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一种高负荷跨音速向心式蒸汽透平的气动设计

一种高负荷跨音速向心式蒸汽透平的气动设计

作者：白宗良中国科学院研究生院（工程热物理研究所）

学位级别：硕士

在太阳能光热发电系统中,太阳能集热板的面积限制了锅炉的负荷,如果保证了较高的蒸汽初参数则往往导致蒸汽流量很小。向心式蒸汽透平相比于轴流式透平具有体积小、转速高、结构紧凑的特点,更加适用于这种小容积流量、高比焓降的场合。... 详细信息

在太阳能光热发电系统中,太阳能集热板的面积限制了锅炉的负荷,如果保证了较高的蒸汽初参数则往往导致蒸汽流量很小。向心式蒸汽透平相比于轴流式透平具有体积小、转速高、结构紧凑的特点,更加适用于这种小容积流量、高比焓降的场合。特别是随着材料及制造工艺的发展,向心式蒸汽透平的开发越来越受到人们的重视。本文针对某MW级塔式太阳能光热发电系统设计了一种部分进汽的跨音速向心式蒸汽透平。所设计的蒸汽透平在流量仅为2.33kg/s、压比为3.36的工况下仍有较高的效率,总效率为86.97%。本文使用一维设计与CFD数值模拟相结合的方法对向心透平进行了气动设计,研究了不同的导叶叶型、动叶叶片角、动叶数对透平性能的影响。结果表明,本文所采用的楔状对称叶型导叶可以利用其斜切部分来实现汽流的跨音速流动,且其对来流方向的适应性较好;叶片角分布对透平内部流动具有巨大的影响,合理的叶片角分布可以有效的控制流动分离;增加透平动叶数可以有效的抑制通道内的分离、降低流动损失,但是由于叶片数目的增加也会带来摩擦损失的增加,并且造成有效流通面积的减少,因此导致流通能力降低,流量下降。数值模拟结果与设计值吻合说明所设计的向心透平满足设计要求。作者还采用全三维数值模拟方法,对所设计的向心透平在部分进汽情况下的流动进行了非定常数值模拟,以期了解部分进汽对透平性能的影响。最后,使用有限元软件ANSYS对叶轮进行了静强度分析,结果表明使用钛合金TC4可以满足叶轮的强度要求。本文所设计的向心透平已由合作企业开始生产样机。

关键词：光热发电向心式蒸汽透平气动设计数值模拟部分进汽强度分析

基于温度插值技术的潜艇热尾流浮升规律及海面热特征仿真方法研究

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红外技术 2019年第11期41卷 1039-1046页

作者：周哲白宗良史径丞熊晓菲中国舰船研究设计中心湖北武汉430064 陕西合众全兴防务科技有限公司陕西西安710000

热尾流的浮升规律及海面热特征是潜艇红外探测的基础。本文针对海水恒温,且潜深和航速影响较大情况下,排水法难以得到充分发展的海面热尾迹问题,提出基于温度插值技术的潜艇热尾流浮升规律及海面热特征仿真方法。利用FLUENT仿真软件的k... 详细信息

热尾流的浮升规律及海面热特征是潜艇红外探测的基础。本文针对海水恒温,且潜深和航速影响较大情况下,排水法难以得到充分发展的海面热尾迹问题,提出基于温度插值技术的潜艇热尾流浮升规律及海面热特征仿真方法。利用FLUENT仿真软件的k-ε流动传热模型和数据插值模块,对比分析了不同航速、排水温度及排水量工况下,排水法和温度插值法得到的海面热特征分布及热尾迹最大温差。结果表明:温度插值法适应性强,可捕捉不同阶段热尾流的瞬时变化,仿真精度基本不受计算域范围的制约,相对误差稳定在19%~29%之间。该方法可为潜艇热尾流的高精度数值预报研究提供有力支撑,为红外探测与反演定位提供参考与借鉴。

关键词：红外插值法潜艇热尾流浮升海面热特征红外探测

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潜艇通海阀内流场仿真与优化设计

舰船科学技术 2016年第3期38卷 41-44,49页

作者：白宗良段晨孙瑞康周睿常华伟中国舰船研究设计中心湖北武汉430064 武汉第二船舶设计研究所湖北武汉430064 华中科技大学能源与动力工程学院湖北武汉430074

采用CFD方法研究某新型直角通海阀的内部流场特性,并基于模拟结果,采用三种措施对阀门流道进行优化设计。经优化后,不同流量下进水工况的总压损失减小了14.5%～23.46%,出水工况的总压损失减小了24.6%～29.6%。根据JB/T 5296-1991进行的... 详细信息

