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涡尾船改型优化设计CFD与试验研究

涡尾船改型优化设计CFD与试验研究

作者：刘自浩华中科技大学

学位级别：硕士

随着燃油价格的上涨，船舶节能已经成为世界船舶界的重要研究课题，上世纪开始，船舶工作者致力于节能船型的研究，涡尾船型也由此产生。通过多年的研究与发展，涡尾船已经发展成为具有成熟技术的高推进效率节能船型。本文通过对涡... 详细信息

随着燃油价格的上涨，船舶节能已经成为世界船舶界的重要研究课题，上世纪开始，船舶工作者致力于节能船型的研究，涡尾船型也由此产生。通过多年的研究与发展，涡尾船已经发展成为具有成熟技术的高推进效率节能船型。本文通过对涡尾船的发展历史，船型特性，涡尾机理以及设计中应考虑的问题等各方面的探讨，并且总结了涡尾船提高推进效率的原因。在传统的船舶设计与优化中，主要依靠经验与船模试验。随着计算机技术与CFD的快速发展，CFD方法已经广泛应用于船舶设计领域，并且在船舶流场模拟得到很好的应用并取得了很好的效果。本文试图在一条涡尾船的改型优化设计中，使用CFD方法模拟涡尾船的尾部流场，通过对比改型优化前后的船尾部流线、桨盘面处的轴向与周向速度分布，研究探讨改型优化的效果。并进行船模试验，通过流线试验、阻力试验、自航试验得到原型与改型准确的阻力与推进性能的数值，验证改型优化设计与数值计算的合理性。结果表明，改型较原型节能效果显著，此次改型优化设计是成功的，数值计算结果也是合理的，将CFD方法引入涡尾优化设计中是可行的。

关键词：涡尾船 CFD 改型优化节能推进效率

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大型半自磨机筒体衬板改型优化的研究与应用

矿山机械 2018年第5期46卷 47-50页

作者：江奇峰王小岗刘俊伊春鹿鸣矿业有限公司黑龙江伊春152500 洛阳矿山机械工程设计研究院有限责任公司河南洛阳471039 矿山重型装备国家重点实验室河南洛阳471039

对国内大型半自磨机筒体衬板的使用情况进行了调研,结合伊春鹿鸣矿业有限公司的生产实际和筒体衬板的失效形式,确定了半自磨机筒体衬板改型优化研究的重点方向。采用基于离散单元法的半自磨机介质冲击能量分析和基于Milltraj的半自磨机... 详细信息

对国内大型半自磨机筒体衬板的使用情况进行了调研,结合伊春鹿鸣矿业有限公司的生产实际和筒体衬板的失效形式,确定了半自磨机筒体衬板改型优化研究的重点方向。采用基于离散单元法的半自磨机介质冲击能量分析和基于Milltraj的半自磨机介质抛落轨迹计算技术,对半自磨机筒体衬板进行了改型优化,经过实际生产应用,取得了良好的效果。

关键词：大型半自磨机筒体衬板改型优化

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轴流排汽缸气动性能数值研究与改型优化

机电工程 2014年第8期31卷 1031-1034页

作者：初鹏刘龙海辛小鹏马鑫磊隋永枫杭州汽轮机股份有限公司工业透平研究院浙江杭州310022 浙江省工业汽轮机转子动力学研究重点实验室浙江杭州310022 浙江工业大学机械工程学院浙江杭州310014

为减小轴流排汽缸内部损失,提高排汽缸的气动性能,以杭州汽轮机股份有限公司新开发的轴流排汽缸为研究对象,考虑末级动叶出口径向速度不均匀性对排汽缸的影响,联合末两级整圈低压级组和排缸进行了数值计算。分析了轴流排汽缸内部流动特... 详细信息

为减小轴流排汽缸内部损失,提高排汽缸的气动性能,以杭州汽轮机股份有限公司新开发的轴流排汽缸为研究对象,考虑末级动叶出口径向速度不均匀性对排汽缸的影响,联合末两级整圈低压级组和排缸进行了数值计算。分析了轴流排汽缸内部流动特点,并根据流场对其进行了改型优化。计算结果表明,轴流排汽缸与低压级叶片之间存在相互作用,排汽缸后部出现两个旋流方向相反的涡,并随着气流向下游扩展;通过对轴流排汽缸结构改型,静压恢复系数提高了40.7%,总压损失系数减少了31.4%。通过优化通油管道的截面形状,使静压恢复系数提高了0.13%,总压损失系数减少了2.2%,改善了排汽缸内部流动,显著提高了轴流排汽缸的气动性能。

