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基于GAF变换和TM-CNN的水工钢闸门损伤识别

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中国农村水利水电 2025年

作者：李向阳张钰奇铁瑛李帅郑州大学机械与动力工程学院

针对水工闸门损伤识别较为困难且较小程度损伤的识别准确率偏低的问题，提出了一种基于格拉姆角场（Gramian Angular Fields， GAF）变换和双流多通道卷积神经网络（Two-Stream Multi-Channel Convolutional Neural Network， TM-CNN）... 详细信息

针对水工闸门损伤识别较为困难且较小程度损伤的识别准确率偏低的问题，提出了一种基于格拉姆角场（Gramian Angular Fields， GAF）变换和双流多通道卷积神经网络（Two-Stream Multi-Channel Convolutional Neural Network， TM-CNN）的闸门损伤识别方法。该方法将不同损伤状态下采集的一维振动信号经过GAF变换转换为二维图像并以此图像训练TM-CNN，建立闸门振动信号到损伤状态的映射关系来实现损伤识别。闸门损伤实验结果显示，所提方法在闸门单点和多点损伤实验中的识别准确率分别为98.04%和99.88%，且对低程度损伤类型的识别能力较好，单点和多点实验中5%程度损伤状态的AUC均值分别为0.9996和1。实验结果验证了通过深度学习对被测物体振动信号进行分类的损伤识别方法应用于闸门上是可行的，对于水工闸门的健康监测研究具有重大意义。

关键词：水工闸门损伤识别格拉姆角场卷积神经网络

基于拓扑优化的类翼型扰流元件空气引射器性能分析

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郑州大学学报(工学版) 2025年

作者：刘华东张雅郝琪孙浩郑州大学机械与动力工程学院

针对传统空气引射器引射率较低的问题,采用拓扑优化方法对传统空气引射器进行了结构优化,并基于拓扑优化结果和减阻机理分析,提出了新型类翼型扰流元件空气引射器。利用数值模拟方法研究了新型空气引射器内部流场,分析了类翼型扰流元件... 详细信息

针对传统空气引射器引射率较低的问题,采用拓扑优化方法对传统空气引射器进行了结构优化,并基于拓扑优化结果和减阻机理分析,提出了新型类翼型扰流元件空气引射器。利用数值模拟方法研究了新型空气引射器内部流场,分析了类翼型扰流元件高度和扰流元件与喷嘴喉部距离对引射器性能的影响。结果表明:扰流元件与引射器壁面形成二次喷嘴效应,工作流体流出喷嘴后会继续加速,压力进一步降低,与引射流体驱动压差增大,使引射率显著提升。引射率随类翼型扰流元件高度增大而增大,随着扰流元件与喷嘴喉部的距离增加,引射率先增大后减小。相比于传统引射器,新型空气引射器引射率可提高146%～224%。当类翼型扰流元件的高度为3.3 mm、扰流元件与喷嘴喉部最佳距离为0.8 mm时,引射率达到最大值2.07。

关键词：类翼型扰流元件拓扑优化空气引射器引射率数值模拟

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煤分子成键特性及化学反应性研究

原子与分子物理学报 2025年 7-12页

作者：周俊杰王娟汤松臻郑州大学机械与动力工程学院

为了探究煤分子的结构特性及化学反应性,以文献中的煤分子为研究对象,采用分子动力学方法计算其径向分布函数,采用DFT方法对其进行电荷布局分析.研究表明:煤分子结构中C-C键的成键概率大小顺序为:芳香碳之间的Car-Car键>芳香碳与脂肪碳... 详细信息

为了探究煤分子的结构特性及化学反应性,以文献中的煤分子为研究对象,采用分子动力学方法计算其径向分布函数,采用DFT方法对其进行电荷布局分析.研究表明:煤分子结构中C-C键的成键概率大小顺序为:芳香碳之间的Car-Car键>芳香碳与脂肪碳之间的Car-Cal键>脂肪碳之间的Cal-Cal键;C-O键的成键概率大小为:芳香碳与氧原子之间的成键概率要大于碳氧双键的成键概率.煤分子结构中羧基、羰基中的碳原子以及脂肪族中的碳原子电荷数普遍高于芳香族碳原子以及含氮、含硫芳香杂环中碳原子的电荷数.所有的氧原子均带有较大的负电荷,含氧原子的官能团一般具有较高的反应活性,能在较低的温度下发生反应.煤分子结构中杂原子的反应活性由高到低的顺序为:氧原子>氮原子>硫原子.

