基于计算流体力学的汽车尾气温差发电系统流场分析与改进

针对某汽车尾气温差发电系统换热效率低下的问题，文中对温差发电装置进行计算流体力学分析及方案优化。基于Fluent软件对某工况下的温差发电系统进行前处理与求解计算，对温差发电装置进行传热分析与流场分析，对于系统温度、换热功率、废气流线等进行分析，发现超导热管与高温废气未进行有效换热，提出在超导热管加装换热片的优化方案并进行分析验证，最后使用发动机台架对于原方案与改进方案的发电系统温差与开路电压进行检测。研究结果表明，结合计算流体力学流场与发电片性能参数对汽车尾气温差发电系统进行性能预测与试验结果相差约3%,说明此方法在实际工程应用中是可行的；在超导热管上加装换热片可有效提升温差发电装置的换热性能。     

汽车尾气温差发电装置中热电器件的试验研究

为了利用热电器件回收汽车尾气的废热进行发电,构建了一个可模拟汽车尾气温差发电装置的热电器件测试平台,测试了不同热源温度、冷源温度、安装压力以及相同冷热源温差而不同冷热源温度下国产某型Bi2Te3基低温热电器件的输出性能。结果表明,单个热电器件的输出性能与其安装压力和冷热源温差成正比,在相同冷热源温差条件下可适当降低冷源温度以提高其性能;随着冷热源温差增大,热电器件的最大功率所对应的输出电流明显增大;利用汽车发动机自身冷却系统中约90℃的冷却水对汽车尾气温差发电装置进行冷却时,当热端温度达到350℃的最大耐温值,安装压力大于57kPa时,单个热电器件的最大输出功率在3W以上。最后,基于该热电器件提出了汽车尾气温差发电装置的优化设计策略及其工作条件。     

车载余热发电系统向心透平的设计与试验研究

设计了一种可模拟汽车尾气的、有别于传统有机朗肯循环余热发电系统的新型车载余热发电系统,搭建了试验台,对自主设计的适用于新型车载余热发电系统的向心透平进行了试验研究,利用控制变量法,分别研究了向心透平入口温度和转速对向心透平性能的影响,为所设计的向心透平的进一步优化提供参考。     

基于Simulink的汽车尾气温差发电装置优化设计

基于传统汽车尾气温差发电装置只采用热电材料PN结的单独材料设置,导致整体的热吸收效率和发电功率并不突出的问题,通过对多种热电材料的组合优化汽车尾气温差发电装置设计,使得各材料处于其对应的最合适的工作温度区间,从而获得更高的热电材料优值,同时结合以单螺杆膨胀机为做工涡轮的布雷顿循环,提高温差发电的吸收效率和发电功率,极大地提升了废气余热回收的利用率.     

基于电子计算机的余热温差发电技术及其电磁干扰噪声研究

余热发电技术的发展对节约能源有着重要的作用,如果能够将各种设备余热合理利用起来,就能够缓解能源短缺的问题并且减少温室气体的排放。本文针对电子计算机的工作特点,对其余热温差发电技术进行了研究,同时也对温差发电模块的电磁兼容性进行了分析。     

[成形过程仿真优化与集成计算材料工程]限定加热管布局的快速热循环注塑成形模具电加热系统优化

针对管道布局、最大允许能耗给定条件下快速热循环注塑成形（RHCM）注塑模具型腔表面快速均匀加热的问题，提出以单根加热棒热流密度为设计变量，以模具型腔表面升温效率和温度分布均匀性为目标，结合有限元模拟、响应面设计以及多目标粒子群优化技术来优化RHCM模具电加热系统。与优化前相比，加热系统优化后，模具型腔表面最大温差降低63.4%，加热系统总能耗降低9%。对比了不同注塑成形工艺条件下成形的平板塑件表面质量，结果表明，相对传统注塑成形（CIM）工艺，RHCM工艺将制品表面粗糙度Ra从320 nm降低到118 nm，并有效抑制了制品表面熔接痕、缩痕等缺陷；发现制品表面粗糙度与型腔表面对应点温度成负相关，说明优化后的型腔表面温度分布更有利于提升制品表面质量。     

车身覆盖件冲压工艺多目标优化系统的集成与应用

采用有限元分析技术和优化技术，以实现车身覆盖件的冲压工艺多目标优化。定义了材料、工艺和几何3类主要设计变量，其交集为最佳设计变量空间。针对覆盖件的整体成形性，建立破裂、起皱和变形不足3类目标函数，采用增量有限元和全量有限元的整合策略，求解目标函数值。与其他算法相比，基于帕累托法的多目标遗传算法能求解最佳解空间的所有解，完全满足不同成形性之间的权衡需要。最后，以车身发动机罩外板为例，验证了该优化系统的应用。     

兼顾用户满意度和发电侧收益的微电网系统量子粒子群优化

兼顾微电网系统发电侧与用户侧的综合利益,从能量管理的角度出发,建立了以用户满意度和发电侧收益为目标的优化模型。首先,采用多目标局部变异-自适应量子粒子群算法(Multi-objective local mutation adaptive quantum particle swarm optimization,MO-LM-AQPSO)获得用户满意度及发电侧收益的Pareto前沿。然后,引入缺电损失,以发电侧收益最大为目标,选取了非支配解中的最优解,并通过算例仿真验证其有效性。进而引入可平移负荷及分时电价激励机制,通过合理的峰谷电价比以引导用户积极参与需求侧响应。仿真结果表明,合理的激励措施,可提高微电网收益和用户满意度实现可再生能源的最大化利用及蓄电池运行损耗的有效减少。     

