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低参数条件下并联多通道间汽-水两相流密度波不稳定性分析

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动力工程学报 2024年第1期44卷 15-24页

作者：刘佳伦张永海陈勇强西安交通大学化学工程与技术学院西安710049 浙江先创能源科技股份有限公司浙江金华321000

建立了适用于并联任意多通道间汽液两相流密度波不稳定性分析的时域法计算模型,将并联通道内流动区域划分为一系列网格,建立质量、动量、能量守恒离散方程,考虑沿程两相工质物性变化。参考深度调峰低负荷条件下锅炉水冷壁相关参数,对低... 详细信息

建立了适用于并联任意多通道间汽液两相流密度波不稳定性分析的时域法计算模型,将并联通道内流动区域划分为一系列网格,建立质量、动量、能量守恒离散方程,考虑沿程两相工质物性变化。参考深度调峰低负荷条件下锅炉水冷壁相关参数,对低压力(p=8~10 MPa)、低质量流速(G=300~500 kg/(m^(2)·s))下并联多通道间密度波脉动特性开展计算分析。采用先增大后减小的线性分布规律近似模拟水冷壁管道壁面的轴向热流密度分布。结果表明:随着系统压力、入口工质质量流量的降低,系统稳定性逐渐降低;随着轴向热流密度分布不均匀度的增大,系统密度波脉动趋于发散,系统临界热负荷逐渐降低,系统趋于不稳定;系统临界热负荷随轴向热流密度分布不均匀度的变化趋势是非线性的。

关键词：深度调峰低负荷不均匀热负荷分布并联多通道密度波不稳定性时域法计算模型

液态金属快堆螺旋管蒸汽发生器一、二次侧耦合传热数值研究

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核技术 2024年第9期47卷 151-162页

作者：刘佳伦宁亮林金鹏辛杰李敏李会雄西安石油大学新能源学院西安710065 宁夏特种设备检验检测院银川750000 西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室西安710049

螺旋管蒸汽发生器是液态金属快堆中能量传递的核心设备,其运行的稳定性、安全性对核电站的运行有至关重要的影响。为此,本文构建了液态金属快堆螺旋管蒸汽发生器一次侧、二次侧耦合传热的三维数值模型,分别基于经济合作与发展组织核能署... 详细信息

螺旋管蒸汽发生器是液态金属快堆中能量传递的核心设备,其运行的稳定性、安全性对核电站的运行有至关重要的影响。为此,本文构建了液态金属快堆螺旋管蒸汽发生器一次侧、二次侧耦合传热的三维数值模型,分别基于经济合作与发展组织核能署(The Organisation for Economic Co-operation and Development,OECD/NEA)物性手册和美国国家标准与技术研究院(National Institute of Standards and Technology,NIST)数据库建立液态金属和水-水蒸气变物性计算关联式,采用Lee相变模型计算二次侧水-水蒸气蒸发过程中两相间的质量传递。基于实验数据,分别对本文模型一次侧传热以及二次侧传热的计算可靠性进行了验证。最后以铅铋快堆为例,研究了不同一次侧进口参数下蒸汽发生器一、二次侧之间的耦合传热特性,并与传统水冷堆进行了对比。结果表明:在同等条件下,相比于传统水冷堆,一次侧采用铅铋液态金属时,一、二次侧之间的壁面热流密度明显提升,热流密度峰值可达1439.97 kW·m^(-2),比水冷堆相应数值提升5~6倍,这导致二次侧管内气相蒸发过程明显加剧,体积含气率急剧上升;同时,一、二次侧之间的沿程热流密度分布更加不均匀,沿程热流密度分布相对偏差值比水冷堆相应数值增大3~4倍。随着一次侧进口铅铋温度从350℃增大到450℃,一、二次侧之间的壁面热流密度随之增大,对应的热流密度峰值从950.7 kW·m^(-2)增大到1439.97 kW·m^(-2),提升约1.5倍,同时一、二次侧之间的沿程热流密度分布更加不均匀,不均匀度增大20%。

