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基于多目标遗传算法的汽车冷却泵水力性能研究

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基于多目标遗传算法的汽车冷却泵水力性能研究

作者：葛赛华北水利水电大学

学位级别：硕士

汽车冷却水泵作为汽车发动机水冷系统中的核心部件,其工作稳定性和水力性能的好坏直接影响到发动机的工作效率。随着社会发展汽车发动机性能提升,对于汽车冷却水泵的水力性能要求也越来越高。针对汽车冷却水泵的水力性能优化设计研究工... 详细信息

汽车冷却水泵作为汽车发动机水冷系统中的核心部件,其工作稳定性和水力性能的好坏直接影响到发动机的工作效率。随着社会发展汽车发动机性能提升,对于汽车冷却水泵的水力性能要求也越来越高。针对汽车冷却水泵的水力性能优化设计研究工作具有重要意义,本文首次将遗传算法优化方法应用于汽车冷却水泵水力性能优化,主要研究内容如下:1.以某汽车厂家所需汽车冷却水泵性能要求为设计依据,采用传统设计方法确定原始水泵模型,在ProE软件中实现三维装配体建模,导入ANSYS workbench软件中利用有限元方法对原始模型进行静力学分析,试验结果表明工作状态下各零部件所受应力在材料屈服极限的80%之内,验证其材料强度满足设计要求。2.提取原始水泵的流域模型,在pumplinx软件中进行CFD仿真模拟分析,确定优化目标为:在不破坏冷却水泵工作稳定性的前提下增大扬程提高效率;针对优化目标确定三个分目标函数:泵内能量损失分函数、理论扬程分函数和水泵工作特性曲线驼峰函数;应用评价函数方法确定权重系数、考虑系统内外部的限制设置设计变量的约束条件,统一整体优化数学模型;利用MATLAB软件编程遗传算法代码对整体优化函数进行迭代计算,得到优化后冷却水泵的叶轮结构参数。3.将遗传算法优化结果叶轮参数建模,再次进行CFD数值仿真模拟计算,对比优化前后模型水力性能仿真结果表明效率增大了6%、扬程增大了5.618m、水泵特性曲线驼峰现象得到明显改善,验证了遗传算法方法对于冷却水泵水力性能优化的可行性;将遗传算法优化结果与正交试验优化结果进行比较,验证了遗传算法优化方法更具优越性。4.根据优化后叶轮参数生产手工样件,于工厂实验室内进行外特性试验,对比仿真数据与试验数据发现特性曲线趋势一致、误差控制在10%内,验证了CFD模拟方法的准确性。同时证明了优化后模型的良好性能,验证了遗传算法优化方法的可行性。为今后汽车发动机冷却水泵的水力性能优化研究提供了使用遗传算法优化方法和CFD仿真模拟计算相结合的新思路。

关键词：汽车冷却泵水力性能计算流体力学遗传算法外特性试验

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烟气扩散的CFD数值模拟

安全与环境学报 2002年第1期2卷 21-23页

作者：金颖周伟国阮应君同济大学热能工程系上海200092

运用商业 CFD软件 Fluent模拟计算小尺寸下的简单烟气扩散规律。将结果用正态分布假设下的高斯烟羽模型验证。证明该软件模拟烟气扩散问题的可行性。

关键词：数值模拟计算流体力学烟气扩散浓度场 CFD 大气污染

多进口迷宫滴头的进口结构设计及水力特性的模拟研究

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多进口迷宫滴头的进口结构设计及水力特性的模拟研究

作者：张锐华中科技大学

学位级别：硕士

滴灌是目前在国内外广泛应用、节水灌溉质量较佳的灌溉技术之一，在美洲、欧洲、澳洲、亚洲等一些发达国家的干旱地区农业种植中得到了普遍应用。近三十年来，我国也对滴灌技术的发展投入了大量的财力、物力和人力，并得到了较快、较好... 详细信息

