摘要：针对双层壁在曲面条件下的内、外流动与冷却耦合特性不明晰的问题,在3种典型冷气吹风比0.4、0.6和0.8下,采用共轭传热数值模拟方法及实验验证,研究了平面和凹、凸曲面双层壁的内、外流动相互影响规律和综合冷却特性。结果表明,曲面显著改变了双层壁的孔内入侵、冲击腔室横流和外壁冷气贴壁特性。低吹风比下,凹面双层壁的气膜孔出流面积最大,冲击驻点区域的冷气横流强度和换热效果显著提升,外壁平均综合冷效能够达到0.54;凸面双层壁的下游气膜冷却和冲击冷却有所增强,同时主流入侵能够到达气膜孔下部;高吹风比下,凹面双层壁气膜孔下方冷气出流区的二次涡面积最大,出射角增加导致气膜孔下游冷却效率略低;凸面双层壁冲击腔内冷气向上游回流最弱,在冲击腔内获得最强的横流累积效果,凸壁面平均综合冷效在第4排孔能达到0.73。研究结果对于叶片等曲面部件的双层壁结构布局设计具有指导意义。

摘要：基于金属基底-介质层-金属阵列的多层结构,以三角柱-圆柱金属阵列为核心,提出了铬基超材料吸收-发射器对以同步实现太阳能全谱段吸收和光谱调制。围绕对光波的吸收、发射性能及其温度场的演化,建立了光热耦合计算模型并开展了系统研究。首先,在入射太阳能波段为300~2500 nm、吸收器三角柱边长为50~300 nm、圆柱高度为10~100 nm条件下开展了吸收性能模拟;其次,在发射器基底边长为1000~2000 nm、三角柱高度为10~500 nm、圆柱高度为30~500 nm条件下开展了发射性能模拟;最后,在入射功率为3~15 MW·m^(-2)条件下进行了温度场的演化计算。研究结果表明:吸收器光谱吸收率与太阳光AM1.5吻合,总体吸收率在0.88~0.90之间,且随阵列柱体几何结构、材质无明显变化,这有利于降低制造成本和工艺难度;发射器光谱发射率与1500~2000 K时的黑体辐射力曲线基本吻合,在1450~2000 nm的区间发射效率为0.50~0.99,实现了光谱调制,其中三角柱高度与发射器自身温度是影响发射效率的关键因素;吸收-发射器对的总体光谱调制效率为0.18~0.67,在合理设计发射器表面几何结构的基础上,通过强化吸收来提高发射器温度,这是提升光谱调制效能的根本途径。研究结果可为光谱调制元件的设计和运行提供一定的参考。

摘要：核反应堆中极高参数条件下换热系数(Coefficient of Heat Transfer,HTC)的准确预测对反应堆的设计及运行至关重要,但因涉及不同流型的多重因素影响的复杂情形,物理机理仍不完全明晰。由于缺乏满足实际反应堆高温高压下的参数实验数据,而严重依赖实验数据的半经验关系式很难满足核反应堆高精度数值计算的要求。深度学习算法能够有效预测和解决复杂的非线性问题,但存在外推性能差以及过拟合等不足。本研究采用先验物理信息Jens-Lottes关系式、Thom关系式与机器学习算法中多层感知机(Multi-layer Perceptron,MLP)、反向传播神经网络(Backpropagation Neural Network,BPNN)和随机森林(Random Forest,RF)相结合的方式开发HTC预测模型,基于圆管通道HTC实验数据训练神经网络并进行验证,对6种不同的物理信息机器学习(Physical Information Machine Learning,PIML)算法模型的适用性以及预测精度进行评估。结果表明:(1)基于Jens-Lottes关系式与RF相结合的模型为最佳预测模型,对实验数据的预测平均相对误差为3.17%,且模型可扩展范围占总适用范围的63.6%,具有良好的外推适用性(;2)使用基于物理信息机器学习算法能够有效提高关系式的计算准确度,基于Jens-Lottes关系式与RF相结合的模型相比于经验关系式评价相对误差降低了24.5%。本研究结果为说明采用物理信息机器学习算法对核反应堆热工参数经验关系式的计算可提高精度并扩大适用范围提供了参考依据。

摘要：针对叶轮这一类循环周期对称结构在服役中常出现的局部损坏及振动局部化问题,在链式周期结构的能带理论基础上,通过建立环向周期结构原胞中弹性波传播问题的计算方法,得到了整体循环对称结构的能带结构及其独特动力学特性,并揭示了振动局部化的形成机制.首先,采用Euler-Bernoulli梁模型和Kirchhoff板模型对离心叶轮较薄的区域进行力学建模,同时根据对应的力学假设和边界条件对弯曲波方程进行求解;进一步,推导出了弯曲波沿周向波导传播的传递矩阵并计算了有限空间Lyapunov指数,结果表明:经典Euler-Bernoulli梁模型无法准确描述弯曲波沿周向波导的传播规律,而Kirchhoff板模型可以在较宽的范围内给出5000 Hz附近的带隙;最后,采用有限元方法对离心叶轮结构的能带结构进行了数值计算,并对计算结果进行了分析研究.结果表明:该离心叶轮中存在能带结构,并具有3个“驻波型”带隙和1个“局域共振”带隙.其中,“局域共振”带隙的存在是离心叶轮中出现振动局部化现象的原因之一,即当外界作用在离心叶轮上的激振力频率落入“局域共振”带隙范围内时,弯曲波在周向的传递受阻,能量聚集于部分叶片上,表现为“周期性循环对称破缺”.研究结果揭示了循环对称结构动力学的独特特性,能够为进一步完善离心叶轮的减振及气动/结构协同设计准则提供理论基础.

