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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

采用样条曲面非轴对称端壁成型的高压涡轮动叶气动优化

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西安交通大学学报 2024年第3期58卷 38-48页

作者：王杰王政欧阳玉清陶志宋立明李军西安交通大学能源与动力工程学院西安710049 中国航发湖南动力机械研究所湖南株洲412002

为了提升高负荷涡轮级的气动效率,发展了基于样条曲面的非轴对称端壁造型方法。以该参数化造型方法为基础,结合高效智能优化算法和经过校核的数值仿真方法,建立了涡轮非轴对称端壁设计优化平台,并以某小展弦比高压涡轮级为研究对象,以... 详细信息

为了提升高负荷涡轮级的气动效率,发展了基于样条曲面的非轴对称端壁造型方法。以该参数化造型方法为基础,结合高效智能优化算法和经过校核的数值仿真方法,建立了涡轮非轴对称端壁设计优化平台,并以某小展弦比高压涡轮级为研究对象,以效率为优化目标,以流量为约束条件,在级环境和发动机工况下开展了非轴对称端壁优化设计。结果表明:优化设计后的涡轮动叶相对于参考设计,涡轮级的总总效率提升0.26%;非轴对称端壁造型改变了动叶下端壁附近的压力分布,动叶吸力面侧压力系数相对于参考设计显著提升,这降低了动叶叶片通道内的横向压力梯度,抑制了通道中的二次流动;非轴对称端壁造型改变了叶片通道中的涡系结构,相对于参考设计,非轴对称端壁造型使得马蹄涡压力面分支在叶片通道内部沿着叶片压力面迁移,在靠近通道出口的位置才汇入通道涡,这削弱了通道涡的强度,进而降低了气动损失,提高了涡轮级效率。

关键词：高压涡轮非轴对称端壁气动性能优化设计

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跨声速压气机叶栅流动状态的试验和数值研究

西安交通大学学报 2024年第7期58卷 13-25页

作者：孟凡杰宫超玄唐洁李景银魏巍郭朋华西安交通大学能源与动力工程学院西安710049 中国空气动力研究与发展中心空天技术研究所四川绵阳621000

针对跨声速压气机叶栅风洞试验过程中存在的唯一冲角问题,通过开展不同来流马赫数以及不同背压条件下的平面叶栅风洞试验测量和数值模拟研究,阐明了高亚声和超声来流条件下跨声速压气机叶栅栅前流场唯一性不同的形成机制,分析了静压比... 详细信息

针对跨声速压气机叶栅风洞试验过程中存在的唯一冲角问题,通过开展不同来流马赫数以及不同背压条件下的平面叶栅风洞试验测量和数值模拟研究,阐明了高亚声和超声来流条件下跨声速压气机叶栅栅前流场唯一性不同的形成机制,分析了静压比对叶栅流动状态和激波结构的影响机制。研究结果表明:跨声速叶栅在低背压条件下叶栅内激波结构为双激波模式,表现为前缘脱体激波和通道正激波,随着背压的增加,通道激波位置逐渐前移并最终与脱体激波合并,形成单激波模式。超声速来流条件下,栅前流场参数受激波-膨胀波波系的影响呈现出波浪分布,其测量位置至少应距离叶栅前额线50%弦长。理论分析结果表明:跨声速叶栅的唯一冲角现象可扩展到高亚声速状态,但其物理机制有所不同,超声速状态下进口气流角取决于来流马赫数和叶栅入口几何形状,而亚声速状态下进口气流角取决于来流马赫数和叶栅喉部面积。随着静压比的提高,跨声速叶栅运行状态经历堵塞状态-溢出状态-设计状态的转变,在来流马赫数为1.10时总压损失系数由0.175递减为0.082,降幅超过50%。叶栅变背压试验结果表明,静压比超过1.379时流场三维效应增强,影响到叶栅流动的周期性,并且栅后节流板会干扰到尾迹参数的测量。该研究结果有助于理解跨声速叶栅运行状态、激波结构以及栅前流场唯一性机制,同时可对跨声速叶栅试验起到指导作用。

关键词：压气机叶栅激波唯一冲角静压比

机械蒸汽再压缩蒸发结晶系统自适应逐时优化研究

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西安交通大学学报 2024年第3期58卷 49-57页

作者：姜华秦华宫武旗西安科技大学能源学院西安710054 西安交通大学能源与动力工程学院西安710049

为实现工业废水处理过程中进料流量和进料浓度波动状态下的机械蒸汽再压缩系统逐时优化,建立了基于自适应SPAE2算法的逐时优化模型。采用SPEA2算法并结合自适应交叉概率、变异概率以及组合权重法的多目标逐时优化,以系统总功耗和总换热... 详细信息

