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基于M-K模型计算FLC无条件收敛新算法

力学学报 2024年第4期56卷 1148-1162页

作者：张小民毛建中雷从一段书用湖南大学机械与运载工程学院长沙410082 河北工业大学机械工程学院天津300131

M-K失稳模型的无条件收敛与快速求解对成形极限曲线(forming limit curve, FLC)的获取具有重要的理论意义与研究价值,也是理论FLC计算的难点之一.然而,在M-K失稳模型框架内基于复杂屈服准则计算成形极限曲线时,采用传统牛顿迭代算法无... 详细信息

M-K失稳模型的无条件收敛与快速求解对成形极限曲线(forming limit curve, FLC)的获取具有重要的理论意义与研究价值,也是理论FLC计算的难点之一.然而,在M-K失稳模型框架内基于复杂屈服准则计算成形极限曲线时,采用传统牛顿迭代算法无法保证收敛,而固定增量法则计算耗时过长,严重制约了M-K失稳模型的应用场景.因此,文章以锆合金为实验材料,提出了一种自适应增量算法,该算法通过迭代误差信息与震荡情况自适应调整迭代步长,不仅能够保证计算精度,满足无条件收敛,还能大幅提升计算速度.此外,本研究还验证了采用自适应增量法计算锆合金FLC的准确性,并分析了算法的迭代误差Err与初始应变增量对FLC预测结果的影响.结果表明:自适应增量法具有无条件保证收敛、计算速度快以及计算结果不受初始迭代步长影响的优势,其计算耗时仅为固定增量法的0.44%;此外,本研究认为初始参数中迭代误差小于10-6、初始应变增量小于0.001是得到稳定的FLC结果的前提条件;根据对锆合金FLC预测结果可知,在M-K模型框架内基于Yld2000-2d屈服准则理论采用自适应增量法计算可以很好地描述锆合金的塑性行为.由于自适应增量迭代法简单易用且计算高效,有望应用于有限元软件中子程序的开发,加速其计算速度并提高锆合金数值模拟精度.

关键词： M-K模型自适应增量成形极限曲线 Yld2000-2d 锆合金

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基于改进叠加法的变几何轴流压气机性能预测

清华大学学报（自然科学版） 2024年第5期64卷 869-878页

作者：刘欢张士杰中国科学院大学工程科学学院北京100190 中国科学院工程热物理研究所先进能源动力重点实验室北京100190

压气机作为燃气轮机的核心部件,对燃气轮机及其热力循环的性能影响显著,准确预测压气机性能至关重要。该文基于通用级特性曲线,采用改进的逐级叠加法构建了一个变几何多级轴流式压气机性能预测模型。该模型针对现代重型燃气轮机压气机... 详细信息

压气机作为燃气轮机的核心部件,对燃气轮机及其热力循环的性能影响显著,准确预测压气机性能至关重要。该文基于通用级特性曲线,采用改进的逐级叠加法构建了一个变几何多级轴流式压气机性能预测模型。该模型针对现代重型燃气轮机压气机的变几何特点,提出了考虑入口导叶(IGV)和可变静叶(VSV)的压气机级特性计算方法。通过在引气级所对应的连续性方程中扣除引气量的方式,该模型还预测了级间引气对压气机性能的影响。与实验结果的对比验证表明:该模型不仅可准确地预测压气机整机性能及变几何结构、级间引气对压气机性能的影响,结果的相对误差最低可达0.450%,而且可得到压气机各级的几何参数和热力学参数,为后续开发压气机部件稳态和动态模型提供了基础。

关键词：轴流式压气机变几何多级性能预测级间引气

基于像散面约束的镜片柔性支撑结构优化设计方法

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光子学报 2024年第9期53卷 154-165页

作者：门树东申军立时英钟中国科学院长春光学精密机械与物理研究所长春130033

为提高高精度光机系统中光学元件支撑后的面形精度,在考虑冲击、振动、压力及温度等因素的影响下,设计了一种整体式多弹片定位的光学镜片支撑结构。在静力学条件下,通过有限元分析法计算整体结构的固有频率及支撑结构对镜片面形的影响,... 详细信息

为提高高精度光机系统中光学元件支撑后的面形精度,在考虑冲击、振动、压力及温度等因素的影响下,设计了一种整体式多弹片定位的光学镜片支撑结构。在静力学条件下,通过有限元分析法计算整体结构的固有频率及支撑结构对镜片面形的影响,一阶固有频率达到366.13 Hz,镜片面形峰谷值为13.923 nm,均方根值为2.499 nm。基于像散面约束的条件,分析了支撑结构的变形对镜片面形的劣化程度,镜片面形峰谷值劣化至119.62 nm,均方根值劣化至20.69 nm。提出了一种镜片支撑结构的优化方法,构建高阶响应面近似模型以描述输入参数与响应值之间的函数关系,采用遗传算法寻优的优化方式提高镜片面形精度,镜片面形峰谷值改善率约18%,均方根值改善率约19%。实验检测对比优化结果,镜片面形峰谷值相对检测结果的偏差率约9%,均方根值相对检测结果的偏差率约12%,验证了优化设计可行性。研究结果可为高精度光机系统中光学元件支撑结构的设计及优化提供理论依据。