摘要：为了确保绝热-等温压缩空气储能系统连续稳定运行,提出了一种耦合缓冲罐的绝热-等温压缩空气储能方法,建立了耦合缓冲罐系统的动态热力学模型,并搭建实验平台对模型进行了验证,揭示了缓冲罐内空气温度及压力的动态演化机理,探究了缓冲罐设计参数对系统性能的影响规律。研究结果表明:耦合缓冲罐的绝热-等温压缩空气储能系统表现出较好的等温性能,循环过程中空气温度最大温差为30 K;耦合缓冲罐后,储能系统压缩机组的绝热效率提高8百分点;敏感性分析表明,储能功率的变化对储气室内空气热力学参数影响较小,缓冲罐体积随系统储能功率的增大而减小;储能规模的变化对储气室内空气热力学参数影响较小,储气室内空气温度变化呈周期性波动;为保持系统连续稳定运行,增大系统储能规模,缓冲罐体积会随之增加。研究为绝热-等温压缩空气储能系统连续、稳定和高效运行提供了新的方案。

摘要：针对具有主动加湿功能的风冷冰箱湿度分布难以精准动态预测这一问题,提出了将商业仿真软件和自编程相结合的风冷冰箱湿度场动态仿真通用模型,实现了风冷冰箱湿度场的精准预测。首先,以某型风冷冰箱冷藏室为研究对象建立物理模型;其次,基于分布参数法和多孔介质模型,建立蒸发器数学模型,计算湿空气流经蒸发器时的压降、换热量和结霜量,并根据风冷冰箱的实际运行状态,建立加湿器以及风机等部件的仿真模型;最后,根据冷藏室控制策略,编写控制程序将冷藏室各子部件模型与冷藏室物理模型进行耦合模拟,实现湿度场的动态仿真,并采用实验数据对模型进行验证。研究结果表明:所提通用模型可精准预测风冷冰箱冷藏室温度和湿度的动态变化;与实验数据相比,一个启停周期内,计算得到的温度平均偏差小于0.7℃,相对湿度平均偏差小于5.1%;将加湿器挪至箱门中部的新方案,使得冷藏室的湿度变异系数从0.55减小到0.41,湿度均匀性得到明显改善。研究结果对风冷冰箱设计前期温度场和湿度场的预测及设计效率的提高具有重要意义。

摘要：叶栅端壁是航空发动机高压涡轮中流动结构与传热冷却特征最为复杂的区域之一。为提高采用轴向气膜冷却孔布局的原型涡轮端壁的综合冷却性能,本文依据各区域的流场结构和热负荷特性有针对性地进行局部高效气膜冷却强化设计,包括应用端壁通道进口空气幕冷却、扇形气膜孔以及等马赫数线优化布局等方法,使得冷气可以克服横流和二次流的影响,冷气附壁性和覆盖面积大幅提升。本文采用数值模拟方法在某型航空发动机高压涡轮真实进口条件下,验证了端壁改进冷却设计的耦合换热特性。与端壁原型冷却设计相比,在相同冷气消耗量下,端壁改进冷却设计在涡轮真实平均进口温度2150 K下实现了更低且更均匀的金属温度分布,有效消除了原型冷却设计中存在的局部高温热斑,端壁面积平均综合冷却有效度提升了14.2%。叶栅气动分析表明,端壁改进冷却设计还可以降低叶栅出口总压损失,改善叶栅气动性能。冷气流线分布规律表明,空气幕冷却在端壁应用中表现出良好的冷却性能;当空气幕冷气吹风比达到1.85时,可以克服端壁附近涡系的影响而达到尾缘区域形成冷却,并削弱二次流对压力面侧气膜冷却的不利影响;但当空气幕冷气吹风比达到2.12时则会由于过大的射流动量而脱离端壁表面,从而损失部分冷却效果,因此需要合理分配冷气用量。

摘要：核反应堆控制棒驱动机构是核反应堆中的重要组成部分,其状态检测对于保障核反应堆的安全运行具有重要意义。主要介绍了核反应堆控制棒驱动机构的组成和工作原理,以及常用的状态检测方法,包括振动监测法、射线探测法和电信号分析法等。在此基础上,重点介绍了电感法状态检测原理和电感测量检测方法,并通过试验验证了该方法的可行性和准确性。

摘要：设计和建立了高精度的球共振声学法气体音速测量装置 ,分析了实际的球共鸣器的结构对共振频率的影响 ,并给予了相应的修正 .测量了温度为 2 93 15K ,压力在 0 2MPa— 0 8MPa范围内氩气的音速 ,并根据音速数据确定了普适气体常数 .实验温度、压力和普适气体常数的不确定度分别为± 14mK ,± 2kPa和± 0 0 0 36 % .最终确定的普适气体常数R为 8 31439± 0 0 0 0 30J·mol- 1 ·K- 1 .

摘要：为探讨混流式叶轮内部的流动机理,设计了一半开式叶轮混流泵实验装置,利用PIV技术对设计流量及变流量工况下叶轮内部的流动进行了测量。时均速度场的相对速度分布表明,设计流量下从进口到出口压力面附近相对流速先降低后升高,吸力面先升高后降低。在叶轮出口沿叶高方向压力面附近变化不大,吸力面从叶根到叶顶逐渐降低,最小相对流速位于吸力面叶顶附近。小流量工况下在叶顶和中间叶高截面内会出现回流现象,叶轮内不同流道内相对流速分布趋势基本一致。