关键词：汽轮机轴流排汽缸联合计算改型优化

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管网耦合计算在涡轮气冷叶片优化中的应用

机械工程学报 2016年第18期52卷 140-152页

作者：史亮颜培刚韩万金谢鸣哈尔滨工业大学能源科学与工程学院哈尔滨150001

通过由外至内逐步建立控制参数,实现了基于叶型的气冷涡轮叶片参数化设计,在快速更新结构特征,生成实体模型的基础上,创建了复合冷却系统。不同的通流单元以串并联方式模化成为复杂的网络拓扑结构。应用一维流动理论,编写管网程序计算... 详细信息

通过由外至内逐步建立控制参数,实现了基于叶型的气冷涡轮叶片参数化设计,在快速更新结构特征,生成实体模型的基础上,创建了复合冷却系统。不同的通流单元以串并联方式模化成为复杂的网络拓扑结构。应用一维流动理论,编写管网程序计算沿流路的流量、换热量、压力损失、温度等参数。内部单元的这些参数作为耦合计算的内边界条件,通过插值传递至外流场计算程序HIT-3D,实现全流域流热耦合分析计算。参考引用文献里的算例,对管网计算程序和耦合算法的有效性进行验证后,在改型设计计算基础上,借助i SIGHT-FD,建立优化平台。通过MIGA寻优机制,达到了提高冷却效率的目标,有效地降低了热负荷。该研究工作对于快速展开冷却结构设计具有一定的指导意义。

关键词：参数化设计耦合计算改型优化

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新型双足攀爬机器人夹持器模块的改型设计

湖南农机（学术版） 2013年第3期40卷 36-39页

作者：蒋国生永州职业技术学院机电工程系湖南永州425000

文章详细设计和分析了一种应用于新型双足攀爬机器人Climbot的夹持器及其改型设计成果。由于原有夹持器存在诸多缺陷,例如结构复杂、可靠性低、加工工序复杂、制造成本高昂等。同时夹持器所属攀爬机器人的远景目标则是大规模推广应用,因... 详细信息

文章详细设计和分析了一种应用于新型双足攀爬机器人Climbot的夹持器及其改型设计成果。由于原有夹持器存在诸多缺陷,例如结构复杂、可靠性低、加工工序复杂、制造成本高昂等。同时夹持器所属攀爬机器人的远景目标则是大规模推广应用,因此,设计制造一种结构简单、稳定可靠且成本低廉的夹持器成为当下的一个重要任务。针对这个现实需求,我们对原有夹持器进行了多次试验和深入分析,找出其中的不足,并对存在的问题提出多种解决方案。我们设计出一款新式夹持器,该夹持器结构简单,加工方便,而且部分关键零部件实现了标准化,成本得到了进一步降低。同时,在减轻夹持器重量的同时,通过结构的优化和材料选择,保证了夹持器应有的结构强度和刚度,满足设计要求。

关键词：夹持器改型优化模块化

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新型双足攀爬机器人夹持器模块的改型设计

时代农机 2013年第5期 36-39页

作者：蒋国生永州职业技术学院机电工程系

关键词：夹持器改型优化模块化

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小型高效蒸汽轮机主汽阀的优化设计

机械设计与制造 2015年第6期 151-153,157页

作者：刘红蕊林峰郑晓宗聂超群中国科学院先进能源动力重点实验室工程热物理研究所北京100190 江苏金通灵流体科技有限公司江苏南通226001

数值模拟了某小型高效汽轮机主调阀内的全三维复杂蒸汽流场,给出了阀门的整体流量特性曲线,分析了阀门内部流场细节,指出调节阀的喉道附近流场分布不均匀是造成阀门损失的主要原因。接着对阀碟型线进行优化,优化后的阀门通流量减小,流... 详细信息

数值模拟了某小型高效汽轮机主调阀内的全三维复杂蒸汽流场,给出了阀门的整体流量特性曲线,分析了阀门内部流场细节,指出调节阀的喉道附近流场分布不均匀是造成阀门损失的主要原因。接着对阀碟型线进行优化,优化后的阀门通流量减小,流场内部涡流区大大减小,速度分布不均匀性得到改善,湍动能范围和幅值大幅度下降,这一切表明阀门的效率和稳定性得到很大的提高。最后,实验验证了阀门的通流特性和安全性,为阀门的结构优化设计提供了重要依据。

关键词：主调阀数值计算特性曲线流场分析改型优化实验验证

车载燃料电池离心式空压机高效区范围扩展优化研究

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车载燃料电池离心式空压机高效区范围扩展优化研究

作者：吴云飞湖南大学

学位级别：硕士

研究表明,燃料电池的电堆性能随输入空气压力的的提高而得到提升。空压机在这个过程中起着关键作用。目前在车载燃料电池领域最有发展前景的是离心式空压机。提高离心式空压机的等熵效率,扩大空压机高效区范围,能有效提高车载燃料电池... 详细信息