关键词：液态金属快堆螺旋管蒸汽发生器三维耦合传热模型水-水蒸气两相流沸腾相变

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船舶远程驾驶人机主从博弈控制方法研究

交通运输系统工程与信息 2024年第3期24卷 21-31,74页

作者：李晨严新平刘佳仑黄亚敏李诗杰武汉理工大学水路交通控制全国重点实验室武汉430063 武汉理工大学交通与物流工程学院武汉430063 武汉理工大学国家水运安全工程技术研究中心武汉430063 武汉理工大学智能交通系统研究中心武汉430063

针对船舶远程驾驶场景下的人机目标非一致性问题,本文设计了系统人主机辅的运行模式,提出一种主从博弈框架下的共享控制方法,将船舶协同避碰转向任务中的人机交互作用描述为完全信息条件下的非合作博弈关系,通过构造驾驶员和共驾控制器... 详细信息

针对船舶远程驾驶场景下的人机目标非一致性问题,本文设计了系统人主机辅的运行模式,提出一种主从博弈框架下的共享控制方法,将船舶协同避碰转向任务中的人机交互作用描述为完全信息条件下的非合作博弈关系,通过构造驾驶员和共驾控制器的状态空间推导主从博弈的Stackelberg微分对策,使用Fan-GFlicksberg不动点定理证明纳什均衡解的存在性与唯一性。根据驾驶风格和操纵技能预分配驾驶权重,基于模型预测控制方法设计轨迹跟踪器,采取反馈校正方式在有限时域内滚动优化,综合考虑船舶安全航行边界、碰撞风险和人机冲突程度在线进行调节。选取船舶横向偏移误差和驾驶员操作负荷等评价指标,在内河操纵环境下验证了方法的有效性。仿真结果表明:本文所提出的主从博弈控制方法能够为具备不同驾驶风格和操纵技能的作业人员提供个性化辅助,当驾驶员和共驾控制器发生意图冲突时,根据航行风险对预分配权重进行调节,在确保航行安全的前提下使船舶尽可能满足驾驶员的操纵意图。

关键词：水路运输船舶远程驾驶人机协同共享转向控制模型预测控制权重调节

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船舶自抗扰无模型自适应航迹控制

中国舰船研究 2024年第1期19卷 280-289页

作者：李诗杰徐诚祺刘佳仑徐子茜孟凡彬武汉理工大学水路交通控制全国重点实验室湖北武汉430063 中国船舶航海保障技术实验室天津300131 武汉理工大学智能交通系统研究中心湖北武汉430063 国家水运安全工程技术研究中心湖北武汉430063 武汉理工大学交通与物流工程学院湖北武汉430063 天津航海仪器研究所天津300131

[目的]旨在研究船舶在真实海况下航行面临复杂环境干扰的影响,控制船舶克服干扰,实现航迹跟随、智能航行。[方法]首先,将无模型自适应控制(MFAC)算法引入自抗扰控制器(ADRC)中,设计改进自抗扰无模型自适应控制(ADRC-MFAC)算法,通过ADRC... 详细信息

[目的]旨在研究船舶在真实海况下航行面临复杂环境干扰的影响,控制船舶克服干扰,实现航迹跟随、智能航行。[方法]首先,将无模型自适应控制(MFAC)算法引入自抗扰控制器(ADRC)中,设计改进自抗扰无模型自适应控制(ADRC-MFAC)算法,通过ADRC跟踪系统的实时状态、识别系统所受未知扰动,根据MFAC建立输入数据(舵角)与输出数据(航向角、角速度)之间的非线性关系,实现稳定的航向控制。然后,结合自适应视线(LOS)制导策略,通过动态航向控制实现对航迹的精准控制。[结果]仿真结果表明,所设计的控制器能够控制船舶快速航行至预设轨迹并沿轨迹行进,在复杂环境扰动下仍能够实现理想的航迹控制。[结论]研究成果不依赖船舶具体模型,可为船舶航迹控制提供参考。

关键词：航迹控制自抗扰控制算法无模型自适应控制算法数据驱动控制

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基于改进反步滑模控制算法的拖轮自主靠泊控制

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中国舰船研究 2024年第1期19卷 119-127页

作者：刘佳仑董智霖李诗杰游旭胡英俊武汉理工大学水路交通控制全国重点实验室湖北武汉430063 中国船舶航海保障技术实验室天津300131 武汉理工大学智能交通系统研究中心湖北武汉430063 国家水运安全工程技术研究中心湖北武汉430063 武汉理工大学交通与物流工程学院湖北武汉430063 天津航海仪器研究所天津300131