关键词：煤分子径向分布函数 Mulliken布局分析成键特性化学反应性

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涡轮叶片的热流固耦合数值方法研究及应用

西安交通大学学报 2025年

作者：汪翔宇高尚鸿丰镇平西安交通大学能源与动力工程学院

为了解决对于航空发动机高压涡轮叶片缺乏有力的热流固耦合分析工具的现状，构建了集流动、换热与振动于一体的多物理场耦合数值模拟基础框架与计算方法。依托双重运动方法和动网格技术，使用跨求解器的弱耦合方法实现了对动静交错环境... 详细信息

为了解决对于航空发动机高压涡轮叶片缺乏有力的热流固耦合分析工具的现状，构建了集流动、换热与振动于一体的多物理场耦合数值模拟基础框架与计算方法。依托双重运动方法和动网格技术，使用跨求解器的弱耦合方法实现了对动静交错环境下带陶瓷涂层动叶的热、流、固耦合数值分析。计算分析了简化约束条件的涡轮叶片在多物理场环境下的振动特性，获得了涡轮叶片重要的热流固特性及其变化规律。结果表明：叶片在热流固耦合环境下振动形态为一阶弯曲及扭转振动形态的混合，其最大位移为0.209 mm；动叶的变形会进一步显著影响作用在叶片上的气动力和热负荷，叶尖附近的静压变化达9.44%，热流密度变化达39.7%；陶瓷涂层对热流固耦合条件下振动特性的影响极小。

关键词：涡轮叶片热流固耦合热障陶瓷涂层振动耦合传热

考虑轴颈倾斜的可倾瓦气体动压轴承静动态特性

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轴承 2025年第1期 46-54页

作者：牛光辉石明辉郭红张国龙郑州大学机械与动力工程学院郑州450001

针对制造装配误差及受载变形造成轴颈倾斜的问题,以可倾瓦气体动压轴承为研究对象,建立计入轴颈倾斜、瓦块摆动自由度的静动态特性分析模型,研究轴颈倾斜对定载荷下轴承偏心率、摩擦系数、量纲一的质量流量以及刚度系数、阻尼系数的影... 详细信息

针对制造装配误差及受载变形造成轴颈倾斜的问题,以可倾瓦气体动压轴承为研究对象,建立计入轴颈倾斜、瓦块摆动自由度的静动态特性分析模型,研究轴颈倾斜对定载荷下轴承偏心率、摩擦系数、量纲一的质量流量以及刚度系数、阻尼系数的影响规律,结果表明:轴颈倾斜造成气膜压力峰值向轴承一端偏移,且轴颈倾斜角越大,改变越明显;轴颈倾斜方向角的改变会造成轴承性能呈波动的变化规律。

关键词：滑动轴承气体动压轴承轴颈倾斜角偏心率摩擦系数动态性能

基于Kriging模型的锥形气体静压轴承优化设计

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轴承 2025年第1期 14-22页

作者：张文栋石明辉秦东晨袁峰陈江义郑州大学机械与动力工程学院郑州450001

针对如何提升小孔节流式锥形气体静压轴承综合性能的问题,以气浮电主轴用锥形气体静压轴承承载力最大、气体消耗量最小为优化目标,考虑轴承尺寸和工况要求的约束条件,采用最优拉丁超立方法选取设计点,通过有限元法计算样本集,利用2种提... 详细信息

针对如何提升小孔节流式锥形气体静压轴承综合性能的问题,以气浮电主轴用锥形气体静压轴承承载力最大、气体消耗量最小为优化目标,考虑轴承尺寸和工况要求的约束条件,采用最优拉丁超立方法选取设计点,通过有限元法计算样本集,利用2种提高精度的加点策略构建针对优化目标的改进Kriging代理模型,最终使用非支配排序遗传算法获得最优解集。根据工况要求,通过权重系数法提出了3种优化方案,优化方案的气体消耗量分别降低至初始设计的28.85%,56.08%和73.87%;承载力则分别提升至初始设计的1.14,2.16和2.44倍;3种优化方案在中高转速下的性能提升会更加明显。另外,提高轴承锥度虽然能提升承载力,但同时也会增加气体消耗量。

关键词：滑动轴承气体静压轴承承载力耗气量有限元分析优化设计

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基于密度泛函理论纤维素热解机理热力学研究

原子与分子物理学报 2025年第5期42卷 1-6页

作者：周俊杰陈曦汤松臻李智聪郑州大学机械与动力工程学院郑州450001

为了探究纤维素的热解机理,参考相关的实验结果,以纤维素单体模化物为研究对象,采用密度泛函理论的方法,以b3lyp/6-31++g(d,p)为基,对纤维素单体热解反应生成乙醇醛和CO_(2)小分子的反应机理进行动力学研究.纤维素单体热解生成乙醇醛和C... 详细信息