滴灌是目前在国内外广泛应用、节水灌溉质量较佳的灌溉技术之一，在美洲、欧洲、澳洲、亚洲等一些发达国家的干旱地区农业种植中得到了普遍应用。近三十年来，我国也对滴灌技术的发展投入了大量的财力、物力和人力，并得到了较快、较好地发展。影响滴灌技术发展的关键在于滴头的性能，其性能对滴灌节水效果有着重大的影响。然而滴头流道具有细而长且多转折的特点，其结构在宽度方向上的尺寸细小，介于微观尺度和宏观尺度之间，而在长度方向上不仅可以达到100mm左右。这就流道内流动状态复杂，研发和制造要求极其严格。我国对滴灌技术采用的是先引进，后消化，再创新的方法，已有部分自主开发的滴灌产品推向市场，但是产品质量创新能力还跟不上国外先进滴灌技术。针对目前滴灌产品自主开发能力的不足，新型滴灌产品较少，本文采用计算流体力学(CFD)数值模拟方法，并结合试验验证，对新型多进口迷宫滴头的进口结构设计、水力性能试验等几个方面进行全面深入的研究。首先，本文建立了多进口迷宫滴头数值模拟的CFD模型，通过对滴头水力性能的实测值与FLUENT软件求解器不同设置方式的数值模拟的结果进行对比分析，得到准确度较高的设置方式。然后，通过FLUENT数值模拟可视化分析对根据经验设计的多进口迷宫滴头的进口流道结构进行优化设计，以减少实物试验，缩短开发周期，降低开发成本。最后，研究多进口流道各个多进口流道结构参数对滴头流态指数和流量的影响规律，并验证了多进口迷宫滴头的抗堵塞性，从而证明了通过FLUENT数值模拟对进口流道结构设计优化的可行性。研究结果表明：所设计的多进口迷宫滴头在具有合适额定流量的同时具有较优的流态指数和较强的抗堵塞性能;所使用的FLUENT数值模拟方法可以为新型滴头结构设计及优化提供有价值的参考依据。

关键词：多进口计算流体力学结构优化滴头性能

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结晶型结垢诱导期的预测建模研究

结晶型结垢诱导期的预测建模研究

作者：韩剑苏州大学

学位级别：硕士

目前,关于结晶型结垢诱导期的研究主要集中在实验方面。研究发现,换热板的表面能和表面粗糙度、流体的入口速度和入口温度、换热板的表面温度和热通量等等都对结晶型结垢诱导期有很大的影响。而在建模方面,目前公开报道的结垢诱导期模... 详细信息

目前,关于结晶型结垢诱导期的研究主要集中在实验方面。研究发现,换热板的表面能和表面粗糙度、流体的入口速度和入口温度、换热板的表面温度和热通量等等都对结晶型结垢诱导期有很大的影响。而在建模方面,目前公开报道的结垢诱导期模型非常有限,且很少考虑晶体形貌对结垢过程的影响。而对于模拟结晶型结垢诱导期而言,一个好的预测模型需要将诱导期内晶体生长带来的热阻变化与换热板的表面化学和形貌、溶液化学以及操作参数定量地联系在一起。在本论文中,我们建立了一个三维流体动力学（CFD）模型来模拟微尺度换热装置上的结晶型结垢诱导期。在该模型中,我们不仅从微米级别上设计了晶体的形貌和生长方式,而且还将晶体的生长与流体流动、物质传递以及热传导耦合在一起。通过使用该模型,我们不仅成功实现了诱导期内晶体的拟动态生长,而且还着重研究了诱导期内的传热机制。此外,我们还使用该模型研究了晶体的形貌和生长方式（晶体分布密度、晶体分布方式、晶体形状和高度、晶体倾斜角度以及晶体的生长机制等等）对诱导期的影响。本次研究得到的结果可以指导我们优化设计传热装置,从而提高其传热效果。

关键词：结晶型结垢换热器诱导期晶体形貌热传导数值模拟计算流体力学

可变进气管对汽油机流动特性及性能影响的数值仿真研究

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可变进气管对汽油机流动特性及性能影响的数值仿真研究

作者：李明天津大学

学位级别：硕士

进气管可变技术作为电喷汽油机的一项关键技术,可以使汽油机的进气系统适合较宽的转速范围,使发动机在不同转速下提高充气效率,并且能够保证发动机在高速工况下具有较高的流通性能,在低速工况下缸内气体具有较强的涡流和滚流运动,改善... 详细信息