为实现工业废水处理过程中进料流量和进料浓度波动状态下的机械蒸汽再压缩系统逐时优化,建立了基于自适应SPAE2算法的逐时优化模型。采用SPEA2算法并结合自适应交叉概率、变异概率以及组合权重法的多目标逐时优化,以系统总功耗和总换热面积为优化目标,得到蒸发温度、压缩温升的最优组合。在原始研究的基础上,改进了SPEA2算法,并且将原始数据与优化结果进行对比,自适应SPEA2算法具有更强的全局寻优能力,优化结果具有更高准确性。利用最小二乘法对优化结果进行数据拟合,优化结果与恒定蒸发工况下结果相比:系统总功耗平均降低123.7 kW,换热面积平均减少36.3 m^(2);性能系数和㶲效率分别平均提高8.8%和26.6%,㶲损失平均降低102.3 kW。研究结果表明,所建立的系统逐时优化模型可以得到系统进料波动状态下各设备参数逐时变化值,提高了目标系统的能量利用率和热力学完善度。

关键词：机械蒸汽再压缩逐时优化自适应SPEA2算法废水性能分析

倾斜碎软煤层群煤层气协调开发关键技术-以艾维尔沟矿区为例

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煤炭科学技术 2024年第1期52卷 211-220页

作者：梁运培朱拴成陈亮赵坤孙东玲陈建杰张碧川重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044 重庆大学资源与安全学院重庆400044 煤炭工业规划设计研究院有限公司北京100120 瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室重庆400037 中国煤炭科工集团重庆研究院有限公司重庆400037 新疆焦煤(集团)有限责任公司新疆乌鲁木齐830091

为了明确与倾斜碎软煤层开采条件相适配的煤与煤层气协调开发关键技术,基于倾斜碎软煤层群瓦斯难抽采与煤层群非对称采动特征,形成了与之匹配的非对称卸压时空协同“三孔四区五量”煤与煤层气协调开发模式,明确了非对称采动下煤与煤层... 详细信息

为了明确与倾斜碎软煤层开采条件相适配的煤与煤层气协调开发关键技术,基于倾斜碎软煤层群瓦斯难抽采与煤层群非对称采动特征,形成了与之匹配的非对称卸压时空协同“三孔四区五量”煤与煤层气协调开发模式,明确了非对称采动下煤与煤层气协调开发策略,阐明了井上下联合煤与煤层气协调开发时空协同机制。针对倾斜碎软突出首采煤层消突困难的问题,优化了倾斜碎软煤层下向长钻孔施工工艺,研制了钻头电磁波无线随钻测量系统,实现了更高精度的钻孔轨迹防偏。针对非对称采动区地面井防护缺乏针对性的难题,阐明了非对称采动覆岩卸压破坏时空演化特征,获得了非对称采动下覆岩采动裂隙演化特征,确定了倾斜煤层地面井井位安全位置,研发了能够兼顾地面井稳定性和抽采效率双因素的采动区地面三开套管结构。应用结果表明:时空协同的“三孔四区五量”模式能够实现煤层气高效抽采,保障倾斜煤层群的抽掘采接替平衡;倾斜煤层下向钻孔递进式抽采方式拓展了递进式抽采的应用范围,破解了倾斜煤层煤层气抽采过程中的时间不协调问题;优化后的采动地面井维稳结构能够适应非对称采动作用,实现了采动区地面井煤层气高效抽采。上述成果在新疆焦煤集团艾维尔沟矿区得到推广应用,初步形成符合艾维尔沟矿区主要高瓦斯矿区倾斜煤层特点的煤层气抽采关键技术和典型模式。

关键词：煤层气开发技术下向钻孔地面钻井倾斜碎软煤层非对称采动

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自适应Ⅱ型逐步截尾双应力恒加试验统计分析

西北工业大学学报 2024年第3期42卷 487-497页

作者：杨天乐李华聪符江锋西北工业大学动力与能源学院陕西西安710072

针对传统加速寿命试验仅考虑单一加速应力和单一失效模式的问题,研究寿命服从Weibull分布且失效模式相互独立的竞争失效产品,在自适应Ⅱ型逐步截尾下建立双应力恒加试验的统计分析方法。通过Newton-Raphson迭代和渐进似然理论得到未知... 详细信息

针对传统加速寿命试验仅考虑单一加速应力和单一失效模式的问题,研究寿命服从Weibull分布且失效模式相互独立的竞争失效产品,在自适应Ⅱ型逐步截尾下建立双应力恒加试验的统计分析方法。通过Newton-Raphson迭代和渐进似然理论得到未知参数的极大似然估计和渐进置信区间。采用Gibbs抽样与M-H抽样混合算法获得参数的Bayes估计并基于MC方法构建HPD可信区间。数值模拟结果表明所提的方法具有良好的统计推断性能且失效样本数和试验时间对估计效果有显著影响。

关键词：加速寿命试验竞争失效 Weibull分布极大似然估计 Bayes估计

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铈对铝合金微观组织与性能的影响

中国稀土学报 2024年第3期42卷 451-467页

作者：杨治刚李凯丽绳天庆吕欣冉余建波石家庄铁道大学材料科学与工程学院河北石家庄050043 上海大学省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室上海200444

稀土元素以其高效性得到极大关注,Ce作为地壳中含量最多的稀土元素,加入Al合金可极大地细化晶粒,同时生成Al_(11)Ce_(3)第二相,起到第二相强化的作用,极大改善Al合金的硬度、强度、耐高温性、导电性等,这些特殊的性能使Al-Ce合金在长距... 详细信息

