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柴油机Wiebe模型参数优化及燃烧性能预测

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天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2024年第5期57卷 473-481页

作者：张帆马庆国王子玉曹如楼李超凡裴毅强先进内燃动力全国重点实验室(天津大学) 天津300072 中国北方发动机研究所天津300400

基于一台单缸柴油机进行了发动机性能实验,通过结合单、双Wiebe燃烧模型和机器学习算法,提出了一种可预测的Wiebe燃烧模型,开展了不同边界条件下的燃烧参数和规律预测研究.首先,使用代数化Wiebe方程的线性拟合,根据线性拟合精度选取单、... 详细信息

基于一台单缸柴油机进行了发动机性能实验,通过结合单、双Wiebe燃烧模型和机器学习算法,提出了一种可预测的Wiebe燃烧模型,开展了不同边界条件下的燃烧参数和规律预测研究.首先,使用代数化Wiebe方程的线性拟合,根据线性拟合精度选取单、双Wiebe模型.然后,使用列文伯格-马夸尔特(Levenberg-Marquardt,LM)算法拟合Wiebe方程得到相应的6个Wiebe参数,实现放热率Wiebe参数化.最后,基于该Wiebe燃烧参数,应用误差反向传播神经网络(back propagation neural network,BP-NN)和随机森林(random forest,RF)算法,开发了实用性更广泛的两种Wiebe燃烧预测模型,研究了不同边界条件下的燃烧规律.结果显示:代数Wiebe方程的线性拟合精度小于等于0.99000时放热率曲线更复杂,此时选用双Wiebe方程可得到高精度的Wiebe燃烧参数,反之选用单Wiebe方程即可;在1200 r/min和2200 r/min时选择双Wiebe方程对放热率进行拟合,拟合精度R^(2)均大于0.99000,误差平方和均小于0.01,通过Wiebe参数重新构建的放热率和实验放热率基本一致.基于LM算法的放热率拟合算法,可以很好地反映柴油机不同工况下的燃烧特征.对比两种不同的燃烧预测模型BP-NN和RF发现:BP-NN模型对一Wiebe形状因子m1和一Wiebe燃烧初始相位φ_(01)的预测精度更高,而RF算法对一Wiebe燃烧比例α和燃烧结束相位φ_(end)的预测精度更高,因此,针对不同燃烧参数选择不同预测模型可以有效提高Wiebe燃烧预测模型的精度.

关键词：柴油机 Wiebe燃烧模型列文伯格-马夸尔特算法神经网络随机森林算法

装甲车辆大功率电驱动系统传导干扰预测模型构建方法

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兵工学报 2024年第9期45卷 3004-3016页

作者：熊瑛李小健范知友李楠王彪王天楠中国北方车辆研究所电磁兼容试验室北京100072

装甲车辆动力系统大功率电驱动系统中开关模组的高速切换将产生一系列高压瞬态脉冲及宽频谐波干扰,对高度电气化的整车系统构成严峻威胁。针对大功率电驱动系统产生的传导干扰缺乏数字化检测及分析问题,提出一种系统级的传导干扰预测模... 详细信息

装甲车辆动力系统大功率电驱动系统中开关模组的高速切换将产生一系列高压瞬态脉冲及宽频谐波干扰,对高度电气化的整车系统构成严峻威胁。针对大功率电驱动系统产生的传导干扰缺乏数字化检测及分析问题,提出一种系统级的传导干扰预测模型构建方法。对电驱动系统各电气部件例如高压电池组、逆变器、负载电机分别独立建模;基于多导体传输线方法,将各模型通过表征系统寄生效应的传输线进行级联,进而构成完整的分布式系统级传导干扰预测模型。通过测试台架对新提出的模型进行精度测试对比验证。对比验证结果表明,新构建的模型在10 kHz~100 MHz频段范围内仿真精度优于8 dB,可为电驱动装甲车辆的电磁兼容正向设计提供有效支撑,具备创新性及实用性。

关键词：装甲车辆传导干扰电驱动系统开关模组三相同步电机模型构建

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基于MBSE的柴油机系统设计建模方法

图学学报 2024年第2期45卷 355-362页

作者：马彦丽张继忠郝冀斌梁巍李秀春中国北方发动机研究所天津300406

随着国防武器装备对动力要求越来越高,柴油机系统复杂度急剧提升,传统的以文档为核心的系统工程方法已经无法有效满足柴油机高效、准确、可靠的研制需求,为此,在柴油机研发过程中引入基于模型的系统工程(MBSE)方法。提出了基于RFLP的MBS... 详细信息

