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热斑在船用燃气轮机高低压涡轮中迁移路径分析

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推进技术 2024年

作者：牛夕莹郑群林枫李国强高春祥高杰李翔宇哈尔滨工程大学动力与能源学院中国船舶集团有限公司第七〇三研究所船舶与海洋工程动力系统国家工程实验室-海洋工程燃气轮机实验室

为了探索船用燃气轮机燃烧室出口热斑在涡轮叶栅内的迁移路径和规律，并为叶片冷却设计、热防护和温度测量提供参考，本研究分析了某船用燃气轮机高、低压涡轮中热斑的迁移路径，并考虑了冷却空气的影响，揭示了高低压涡轮导叶和动叶通... 详细信息

为了探索船用燃气轮机燃烧室出口热斑在涡轮叶栅内的迁移路径和规律，并为叶片冷却设计、热防护和温度测量提供参考，本研究分析了某船用燃气轮机高、低压涡轮中热斑的迁移路径，并考虑了冷却空气的影响，揭示了高低压涡轮导叶和动叶通道内热斑的演变过程。结果表明，燃烧室出口的热斑在通过高低压涡轮导叶和动叶通道时逐渐被“切割”，其强度也随之减弱。虽然热斑核心的径向位置基本保持在35%叶高处不变，但其周向沿旋转方向的偏移逐渐增加，在通过高、低压涡轮后，偏移角度约为37°。高、低压涡轮动叶进口最大温差分别达到200℃、150℃，叶片设计时应留有一定的温度裕度。本文的结果不仅为确定燃气发生器涡轮出口处总温热电偶的周向和径向位置提供了依据，也为监测燃烧室的工作情况、评估燃气轮机的总体性能和涡轮叶片冷却设计提供了参考。

关键词：船用燃气轮机高低压涡轮热斑迁移路径三维非定常

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电液复合调速器中比例电磁铁的多参数优化

舰船科学技术 2024年第12期46卷 102-107页

作者：贺玉海游子寅武汉理工大学船海与能源动力工程学院湖北武汉430063 船舶动力工程技术交通行业重点实验室湖北武汉430063 船舶与海洋工程动力系统国家工程实验室电控分实验室湖北武汉430063

比例电磁铁是柴油机电液复合调速系统的电磁驱动元件,其电磁力特性影响到整个调速系统的精确度与稳定性。首先利用Ansys Maxwell软件搭建比例电磁铁的仿真模型,并通过电磁阀测试平台验证模型的准确性。随后对电磁铁各结构尺寸进行参数... 详细信息

比例电磁铁是柴油机电液复合调速系统的电磁驱动元件,其电磁力特性影响到整个调速系统的精确度与稳定性。首先利用Ansys Maxwell软件搭建比例电磁铁的仿真模型,并通过电磁阀测试平台验证模型的准确性。随后对电磁铁各结构尺寸进行参数化分析,得到影响比例电磁铁电磁力特性的关键参数组合。最后使用响应面法建立平均电磁力、电磁力均方差与上隔磁角、隔磁环位置、衔铁半径3个因素的二次回归模型,并结合遗传算法进行多目标优化。结果表明,相较于原方案,遗传算法优化得到的结构参数组合方案使比例电磁铁的电磁力特性得到明显改善,平均电磁力提高了8.56%,电磁力均方差下降了59.63%。

关键词：比例电磁铁电磁力特性遗传算法响应面模型参数优化

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基于稳态有限元法的组合式活塞疲劳寿命分析

舰船科学技术 2024年第13期46卷 93-101页

作者：贺玉海孙博洋王勤鹏武汉理工大学船海与能源动力工程学院湖北武汉430063 船舶动力工程技术交通行业重点实验室湖北武汉430063 船舶与海洋工程动力系统国家工程实验室电控分实验室湖北武汉430063

活塞作为柴油机关键部件之一,通过台架试验评估其使用寿命成本昂贵,因此为分析某型号国产研制改进后的柴油机活塞在热-机负荷作用下的疲劳寿命,以该V型增压柴油机的活塞为研究对象,建立活塞连杆机构装配体有限元模型,计算了活塞在热载... 详细信息

活塞作为柴油机关键部件之一,通过台架试验评估其使用寿命成本昂贵,因此为分析某型号国产研制改进后的柴油机活塞在热-机负荷作用下的疲劳寿命,以该V型增压柴油机的活塞为研究对象,建立活塞连杆机构装配体有限元模型,计算了活塞在热载荷下的温度分布和热-机耦合作用下的应力分布。在此基础上,将实测的柴油机命。计算结果表明,由于活塞头部工作环境恶劣、头部和裙部的接触面受螺栓预紧力挤压,使得活塞的短寿命区出现在燃烧室侧壁面与活塞裙顶部截面突变处;活塞裙部疲劳寿命满足厂商设计使用寿命45000 h,活塞头部仅在特定存活率下满足设计使用寿命45000 h。