采用CFD方法研究某新型直角通海阀的内部流场特性,并基于模拟结果,采用三种措施对阀门流道进行优化设计。经优化后,不同流量下进水工况的总压损失减小了14.5%～23.46%,出水工况的总压损失减小了24.6%～29.6%。根据JB/T 5296-1991进行的流阻试验发现,通海阀进出口压差的试验值与计算值误差不超过12%,验证了数值计算的可靠性。

关键词： CFD 通海阀优化设计试验

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舰船用隔热绝缘材料研究现状

舰船科学技术 2016年第10期38卷 1-6页

作者：段晨国占东白宗良周爱民余涛徐宇哲武汉第二船舶设计研究所湖北武汉430064 中国舰船研究设计中心湖北武汉430064

舰船用保温绝缘材料的相关研究在船舶设计及建造过程中长期受到学者们的关注。隔热绝缘材料性能的优劣不仅影响到舰船的居住环境、安全性和服役寿命,甚至关系到部队的战斗力。本文首先对材料的隔热保温原理进行分析,并依据材质的不同对... 详细信息

舰船用保温绝缘材料的相关研究在船舶设计及建造过程中长期受到学者们的关注。隔热绝缘材料性能的优劣不仅影响到舰船的居住环境、安全性和服役寿命,甚至关系到部队的战斗力。本文首先对材料的隔热保温原理进行分析,并依据材质的不同对舰船领域涉及到的无机、有机、气凝胶超级隔热材料及由上述材料复合而成的复合隔热材料的种类、组成、性能及应用进行回顾总结;其次对舰船用隔热保温材料尚需解决的问题进行分析,并对其未来发展方向进行展望。

关键词：隔热保温无机材料有机泡沫材料气凝胶复合材料

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基于CFD的潜艇排放口结构优化与仿真分析

舰船科学技术 2020年第5期42卷 66-70页

作者：周哲白宗良赵德涛熊晓菲史径丞中国舰船研究设计中心湖北武汉430064 陕西合众全兴防务科技有限公司陕西西安710000

潜艇的排放口结构对排放冷却水的热分布规律有直接影响,因此排放口结构优化对潜艇红外隐身同样具有重要意义。根据计算水动力学和传热学等相关理论,建立了潜艇冷却水排放过程的数学模型,基于标准k-ε模型和有限体积法进行CFD数值模拟。... 详细信息

潜艇的排放口结构对排放冷却水的热分布规律有直接影响,因此排放口结构优化对潜艇红外隐身同样具有重要意义。根据计算水动力学和传热学等相关理论,建立了潜艇冷却水排放过程的数学模型,基于标准k-ε模型和有限体积法进行CFD数值模拟。对比分析了圆形、长圆形等不同排放孔形状和不同疏密程度的排放孔排布时,排放口壁温与热尾流温度的分布特性。仿真结果表明,长度方向与航行方向平行的长圆形排放孔和采用交叉排列形式均有利于冷却水热尾流的热量扩散,更有利于潜艇的红外隐身。

关键词：潜艇排放口结构优化 CFD 热尾流红外隐身

菱形传动β型斯特林机的动力学与热力学耦合分析

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舰船科学技术 2016年第1期38卷 57-61页

作者：唐熊辉段晨白宗良周爱民余涛徐宇哲海军驻431厂军事代表室辽宁葫芦岛125004 武汉第二船舶设计研究所湖北武汉430064 中国舰船研究设计中心湖北武汉430064

斯特林发动机是一种能以多种燃料为能源的闭循环回热式发动机。本文研究一种β型斯特林发动机的动力学与热力学耦合分析模型。该耦合模型中考虑发动机的热损失以及不可逆性,以期能够得到更加接近实际工况的数据。通过数值模拟,分析回热... 详细信息

斯特林发动机是一种能以多种燃料为能源的闭循环回热式发动机。本文研究一种β型斯特林发动机的动力学与热力学耦合分析模型。该耦合模型中考虑发动机的热损失以及不可逆性,以期能够得到更加接近实际工况的数据。通过数值模拟,分析回热器性能以及无益容积对发动机性能的影响。另外,研究得到不同几何参数下的发动机净输出功以及热效率,并评估传动机构、无益容积比以及回热器性能对发动机最大输出净功的影响。结果表明,发动机效率随着无益容积的增大而降低,随着回热器性能的降低而降低。