关键词：光学仪器结构优化有限元仿真结构测试光机结构

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平板式预膜喷嘴雾化特性

航空动力学报 2024年第7期39卷 161-168页

作者：刘凯李宗禹曾文王方沈阳航空航天大学航空发动机学院沈阳110136 北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191

试验研究了韦伯数、气液动量比对预膜喷嘴雾化特性的影响.应用高速相机正面拍摄获得油膜表面波动形态,并用本征正交分解法分析了油膜波动频率,利用液相不连续思想获取油膜厚度;应用相位多普勒粒子分析仪获得了油滴索太尔直径.结果表明:... 详细信息

试验研究了韦伯数、气液动量比对预膜喷嘴雾化特性的影响.应用高速相机正面拍摄获得油膜表面波动形态,并用本征正交分解法分析了油膜波动频率,利用液相不连续思想获取油膜厚度;应用相位多普勒粒子分析仪获得了油滴索太尔直径.结果表明:气液动量比对油膜厚度影响较大,韦伯数对油膜波动频率影响较大.气液动量比由0.75增大到30.39,最小油膜厚度由0.38 mm减小到0.15 mm,而雾化粒度仅由38.8 μm减小到33.5μm;韦伯数由11.91增大到61.51,油膜波动频率由2.9 Hz增大到207.0Hz,初始雾化距离明显减小,雾化粒度由37.1 μm减小到24.9 μm.

关键词：预膜喷嘴韦伯数动量比油膜厚度波动频率雾化粒度

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油气田企业管理国家科技重大专项实践与建议

石油科技论坛 2019年第1期38卷 29-33页

作者：赵容怀朱海明覃淋王峰张丽萍中国石油塔里木油田公司

国家科技重大专项是我国科技发展的重要项目类型。为实现国家重大能源工程目标,中国石油塔里木油田公司发挥所处塔里木油田的资源优势,成为承担国家科技重大专项的主力军,"十一五"至"十三五"期间组织承担了38个项目(课题、任务)的研究,... 详细信息

国家科技重大专项是我国科技发展的重要项目类型。为实现国家重大能源工程目标,中国石油塔里木油田公司发挥所处塔里木油田的资源优势,成为承担国家科技重大专项的主力军,"十一五"至"十三五"期间组织承担了38个项目(课题、任务)的研究,攻关世界级勘探开发难题。为促进国家科技重大专项的顺利实施,塔里木油田公司加强管理,取得良好效果。具体管理措施包括:(1)注重立项的统筹管理,制定实施管理细则,同一领域项目统一组织设计,确保攻关的针对性;(2)加强项目可行性论证,立项前科研人员与生产单位紧密结合,立项时严把审批关,强化"七落实"管理,坚持"三个不立项",促进控投降本;(3)规范经费预算编制和执行,加强针对性,开展使用指导,安排专人管理经费使用,油田公司定期检查,提高经费执行率;(4)及时召开启动会,督促联合承担单位完成任务,发挥业务管理协调作用,多方积极推动项目实施。针对专项管理中的一些未明确内容,对相关管理部门提出建议,如针对预算调剂、经费以外调整、科研人员激励等方面制定实施细则,提供可操作的管理程序。

关键词：国家科技重大专项油田企业项目管理可行性论证经费管理联合攻关激励政策

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航空发动机燃烧室机匣烧穿火焰特性试验研究

清华大学学报（自然科学版） 2024年第6期64卷 984-991页

作者：徐翔陈龙李松阳万羽翼中国民用航空局第二研究所审定中心成都610207 中国航发商用航空发动机有限责任公司先进技术部上海200241 中国民用航空局航油航化产品适航与绿色发展重点实验室成都610207 中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室合肥230026

为研究航空发动机燃烧室机匣发生烧穿时射流火焰的温度、热流密度分布,建立机匣烧穿试验系统,采用单一变量法,研究了喷嘴孔径、油气质量比、外侧空气流速、燃烧室内部压力对射流火焰在轴向上的温度、热流密度分布的影响。结果表明:射流... 详细信息

为研究航空发动机燃烧室机匣发生烧穿时射流火焰的温度、热流密度分布,建立机匣烧穿试验系统,采用单一变量法,研究了喷嘴孔径、油气质量比、外侧空气流速、燃烧室内部压力对射流火焰在轴向上的温度、热流密度分布的影响。结果表明:射流火焰在轴向上的热流密度衰减迅速,在127~254 mm内,热流密度衰减最多,可达81%;喷嘴孔径对于火焰形态、温度、热流密度影响最大;燃烧室内部压力对火焰温度影响可达675℃/MPa;外侧空气流速主要影响火焰轴向254~508 mm区间温度分布;油气质量比对火焰轴向温度影响达18.6%。航空发动机设计时应当考虑在燃烧室机匣薄弱点法线方向外侧254 mm范围内设置挡火板,以防止可能出现的机匣烧穿带来的危害。