随着国防武器装备对动力要求越来越高,柴油机系统复杂度急剧提升,传统的以文档为核心的系统工程方法已经无法有效满足柴油机高效、准确、可靠的研制需求,为此,在柴油机研发过程中引入基于模型的系统工程(MBSE)方法。提出了基于RFLP的MBSE的柴油机系统建模流程,及支撑该流程运行的柴油机模型体系,在此基础上,以柴油机某研制任务为例,以模型为核心,给出了基于MBSE系统建模过程及模型实例,对柴油机需求分析建模、柴油机功能建模、柴油机系统架构分析与综合进行了阐述,体现了基于模型的设计方法在柴油机研制过程需求早期验证、功能快速仿真、数据可追溯方面的优势,从而有效提高研发设计效率。

关键词：柴油机 MBSE 系统建模模型体系建模方法

γ-TiAl合金钎焊用钎料设计及接头组织研究

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航空制造技术 2024年第8期67卷 105-109页

作者：静永娟刘烨尚泳来李思思张元伟中国航发北京航空材料研究院北京100095 中国北方发动机研究所天津300400

γ-TiAl合金是一种极具应用潜力的金属间化合物材料,采用所设计的Ti-15.6Zr-11.0Cu-9.8Ni(质量分数,%)钎料对其进行钎焊,分析接头组织形貌及元素分布,测试接头微区的显微硬度及接头强度,得出Al元素向界面发生扩散成为界面形成的主要驱动... 详细信息

γ-TiAl合金是一种极具应用潜力的金属间化合物材料,采用所设计的Ti-15.6Zr-11.0Cu-9.8Ni(质量分数,%)钎料对其进行钎焊,分析接头组织形貌及元素分布,测试接头微区的显微硬度及接头强度,得出Al元素向界面发生扩散成为界面形成的主要驱动力;钎料元素Zr、Cu和Ni主要集中在近邻界面中心的部位。归因于晶粒组织粗大及硬度较高的网格状组织,钎焊断裂发生在界面中心部位。尽管界面靠近基体一侧出现了连续的Ti3Al相,但其塑性较好且硬度适中,因此有利于基体与界面之间力的传递和接头韧性。对接接头抗拉强度在室温下达到517 MPa,强度系数0.816。

关键词： γ-TiAl合金钎焊界面抗拉强度钎料

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低温起动热力学条件下柴油机喷雾着火特性

内燃机学报 2024年第1期42卷 11-17页

作者：马玉坡冯宇廖桐舟刘浩业中国北方车辆研究所轮式系统技术部北京100072 天津大学先进内燃动力全国重点实验室天津300350

针对一款V型八缸增压柴油机,首先分析了其低温起动过程中缸内压缩压力和压缩温度的变化规律,然后在定容喷雾燃烧装置中研究了低温起动热力学条件下柴油的喷雾着火特性,分析了背景温度和背景密度的变化过程中喷雾射流滞燃期和着火位置的... 详细信息

针对一款V型八缸增压柴油机,首先分析了其低温起动过程中缸内压缩压力和压缩温度的变化规律,然后在定容喷雾燃烧装置中研究了低温起动热力学条件下柴油的喷雾着火特性,分析了背景温度和背景密度的变化过程中喷雾射流滞燃期和着火位置的变化规律.研究发现:随着背景温度降低,柴油自由喷雾着火滞燃期逐渐增加,着火稳定性逐渐降低;背景密度越高,最低着火温度越低;背景温度低于430℃时,柴油射流的着火成功率非常低,很难着火.该研究对提高起动稳定性,降低燃油消耗率和改善排放有重要的指导意义.

关键词：柴油机着火特性低温起动

动力电池材料—结构—性能跨尺度关联效应研究

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工程设计学报 2024年第1期31卷 120-129页

作者：张志张艳岗曹美文陈建军杨志强郭巨寿中北大学能源与动力工程学院山西太原030051 北方通用动力集团有限公司山西大同037036

动力电池是新能源汽车的核心部件,其电化学性能和热性能是决定新能源汽车能否规模化推广应用的关键,然而宏观尺度下的电化学性能和热性能既受到微观尺度下的电极材料特性的影响,又受到介观尺度下的电池结构参数的影响。为了揭示电池材... 详细信息

动力电池是新能源汽车的核心部件,其电化学性能和热性能是决定新能源汽车能否规模化推广应用的关键,然而宏观尺度下的电化学性能和热性能既受到微观尺度下的电极材料特性的影响,又受到介观尺度下的电池结构参数的影响。为了揭示电池材料参数、电极结构参数和电池工作参数对动力电池性能的影响机理,以18650型镍钴锰三元动力电池锂为研究对象,通过构建电池电化学-热耦合模型,分别探究了上述各参数对动力电池电化学性能和热性能的影响规律,综合分析了电池材料—结构—性能跨尺度关联效应。研究结果表明:电池材料参数、电极结构参数、电池工作参数对动力电池性能的影响具有跨尺度强相关的特征。单一尺度下的动力电池设计及性能优化并不能得到最优结果,开展材料—结构—性能跨尺度设计及优化是动力电池安全性能和动力性能提升的根本途径。