关键词：活塞热机耦合疲劳寿命 nCode

塔式分级低排放燃烧室头部旋流数对燃烧性能的影响

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哈尔滨工程大学学报 2024年

作者：武萍冉军辉刘世铮许博文谭磊刘潇中国船舶集团有限公司第七〇三研究所船舶与海洋工程特种装备和动力系统国家工程研究中心—船舶及海洋工程燃气轮机研发与检测实验室哈尔滨工程大学动力与能源工程学院

主燃级旋流器的旋流数对燃烧室内流场组织与燃烧特性有重要的影响，为了研究其对流场与燃烧性能的影响规律，采取数值模拟方法在不同主燃级旋流数下对燃烧室流场结构和燃烧性能的影响进行了详细的对比，研究表明：对于主燃一级旋流器，... 详细信息

主燃级旋流器的旋流数对燃烧室内流场组织与燃烧特性有重要的影响，为了研究其对流场与燃烧性能的影响规律，采取数值模拟方法在不同主燃级旋流数下对燃烧室流场结构和燃烧性能的影响进行了详细的对比，研究表明：对于主燃一级旋流器，旋流数取在0.65～0.75之间回流区内湍流强度较为稳定，燃烧效率较高，压力损失也不是很大，NOx以及CO排放也较低分别有最低值45.4×10-6，33.8×10-6；对于主燃二级旋流器，旋流数取为0.9时，有较好的温度场，燃烧效率也较高达到99.6%以上，排放也不高，NOx及CO排放都是最低值分别为45.5×10-6，36.2×10-6。

关键词：塔式旋流器旋流数数值模拟燃烧性能低排放

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基于国产材料的脱硫洗涤塔设计技术研究

内燃机与配件 2024年第18期 102-104页

作者：陈秋燕李珂申博涵上海船用柴油机研究所船舶与海洋工程动力系统国家工程实验室

船舶脱硫系统一直是现阶段满足IMO排放法规的重要手段，脱硫塔是系统核心部件，其设计主要依托国外工艺材料，本文在国产材料的基础上开展脱硫塔设计研究，形成相关设计方法，为设计推广船舶脱硫系统开展提供设计基础。

关键词：脱硫塔国产材料设计

基于传递矩阵的管路-壳体耦合系统动力学建模

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噪声与振动控制 2024年第5期44卷 21-26页

作者：张啸涵黄修长曾庆娜杨咏上海交通大学机械系统与振动全国重点实验室上海200240 上海船舶设备研究所船舶与海洋工程特种装备和动力系统国家工程研究中心上海200031 中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室成都610213

针对管路-支撑-壳体耦合系统的振动响应快速预报和传递特性分析,采用Riccati传递矩阵法建立直管-弯管-变径管-泵-阀门复杂组合管路的动力学模型,以获取考虑流固耦合效应时组合管路的频响特性;采用频响函数子结构综合方法建立组合管路-支... 详细信息

针对管路-支撑-壳体耦合系统的振动响应快速预报和传递特性分析,采用Riccati传递矩阵法建立直管-弯管-变径管-泵-阀门复杂组合管路的动力学模型,以获取考虑流固耦合效应时组合管路的频响特性;采用频响函数子结构综合方法建立组合管路-支撑-壳体耦合系统的动力学模型,以获得在管路系统泵源模拟激励下的振动传递特性。对耦合系统的位移频响、传递特性开展分析,得到如下结论:对组合管路利用Riccati变换可解决传递矩阵法多管段数值精度累积误差的问题,在垂向简谐力激励下壳体和管路受到的垂向力大于轴向力和横向力,在各个支撑处通过各个方向传递的功率流量级基本一致。

关键词：振动与波组合管路流固耦合 Riccati传递矩阵法频响函数综合建模与优化

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“海上列车”静水及波浪中的水动力特性研究

华中科技大学学报（自然科学版） 2024年第1期52卷 46-52页

作者：余嘉威姚朝帮覃燕张志国华中科技大学船舶与海洋工程学院湖北武汉430074 华中科技大学船舶和海洋水动力湖北省重点实验室湖北武汉430074

为了研究新型多船航行概念“海上列车”在波浪中的运动特性和阻力性能,开发了一种基于功能分解的势黏流耦合方法.选取了Blunt Wigley船型为研究对象,三艘Blunt Wigley以0.1L(L为模型船长)的纵向间距串列组成多船系统.采用自主研发的势... 详细信息

