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高焓条件下多孔柱状结构发汗冷却实验研究

工程热物理学报 2020年第12期41卷 3053-3060页

作者：肖雪峰赵广播周伟星哈尔滨工业大学能源科学与动力工程学院哈尔滨150001

发汗冷却技术是解决未来高超飞行器热防护问题的关键技术之一,本文以金属颗粒烧结材料制成的柱状结构为研究对象,开展了以航空煤油为冷却剂的多孔柱状结构发汗冷却实验。实验同时考察了多孔单柱结构和多孔三柱结构,采用红外热成像系统... 详细信息

发汗冷却技术是解决未来高超飞行器热防护问题的关键技术之一,本文以金属颗粒烧结材料制成的柱状结构为研究对象,开展了以航空煤油为冷却剂的多孔柱状结构发汗冷却实验。实验同时考察了多孔单柱结构和多孔三柱结构,采用红外热成像系统观测了多孔柱状结构的表面温度分布情况。实验结果显示在航空煤油总流量26 g/s、来流马赫数2.1、来流总温1165 K的条件下,多孔单柱结构和多孔三柱结构均得到了良好的冷却,最高温度不超过600 K。

关键词：发汗冷却超声速多孔介质柱状结构

内部冲击构型对气冷涡轮气热耦合计算影响的对比研究

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工程热物理学报 2023年第3期44卷 634-640页

作者：李守祚罗磊王松涛哈尔滨工业大学能源科学与工程学院哈尔滨150006

为了评估复杂冷却涡轮内部冷却结构变化对涡轮气动及传热性能的影响,本文采用气热耦合计算方法对三种具有不同内部冲击结构的高压导叶进行了研究。分析了无冲击冷却结构、冲击挡板结构以及冲击套筒结构对涡轮气动及传热性能的影响规律... 详细信息

为了评估复杂冷却涡轮内部冷却结构变化对涡轮气动及传热性能的影响,本文采用气热耦合计算方法对三种具有不同内部冲击结构的高压导叶进行了研究。分析了无冲击冷却结构、冲击挡板结构以及冲击套筒结构对涡轮气动及传热性能的影响规律。结果表明:在气动性能方面,无冲击冷却结构方案总流量最大,带有冲击套筒结构方案最小,同时涡轮气动效率也会随着内部结构的变化而变化;在传热方面,通过对比可以发现两种冲击方案都会对叶片表面最大温度进行降低,但冲击套筒结构方案同时还能够降低叶片表面平均温度。

关键词：气热耦合冷却涡轮气动性能传热性能

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翼型不确定性量化中正交匹配追踪的应用

航空学报 2023年第18期44卷 119-131页

作者：胡汉铎宋彦萍俞建阳刘瑶陈浮高文秀哈尔滨工业大学能源科学与工程学院哈尔滨150001

不确定性在实际系统中广泛存在,为了研究不确定性因素影响下系统输出的随机响应特性,传统的不确定性量化方法如蒙特卡洛采样、混沌多项式展开等需要大量的样本,制约了在飞机机翼等复杂系统中的应用。近年来,在信号处理领域发展迅速的压... 详细信息

不确定性在实际系统中广泛存在,为了研究不确定性因素影响下系统输出的随机响应特性,传统的不确定性量化方法如蒙特卡洛采样、混沌多项式展开等需要大量的样本,制约了在飞机机翼等复杂系统中的应用。近年来,在信号处理领域发展迅速的压缩感知技术,利用原始信号的稀疏性可以用少量的样本精确重构信号。这一特性促使研究人员探索将压缩感知技术应用于不确定性量化研究中。以RAE2822实际翼型为研究对象,使用类函数/形函数变换将原始翼型参数化,考虑加工、装配过程和实际飞行工况下的几何不确定性,将压缩感知技术与混沌多项式展开相结合,利用正交匹配追踪算法实现多项式系数的稀疏重构,获得翼型气动力系数和流场参数在考虑几何不确定性影响下的均值和标准差,并与蒙特卡洛采样和满秩概率配点法获得的结果进行对比。通过对收敛性能、样本数需求和重构精度等方面的对比分析表明,正交匹配追踪算法能够利用相对较少的样本获得与传统不确定性量化方法相近的精度。考虑到实际系统的随机响应在混沌多项式基底上大多具有稀疏的展开形式,因此将压缩感知技术应用到不确定性量化中可以显著降低样本数需求,从而降低时间成本,提高计算效率。