进气管可变技术作为电喷汽油机的一项关键技术,可以使汽油机的进气系统适合较宽的转速范围,使发动机在不同转速下提高充气效率,并且能够保证发动机在高速工况下具有较高的流通性能,在低速工况下缸内气体具有较强的涡流和滚流运动,改善发动机动力性和经济性,降低排放指标。本文主要通过数值仿真方法研究了进气管可变技术对汽油机流动特性及其性能的影响。首先分析了进气管中气流运动的波动效应和能量损失,以及进气管可变长度技术利用谐振增压提高进气充量的原理,分析了进气管可变截面技术在提高缸内涡流和滚流运动,加快燃烧速率,改善发动机性能方面的作用。指出应该合理优化进气管可变控制策略,兼顾发动机低速运转时对气流运动强度、高速运转时对充量系数的要求。研究了内燃机进气过程中一维非定常流动的数值解法。利用一维发动机工作过程仿真软件BOOST,建立了某型号的发动机计算模型,分析了汽油机进气管可变长度技术对发动机性能的影响,并总结出一套确定汽油机进气管可变长度控制策略的方案。借助计算流体力学(CFD)辅助内燃机分析理论,研究了CFD在模拟进气系统中的应用及其模拟精度。利用三维流体计算软件FIRE对发动机的稳压箱-可变进气歧管-进气道-进气门-气缸系统进行了流场模拟,深入研究了一种旋转叶片式进气管可变截面结构对进气流通特性、缸内涡流和滚流运动的影响情况。研究结果表明,这种可变结构能够在一定范围内改变缸内气体运动的涡流比和滚流比,满足发动机不同工况对于气体运动和流通系数的要求。本文采用计算机辅助分析手段,利用现代化集成研究方法,一维发动机工作过程循环模拟与三维CFD流场分析并行,对进气管可变长度和可变截面的影响进行了比较全面的分析。在发动机模拟计算和可变进气系统设计分析方面,本文具有一定指导意义。

关键词：汽油机可变进气管流动特性非定常流动计算流体力学数值仿真

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螺旋膜组件流动与传质特性研究

螺旋膜组件流动与传质特性研究

作者：王冠大连理工大学

学位级别：硕士

膜分离技术由于具有能耗低、分离效率高、装置简单紧凑、适用范围广且可在常温下进行等优点,已广泛应用于石油化工、医药、食品、电子、生化、环境和人民生活等领域。膜组件是膜分离技术的核心,膜组件的性能决定着整个膜分离过程的效率... 详细信息

膜分离技术由于具有能耗低、分离效率高、装置简单紧凑、适用范围广且可在常温下进行等优点,已广泛应用于石油化工、医药、食品、电子、生化、环境和人民生活等领域。膜组件是膜分离技术的核心,膜组件的性能决定着整个膜分离过程的效率。对新型膜组件的研究是研究热点之一,本文对一种新型螺旋膜组件的流动和传质性能进行了研究,主要包括以下内容： (1)建立了一套螺旋膜组件的过滤实验装置,通过过滤碳化硅悬浊液研究了螺旋膜组件的性能。在曝气量为0.10m3/h时,螺旋膜组件稳定过滤通量比平板膜组件增加45%。对过滤阻力进行分析表明：螺旋膜组件过滤总阻力比平板膜组件平均低20%,滤饼层阻力是过滤的主要阻力,占到过滤总阻力的60%以上,堵塞阻力占总阻力的20%左右。实验测得螺旋膜组件平均传质系数比平板膜组件增加43%,膜污染指数降低55%,螺旋膜组件的抗污染性能优于平板膜组件。 (2)运用流体力学软件Fluent中的多相流VOF模型对螺旋膜组件进行了全尺寸三维数值模拟,得到了速度分布、湍流动能分布、压力分布、膜面剪切力分布和气含率分布。计算结果表明：螺旋膜过滤器内有涡的出现,随着螺旋角度的增加,涡在过滤器内分布更广;膜面剪切力比平板膜大,分布范围更广,平均剪切力增加了123%。螺旋膜组件增加了气泡、液体和膜面的相互作用,增加了气泡和膜面的碰撞频率,改变了气泡的运动轨迹,改善了气液混合程度,传质效果增强。 (3)运用粒子图像测速仪(PIV)对螺旋膜过滤器内的流场进行了测试,得到了速度矢量图,并由速度矢量图得到了流线图和涡量分布图,通过计算得到了膜面剪切力值,和模拟结果进行对比,实验结果和模拟结果吻合良好。在PIV测试区域,0°膜时形成一个大的环流,螺旋膜时有涡的出现,且270°时涡尺寸最大,随着螺旋角度的增加,膜面流速降低,但和膜面夹角增大。螺旋膜比平板膜的涡量统计参数大,且涡量绝对值平均值比平板膜平均增大145%,螺旋膜涡量范围分布更广。