关键词：机匣烧穿射流火温度热流密度火焰

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多尺度多线组宽带k分布模型参数优化方法

航空动力学报 2024年第2期39卷 32-46页

作者：吴越胡海洋王强段然谢业平邓洪伟北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191 北京环境特性研究所光学辐射重点实验室北京100854 中国航发沈阳发动机研究所沈阳110015

针对喷气式飞行器跨声速排气系统的高温固壁与尾喷流的发射红外辐射及其在大气中的远距离传输衰减特性的数值计算,将现有多尺度多线组宽带k分布气体辐射模型MSMGWB(multi-scale multi-group wide-band k-distribution model)从3~5μm波... 详细信息

针对喷气式飞行器跨声速排气系统的高温固壁与尾喷流的发射红外辐射及其在大气中的远距离传输衰减特性的数值计算,将现有多尺度多线组宽带k分布气体辐射模型MSMGWB(multi-scale multi-group wide-band k-distribution model)从3~5μm波段扩展到2~2.5、3.7~4.8、7.7~9.7μm和8~14μm波段,并对模型光谱吸收系数分组组合与匹配高斯积分格式的寻优方法进行了改进。56个一维算例与真实结构跨声速排气系统远程红外成像算例计算结果表明,优化后的MSMGWB模型对比多线组统计窄带模型计算精度和效率都有明显提升,尤其在3~5μm和3.7~4.8μm波段,综合计算精度提升近一倍的同时,计算效率分别提升了4倍和1.5倍;对比国内主流目标远程红外特性计算方法,综合计算精度提升更大,计算效率则提升了1个量级左右。

关键词：气体辐射 k分布宽带模型多尺度多线组红外成像

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跨音压气机动叶落后角模型修正方法研究

工程热物理学报 2024年第9期45卷 2605-2611页

作者：王啸宸任晓栋李雪松顾春伟阙晓斌周国宇清华大学能源与动力工程系北京100084 中国联合重型燃气轮机技术有限公司北京102209

本文基于S1流面平均流线曲率变化规律,提出了一种用于跨音动叶落后角修正的理论方法。经典亚音叶栅落后角模型与跨音修正方法缺乏激波结构参数的指导,在气流折转与做功能力预测方面误差范围较大。本文以经典的跨音修正思想为基础,将亚... 详细信息

本文基于S1流面平均流线曲率变化规律,提出了一种用于跨音动叶落后角修正的理论方法。经典亚音叶栅落后角模型与跨音修正方法缺乏激波结构参数的指导,在气流折转与做功能力预测方面误差范围较大。本文以经典的跨音修正思想为基础,将亚音与跨音条件下的落后角差异描述为S1流面波后横向压力梯度驱动下的平均流线曲率变化的结果,建立了设计点附近跨音流动落后角的理论模型以及经验公式。上述方法应用于自主开发的流线曲率法二维通流计算程序中,针对某多级轴流压气机开展第一级跨音动叶(R1)的落后角修正研究,获得了与试验数据及CFD计算结果吻合良好的预测效果。

关键词：轴流压气机跨音动叶落后角模型通流分析

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筒形五喷嘴燃烧室冷态时均流场特性实验研究

推进技术 2024年第5期45卷 117-124页

作者：金明陆羽笛刘占南吉雍彬葛冰臧述升上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

为深入研究五喷嘴燃烧室的流场特性,采用高频PIV测量方法对燃烧室中心截面的冷态流场开展实验研究,主要分析了燃烧室入口速度以及中心喷嘴旋流强度对五喷嘴燃烧室中心截面的时均流场特征的影响。实验结果表明:中心喷嘴和外侧喷嘴出口均... 详细信息

为深入研究五喷嘴燃烧室的流场特性,采用高频PIV测量方法对燃烧室中心截面的冷态流场开展实验研究,主要分析了燃烧室入口速度以及中心喷嘴旋流强度对五喷嘴燃烧室中心截面的时均流场特征的影响。实验结果表明:中心喷嘴和外侧喷嘴出口均存在主回流区,外侧喷嘴与燃烧室壁面间存在角回流区,相邻喷嘴射流相互干涉。喷嘴旋流强度相同时,入口速度由10 m/s增大到20 m/s,中心喷嘴和外侧喷嘴的回流区形态、主回流区长度、最大回流速度位置和气流合并点位置基本不变。入口速度为14.3 m/s时,中心喷嘴旋流强度由0.63增大到0.84,中心喷嘴回流区长度增大,外侧喷嘴回流区长度不变,主回流区最大回流速度显著增大,且更靠近喷嘴出口,气流合并点径向位置基本不变,轴向位置向喷嘴出口移动。

关键词：五喷嘴燃烧室粒子图像速度仪入口速度旋流强度回流区