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多力场耦合条件下T型圆管通道内流体热混合机理研究

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西安交通大学学报 2025年第1期59卷 78-92页

作者：李桉琦苏博林梅王秋旺西安交通大学能源与动力工程学院西安710049

针对海洋动力平台和船舶动力装置中T型圆管通道内冷热流体间的热混合机理尚不清楚的问题,利用大涡模拟方法,对不同支管布置方式高温高压工况下(运行压力为10 MPa,进口流体温差为275 K,摇摆雷诺数为41 500)的多力场耦合T型圆管通道内流... 详细信息

针对海洋动力平台和船舶动力装置中T型圆管通道内冷热流体间的热混合机理尚不清楚的问题,利用大涡模拟方法,对不同支管布置方式高温高压工况下(运行压力为10 MPa,进口流体温差为275 K,摇摆雷诺数为41 500)的多力场耦合T型圆管通道内流体热混合机理进行数值研究。利用提出的混合系数定量评价了不同布置方式下T型圆管通道内流体混合效果,利用均方根温度定量评价了不同布置方式下T型圆管通道管壁处温度脉动情况。结果表明:剪切层和尾迹区内涡结构与温度场存在时间和空间上的协同机制,且涡脱落频率和温度脉动频率基本相同,脱落频率为19.3 Hz;附加惯性力引起T型圆管通道内涡结构和温度场在时间和空间上周期性变化,加速了流体混合过程,削弱了浮升力和重力引起的热分层现象,同时增大了流体域内温度波动,长度约为10.2 D(D为主管内径);与对应的静止工况相比,支管竖直向上、水平和竖直向下布置时,摇摆条件下混合系数分别增大了10.8%、18.3%和27.8%;摇摆条件竖直向下布置时,管壁处温度均方根峰值最大为0.16,约为静止工况的2倍。因此,支管竖直向上布置时,热混合效果最好,热分层现象最弱,在实际应用中应被优先考虑。

关键词： T型圆管通道浮升力摇摆条件热混合机理大涡模拟

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生物炭表面NO吸附特性的量子化学研究

原子与分子物理学报 2025年第5期42卷 7-16页

作者：朱世遥薛婕雯张雨轩陈斌武卫东上海理工大学上海200093 上海工程技术大学城市轨道交通学院上海201620 上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

生物炭表面具有丰富的官能团,通过化学吸附可以与一氧化氮(NO)分子形成稳定化学键,廉价易得且环境适应性强,具有广阔的应用前景.然而,当前对生物炭表面NO吸附特性的研究大多仍停留在宏观层面,缺乏深入的微观机制解析.本文基于密度泛函理... 详细信息

生物炭表面具有丰富的官能团,通过化学吸附可以与一氧化氮(NO)分子形成稳定化学键,廉价易得且环境适应性强,具有广阔的应用前景.然而,当前对生物炭表面NO吸附特性的研究大多仍停留在宏观层面,缺乏深入的微观机制解析.本文基于密度泛函理论,深入研究了生物炭表面一氧化氮(NO)的吸附转化路径,从分子层面揭示了生物炭对NO的吸附特性.研究结果显示,N-down型吸附构型的能量普遍低于O-down型吸附构型,是较为可能的吸附构型,并且含氧原子的官能团在NO的吸附和氨(NH_(3))的形成过程中扮演着关键角色.此外,通过对N-down型构型的进一步分析发现,在与活性位点结合后,NO将优先取代羟基,最终在生物质焦炭表面转化为NH_(3).同时,基于变分过渡态理论(CVT)计算了反应速率,发现NO优先反应的途径将受到不同区域内反应速率的限制.本文通过量子化学方法深入揭示了生物炭表面NO吸附特性的微观机制,为优化生物炭在NO治理中的应用提供了理论支持.

关键词：吸附生物炭密度泛函理论

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基于改进滑模控制的水稻直播机路径跟踪研究

农机化研究 2025年第4期47卷 28-34页

作者：徐长赓李彦明刘子翔刘成良上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 农业农村部长三角智慧农业技术重点实验室上海200240

为了提高水稻直播机自动作业时路径跟踪的精度和稳定性,提出了一种基于新型非线性滑模面和改进快速变幂次趋近率的滑模路径跟踪控制方法。首先,建立Frenet坐标系下直播机的路径跟踪运动学模型;然后,为保证路径跟踪过程中横向偏差和航向... 详细信息

