摘要：由于微混喷嘴尺寸小、数量多且无旋流的结构特点,微混燃烧室结构可能形成新的设计准则。为探究微混喷嘴的混合特性优化方法,提取微混喷嘴内雷诺数、相对预混长度、射流动量比等特征参数,通过大涡模拟模型研究其对混合均匀性的影响规律。结果表明:微混喷嘴内预混距离增加,燃料与空气的掺混空间扩大,混合特性明显提升;在较大的射流动量比下,燃料与空气掺混更加剧烈,混合质量上升;燃料入口流速对于喷嘴混合性能的影响并不明显;雷诺数大于1×10^(5)时,喷嘴内流动达到第二自模化区,混合均匀度不再随雷诺数的变化而改变。通过特征参数对喷嘴的混合均匀度进行拟合,所得公式可在当量比为0.5~1.0、雷诺数大于1×10^(5)及入口空气温度为18~818℃时对混合均匀度进行准确预测。该公式可对微混喷嘴的混合特性进行初步计算,并为其结构设计提供参考经验。

摘要：为确保燃气轮机透平轮盘在实际工作中的性能和可靠性,综合考虑燃气轮机服役时轮盘伴随的多种不确定性因素,通过概率表征合理量化,采用主动学习克里金代理模型与蒙特卡罗模拟结合算法(AK-MCS),搭建了考虑多源混合不确定性的燃气轮机轮盘寿命预测代理模型,并对轮盘低周疲劳寿命可靠性进行了合理评估。建立了一套完整的轮盘低周疲劳寿命可靠性分析流程,完成了某型燃气轮机透平轮盘低周疲劳寿命可靠性评估及灵敏度分析。研究结果表明:轮盘的最大等效应力值为773.518 MPa,最大应变值为0.004 73,局部危险点位于轮槽第3根齿面下方的圆角处,寿命预测结果为1.177×10^(4)周。设计寿命为8×10^(3)周的条件下,得到透平轮盘的失效概率为0.043 1,可靠度为0.956 9。灵敏度分析结果表明,影响疲劳寿命最主要的参数是轮槽齿面接触压力及轮盘转速。研究结果展示了AK-MCS算法在轮盘可靠性分析中的应用优势,能为工程中轮盘的设计提供方法和参考数据。

摘要：飞机机身壁板裂纹扩展分析是飞机损伤容限设计的重要任务之一。从损伤容限试验与有限元仿真两方面分析了含纵向裂纹飞机机身内压壁板的裂纹扩展行为与剩余强度特征。采用卧式自平衡试验装置对机身壁板施加内压载荷,以分析壁板的损伤容限特性。并基于有限元方法模拟内压壁板裂纹尖端的应力场分布,基于断裂力学理论计算得到不同长度裂纹的等效应力强度因子和裂纹扩展分析结果。将裂纹扩展结果与试验结果进行对比,证明了分析方法的可行性,为飞机机身内压壁板的损伤容限分析提供参考。

摘要：针对智能车辆在结构化道路上,处理动态复杂场景能力较弱以及实时性差的问题,基于可达集的方法设计一种分层式时空耦合的轨迹规划方法,完成车辆在动态不确定场景下的轨迹规划。首先,根据自车与周围的障碍物状态信息,预测障碍物在未来一段时间内的位置分布概率,基于可达集的方法计算各时刻的可达区域,得到最优行驶走廊及一条初始轨迹。其次,利用二次规划的方法在最优行驶走廊内根据初始轨迹进行优化,求解出一条平滑轨迹,并对该轨迹进行跟踪行驶。最后,利用PreScan、CarSim和Matlab软件搭建仿真平台,在动态复杂交通场景下进行仿真分析,并在实车平台上进行避障测试。结果表明,所设计的规划方法能够有效处理动态不确定场景,在保证安全性的前提下能够规划出高效的通行轨迹,同时也能兼顾预测准确度与实时性。

摘要：基于SiC串联器件的双有源桥变换器因具有开关损耗小、功率密度高、能量控制简单等优势,有望成为中压变换场景中实现高频隔离的优选方案。为保证SiC串联器件的可靠均压,各器件上并联大容值缓冲电容,然而该设计使变换器在传输功率较低时难以实现零电压开通,严重影响变换器的整体效率和串联器件的可靠运行。该文通过构建SiC串联器件型中压双有源桥变换器多模态运行模型并深入分析其运行特性,提出一种基于等效励磁电感的无源软开关技术。所提技术可通过优化外接传输电感位置的方式实现中压侧等效励磁电感参数调节,从而在无额外控制前提下实现SiC串联器件的软开关范围扩展。最后,设计了4 kV/1 kV实验样机,实现了100 kW下运行。实验结果显示,所提出的软开关技术能显著地扩展变换器中SiC串联器件的软开关范围,在保证SiC串联器件均压稳定性的同时能够大幅降低变换器在轻载运行时的功耗。