[目的]针对拖轮的自主靠泊控制问题,研究基于虚拟船领导的目标跟踪控制策略在拖轮自主靠泊中的应用。[方法]首先,将拖轮的自主靠泊过程转变为虚拟拖轮和实际拖轮的目标跟踪控制过程;然后,设计靠泊系统的运动学模型,考虑靠泊场景中的特... 详细信息

[目的]针对拖轮的自主靠泊控制问题,研究基于虚拟船领导的目标跟踪控制策略在拖轮自主靠泊中的应用。[方法]首先,将拖轮的自主靠泊过程转变为虚拟拖轮和实际拖轮的目标跟踪控制过程;然后,设计靠泊系统的运动学模型,考虑靠泊场景中的特殊环境干扰,使用反步法和滑模控制法(SMC)设计全回转尾推进拖轮的自主靠泊控制器,提供了3种不同的滑模面设计并使用李雅普诺夫函数进行稳定性验证;最后,采用仿真实验的方式,通过靠泊轨迹、速度误差和距离误差来对控制的效果进行验证。[结果]仿真实验结果表明,设计的拖轮自主靠泊控制策略以及控制器在拖轮自主靠泊场景中具有较好的效果,面对系统的不确定干扰有较好的表现。[结论]该控制策略以及靠泊控制器的适用性以及鲁棒性较好,以全新的角度实现了拖轮自主靠泊控制,为后续拖轮的靠泊控制研究提供了新的方向。

关键词：欠驱动拖轮自主靠泊目标跟踪控制反步法滑模控制

面向智能航行避碰决策与规划的虚拟仿真测试技术研究

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系统仿真学报 2024年第8期36卷 1780-1789页

作者：刘佳仑杨帆谢玲利李诗杰王腾飞湖北隆中实验室武汉理工大学襄阳示范区湖北襄阳441000 武汉理工大学水路交通控制全国重点实验室湖北武汉430063 武汉理工大学交通与物流工程学院湖北武汉430063 武汉理工大学智能交通系统研究中心湖北武汉430063 湖北三江航天红峰控制有限公司湖北孝感432000

研究了面向智能航行避碰决策与规划的虚拟仿真测试技术。介绍了智能航行在货运船舶中的应用需求,分析了当下避碰决策策略、路径规划算法以及避碰决策与规划测试技术的研究现状。面向货运船舶智能航行避碰决策与规划能力,基于避碰规则中... 详细信息

研究了面向智能航行避碰决策与规划的虚拟仿真测试技术。介绍了智能航行在货运船舶中的应用需求,分析了当下避碰决策策略、路径规划算法以及避碰决策与规划测试技术的研究现状。面向货运船舶智能航行避碰决策与规划能力,基于避碰规则中的会遇态势划分,结合四元船舶领域和贝塞尔曲线插值理论,提出了一种智能航行避碰决策与规划算法。构建了一种基于虚拟仿真环境的避碰决策与规划算法仿真测试方法,通过AIS(automatic identification system)模拟器模拟目标船的状态数据,结合船载综合导航系统(integrated navigation system,INS)实现了避碰决策与规划算法的测试。通过复杂水域仿真测试验证了所提算法的有效性和可行性,为货运船舶智能航行功能的开发与实践提供了参考。

关键词：智能航行避碰决策路径规划虚拟仿真测试技术

PCHE细小多通道内天然气沸腾两相流分配特性数值分析

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工业加热 2024年第2期53卷 24-30页

作者：刘佳伦林金鹏宁亮唐凌虹西安石油大学新能源学院陕西西安710065

印刷电路板式换热器具有体积小、结构紧凑、换热效率高等特点,在天然气生产工艺中应用前景极为广阔,在PCHE换热过程中,冷、热侧通道内工质往往发生沸腾相变,各子通道间普遍存在汽液两相流分配不均问题,严重降低换热效率。对此,以换热器... 详细信息