稀土元素以其高效性得到极大关注,Ce作为地壳中含量最多的稀土元素,加入Al合金可极大地细化晶粒,同时生成Al_(11)Ce_(3)第二相,起到第二相强化的作用,极大改善Al合金的硬度、强度、耐高温性、导电性等,这些特殊的性能使Al-Ce合金在长距离高架电缆、航天燃料低温贮箱、军用飞机内部零件、现代化轻量化汽车机身等领域实现应用。基于此,本文系统总结了国内外在Ce元素对不同Al合金体系的铸造性、微观组织和性能等方面的研究成果,并对其应用前景进行了展望。

关键词：铝合金稀土元素 Ce 微观组织力学性能

燃气透平榫头/榫槽装配间隙流动与换热特性研究

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西安交通大学学报 2024年第5期58卷 88-98页

作者：刘钊孙睿樊远航丰镇平西安交通大学能源与动力工程学院西安710049

为精确设计燃气轮机二次空气系统,针对燃气透平动叶榫头/榫槽间隙内的流动与换热问题开展研究。以燃气透平动叶榫头/榫槽配合面S形间隙结构为研究对象,试验研究了榫头/榫槽装配间隙内的流阻与换热特性,并数值分析了其详细流动结构。首先... 详细信息

为精确设计燃气轮机二次空气系统,针对燃气透平动叶榫头/榫槽间隙内的流动与换热问题开展研究。以燃气透平动叶榫头/榫槽配合面S形间隙结构为研究对象,试验研究了榫头/榫槽装配间隙内的流阻与换热特性,并数值分析了其详细流动结构。首先,采用压力扫描阀和热色液晶测温技术测量了榫头/榫槽内的流阻和努塞尔数分布。然后,利用试验结果对所采用的数值计算方法进行了考核,并进行了网格无关性验证。最后,详细分析了5种雷诺数、5种结构参数榫头/榫槽高度及5种间隙宽度下榫头/榫槽装配间隙结构内部流动与换热特性。结果表明:在试验测量范围内,左侧壁面的平均努塞尔数始终比右侧高10%左右;随着雷诺数的增大,榫头/榫槽装配间隙的阻力损失系数和换热强度均逐渐增大,当雷诺数从15000增大到35000时,平均阻力系数增大了2倍,两侧面整体平均努塞尔数均增大了1.1倍;随着榫头/榫槽装配间隙相对高度的增大,阻力损失系数及壁面努塞尔数均逐渐减小;随着榫头/榫槽装配间隙宽度的增大,试验范围内平均阻力系数增大了30.7%,左右两侧面平均努塞尔数分别增大了95.5%和94.9%。

关键词：榫头/榫槽装配间隙流动特性换热特性

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驱油用乳液聚合物性能评价与现场试验

石油学报 2024年第6期45卷 976-987页

作者：王正茂韩旭潘峰樊宇阎逸群周小松李诚中国石油油气和新能源分公司北京100007 中国石油勘探开发研究院北京100086 提高油气采收率全国重点实验室北京100086 大庆油田有限责任公司勘探开发研究院黑龙江大庆163712 大庆油田有限责任公司第六采油厂黑龙江大庆163114

大庆油田清配污稀干粉聚合物(P-HPAM)比清配清稀增加聚合物用量40%~65%,致使聚合物驱技术效果变差,经济效益下滑。同时,配制干粉聚合物耗时较长,地面设施投资高。因此,降低聚合物用量,改善聚合物驱技术效果,快速分散、溶解,降低地面设... 详细信息

大庆油田清配污稀干粉聚合物(P-HPAM)比清配清稀增加聚合物用量40%~65%,致使聚合物驱技术效果变差,经济效益下滑。同时,配制干粉聚合物耗时较长,地面设施投资高。因此,降低聚合物用量,改善聚合物驱技术效果,快速分散、溶解,降低地面设施投资,对聚合物驱提质增效显得尤为重要。通过系统评价乳液聚合物(E-AM/AA/AMPS)的理化性能和驱油效果,并与干粉聚合物(P-HPAM)进行对比的结果表明,乳液聚合物增黏性、黏度稳定性、抗剪切性、界面性能和乳化性能等优于干粉聚合物。采用清配污稀方式,在聚合物质量浓度为1600 mg/L、用量为960 mg/L条件下,天然岩心驱油实验乳液聚合物驱提高采收率为18.8%(以原始地质储量计),比干粉聚合物驱提高6.9%(以原始地质储量计)。在提高采收率值约为13%(以原始地质储量计)时,乳液聚合物比干粉聚合物降低聚合物用量1080 mg/L。同时,乳液聚合物20 min即可完全溶解,是干粉聚合物溶解时间的1/4,并可实现在线熟化,简化配注工艺流程。目前,乳液聚合物驱油现场试验已见到显著的增油降水效果。

关键词：乳液聚合物聚合物驱实验室研究现场试验提高采收率