为了研究新型多船航行概念“海上列车”在波浪中的运动特性和阻力性能,开发了一种基于功能分解的势黏流耦合方法.选取了Blunt Wigley船型为研究对象,三艘Blunt Wigley以0.1L(L为模型船长)的纵向间距串列组成多船系统.采用自主研发的势黏流耦合求解器HUST-SWENSE与结构化动态重叠网格代码HUST-Overset耦合求解船舶在波浪中的运动.静水中单船和多船系统阻力性能对比发现:串列式“海上列车”中引导船减阻效果明显,而后续单船均有不同程度的增阻,位于最尾部位置的单船阻力增加最大.通过对波浪中单船和多船系统的运动响应、波浪增阻和不同成分波系的对比分析发现:当参数τ>0.25时,引导船的运动特性与波浪增阻特征和单船几乎相同,须根据具体航行海况调整船间纵向距离以达到减阻的目的.

关键词：海上列车功能分解势黏流耦合方法减阻动态重叠网格

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大空间尺度下预燃室射流火焰发展历程的光学诊断和模拟研究

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内燃机工程 2024年第2期45卷 34-42页

作者：叶映明镇洋王昌庆文铭升刘海峰尧命发船舶与海洋工程特种装备和动力系统国家工程研究中心上海201111 中国船舶集团有限公司第七一一研究所上海201111 天津大学先进内燃动力全国重点实验室天津300350

基于定容燃烧弹,在与大型低速预燃室式双燃料船机相似的空间和热力学条件下,采用相似的点火过程,对主燃烧室内的射流火焰发展和引燃预混火焰的扩展历程进行光学测试;提出一种基于全网格映射,分阶段采用不同的燃烧模型的方法模拟不同燃... 详细信息

基于定容燃烧弹,在与大型低速预燃室式双燃料船机相似的空间和热力学条件下,采用相似的点火过程,对主燃烧室内的射流火焰发展和引燃预混火焰的扩展历程进行光学测试;提出一种基于全网格映射,分阶段采用不同的燃烧模型的方法模拟不同燃烧阶段的火焰发展过程。基于定容装置试验数据验证了模型对燃烧火焰扩展速度预测的适用性和准确性。研究结果表明:预燃室燃油喷射量直接影响射流火焰的最大贯穿距离和火焰强度;主燃烧室内的混合气需要达到一定浓度才能被引燃。对燃烧过程的模拟,第一阶段燃烧采用均质搅拌反应器(well-stirred reactor,WSR)模型可以较为准确地模拟不同燃油喷射量下的射流发展速度和火焰射流的最大贯穿距离;第二阶段燃烧采用G方程可以较为准确地模拟火焰在各方向上的扩展速度。采用Mapping方法连接的两个模型对燃烧两个阶段的火焰扩展的整体速度具有较高的预测精度。

关键词：定容燃烧弹低速船机双燃料光学诊断数值模拟

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带缘板阻尼叶盘系统高速旋转激振试验研究

热能动力工程 2024年第1期39卷 183-190页

作者：周渝航林枫孙景国中国船舶集团有限公司第七○三研究所黑龙江哈尔滨150078 船舶与海洋工程特种装备和动力系统国家工程研究中心—燃气轮机研发与检测实验室黑龙江哈尔滨150078

在燃气轮机高压涡轮叶片上安装缘板阻尼结构可以有效降低叶片振动应力,为了掌握叶片振动特性,进而指导阻尼结构设计,以某船用燃气轮机高压涡轮转子为研究对象,开展带缘板阻尼叶盘系统高速旋转激振试验。设计了缘板阻尼结构形式,开发了... 详细信息

在燃气轮机高压涡轮叶片上安装缘板阻尼结构可以有效降低叶片振动应力,为了掌握叶片振动特性,进而指导阻尼结构设计,以某船用燃气轮机高压涡轮转子为研究对象,开展带缘板阻尼叶盘系统高速旋转激振试验。设计了缘板阻尼结构形式,开发了雾化油滴喷液激振试验系统;同时,模拟常温环境下的叶片工作载荷,结合试验数据分析获取叶片安装阻尼器前后的动应力变化情况。试验结果表明:所设计的试验系统能够很好地模拟叶片弯曲和扭转共振状态;无阻尼激振试验获取的叶片模态参数与理论计算值相当,试验结果验证了理论计算方法的准确性;安装缘板阻尼器后叶片弯曲振动应力下降明显,存在最优阻尼参数使减振效果最佳;根据叶片幅频响应曲线可以看出,缘板阻尼器使叶片非线性力学特征增强,出现叶片振动能量相互传递的现象。

关键词：缘板阻尼激振试验理论计算振动应力非线性力学特征