摘要：热管冷却反应堆作为能量密度高、适应能力强的核电源系统,能在空间、深海探索等任务中发挥重要作用,因而越来越受到各国重视。由于热管堆堆芯具有较强的固态属性以及高温特性,热膨胀和热应力效应十分显著,需要考虑核热力的耦合作用。为了研究一种典型热管冷却反应堆——静默式海洋热管冷却反应堆(Nuclear Silence ThermoElectric Reactor,NUSTER)堆芯的热工力学性能,以及评估该反应堆在典型工况和瞬态事故下的安全性能,基于有限元软件ANSYS的FLUENT和MECHANICAL模块对堆芯分别进行稳态与反应性引入事故工况下的核热力耦合计算,获得温度与应力场分布。通过将堆芯各组件的温度峰值、应力峰值与对应的材料熔点、材料屈服强度进行比较,对堆芯设计进行安全性评估。结果表明:稳态和事故工况下的NUSTER堆芯均能在安全限制范围内正常运行,事故下各组件温度有200 K以上的安全裕度,各组件应力有150 MPa以上的安全裕度,堆芯设计安全得到验证。

摘要：螺旋桨纵向激励力是引起舰船艉部振动噪声的重要原因之一,对其研究有利于舰船艉部的振动噪声控制。通过面元法耦合有限元法建立螺旋桨双向流固耦合动力学模型,计算P438X系列螺旋桨在不均匀流场下的纵向激励力,研究桨叶弹性、侧斜角等因素对纵向激励力的影响。结果表明:当激励频率小于螺旋桨一阶固有频率一半时,桨叶弹性效应对纵向激励力影响很小,可对其按刚性螺旋桨处理;当激励频率接近螺旋桨一阶固有频率时,桨叶弹性对纵向激励力有显著放大效应;刚性螺旋桨侧斜角越大,纵向激励力越小,然而考虑桨叶弹性后,过大的侧斜角将降低桨叶各阶固有频率,从而恶化纵向激励力。因此需要结合激励频率、桨叶固有频率设计合适的侧斜角。

摘要：船体防火结构是由船体结构层、防火层和以碰钉为主的连接层组成的多层传热结构。由于碳纤维等复合材料磁性低,作为甲板结构在猎扫雷舰等船体中使用。相比传统钢制船体,碳纤维等复合材料船体耐高温能力差,传统防火结构难以满足复合材料船体的热防护要求。因此,以碳纤维船体防火结构为对象,建立了船舶复合材料多层防火结构热性能分析模型,实现了在高温载荷下防火结构的温度预测,并通过缩比件试验验证了温度预测的准确性。在此基础上,提出了“分流式”碰钉优化结构,将复合材料船体结构最高温度降低了24%,提高了船体防火结构的热防护性能,满足A60防火要求。

摘要：热管冷却反应堆的固态堆芯属性使得热管堆的热膨胀效应较为显著,其堆芯传热与结构力学特性耦合的特点与传统堆芯存在较大差异。为针对静默式海洋热管冷却反应堆NUclear Silence ThermoElectric Reactor(NUSTER)的堆芯设计方案进行优化和安全评估,研究采用完全热力耦合的分析方法,应用有限元分析软件ABAQUS针对NUSTER堆芯功率密度最高的发热单元开展热、力学及安全特性分析。结果表明堆芯组件间气隙等参数设计对堆芯温度、应力场有较大影响;与本文提出的热管堆堆芯安全限值相比,NUSTER堆芯设计的热、力学特征参数均具有较大安全裕量。

摘要：在线、实时、准确监测舰船螺旋桨推力对船-机-桨匹配设计、舰船快速性预报及推进轴系健康管理等具有重要意义。然而,受轴系振动及环境干扰等测量噪声影响,螺旋桨推力产生的微弱应变信号易被测量噪声淹没,导致难以准确测量推力。当前,一些常用的信号降噪方法,比如傅里叶变换、小波分析等均是基于纯数据降噪,未考虑测量数据中潜藏的力学机制。不同于这类降噪方法,Kalman滤波可同时考虑测量数据噪声及数据中的力学机制,对目标实现最小方差无偏估计,因而有更高的估计精度。因此,本文利用Kalman滤波结合应变测量信号提出一种螺旋桨推力高精度、在线辨识方法。以恒定转速、变转速及低频波动转速3种工况为例,研究了不同信噪比下本文方法的推力辨识精度与鲁棒性。研究表明,在信噪比仅为20 d B时,推力辨识最大相对误差仅为4.85%,因此本文方法在低信噪比下仍有很高的辨识精度与鲁棒性。同时,本文提出方法属于时域辨识方法,在转速突变、螺旋桨缠绕渔网等突发工况时亦能实时跟踪推力变化,因此可用于螺旋桨推力及轴系状态的在线、实时监测。