关键词：膜过滤膜污染螺旋膜计算流体力学 PIV

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纤维空气分布系统送风特性研究

纤维空气分布系统送风特性研究

作者：李伟光华中科技大学

学位级别：硕士

纤维空气分布系统是一种由特殊聚酯纤维制成的集空气传输和散布于一体的空调末端装置。它可以通过纤维管道表面的渗透以及在纤维管道表面开设的条缝口或喷口向室内送风。其主要的送风形式有纯渗透、条缝、条缝渗透以及喷射、喷射渗透。... 详细信息

纤维空气分布系统是一种由特殊聚酯纤维制成的集空气传输和散布于一体的空调末端装置。它可以通过纤维管道表面的渗透以及在纤维管道表面开设的条缝口或喷口向室内送风。其主要的送风形式有纯渗透、条缝、条缝渗透以及喷射、喷射渗透。本文详细介绍了纤维空气分布系统的基本送风形式和其基本特点,并以计算流体力学和传热学为理论基础,建立了纤维空气分布系统的纯渗透送风,条缝送风和条缝送风气流隔断三种气流组织形式的物理模型,并采用κ?ε两方程模型,风口模型等相结合的方法建立了室内空调房间内空气流动的三维紊流数学模型,利用FLUENT软件,分别对纤维空气分布系统纯渗透送风,条缝送风和条缝送风用于气流隔断的送风特性进行了模拟研究。研究结果表明,纤维空气分布系统的纯渗透送风以及条缝送风均能够营造良好的室内温度场,速度场,满足空调设计的基本要求;同时,对于同一套条缝送风系统,在设计的侧送侧回送风模型中,无论是冬季工况还是夏季工况,均能获得良好的室内气流组织,而不存在“热风上浮”和“冷风下坠”的现象;而且,在条缝侧送侧回模型中,当室内负荷减半时,将条缝送风风量相应减半,仍然能够满足室内空调设计的要求,可以考虑其应用于变风量系统的可能;此外,对于条缝送风气流隔断的模拟结果显示,基于良好的设计,条缝送风能够有效的隔离室内工作区域和热源区域,为室内工作人员营造良好的工作环境。

关键词：纤维空气分布系统计算流体力学气流组织渗透送风条缝送风

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基于油页岩气流干燥的CFD模拟和实验研究

基于油页岩气流干燥的CFD模拟和实验研究

作者：靳小萌大连理工大学

学位级别：硕士

油页岩作为一种“非常规油气资源”,是本世纪重要的接替能源之一,因储量丰富受到全球的广泛关注。但由于油页岩孔隙发达、含水量高的特点,在干馏过程中常出现很多不利于生产的问题,所以,在油页岩热裂解前必须对其进行干燥脱水处理。而... 详细信息

