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  • 论文全文 - 设计智能制造2023学术年会 数字化设计与仿真技术
    超临界CO2布雷顿循环在内燃机余热发电方面具有广阔的应用前景。研究动态运行参数对超临界CO2循环系统的影响规律,是充分利用化石燃料燃烧高温烟气余热并保证机组高效平稳运行的必要条件。通过搭建大型船舶的超临界CO2余热回收动态系统模型,就不同扰动下系统的瞬态响应特性和物性剧烈变化对系统动态性能的影响进行讨论分析。结果表明,热源输入增加和冷却水质量流量减少会使系统整体运行温度升高,但低压侧参数对动态扰动的敏感性较低,有利于机组维持稳定;反之,系统整体温度下降,压缩机入口工质处于两相区,影响系统性能。透平转速对系统性能影响相比于主压缩机转速的影响可以忽略,所获得的动态分析结果可为控制策略建立提供基础。
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  • 论文全文 - 设计智能制造2023学术年会 数字孪生与智能制造技术
    液滴撞击高温壁面现象普遍存在于日常生活及工业活动中,探究液滴撞击高温壁面后运动形态及运动特性,有利于加深人们对液滴撞壁运动规律的理解,从而为实现控制液滴撞壁过程提供重要依据。本文以亚毫米级液滴为研究对象,搭建了一套亚毫米级液滴碰撞高温壁面实验平台,分别针对不同直径、不同速度以及不同物性的单液滴撞击高温壁面的运动特性进行实验研究。结果表明,不同尺寸(64~1040μm)和不同速度(0.04~4.76m/s)的亚毫米级无水乙醇液滴撞击高温壁面后主要以“反弹”和“破碎”运动为主;反弹运动中,液滴初始直径增加不利于液滴反弹,液滴初始撞壁速度增加有利于液滴反弹;破碎运动中,液滴初始直径和液滴初始撞壁速度的增加均有利于液滴破碎。不同物性液滴以相同条件撞击280℃高温壁面时会出现不同现象:无水乙醇液滴会出现“反弹”和“破碎”,柴油液滴会出现“铺展-收缩-铺展”和“破碎”,二硝酰胺铵液滴则会出现“反弹”、“沸腾飞溅”及“破碎”现象。在其它实验条件不变的前提下,粒径和速度均较小的亚毫米级液滴撞击高温壁面后,与粒径和速度均较大的亚毫米级液滴相比,其无量纲湿润长度会呈现出明显的不同。
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    采用射流线性稳定性分析方法,考虑液体黏性、周围气流的同轴旋转运动及可压缩性的条件下,建立了描述同轴旋转可压缩气流中黏性液体射流的数学模型并进行了验证,研究了气流无量纲旋转强度及流体物性对液体射流不稳定形态的影响。研究表明,周围气流的旋转速度较小时,对射流起促稳作用,继续增大气流无量纲旋转强度,开始对射流起促分裂作用;且随着气流旋转强度的增大,射流扰动沿周向方向发展,射流柱变的高度不对称。在本文研究参数范围内,气体可压缩性、气液密度比以及表面张力均能促进射流的失稳,且会影响射流空间形态,尤其是在周向方向上能够改变射流的占优模式,增强射流的不对称性;气液之间的表面张力在较小时有利于射流的失稳,且增大表面张力,射流的不对称性减弱
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  • 论文全文 - 设计智能制造2023学术年会 数字孪生与智能制造技术
    训练驾驶员操纵离合器、油门踏板等装置的能力,对驾驶员的驾驶训练评价具有指导意义。本文基于GT-SUITE软件搭建了整车行驶仿真模型,并验证了整车仿真模型的准确性;在此基础上,通过输入驾驶行为参数,模拟不同驾驶员意图,进行车辆原地起步加速仿真计算,讨论了油门踏板和离合踏板踩踏、松开速度对车辆行驶状态的影响。研究结果表明,随着踩踏或松开离合踏板时间的增加,起步加速至32km/h的时间会增加。其中,换挡过程中踩下离合踏板时间相同时,完成任务时间与松开油门踏板时间呈负相关。综合考虑提升车辆动力性和确保驾驶员基本舒适性,得到t1~ t6的参考值分别为:t1=0.1s,t2=0.5s,t31=0.1s,t32=0.9s,t4=0.1s,t5=0.5s,t 61=0.1s,t62=0.7s。
