摘要：为了提升高负荷涡轮级的气动效率,发展了基于样条曲面的非轴对称端壁造型方法。以该参数化造型方法为基础,结合高效智能优化算法和经过校核的数值仿真方法,建立了涡轮非轴对称端壁设计优化平台,并以某小展弦比高压涡轮级为研究对象,以效率为优化目标,以流量为约束条件,在级环境和发动机工况下开展了非轴对称端壁优化设计。结果表明:优化设计后的涡轮动叶相对于参考设计,涡轮级的总总效率提升0.26%;非轴对称端壁造型改变了动叶下端壁附近的压力分布,动叶吸力面侧压力系数相对于参考设计显著提升,这降低了动叶叶片通道内的横向压力梯度,抑制了通道中的二次流动;非轴对称端壁造型改变了叶片通道中的涡系结构,相对于参考设计,非轴对称端壁造型使得马蹄涡压力面分支在叶片通道内部沿着叶片压力面迁移,在靠近通道出口的位置才汇入通道涡,这削弱了通道涡的强度,进而降低了气动损失,提高了涡轮级效率。

摘要：针对跨声速压气机叶栅风洞试验过程中存在的唯一冲角问题,通过开展不同来流马赫数以及不同背压条件下的平面叶栅风洞试验测量和数值模拟研究,阐明了高亚声和超声来流条件下跨声速压气机叶栅栅前流场唯一性不同的形成机制,分析了静压比对叶栅流动状态和激波结构的影响机制。研究结果表明:跨声速叶栅在低背压条件下叶栅内激波结构为双激波模式,表现为前缘脱体激波和通道正激波,随着背压的增加,通道激波位置逐渐前移并最终与脱体激波合并,形成单激波模式。超声速来流条件下,栅前流场参数受激波-膨胀波波系的影响呈现出波浪分布,其测量位置至少应距离叶栅前额线50%弦长。理论分析结果表明:跨声速叶栅的唯一冲角现象可扩展到高亚声速状态,但其物理机制有所不同,超声速状态下进口气流角取决于来流马赫数和叶栅入口几何形状,而亚声速状态下进口气流角取决于来流马赫数和叶栅喉部面积。随着静压比的提高,跨声速叶栅运行状态经历堵塞状态-溢出状态-设计状态的转变,在来流马赫数为1.10时总压损失系数由0.175递减为0.082,降幅超过50%。叶栅变背压试验结果表明,静压比超过1.379时流场三维效应增强,影响到叶栅流动的周期性,并且栅后节流板会干扰到尾迹参数的测量。该研究结果有助于理解跨声速叶栅运行状态、激波结构以及栅前流场唯一性机制,同时可对跨声速叶栅试验起到指导作用。

摘要：大巴山前陆冲断带处于秦岭造山带与四川盆地的过渡区,是四川盆地大中型油气藏探明储量的主要分布区,也是盆山耦合研究的典型区。该地区发育三套主要滑脱层,前人研究多以底层寒武系泥页岩和顶层上三叠统膏盐岩作为区域主控滑脱层,认为中间层志留系滑脱层使褶皱冲断带的构造样式复杂化,但是中间滑脱层对大巴山前陆冲断带的具体影响研究较少。本文通过物理模拟设计两组实验、四个模型,探讨了相同厚度的硅胶和玻璃微珠作为基底滑脱层时,中间滑脱层对于模型整体构造样式的影响,分析了其与基底及沉积盖层的相互作用。实验结果显示:①硅胶作基底滑脱层时,正向逆冲断层和反向逆冲断层数量相当,反冲断层多为自基底逆冲的断层。玻璃微珠作为基底滑脱层时,存在中间滑脱层的体系以正向逆冲断层为主,反冲断层多为浅部小型断层;②中间滑脱层的引入降低了整个体系的强度,使体系中构造变形更加复杂,模型中出现脱耦现象。中间滑脱层对前陆方向的变形起主导作用,促进了模型远端前陆方向的传播,垂向上沉积载荷的增大激活了中间滑脱层对挤压端构造样式的影响;③模拟表明,该地区志留系滑脱层使剖面出现脱耦,寒武系基底滑脱层为摩擦滑脱层,上三叠统之上发育较薄沉积盖层。

摘要：为了明确与倾斜碎软煤层开采条件相适配的煤与煤层气协调开发关键技术,基于倾斜碎软煤层群瓦斯难抽采与煤层群非对称采动特征,形成了与之匹配的非对称卸压时空协同“三孔四区五量”煤与煤层气协调开发模式,明确了非对称采动下煤与煤层气协调开发策略,阐明了井上下联合煤与煤层气协调开发时空协同机制。针对倾斜碎软突出首采煤层消突困难的问题,优化了倾斜碎软煤层下向长钻孔施工工艺,研制了钻头电磁波无线随钻测量系统,实现了更高精度的钻孔轨迹防偏。针对非对称采动区地面井防护缺乏针对性的难题,阐明了非对称采动覆岩卸压破坏时空演化特征,获得了非对称采动下覆岩采动裂隙演化特征,确定了倾斜煤层地面井井位安全位置,研发了能够兼顾地面井稳定性和抽采效率双因素的采动区地面三开套管结构。应用结果表明:时空协同的“三孔四区五量”模式能够实现煤层气高效抽采,保障倾斜煤层群的抽掘采接替平衡;倾斜煤层下向钻孔递进式抽采方式拓展了递进式抽采的应用范围,破解了倾斜煤层煤层气抽采过程中的时间不协调问题;优化后的采动地面井维稳结构能够适应非对称采动作用,实现了采动区地面井煤层气高效抽采。上述成果在新疆焦煤集团艾维尔沟矿区得到推广应用,初步形成符合艾维尔沟矿区主要高瓦斯矿区倾斜煤层特点的煤层气抽采关键技术和典型模式。