关键词：动力电池电化学-热耦合模型跨尺度关联电化学性能热性能

基于喷雾动量法的共轨喷油器喷油稳定性实验研究

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西南交通大学学报 2024年

作者：赵建辉徐煜杨贵春徐丹王伟哈尔滨工程大学动力与能源工程学院中国北方发动机研究所

基于喷雾动量法设计开发了多喷孔喷油器各喷孔喷油规律测量装置，喷油规律和喷油量测量结果和商业单次喷射仪EMI 2的测量结果的一致性证明了本文开发的测量装置的准确性，采用该测量装置开展了Bosch共轨喷油器在不同工况下喷油稳定性实... 详细信息

基于喷雾动量法设计开发了多喷孔喷油器各喷孔喷油规律测量装置，喷油规律和喷油量测量结果和商业单次喷射仪EMI 2的测量结果的一致性证明了本文开发的测量装置的准确性，采用该测量装置开展了Bosch共轨喷油器在不同工况下喷油稳定性实验研究。研究发现：在低喷油压力下，随着喷油脉宽的增加，喷孔喷油量波动率随之降低，但整体上喷油量波动率10%-20%之间，这是由于针阀无法完全打开，针阀-针阀座之间燃油的不稳定流动成为影响喷油量波动的主要因素。在更高的喷油压力下，由于针阀更容易达到最大升程，此时对喷孔喷油量波动起到决定作用的是喷孔参数，在研究的喷油脉宽范围内，喷孔喷油量波动率处于5%之内，远小于相同条件下的低喷油压力下的喷孔喷油量波动率，这说明针阀无法实现最大升程是共轨喷油器小油量喷射无法实现精确稳定控制的核心原因。

关键词：喷油稳定性喷油量波动率喷雾动量法循环喷油量高压共轨燃油系统

采用双向流固耦合的胀圈密封功率损失预测模型

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西安交通大学学报 2024年第3期58卷 69-81页

作者：冯伟胡帅宫武旗邹天刚桂鹏西安交通大学能源与动力工程学院西安710049 中国北方车辆研究所车辆传动重点实验室北京100072

针对现存胀圈密封功率损失模型不能准测预测出实际运行时密封环的功率损失的问题,提出了新的胀圈密封功率损失预测模型。基于ANSYS Workbench平台建立了包括转轴、配油套及胀圈密封环在内的双向流固耦合数值计算模型,设计并搭建了胀圈... 详细信息

针对现存胀圈密封功率损失模型不能准测预测出实际运行时密封环的功率损失的问题,提出了新的胀圈密封功率损失预测模型。基于ANSYS Workbench平台建立了包括转轴、配油套及胀圈密封环在内的双向流固耦合数值计算模型,设计并搭建了胀圈密封性能试验系统,验证了数值模拟的准确性。通过多元线性回归方法构建了包含油液动力黏度、密封压差、转轴转速以及胀圈密封结构主要尺寸参数的功率损失预测模型,比现存模型包含更多影响因素。分析结果表明:模型预测值与试验值的相对误差在9%以内,满足工业应用要求;功率损失对各影响因素的敏感度由强到弱依次为:密封压差、温度、转速,且密封压差对胀圈密封功率损失影响高度显著。

关键词：胀圈密封功率损失线性回归正交试验数值计算

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狭小间隙下液力变矩器搅油功率损失模型

排灌机械工程学报 2024年

作者：吕懿晨孙中国宫武旗邹天刚桂鹏西安交通大学能源与动力工程学院中国北方车辆研究所

针对液力变矩器高速旋转产生较大搅油功率损失问题，以某液力变矩器为研究对象，基于CFD数值模拟及数据统计分析方法，提出一种搅油功率损失预测模型．该模型主要考虑液力变矩器装配间隙几何特征、运行参数、润滑油物性与润滑状态等因... 详细信息

针对液力变矩器高速旋转产生较大搅油功率损失问题，以某液力变矩器为研究对象，基于CFD数值模拟及数据统计分析方法，提出一种搅油功率损失预测模型．该模型主要考虑液力变矩器装配间隙几何特征、运行参数、润滑油物性与润滑状态等因素影响，采用正交分解法选择25组不同运行参数下的搅油过程进行数值模拟，并结合某传动装置实际运行工况和使用要求进行了多工况验证．结果表明：随着润滑油雷诺数增大，搅油功率损失成指数型快速增长；搅油功率损失随径向间隙的增大而减小，随轴向间隙的增大而增大；当径向间隙小于9mm时，搅油损失功率随着径向间隙减小而急剧增大；相比于轴向间隙，径向间隙对搅油功率损失值的影响程度更大；狭小间隙下液力变矩器搅油功率损失模型结果与数值计算结果总体符合较好，相对误差在10%内．研究结果可为狭小间隙液力变矩器设计及综合传动装置的优化提供一定技术支撑．

关键词：液力变矩器搅油功率损失狭小间隙损失模型数值模拟