为了提高水稻直播机自动作业时路径跟踪的精度和稳定性,提出了一种基于新型非线性滑模面和改进快速变幂次趋近率的滑模路径跟踪控制方法。首先,建立Frenet坐标系下直播机的路径跟踪运动学模型;然后,为保证路径跟踪过程中横向偏差和航向偏差全局收敛,采用双曲正切函数设计滑模面;最后,在快速幂次趋近率的基础上设计了变指数幂次项,提高了系统趋近速度并有效抑制了抖振。在Simulink上搭建模型并进行仿真,与基于快速幂次趋近率和指数趋近率的滑模控制方法相比,本文改进滑模控制方法的路径跟踪误差收敛时间最短并且无抖振现象发生。直播机采用改进算法以0.8 m/s的速度在水田实际自动作业时,横向偏差和航向偏差的平均绝对误差为0.016 9 m和1.099 9°,均方差为0.021 5 m和1.499 2°,提高了路径跟踪的精度和稳定性,满足了实际作业需求。

关键词：水稻直播机路径跟踪滑模控制趋近率

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基于自适应视距制导的无人潜航器三维协同路径跟踪控制

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控制与决策 2025年第1期 242-251页

作者：王浩亮于德智卢丽宇张卫东彭周华大连海事大学轮机工程学院上海交通大学电子信息与电气工程学院大连市智能船艇集群控制与电气技术重点实验室水路交通控制全国重点实验室大连海事大学船舶电气工程学院海南大学信息与通信工程学院

针对跟踪路径复杂、立体空间运动、模型参数动态变化、风浪流扰动下的多无人潜航器(unmanned underwater vehicle, UUV)协同路径跟踪问题开展研究.首先,针对UUV跟踪复杂路径情形设计自适应前视距离策略,使得UUV可以更好地跟踪复杂水下路... 详细信息

针对跟踪路径复杂、立体空间运动、模型参数动态变化、风浪流扰动下的多无人潜航器(unmanned underwater vehicle, UUV)协同路径跟踪问题开展研究.首先,针对UUV跟踪复杂路径情形设计自适应前视距离策略,使得UUV可以更好地跟踪复杂水下路径;其次,针对立体空间运动的UUV集群,设计三维视距制导律和协同控制律引导UUV集群在三维空间中沿参数化路径运动;最后,针对模型参数动态变化、风浪流扰动影响下的UUV集群,设计自抗扰控制器实现对动态变化模型、总扰动信息和速度信息的统一估计,保证动力学控制的稳定性.仿真结果验证了所提出基于自适应视距制导的无人潜航器三维协同路径跟踪控制方法的有效性.

关键词：自适应前视距离三维视距制导协同路径跟踪自抗扰控制无人潜航器

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纳米尺度下水液滴撞击固体表面润湿性行为的分子动力学模拟

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原子与分子物理学报 2025年第2期42卷 91-97页

作者：王美婷祁影霞陶杰陈曦杨宇水张蕾刘妮杨果成上海理工大学能源与动力工程学院上海200093 上海海立集团股份有限公司上海201206

本文采用分子动力学方法研究纳米尺度下水液滴碰撞铜壁面的润湿过程,水滴温度和固液作用强度对润湿性行为的影响以及直径为4.67 nm球形液滴在273 K-353 K温区、固液作用强度在1-3范围内,水滴的润湿行为和平衡接触角与温度、固液作用强... 详细信息

本文采用分子动力学方法研究纳米尺度下水液滴碰撞铜壁面的润湿过程,水滴温度和固液作用强度对润湿性行为的影响以及直径为4.67 nm球形液滴在273 K-353 K温区、固液作用强度在1-3范围内,水滴的润湿行为和平衡接触角与温度、固液作用强度之间的变化关系.研究结果显示:液滴在不同润湿性壁面上会产生明显不同的润湿演化特性.模拟结果表明对于亲水材料,由于壁面附近水分子所受的势能束缚随温度升高而增强,平衡接触角则相应减小;对于疏水材料,由于随温度的升高分子之间增加的势能大于固液之间增加的势能而表现出平衡接触角随着温度升高而增大的趋势.因此,针对其材料亲水性能,可以通过改变温度影响其润湿行为,从而提高传热、传质和自清洁性能.

关键词：润湿性接触角分子动力学模拟纳米液滴

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使用光谱分析实现弯管中两相流含气率的预测

光谱学与光谱分析 2025年第1期45卷 231-238页

作者：车少敏马世一刘雪婧殷雄周延熊兵李锟李飞西安交通大学能源与动力工程学院陕西西安710049 中国航发四川燃气涡轮研究院四川成都610500 西安石油大学电子工程学院陕西西安710065

空气被夹带进入发动机润滑油系统形成油气两相流后,会严重影响润滑系统的正常运行。因此实现发动机润滑油系统中油气两相流含气率的准确和快速测量具有十分重要的意义。基于光谱匹配方法,对发动机润滑油系统在弯管处的油气两相流含气率... 详细信息