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    针对混合动力装甲车辆的研发成本高,时间长等问题,采用Simulink软件对装甲车辆混合动力系统进行了建模仿真,结合相关理论公式及试验标定数据对其主要部件如驱动电机、发动机、发电机、动力电池进行了模型建立。仿真结果研究表明,仿真模型可以对实车的动力系统进行模拟运行,完成经济性试验和和实时输出各部件工作特性参数的功能,该模型可以作为动力系统能量管理策略研究和部件参数优化的基础,对车辆前期开发阶段快速确定整车能量传递,提高匹配该系统车型的经济性具有重要意义。
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    氢气是一种清洁、可再生的能源,同时也是内燃机的替代燃料。与缸内直喷相比,进气道喷射是一种技术难度低、结构简单的方案。以单缸、四冲程、自然吸气的进气道喷射发动机为研究对象,进行了单喷嘴、双喷嘴的燃烧特性对比研究。基于原汽油机的机型,改造为燃氢发动机,并搭建了单缸氢气发动机试验台架,试验的转速区间为1500~4000rpm、平均有效压力(BMEP)为0.25~0.35 MPa,对比研究了单、双喷嘴对发动机性能的影响,压力、放热率等燃烧特性的影响,以及不同工况下循环变动(COV)的影响。实验结果表明,氢气喷嘴的数量对发动机性能有显著影响。双喷嘴能提供更多的氢气,大幅提升发动机性能;在进气道喷射发动机机中,双喷嘴可以减小氢气的进气道堵塞,使得氢气和空气混合气更加均匀,燃烧过程更加柔和;此外,双喷嘴在减小燃烧循环变动有着良好的表现
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    文章以某种无人机供电吊舱发电系统的汽油机为研究对象,建立了一种基于MATLAB/SIMULINK的汽油发动机仿真模型。首先通过需求分析,得出不同海拔下和负载扭矩突增突卸后发动机的指标要求。其次构建仿真模型,介绍汽油机模型的各个组成部分并集合成整体建模进行分析。最后进行仿真实验,实验结果表明所建立的汽油机模型在变海拔工况时输出功率符合相应指标要求,以及突增突卸15 N·m负载,转速波动≤30%,为后续与发电系统集成提供了很好的汽油机模型基础。
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    文章以某船舶直流电力系统为研究对象,针对变工况下定速柴油发电机组油耗高的问题,提出利用变速柴油发电机组快速调整转速以适应负荷变化,使发动机运行在最佳经济转速范围内,以提高燃油利用率,降低船舶营运成本。在Simulink中建立了变速柴油发电机组系统模型,并进行典型工况仿真。仿真结果表明搭建的变速柴油发电机模型在变工况下电压波动能够满足规范要求,仿真实验中不同负荷下的燃油消耗量曲线,证明变速发电相较于定速发电可以很好的改善燃油经济性、降低噪音和排放。
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    为了改善某款国产SUV车内发动机噪声声品质,提出多通道前馈式主动声音管理模型,可以针对性改变车内不同阶次噪声来提高车内声学舒适性。该方法主要包括声音设计阶段和控制阶段。声音设计阶段对发动机噪声不同阶次噪声进行声品质设计,控制阶段通过前馈算法对发动机阶次噪声进行控制。本文通过仿真模拟分析主动声音管理模型的控制性能和鲁棒性。仿真结果表明在不同发动机转速的工况下,该主动控制系统可以实现车内特定位置处发动机各个窄带分量进行特定的衰减或增益,同时不会对其他频段内的噪声显著放大,系统在整个控制阶段保持稳定。
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    针对发动机主轴承可靠性计算效率和精度难以平衡的问题,提出了一种有效的主轴承可靠性分析方法。首先,基于发动机整机性能分析模型和动力学模型得到主轴承时变载荷;然后,基于自适应Kriging模型建立了一种制造尺寸、材料特性、工况载荷等不确定参数和主轴承磨损之间的代理模型;最后,将代理模型与主轴承时变载荷相结合建立了一种考虑多源不确定因素的时变可靠性方法,并对某型号发动机主轴承的时变可靠性进行了分析。通过分析发现,该方法的平均误差约为4.03%,另外,在同时考虑多源不确定因素和时变载荷的作用下,发动机主轴承的MTTF为1.79×104 小时。
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