摘要：电弧熔丝沉积修复薄壁变宽度叶片时,控制尖角处熔塌和确保各层等高是一大技术难题。本文面向整体叶盘叶片损伤修复工艺技术需求,通过设计TC4钛合金叶片模拟件,进行机器人操作钨极气体保护电弧(Gas tungsten arc,GTA)熔丝沉积工艺技术研究。提出一种控形拘束片控制尖角处熔塌及沉积成形的方法。针对界面上散热条件的不同,结合脉冲电流工艺精确调控热输入分布,实现了首层至前5层沉积宽度及高度一致性良好的成形。此时沉积层成形宽度均匀,上表面高度波动范围在±0.12 mm。随后结合恒定工艺参数进行了40层沉积,沉积区壁厚控制精度为±0.17 mm,各层上表面成形基本平整。模拟修复件组织细小均匀,平均极限抗拉强度和伸长率分别达到基体的92.5%和94.7%,为叶片高精度修复奠定了工艺基础。

摘要：为精确设计燃气轮机二次空气系统,针对燃气透平动叶榫头/榫槽间隙内的流动与换热问题开展研究。以燃气透平动叶榫头/榫槽配合面S形间隙结构为研究对象,试验研究了榫头/榫槽装配间隙内的流阻与换热特性,并数值分析了其详细流动结构。首先,采用压力扫描阀和热色液晶测温技术测量了榫头/榫槽内的流阻和努塞尔数分布。然后,利用试验结果对所采用的数值计算方法进行了考核,并进行了网格无关性验证。最后,详细分析了5种雷诺数、5种结构参数榫头/榫槽高度及5种间隙宽度下榫头/榫槽装配间隙结构内部流动与换热特性。结果表明:在试验测量范围内,左侧壁面的平均努塞尔数始终比右侧高10%左右;随着雷诺数的增大,榫头/榫槽装配间隙的阻力损失系数和换热强度均逐渐增大,当雷诺数从15000增大到35000时,平均阻力系数增大了2倍,两侧面整体平均努塞尔数均增大了1.1倍;随着榫头/榫槽装配间隙相对高度的增大,阻力损失系数及壁面努塞尔数均逐渐减小;随着榫头/榫槽装配间隙宽度的增大,试验范围内平均阻力系数增大了30.7%,左右两侧面平均努塞尔数分别增大了95.5%和94.9%。

摘要：为解决传统牵引车车架轻量化设计中设计周期长、设计难度较大和过分依赖工程师经验等问题,提出了一种智能轻量化设计方法.首先,通过试验设计(Design of Experiments,DOE)联合仿真获取车架性能表格数据.其次,基于TabNet算法、贝叶斯优化算法和沙普利增量解释理论(SHapley Additive exPlanation,SHAP)构建出BS-TabNet模型,用于学习车架性能表格数据,生成车架代理模型.最后,采用莱维飞行策略对麻雀搜索算法(Sparrow Search Algorithm,SSA)进行改进,得到莱维麻雀搜索算法(Levy Sparrow Search Algorithm,LSSA),用于求解车架轻量化任务,找到最优车架结构参数.相较于传统机器学习算法,BS-TabNet模型在准确性、稳定性和可解释性三个方面都有着更高的评价,其准确度达到了0.98左右,稳定性提高50%以上,而且具有更强的可解释能力,解决了深度学习在表格型数据上表现较差的问题.相较于传统群智能优化算法,LSSA算法能够寻找到更好的优化结果,在满足其他性能要求的同时,实现了车架质量减轻5.64%的轻量化效果.智能轻量化设计方法将人工智能与车架轻量化设计相结合,能够节省大量设计时间,提高设计效率.

摘要：为进一步探索高性能离心压缩机的优化设计方法,以某气浮轴承离心制冷压缩机叶轮为研究对象,结合多层前向神经网络,发展了基于非支配近邻免疫算法的叶轮多目标优化策略。首先,采用免疫算法优化神经网络的隐含层结构,以提升其作为代理模型的非线性逼近能力;其次,以近喘振点、设计点、近堵塞点的多变效率最大为优化目标,采用免疫算法进行叶轮全工况性能寻优,并通过数值仿真对优化前、后叶轮的气动性能及流动特性进行了对比分析。仿真结果表明:采用免疫算法进行优化后,叶轮在近喘振点、设计点、近堵塞点的多变效率分别提高了1.8%、1.9%、4%,稳定运行工况范围明显拓宽;对比流场后发现,在90%叶高处,主叶片和分流叶片载荷从前缘至尾缘均明显增加,叶片做功能力增大;分流叶片进口倾角减小使得叶片进口冲击损失降低,流道内泄漏流与主流掺混现象明显减弱,叶轮内部流动更加均匀。研究结果验证了所提多目标优化策略的有效性。

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：为获得压气机叶片叶根轮槽区域的物理场分布状况、降低其型线优化的时间成本,提出一种叶根轮槽物理场预测模型及快速优化设计方法。选取叶根轮槽的关键几何参数作为设计变量和状态变量,建立了参数化模型;基于深度图卷积神经网络,构建了叶根轮槽区域物理场快速预测模型,通过对比有限元分析结果验证了模型的预测精度;基于预测模型和遗传算法,进行了叶根轮槽型线的快速优化设计。结果表明:利用所提预测模型对单个设计工况的分析相比于有限元分析的加速效果达到103量级,位移和应力预测值的变化趋势与有限元分析值的变化趋势一致,最大总位移的相对预测偏差在±1%范围附近,最大等效应力相对预测偏差在±5%范围内;优化后压气机叶片叶根轮槽的最大等效应力由240.96 MPa降低至206.37 MPa,减小了14.36%,优化效果明显。