印刷电路板式换热器具有体积小、结构紧凑、换热效率高等特点,在天然气生产工艺中应用前景极为广阔,在PCHE换热过程中,冷、热侧通道内工质往往发生沸腾相变,各子通道间普遍存在汽液两相流分配不均问题,严重降低换热效率。对此,以换热器封头和12个细小通道为建模对象,采用天然气汽液两相混合物为工质,通过Aspen Plus软件获得其物性数据,基于VOF模型追踪相界面运动位置,构建适用于预测分析PCHE内天然气两相流分配特性的三维非稳态数值模型,并开展了相关数值研究。结果表明,相比于单相液态天然气,当换热器入口混入汽相工质变为汽液两相混合物时,各子通道间工质的质量流量相对标准偏差由0.0004增加到0.036,两者相差近100倍,分配不均现象明显加剧。导致该现象的主要原因在于来流汽相工质明显倾向于进入距离换热器入口最近的若干通道,使得这些通道的汽相流量显高于其他通道,各通道汽相工质流量分配特性整体上呈现明显的“峰值分布”,但是,随着换热器入口汽相工质流速的不断增大,各通道间汽相工质的流量分配不均现象逐渐缓和,而液相工质的流量分配特性发生明显恶化。

关键词：印刷电路板式换热器并联细小多通道天然气汽液两相流流量分配

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板翅式换热器内气液两相流分配特性数值分析

机电工程技术 2024年第4期53卷 222-226页

作者：辛杰唐凌虹刘佳伦王铎西安石油大学新能源学院西安710065

板翅式换热器是海上天然气开采后进行液化处理的主换热设备,由于其内部结构的复杂性,容易引起各通道流量分配不均匀,会严重影响换热器效率。对换热器封头简化后进行建模,构建了板翅式换热器封头内两相流流动三维非稳态模型,以两相天然... 详细信息

板翅式换热器是海上天然气开采后进行液化处理的主换热设备,由于其内部结构的复杂性,容易引起各通道流量分配不均匀,会严重影响换热器效率。对换热器封头简化后进行建模,构建了板翅式换热器封头内两相流流动三维非稳态模型,以两相天然气为主要介质,利用计算流体力学(CFD)的方法,分析了不同气相体积分数的两相天然气在板翅式换热器封头内的分配特性。研究结果表明,当入口处气相天然气体积分数为50%时,气相整体分配不均匀度为0.50,液相整体分配不均匀度为0.03,各通道气相天然气的质量流量分布呈现中间低两端高的特点,液相天然气则相反,验证了两相流分配性能比单相流更加复杂的正确性。当入口处气相天然气体积分数逐渐增加时,中间通道和两端通道的两相流质量流量差逐渐变大,这表明流体的整体分配均匀性逐渐恶化。

关键词：板翅式换热器流体分配液化天然气数值模拟

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基于改进樽海鞘群算法的船舶避碰决策及仿真实验

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武汉理工大学学报（交通科学与工程版） 2024年第2期48卷 397-402页

作者：徐言民夏东升关宏旭刘佳仑李龙浩律建辉武汉理工大学航运学院武汉430063 南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海) 珠海519082 内河航运技术湖北省重点实验室武汉430063 武汉理工大学智能交通系统研究中心武汉430063

文中针对多船会遇避碰决策中过渡依赖单一寻优决策的问题采用了加入自适应权重的樽海鞘群优化算法(weight salp swarm algorithm, WSSA),在算法中融入国际海上避碰规则(convention on the international regulations for presenting col... 详细信息

文中针对多船会遇避碰决策中过渡依赖单一寻优决策的问题采用了加入自适应权重的樽海鞘群优化算法(weight salp swarm algorithm, WSSA),在算法中融入国际海上避碰规则(convention on the international regulations for presenting collisions at sea, COLREGs)和良好船艺的要求.使用速度障碍法判断船舶的碰撞危险度并将多船会遇避让的过程中避让的安全性、经济性以及船舶领域侵入程度作为建立避碰决策的目标函数.算法测试的结果中,WSSA与原始樽海鞘群算法(SSA)以及经典粒子群算法(partide swam optimization, PSO)相比较,WSSA算法在收敛的精度和速度方面都明显优于SSA和PSO算法.结果表明:WSSA在寻找最优碰撞路线的过程中迭代的次数更少,精度更高.

关键词：改进樽海鞘船舶避碰决策多目标优化算法国际海上避碰规则

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