空气被夹带进入发动机润滑油系统形成油气两相流后,会严重影响润滑系统的正常运行。因此实现发动机润滑油系统中油气两相流含气率的准确和快速测量具有十分重要的意义。基于光谱匹配方法,对发动机润滑油系统在弯管处的油气两相流含气率进行了测量研究。首先使用近红外、可见光和紫外光谱仪获取油气两相流在2个流速、5个温度工况下0.10%~1.00%含气率范围(间隔0.06%)的吸光度数据并进行分析,确认油气两相流在三个波段下均有吸收,且吸收强度与含气率有关;其次提出将数据预处理结合光谱相似性测度方法并应用于弯管含气率光谱分析中,显著降低了基于原始光谱的含气率预测的最大相对误差。在近红外波段通过使用数据增强方法如中心化(center)和标准化(autoscaling)并结合光谱角余弦方法,得出新润滑油的含气率最大相对误差相对于原始光谱得到的数值从48%降低到36%。利用该方法分别在三个波段进行含气率预测,试验工况包括2个流速、5个温度,分析了两相流的温度和流速对含气率预测的影响。温度30.0℃,流速5.1 m·min^(-1)下,含气率信息在紫外波段(193.5~413.8 nm)与光谱向量的方向或形状差异的联系更为紧密,含气率预测的最大相对误差仅为6%。在近红外和可见光波段,流速或温度一定时,最大相对误差随着温度或流速的增加均有减小趋势。紫外波段下温度对含气率预测效果没有特定的影响规律,随着两相流的流速增加,含气率预测的最大相对误差有增大趋势。结果表明对于透光性较好的新润滑油,使用紫外光谱仪进行含气率数据的采集,含气率的预测选用标准化预处理结合光谱角余弦方法,得到的含气率预测最大相对误差最小。

关键词：气液两相流含气率光谱分析光谱匹配

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汽车空调系统动态特性与优化分析

上海交通大学学报 1999年第8期33卷 928-933页

作者：孙学军阙雄才陈芝久上海交通大学动力与能源工程学院

：以制冷系统热动力学为理论基础，建立了包括车厢体在内的汽车空调系统部件动态特性数学模型，对ＨＦＣ１３４ａ汽车空调系统动态性能进行研究．提出了基于车室内热微气候的人体动态热舒适性优化目标函数，利用优化算法结合系统动态仿... 详细信息

：以制冷系统热动力学为理论基础，建立了包括车厢体在内的汽车空调系统部件动态特性数学模型，对ＨＦＣ１３４ａ汽车空调系统动态性能进行研究．提出了基于车室内热微气候的人体动态热舒适性优化目标函数，利用优化算法结合系统动态仿真技术。

关键词：汽车仿真优化分析空调系统动态特性

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可压流的龙格-库塔时间步进求解法及其应用

推进技术 1999年第4期20卷 75-80页

作者：廖宏图上海交通大学动力与能源工程学院

研究了用经典四阶龙格－库塔法计算可压缩流场的可行性，并将其用到了电弧喷射推力器内部等离子体流场的数值求解中。应用情况表明，在结合了局域时间步长、隐式残值光滑加速收敛措施后，本格式能够成功地计算比较复杂的可压缩气体流场... 详细信息

研究了用经典四阶龙格－库塔法计算可压缩流场的可行性，并将其用到了电弧喷射推力器内部等离子体流场的数值求解中。应用情况表明，在结合了局域时间步长、隐式残值光滑加速收敛措施后，本格式能够成功地计算比较复杂的可压缩气体流场以及等离子体流场。有关计算结果揭示了气体流经电弧喷射推力器通道但无电流时形成的纯气动流场以及有电流通过时形成的等离子体流场的丰富的结构和一些重要的影响因素，为研究其过程机制提供了依据。

关键词：电弧喷射发动机流动分布可压缩流数值计算

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吸附式汽车空调的热力模拟及分析

上海交通大学学报 1999年第8期33卷 922-927页

作者：谭智超王如竹上海交通大学动力与能源工程学院

介绍了由发动机尾气驱动的吸附式汽车空调系统的结构特点，并采用数值计算方法，对加热／冷却流体与吸附床及吸附床内的传热过程进行了分析，得出了在不同工作过程中，吸附床内的温度场分布及传热特点．研究表明：在等容吸附及等容解吸... 详细信息

介绍了由发动机尾气驱动的吸附式汽车空调系统的结构特点，并采用数值计算方法，对加热／冷却流体与吸附床及吸附床内的传热过程进行了分析，得出了在不同工作过程中，吸附床内的温度场分布及传热特点．研究表明：在等容吸附及等容解吸过程中，有明显的“热管效应”，可大大提高吸附床内的传热性能．文中还讨论了不同工况、不同物性对性能的影响，指出提高吸附剂当量导热系数、减少与壁面的热阻是该系统成败的关键．

关键词：汽车空调数值解吸附式热力模拟