研究表明,燃料电池的电堆性能随输入空气压力的的提高而得到提升。空压机在这个过程中起着关键作用。目前在车载燃料电池领域最有发展前景的是离心式空压机。提高离心式空压机的等熵效率,扩大空压机高效区范围,能有效提高车载燃料电池电堆性能。目前,工业小流量离心式空压机效率较低并且不能完全满足车载燃料电池的使用要求,针对车载燃料电池离心式空压机的研究较少,高效车载燃料电池离心式空压机设计经验不足。因此本文对车载燃料电池离心式空压机进行效率提升研究并对其进行改型优化以期提高其额定效率并扩大其高效区范围具有一定的经济效益和社会效益。本文主要的研究工作如下:(1)开发了一款高速小流量高压比的车载燃料电池离心式空压机样机。建立了空压机数值计算模型,并对该离心式空压机进行了整机性能和流动特性的数值仿真分析,揭示了离心式空压机的性能变化规律,探讨了离心式空压机内部流动缺陷的形成机理与内部流动特性;(2)通过数值模拟方法研究了不同叶轮结构参数对离心式空压机性能的影响,分析了不同叶轮结构参数下空压机的性能曲线和设计点的流动情况,探讨了不同叶轮参数对离心叶轮内流场的影响及产生影响的原因,揭示了不同叶轮结构参数对离心式空压机压比和等熵效率的影响规律;(3)以提高空压机的额定压比和额定效率并扩展高效区范围为目标,结合叶轮结构参数对离心式空压机压比和等熵效率的影响规律,在保证原型机蜗壳尺寸不变的前提下,对原型空压机进行改型优化。通过数值仿真得到了优化后的离心式空压机系统特性曲线。对比分析了优化前、后样机的系统特性图,发现优化后离心式空压机流量范围有所减小,大流量工况下等熵效率有所下降,但压比范围增大,设计点等熵效率提高并且高效区范围扩大,系统特性曲线向小流量方向移动,综合性能有所提高。(4)参与设计搭建了离心式空压机气动实验台并开展空压机气动系统性能实验,分析了实验所得的离心式空压机样机接近真实情况的系统特性曲线,发现实际压比和额定效率无法满足设计指标,高效区范围较窄,需要进一步优化。通过与仿真结果进行误差分析,发现全流域范围内二者误差值在合理范围内,验证了本文利用数值模拟方法进行车载燃料电池离心式空压机效率提升研究的有效性和准确性。

关键词：离心式空压机等熵效率数值模拟改型优化车载燃料电池

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2KW水平轴风力机叶片设计与优化研究

2KW水平轴风力机叶片设计与优化研究

作者：单武斌湖南科技大学

学位级别：硕士

叶片是风力机的重要零件，在风力机发电中占有很重要的地位，叶片的设计与结构优化是提高风力机风能转换效率的关键。本课题以湘电集团横向课题《TFYD5000-15273KW3000V永磁风力发电机机械计算》为背景，针对湘潭瑞邦机电公司横向开发... 详细信息

叶片是风力机的重要零件，在风力机发电中占有很重要的地位，叶片的设计与结构优化是提高风力机风能转换效率的关键。本课题以湘电集团横向课题《TFYD5000-15273KW3000V永磁风力发电机机械计算》为背景，针对湘潭瑞邦机电公司横向开发项目《小型风力机的设计与制造》，结合空气动力学相关理论，利用有限元分析等方法对2KW小型风力机叶片设计及优化进行研究。本课题主要研究工作如下： 1．基于空气动力学相关理论，根据葛劳窝理论设计模型，确定选用FX63-100翼型，应用MATLAB软件计算沿叶展方向各叶素截面的扭角和弦长;通过Profili软件得到的叶片翼型原始数据，然后由EXCEL软件基于点坐标变换原理得到叶片的空间叶素截面数据，应用pro/E软件建立了叶片的三维实体模型。 2．为设计出更符合实际情况的叶片，对翼型FX63-100进行了改型优化，基于弯度不变对翼型不同位置和方向处的厚度进行加厚改型优化，基于厚度不变对FX63-100进行了弯度改型优化。 3．出于提高了叶片的加工工艺和改进叶片的景观性，对新型叶片叶展方向上叶素的扭角和安装角都进行了三次多项式拟合修正，对优化后的新型风力机叶片利用ANSYS软件进行了静力分析和模态分析，通过静力分析验证叶片结构设计是否合理，由模态分析可获得叶片的固有频率并用以分析叶片发生共振的可能性。 4．委托湘潭瑞邦电机公司制造了原翼型与新翼型叶片样本，设计试制了小型风洞实验台并进行了风洞实验，对比了新翼型与原翼型设计的叶片的风能利用效率;对新翼型叶片进行了转速为1463r/min的极端转速试验，初步探讨新型风力机叶片的可靠性。

关键词：风力机翼型 Glauert理论改型优化有限元分析