ALT,the GALT can meet the requirements of"de-experience"better,thereby enabling the designers to obtain good products explicitly and quickly.

摘要：基于三维反问题设计方法和CFD技术,结合试验设计方法、响应面方法和模拟退火优化算法,建立了离心风机叶片三维形状的优化设计方法。以叶轮效率为优化目标,以环量分布参数为优化设计变量,进行了离心风机叶片的优化设计,优化设计结果叶轮效率提高了2.2%。根据建立的优化设计变量和叶轮效率之间的响应面函数关系式,分析了不同环量分布参数及参数间交互效应对叶轮效率的影响,结果显示轮毂进口段环量分布对叶轮效率有较大影响;轮缘处的环量分布形式对叶轮效率影响更为显著。

摘要：为解决离心式叶轮传统设计方法主要依赖于设计者经验以及设计周期较长等问题,采用三维反问题设计方法,根据给定的流场进行叶轮形状的设计,从而提高设计过程对叶轮性能的控制能力.三维反问题设计方法基于无黏有势流假设,将三维速度场分解为周向平均速度和周期速度进行求解,实现了在二维轴面流道上叶片形状和流场的三维计算.三维叶片形状根据速度在叶片表面满足滑移条件计算得到,同时获得该叶轮形状下其内部三维流场的计算结果.采用自编三维反问题设计程序进行了离心式叶轮的设计计算,并利用三维定常湍流数值计算技术对设计结果进行了流场模拟和性能评价,流场的模拟结果与设计方法计算结果定性吻合,验证了设计方法的有效性.研究结果表明:将三维反问题设计方法和三维湍流数值计算技术结合可有效缩短设计周期,提高设计质量,并可用于各种叶轮机械的设计.

摘要：环形流道式离心泵能量特性预测是其水力设计及优化过程中不可或缺的环节,目前最常见的计算模式是采用RANS模型在同一套网格下开展不同流量工况下的稳态计算。工程实践表明,这种常规计算模式预测到的能量特性往往与实验间存在较大的固有偏差,特别表现为扬程和轴功率存在显著的正偏差,严重影响设计者对水力性能的预判。针对这一问题,本研究首先结合实际案例开展了溯源分析,发现这种常规计算模式存在高估螺旋度诱导的能量逆传效应、低估兰姆矢量诱导的非线性作用的问题,从而导致湍流耗散的预测不足,进而产生了高估叶片载荷、低估水力损失的宏观表现。为此,本研究提出了一种在动量方程中引入与螺旋度相关的虚拟补偿力以提高预测精度的矫正方法,该方法能抑制高雷诺数下旋转湍流中的能量反级串输运、补偿被低估的逆剪切力诱导的流阻耗散,从而达到适当增大流阻的效果。实际应用表明,该方法能有效消除常规计算模式下环形流道式离心泵扬程和轴功率的固有预测偏差,从而为快速而准确地把握产品质量、提高水力设计效率提供技术支撑。

摘要：分别对单、双蜗壳式双吸泵10个工况点进行全三维流道的数值模拟和试验测试,发现由于双蜗壳式泵内部隔板设计不合理,导致双蜗壳泵较单蜗壳泵在原设计工况点的扬程、效率分别相对下降了21.8%和41.3%。依据双蜗壳设计基本原理,对隔板结构提出3种改进方案,利用雷诺时均方法(RANS)和SST k-ω湍流模型对每一方案进行全三维流道的定常数值模拟。模拟和试验结果表明:2号双蜗壳泵既保持了泵原有的水力性能,又能够有效地减小叶轮径向力,因此得到双蜗壳式双吸泵中隔板结构的最优设计模型:起始位置为隔舌绕基圆旋转180°、曲线方程为对数螺旋线、终止位置为隔板起始点旋转180°。

摘要：为揭示双蜗壳离心泵的水力不稳定性,采用雷诺时均方法和SSTk-ω湍流模型,对一双蜗壳双吸离心泵进行了三维非定常湍流数值模拟,得到了泵内部流场特性及双蜗壳内压力脉动情况,并对其进行了频谱分析。结果表明双蜗壳内存在比较明显的压力脉动。设计工况下压水室内的压力脉动强度小于非设计工况。在设计工况下,隔舌处和隔板区压力脉动频率均以叶片通过频率为主,其中隔板起始端的脉动幅值最大,约为隔舌处的2.5倍。在大流量工况下,隔舌处和隔板起始端压力脉动频率以叶片通过频率为主,而小流量工况下以叶轮转频为主。叶轮受到的径向力随着叶轮的旋转呈现不稳定性,其中小流量工况时最明显。3种工况下径向力均指向隔板起始端侧。

摘要：矮塔斜拉桥作为一种中等跨度桥梁形式,采用平面转体施工方法,用在上跨限界较宽的既有铁路线上,是一种合适的选择。以某墩顶平面转体法施工的2×70 m矮塔斜拉桥为例,阐述该桥型应用在上跨既有铁路线的优点,以及按平面转体方法施工的设计过程。

摘要：对潜水轴流泵进行三维反问题设计,以水力效率为设计目标,提出叶轮、导叶适合的载荷分布形式。通过正交试验设计、单因素分析和数值模拟的方法研究载荷参数对潜水轴流泵内外特性的影响,得到水力效率较优的载荷分布形式:叶轮叶片为前载型,导叶叶片为轮毂中载、轮缘前载型。具体的载荷参数取值范围:对于叶轮,斜率取值范围为-1~0,前载点取值范围为0.25~0.45,后载点取值范围为0.55~0.75;对于导叶,轮毂斜率在0附近取值,轮缘斜率取值范围为0~0.75,轮毂前载点取值范围为0.25~0.45,轮缘前载点在0.25附近取值,轮毂后载点取值范围为0.55~0.75。叶轮设计中发现:前载型叶片对原泵叶根尾缘的二次流有改善作用。导叶设计中发现:由于潜水轴流泵导叶的扩散式结构特点,导叶近壁面易出现分离涡,轮毂中载、轮缘前载型叶片能够有效地抑制导叶近壁面的涡分离。

摘要：蝶阀广泛应用于有压输水系统,其开启过程是输水系统启动运行的必经阶段。在开启过程中,阀板需按预定的规律在流场中做旋转运动,具有变压差变截面的特点。本文针对泵站加压输水系统,采用一维/三维耦合计算思路,对蝶阀上下游的管路段按准恒定假设基于伯努利方程、对蝶阀所在的三维流体域基于动网格策略,构建了蝶阀开启过程数值分析方法,提出了模拟计算的动态边界条件及数据更新方式,对蝶阀开启过程非定常特性进行了三维数值模拟。研究结果表明,当阀板转角由0°匀速增大至90°,管道流量在阀板转角0~45°范围内快速增长,在45°时达到额定流量的90%,之后流量增长速度变缓。阀板水力转矩呈先快增后慢减的变化趋势,最大水力转矩出现在阀板转角20°时。从蝶阀前后流场可以看出,在阀板下游具有从两个主涡到流线平顺的演化特征。该研究揭示了蝶阀开启过程中水力瞬变演化机理,为优化蝶阀设计和输水系统稳定运行提供了参考。