关键词：压缩感知正交匹配追踪混沌多项式展开不确定性量化翼型不确定性类函数/形函数变换

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动力学仿真数据驱动的域自适应智能诊断方法

中国机械工程 2023年第23期34卷 2832-2841页

作者：于树博刘占生赵辰哈尔滨工业大学能源科学与工程学院哈尔滨150001

高质量标记数据是基于深度学习的故障诊断方法有效性的重要保障,然而在实际中难以获取大量工业标记故障案例,导致模型的泛化诊断能力弱。针对该问题,提出了动力学仿真数据驱动的域自适应智能诊断方法,该方法考虑仿真数据与实际数据的本... 详细信息

高质量标记数据是基于深度学习的故障诊断方法有效性的重要保障,然而在实际中难以获取大量工业标记故障案例,导致模型的泛化诊断能力弱。针对该问题,提出了动力学仿真数据驱动的域自适应智能诊断方法,该方法考虑仿真数据与实际数据的本质差异,引入了一种特征分离网络域自适应诊断模型,在传统的域自适应模型基础上增加了目标域独有特征提取器以显式分离实际数据中的环境噪声等特征,增强域不变故障特征表示和聚类能力。提出了将域共享特征提取器诊断结果用于域独有特征提取器模型参数的训练策略,进一步提高模型的训练稳定性。采用凯斯西储大学轴承数据集测试了所提方法的诊断性能,结果表明诊断准确率和特征提取及聚类能力均优于其他对比迁移方法,并经验性地分析了模型超参数敏感度。

关键词：动力学模型故障诊断域自适应特征分离网络

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悬停直升机旋翼作用下气固流动特性模拟研究

工程热物理学报 2023年第1期44卷 112-117页

作者：姜晓雪陆慧林哈尔滨工业大学能源科学与工程学院哈尔滨150000

直升机悬停时旋转桨叶将影响气体与颗粒两相流体动力特性。本文运用基于颗粒动理学理论的三维瞬态欧拉–欧拉气固多相流模型,数值模拟旋翼旋转对颗粒层的颗粒携带影响。结果表明,旋转气体携带颗粒两相流场可以划分为低压桨叶旋转区域Ⅰ... 详细信息

直升机悬停时旋转桨叶将影响气体与颗粒两相流体动力特性。本文运用基于颗粒动理学理论的三维瞬态欧拉–欧拉气固多相流模型,数值模拟旋翼旋转对颗粒层的颗粒携带影响。结果表明,旋转气体携带颗粒两相流场可以划分为低压桨叶旋转区域Ⅰ、高压浆叶尖端区域Ⅱ和外部流动区域Ⅲ。旋转高速气体与颗粒层表面颗粒形成相互作用形成局部自由剪切层诱发颗粒的夹带。随着悬停高度降低,旋转气体饱和颗粒夹带量增大。

关键词：双叶片旋转颗粒携带 CFD 颗粒动理学

基于吸附强化重整制氢的燃料电池–涡轮混合发电系统性能研究

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工程热物理学报 2022年第9期43卷 2340-2346页

作者：刘禾秦江郭发福李成杰姬志行哈尔滨工业大学能源科学与工程学院哈尔滨150001

为避免高含碳量的碳氢燃料使得带有阳极尾气再循环的燃料电池-涡轮混合发电系统中重整器内CO_(2)浓度过高的问题,将氧化钙作为吸附剂的吸附强化重整制氢被应用于该系统。系统的燃料为十二烷,通过吉布斯自由能最小化的方法完成重整过程... 详细信息

为避免高含碳量的碳氢燃料使得带有阳极尾气再循环的燃料电池-涡轮混合发电系统中重整器内CO_(2)浓度过高的问题,将氧化钙作为吸附剂的吸附强化重整制氢被应用于该系统。系统的燃料为十二烷,通过吉布斯自由能最小化的方法完成重整过程的热力学计算。结果表明:采用吸附强化重整制氢的发电系统在系统发电效率及功率输出上分别提升了3.93%和19.17%,并降低了CO_(2)排放量66.46%。且在燃料电池温度为1023~1063 K、钙碳比为0.4~0.8的范围内,系统的性能随参数增大而明显提升。但该参数的增大又会影响燃料电池及系统的安全运行,因此参数的选择需要综合考虑。