关键词：斯特林发动机菱形传动动力学-热力学耦合模型无益容积热效率

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自适应门控低信噪比非视域成像

物理学报 2025年

作者：李敏罗一涵李泰霖赵开元谭毅谢宗良中国科学院光场调控科学技术全国重点实验室中国科学院光束控制重点实验室中国科学院光电技术研究所中国科学院大学

非视域成像技术是对视域外隐藏目标进行光学成像的新兴技术。由于历经多次漫反射，信号回波微弱，门控SPAD在低信噪比环境中探测信号发挥了重要作用。然而，实际使用门控SPAD进行目标信号探测时，现有方法多需要借助先验信息进行门宽位... 详细信息

非视域成像技术是对视域外隐藏目标进行光学成像的新兴技术。由于历经多次漫反射，信号回波微弱，门控SPAD在低信噪比环境中探测信号发挥了重要作用。然而，实际使用门控SPAD进行目标信号探测时，现有方法多需要借助先验信息进行门宽位置预设，无法完全避免非目标信号干扰和信号丢失，并且存在数据采集量大、耗时长等问题。针对上述问题，本文利用三角定位原理和少量特征点信息，提出一种自适应门控算法，该算法可自动识别回波信号并计算其宽度，无需额外先验信息或人工干预，降低数据采集量，提高处理效率等功能。同时，搭建了基于门控SPAD的共焦非视域成像系统，对提出的算法进行验证。此外，本文就门控SPAD对目标信号提升效果和目标成像质量进行了定量评估，并对比了主流的非视域图像重构算法成像质量。实验结果表明，自适应门控算法可以有效识别回波信号，实现门控参数的自动调节，并在减少数据采集量、提升处理效率的同时，提高目标成像质量。

关键词：非视域成像自适应门控信噪比

基于改进最小边际代价算法的多USV多AUV任务分配

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控制与决策 2025年第1期40卷 119-127页

作者：白小山佘桉奇郑心泉吴宗泽深圳大学机电与控制工程学院燕山大学电气工程学院

随着自主水下机器人(AUV)和无人水面艇(USV)在民用和军事领域的应用不断扩展, USV与AUV协同完成相关任务的作业模式受到了广泛关注.针对多USV和多AUV协同访问多目标点的任务分配问题进行研究,旨在最小化多USV和AUV系统访问所有目标点的... 详细信息

随着自主水下机器人(AUV)和无人水面艇(USV)在民用和军事领域的应用不断扩展, USV与AUV协同完成相关任务的作业模式受到了广泛关注.针对多USV和多AUV协同访问多目标点的任务分配问题进行研究,旨在最小化多USV和AUV系统访问所有目标点的总旅行距离.首先,建立考虑通信约束和AUV最大航程约束的多USV多AUV协同多点访问任务分配问题的数学模型,并对问题的NP-hard属性进行分析.其次,提出一个两阶段任务分配算法:1)先利用最小边际代价算法构建各USV访问完所有水面目标点的路径,再采用最近插入策略分配水下目标点; 2)通过多个邻域搜索算子对初始解进行优化,得到可行最终解.相对于已有流行的自组织映射算法,仿真实验表明所提出任务分配算法能在较短计算时间内得到质量较优的任务分配方案.

关键词：任务分配 USV-AUV协同启发式算法协同控制邻域搜索通讯约束

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基于K-means/RPF的大型遮蔽空间人员定位算法

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传感器与微系统 2025年第1期 157-160+164页

作者：白泽坤苏中吴学佳北京信息科技大学高动态导航技术北京市重点实验室

针对大型遮蔽空间惯性/地图匹配算法中粒子贫化和子粒子群迷路效应导致定位精度下降的问题，提出一种基于K-means聚类的回溯粒子滤波(RPF)人员定位算法。首先，用行人航位推算(PDR)中航向更新、步频检测及步长估计得到初始运动轨迹；然... 详细信息

针对大型遮蔽空间惯性/地图匹配算法中粒子贫化和子粒子群迷路效应导致定位精度下降的问题，提出一种基于K-means聚类的回溯粒子滤波(RPF)人员定位算法。首先，用行人航位推算(PDR)中航向更新、步频检测及步长估计得到初始运动轨迹；然后，设计RPF算法，提高存活粒子有效性和多样性，缓解粒子贫化，提高人员定位精度；最后，通过K-means聚类算法解决子粒子群的迷路效应，修正人员轨迹出现在非可行域的现象。实验结果表明：本文算法抑制了粒子贫化和子粒子群迷路效应，人员平均定位误差相比惯性定位和标准粒子滤波降低了81.20%和51.48%。

关键词：大型遮蔽空间 K-means聚类回溯粒子滤波粒子贫化迷路效应