摘要：针对燃烧室与透平冷气掺混导致实际二次流发展及端壁冷却性能偏离设计值的问题,综合考虑燃烧室百叶冷气尾迹与双排孔射流,数值研究了多源冷气射流在燃烧室与透平交界区的掺混机制,分析了其对透平静叶端壁气膜冷却与流动特性的影响规律。研究结果表明:空腔涡卷吸大部分百叶冷气,并跨越双排孔冷气向下游发展,马蹄涡卷吸限制大部分双排孔冷气,并向空腔涡外侧发展;当双排孔冷气吹风比M_h=0.5,1.0较小时,马蹄涡导致冷气形成楔形高冷效区域,空腔涡的附着侧和分离侧分别产生了高、低冷效区,随着百叶冷气吹风比M_l的增加,空腔涡强度显著降低,导致位于楔形中心的分离侧冷却效率有所提升;当双排孔冷气吹风比M_h为1.5时,双排孔冷气部分跨越马蹄涡,静叶端壁可实现完全冷气覆盖,此时百叶冷气吹风比M_l从0.5增加到1.5,静叶端壁平均冷却效率可从0.4提升到0.63。该研究为考虑燃烧室与透平交界区实际流动掺混情况的静叶端壁冷却结构与布局设计提供理论基础。

摘要：为厘清联合成型设计空间各造型方法对涡轮叶栅性能提升的贡献,将基于总变差分析的全局敏感性分析方法与平行坐标系及直方图、散点图等可视化技术相结合,提出了将多源数据挖掘信息进行融合的设计空间知识挖掘框架,并利用该框架对某小展弦比叶栅端壁/叶身联合成型设计空间进行知识挖掘。结果表明:叶栅气动损失增减对基元型线微调十分敏感;非轴对称端壁所带来的损失减少量与型线微调接近,但设计空间内不同非轴对称端壁样本性能波动较小,导致其重要性被全局敏感性分析方法低估;虽然单独采用弯叶片难以整体降低小展弦比叶栅损失,但将弯、型线微调和非轴对称端壁造型相结合可获得“1+1+1>3”的性能增益;在端壁/叶身联合成型设计空间内,将基元型线朝着后加载方向微调,并采用喉部附近下凹较深的非轴对称端壁造型及反弯叶片设计,可获得气动损失较小的叶栅设计。研究结果明晰了端壁/叶身联合成型设计空间优化解特征,可为类似小展弦比叶栅设计优化提供借鉴。

摘要：重型燃气轮机联合循环效率可超过60%,是一种高效率的热功转换设备。燃气轮机具有的优异调峰能力使其在以新能源为主体的新型电力系统中发挥越来越重要的作用。概述了重型燃气轮机压气机的工作特点、结构特征和主要技术指标,重点介绍了国际主流燃机厂商典型型号压气机研制及技术进展。总结了重型燃气轮机压气机设计体系的研究进展,并基于我国重型燃气轮机研制现状,对标先进重型燃气轮机技术发展趋势,提出了通流气动布局优化技术、高性能叶型技术、跨音级叶片全三维设计技术、高度集成设计系统等重点技术发展方向。

摘要：增材制造以其全数字化加工方式可为数字孪生模型提供可靠的数据支撑;数字孪生有助于增材制造在设计、制造、服务等过程中充分发挥其不同于传统制造的优势,二者的结合在工业制造领域受到广泛关注。以总结数字孪生在增材制造中的实施方法为目的,介绍了数字孪生的概念和发展历程,分析了增材制造中实施数字孪生的关键技术;基于数字孪生对于增材制造全生命周期过程的应用潜力,从设计、制造、质量检测以及服务4个阶段阐述了国内外相关研究的方法和侧重点。展望了粘结剂喷射工艺中实施数字孪生的挑战,并提出了针对其的一种数字孪生技术路线。最后总结了增材制造中实现数字孪生存在的难题以及未来的发展方向。

摘要：发展一种大规模并行拓扑优化框架,以最大化三维薄壁填充结构特征频率。通过两步滤波法描述薄壁区与填充区,建立以特征频率为目标、质量分数为约束的薄壁填充结构拓扑优化模型。基于PETSc和SLEPc软件包实现滤波方程和广义特征值方程的高效并行求解。推导特征频率和结构质量关于设计变量的灵敏度,并提交移动渐进线法(Methodofmoving asymptotes,MMA)求解器更新设计变量,直至算法收敛。在拓扑优化中,结合基于模态置信准则(Modal assurance criterion,MAC)的模态追踪方法以解决模态切换问题。研究具有不同质量分数约束的数值算例,以验证算法的有效性。最后,实现具有70万自由度的三维薄壁填充结构拓扑优化设计,分析CPU核数对算法性能的影响:与12核相比,使用28核的计算时间减少了43.7%。扩展薄壁填充结构拓扑优化方法以适用于特征频率最大化和大规模并行计算,为复杂装备结构轻量化设计提供有效的思路。