关键词：固体氧化物燃料电池发电系统吸附强化重整制氢二氧化碳排放

预燃室燃烧器煤气化细灰混烧特性和数值模拟研究

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工程热物理学报 2022年第6期43卷 1675-1683页

作者：李佳伟陈智超张旭阳关硕乔彦宇袁振华李争起哈尔滨工业大学能源科学与工程学院哈尔滨150001

煤气化细灰(CGFA)通常作为固体废物填埋处理,不仅对环境有害,而且会损失大量的能量。采用SEM、拉曼、热重分析仪(TGA)研究了CGFA理化结构和着火、燃尽行为。利用激光多普勒相位测速仪器(PDA)测量工具研究了预燃室燃烧器气固流动特性,CF... 详细信息

煤气化细灰(CGFA)通常作为固体废物填埋处理,不仅对环境有害,而且会损失大量的能量。采用SEM、拉曼、热重分析仪(TGA)研究了CGFA理化结构和着火、燃尽行为。利用激光多普勒相位测速仪器(PDA)测量工具研究了预燃室燃烧器气固流动特性,CFD数值模拟数据与PDA测量气固流动数据吻合。在0.3 MW预燃室燃烧器煤粉锅炉上,对不同掺混比的CGFA混烧进行了数值研究。CGFA为多孔结构,表面粗糙且孔隙发达。CGFA的石墨化程度低于褐煤煤焦和生物质焦。TGA结果表明CGFA与无烟煤具有相似的燃烧反应性、动力学和着火行为,因此CGFA燃烧模型采用无烟煤燃烧模型。CFD模拟结果表明,CGFA在0.3MW预燃室燃烧器煤粉炉内共燃是可行的。结合NO_(x)排放、炉温和燃尽率,CGFA掺混比例在30%最为合适。

关键词：预燃室燃烧器煤气化细灰混烧特性数值模拟

基于Kriging模型的CW型原表面换热单元体优化设计

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工程热物理学报 2022年第12期43卷 3244-3251页

作者：杨燕昭汪思航陈浮尹世龙宋彦萍俞建阳哈尔滨工业大学能源科学与工程学院哈尔滨150001

CW型原表面换热器作为可应用于微型涡轮动力装置的一种换热器型式,目前还没有公认的设计准则。代理模型优化设计是一种效率高、应用广泛的设计方法,本文引入该方法开展原表面换热器的设计工作。本文采用拉丁超立方试验设计方法在设计空... 详细信息

CW型原表面换热器作为可应用于微型涡轮动力装置的一种换热器型式,目前还没有公认的设计准则。代理模型优化设计是一种效率高、应用广泛的设计方法,本文引入该方法开展原表面换热器的设计工作。本文采用拉丁超立方试验设计方法在设计空间进行取样,结合Kriging代理模型与多目标优化遗传算法NSGA-Ⅱ进行优化设计。经验证,最终得到的原表面换热器效能可达到86.3%,通道总压恢复系数均达到96%以上,均能满足设计要求,且换热器单元体内部没有出现流动恶化,故将代理模型优化设计应用于CW型原表面换热器的设计是可行的。

关键词：优化设计 CW型原表面换热器 Kriging模型拉丁超立方试验设计数值模拟

电场作用多线-方腔结构有机相变材料熔化特性研究

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工程热物理学报 2022年第5期43卷 1285-1291页

作者：孙志浩杨鹏飞吾世昆·阿吾孜汗罗康吴健哈尔滨工业大学能源科学与工程学院哈尔滨150001

电场能够主动操控介电工质流动传热过程。本文搭建了非对称多线-方腔电极结构实验平台,研究了电场作用下正十八烷/石蜡两种有机相变材料(Phase change materials, PCMs)熔化特性.实验结果表明:电场能明显加快正十八烷熔化过程,当向多线... 详细信息

电场能够主动操控介电工质流动传热过程。本文搭建了非对称多线-方腔电极结构实验平台,研究了电场作用下正十八烷/石蜡两种有机相变材料(Phase change materials, PCMs)熔化特性.实验结果表明:电场能明显加快正十八烷熔化过程,当向多线电极施加电压为-10.0 k V时,其熔化时间最多可缩短54.5%;液态石蜡由于具有较高黏度,电场加速石蜡熔化效果并不明显;库伦力为电场作用有机相变材料熔化的主要作用力,其空间电荷来源于线电极注入。

关键词：有机相变材料熔化电流体动力学主动强化