为了探究纤维素的热解机理,参考相关的实验结果,以纤维素单体模化物为研究对象,采用密度泛函理论的方法,以b3lyp/6-31++g(d,p)为基,对纤维素单体热解反应生成乙醇醛和CO_(2)小分子的反应机理进行动力学研究.纤维素单体热解生成乙醇醛和CO_(2)的反应路径为纤维素单体首先开环,之后裂解生成四糖片段M2和乙醇醛P1,能垒最高为339.1 kJ/mol,四糖片段M2经过脱水形成烯酮结构后再与水分子作用生成羧基,最后发生脱羧反应生成CO_(2),能垒较高为290.1 kJ/mol,不容易发生,整个过程放出98.9 kJ/mol的热量,并对路径反应物、中间体和过渡态进行几何构型全优化,过渡态的振动和频率计算,同时进行不同温度下(400 K、600 K、800 K、1000 K、1200 K)热解过程的热力学分析,对纤维素的热解机理研究将对生物质的热裂解机理研究有重要的意义.

关键词：纤维素热解密度泛函理论反应机理

圆柱颗粒结构修饰对填充床内流动和换热特性的影响

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化工学报 2025年

作者：包兴郭雪岩上海理工大学能源与动力工程学院

为研究不同修饰形状的圆柱颗粒对填充床壁面效应及流动换热特性的影响，采用计算流体力学（CFD）方法，对未修饰的“圆柱”颗粒及修饰后的“单孔圆柱”、“3孔圆柱”、“三叶草”、“3孔三叶草”和“9孔三叶草”6种颗粒填充床进行了数... 详细信息

为研究不同修饰形状的圆柱颗粒对填充床壁面效应及流动换热特性的影响，采用计算流体力学（CFD）方法，对未修饰的“圆柱”颗粒及修饰后的“单孔圆柱”、“3孔圆柱”、“三叶草”、“3孔三叶草”和“9孔三叶草”6种颗粒填充床进行了数值模拟。分析了径向与轴向空隙率分布、流动特性及流动换热性能。结果表明：圆柱颗粒通过内部开孔或外部开槽修饰均能够改善流体流动均匀性；颗粒内部开孔可以减小壁面附近流量占比，且孔洞数量对近壁面流量的影响不显著，但增加孔洞数量会削弱流体径向流动均匀性，同时提升轴向流动均匀性；圆柱颗粒通过外部开槽为三叶草状后可提升传热系数，但显著增加单位压降，圆柱颗粒通过内部开孔后传热系数和单位压降均降低；增加孔洞数量能够提升换热性能，但同时会导致压降增加；综合考虑传热效果和流动阻力，混合修饰的9孔三叶草颗粒具备最高的总换热效率，表现出最佳的综合换热性能。

关键词：填充床数值模拟流动换热圆柱颗粒

大密度比气泡在多孔介质通道内上升行为的三维介观数值模拟研究

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物理学报 2025年

作者：赵兹卿严裕娄钦上海理工大学能源与动力工程学院

本文基于格子Boltzmann方法，使用三维数值模拟研究了复杂多孔介质中大密度比气泡运动行为，重点探讨E?tv?s数 (Eo)、接触角 (θ) 和Reynolds数 (Re)耦合作用对气泡速度、形态演化及停滞现象的影响规律．研究发现，在多孔介质中，接触... 详细信息

本文基于格子Boltzmann方法，使用三维数值模拟研究了复杂多孔介质中大密度比气泡运动行为，重点探讨E?tv?s数 (Eo)、接触角 (θ) 和Reynolds数 (Re)耦合作用对气泡速度、形态演化及停滞现象的影响规律．研究发现，在多孔介质中，接触角增大降低了气泡速度，并加剧速度波动，使气泡趋于扁平化．Eo的增加则可显著抑制扁平化趋势，稳定气泡速度，使其形态更接近子弹头状．当接触角较大且Eo较小时，黏附力增强会导致气泡停滞于多孔介质内部．此外，Re与接触角在阻力构成中呈竞争关系，对气泡的平均速度有相互增强的作用，而在较大接触角下，Re增大会导致气泡尾部不稳定并易断裂．研究还表明，低Eo和低Re条件下气泡速度随Eo增加而下降，而在高Eo和高Re条件下则呈相反趋势，这一现象源于气泡形态的不稳定性对浮力和速度的影响．

关键词：格子Boltzmann方法气液两相流多孔介质三维数值模拟