油页岩作为一种“非常规油气资源”,是本世纪重要的接替能源之一,因储量丰富受到全球的广泛关注。但由于油页岩孔隙发达、含水量高的特点,在干馏过程中常出现很多不利于生产的问题,所以,在油页岩热裂解前必须对其进行干燥脱水处理。而气流干燥因其处理量大、设备简单、投资低等优点在干燥处理中有着广泛应用。本文采用了流体动力学模拟新技术,对油页岩的气流干燥过程进行了模拟研究,揭示了干燥过程中各种流场的详细分布情况和变化趋势,同时,通过Fluent软件中的用户自定义(user defined functions)功能对软件中的物理模型进行二次开发,创建了更符合油页岩气流干燥过程的传热、传质计算模型。对模拟结果进行系统分析的同时,还分别进行了冷态下的中试实验和热态下的实验室实验,将气流管动力学模拟、气流干燥过程热力学模拟的模拟结果分别和实验结果进行对比,模拟结果和实验数据吻合较好,证明了模拟结果的可靠性和自建模型的正确性。对气流干燥管的动力学模拟和实验研究表明：对料气质量比非常低的稀相输送状态而言,可认为颗粒之间没有相互干扰和影响,所以应使用欧拉-拉格朗日算法来模拟颗粒的运动特性,即Fluent当中的离散相模型(DPM);将进气方式改为两侧进气,或者在气流管底部增加倾斜角度合适的倒锥形缩孔,均可明显改善单侧进气时易出现的偏流现象,但缩孔结构也会大幅增加设备的局部压力损失。对气流干燥管的热力学模拟和实验研究表明：气流干燥过程对应两阶段干燥动力学模型(two-stage drying kinetics model)中的第一个阶段,也进一步证明了气流干燥过程中的水分蒸发主要发生在恒速干燥阶段;油页岩气流干燥过程中,计算传热系数的Nu～Re的经验关联式为***经验关联式：Nu=0.15Rep。用该关联式计算得到的模拟结果与实验结果的相对误差如下：气相出口温度(℃)的相对误差为-2.9%;物料最终温度(℃)的相对误差为-8.9%;气相出口湿度的相对误差为35%;平均传热系数的相对误差为-2.8%。

关键词：油页岩计算流体力学气流干燥干燥动力学模型

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小型H型垂直轴风力发电机气动性能分析

小型H型垂直轴风力发电机气动性能分析

作者：郑云西南交通大学

学位级别：硕士

小型H型垂直轴风力机由于具有低速性能好、噪声低、安全性高、对环境破坏小、结构简单、成本低廉等优点而拥有很大的市场前景。风轮和发电机是风力发电系统的主要部件,其结构及性能对风力发电系统的风能利用效率有着至关重要的作用。但... 详细信息

小型H型垂直轴风力机由于具有低速性能好、噪声低、安全性高、对环境破坏小、结构简单、成本低廉等优点而拥有很大的市场前景。风轮和发电机是风力发电系统的主要部件,其结构及性能对风力发电系统的风能利用效率有着至关重要的作用。但是,由于缺乏系统的设计及优化方法,导致H型风力发电机的风能利用效率低下的问题一直未得到解决。为此,本文针对H型风力发电机,建立一种对H型风力发电机的优化设计具有重要的实际意义的分析方法,对其进行气动性能分析。本文主要采用基于计算流体力学的数值模拟方法,利用有限体积法对H型风力发电机的气动性能进行计算,并在此基础上研究了影响H型风力发电机气动性能的因素以及风轮与发电机的匹配。论文主要包含三部分的内容:风轮几何模型的建化及计算模型的建立;风轮结构对风力发电机气动性能影响的研究;风轮与发电机的匹配特性研究。采用移动网格技术,对风轮进行瞬态CFD计算,可获得不同状态下风轮的风能利用率及转矩等数据,从而为设计出高效率的风力发电机提供理论依据。对不同来流风速下的风轮功率及扭矩进行计算,输出各风速下风车转速和输出转矩、输出功率之间的关系,将此关系曲线谱与电机特性曲线对应,进而对风轮和发电机的匹配特性进行研究。

关键词： H型风力发电机风轮计算流体力学风能利用率扭矩匹配