基于改进NSGA-Ⅱ算法的发动机活塞机构优化设计

为提高发动机活塞机构的运动性能,提出了以最小跟踪误差和传动角与直角的偏差最小为优化目标,建立发动机活塞机构多目标优化模型,引入NSGA-Ⅱ算法对活塞机构进行多目标优化。为提高NSGA-Ⅱ算法的种群的多样性和搜索能力,对交叉算子和变异算子进行改进,应用NSGA-Ⅱ算法与改进算法对发动机活塞机构优化问题进行求解,分别得到各自的Pareto解集,并通过逼近理想解排序法选出最优解进行对比。通过实验对比表明,改进算法的Pareto解集分别更均匀、收敛速度快、跟踪误差更小,能为发动机活塞机构的优化设计提供参考依据。     

响应面法的温差发电器优化设计

为提高温差发电器的发电效率,同时保证整机轻量化,提出了以发电器结构参数为设计变量,以质量、排气背压和发电片两侧温度差为目标函数的整机多目标优化设计方案。首先利用中心复合设计法、有限元法分别进行设计点的选取与计算。其次利用响应面法构建设计变量与质量、温差、排气背压三个响应量的响应面模型,并进行了灵敏度分析。通过多目标遗传优化算法进行基于响应面模型的多目标优化,优化后温差发电器的发电效率提高了7.3%。最后对优化结果进行了可靠性验证。     

汽车尾气热电转换装置电气拓扑结构优化

针对汽车尾气热电转换装置多个热电器件温差和自身特性的差异,为了最大化发挥各热电器件的发电潜能,对热电转换装置的热电模块进行拓扑结构的优化,基于图论的方法将热电模块的串并联问题抽象为数学问题,再针对性地设计了算法,通过实验室台架实验测试和数据验证,使得热电转换装置对外输出最大功率。     

基于遗传算法的小型化液压油源用错列翅片式换热器优化研究

紧凑、轻量化、高效节能型换热器对高端移动装备中液压油源的小型化至关重要。基于不同普朗特数流体的换热和流动阻力经验关联式设计并优化了一种矩形错列翅片式换热器。推导出相关质量、出口温度和压力损失的函数模型,通过灵敏度分析研究关键参数对目标函数的影响,从而评估各变量对换热器综合性能的贡献度。在此基础上,利用遗传算法对换热器的关键参数进行优化。同时,通过数值模拟研究优化前后换热器的流动特性和换热性能。结果表明,理论计算与数值仿真结果吻合良好。优化后换热器质量减小25.79%,换热器降温幅度提高25.24%。研究成果对液压油源的小型化和轻量化具有积极的促进作用。     

铜翅片管热水器的特性研究

以铜翅片管换热器为研究对象,通过合理的简化模型,以相邻2片换热片(取半片)及其之间的烟气通道作为计算区域,利用流体力学软件CFX对烟气通道的流动状况和换热情况进行了数值模拟。研究了管径、翅片厚度和翅片间距对排烟温度的影响,结果表明随着管径和翅片间距的增大排烟温度升高,随着翅片厚度增大排烟温度降低,排烟温度的升高或降低将影响排烟损失的大小,从而影响热效率。该数值模拟结果对改进翅片结构以提高热效率有一定指导意义。     

散热器翅片结构对流体流动及换热过程影响的数值仿真研究

用CFD软件FLUENT对散热器常用的平翅片和波纹翅片表面的流体流动及换热过程进行了数值模拟,获得了翅片表面的流场、温度场、压力场以及换热量、换热系数的变化规律。模拟结果表明在相同气流量的条件下,波纹翅片的压力损失比平翅片的大,平均表面换热系数及换热量均比平翅片的高,翅片的形状结构对流场分布和强化换热效果的影响较大。     

Heat transfer and pressure drop amidst frost layer presence for the full geometry of fin-tube heat exchanger

The present study numerically solves the flow and thermal fields in the full geometry of heat exchanger modeling with frost layer presence on the heat exchanger surface. The effects of air inlet velocity, air inlet temperature, frost layer thickness, fin pitch, fin thickness, and heat exchanger shape on the thermo-hydraulic performance of a fin-tube heat exchanger are investigated. Heat transfer rate rises with increasing air inlet velocity and temperature, and decreasing frost layer thickness and fin pitch. Pressure drop rises with increasing air inlet velocity and frost layer thickness, and decreasing fin pitch. The effect of fin thickness on heat transfer and pressure drop is negligible. Based on the present results, we derived the correlations, which express pressure drop and temperature difference between air inlet and outlet as a function of air inlet velocity and temperature, as well as frost layer thickness.     

高速干切滚齿工艺参数的多目标优化与决策方法

为降低高速干切滚齿加工能耗、提高滚齿加工质量,提出一种基于改进多目标灰狼优化（MOGWO）算法和逼近理想解排序法（TOPSIS）的高速干切滚齿工艺参数多目标优化与决策方法。分析了滚齿工艺参数,将切削参数和滚刀参数作为优化变量,构建了面向最小加工能耗和最优加工质量的多目标优化模型,采用改进MOGWO算法对所建的模型进行迭代寻优,利用TOPSIS对优化的工艺参数解进行多属性决策。实验结果验证了所提方法的有效性。      

The effect of inlet pressure distortion on the performance of an axisymmetric compact tube heat exchanger with radial counter flow type for hypersonic pre-cooled aero-engine

The compact tube heat exchanger located behind the air-intake can achieve quick cooling of high-temperature air to ensure the normal operation of the pre-cooled aeroengine. It has great impact on the engine’s performance. The total pressure distribution at the heat exchanger inlet is inevitably uneven due to the influence of the air-intake. This paper studies the effect of three typical inlet distortions with different amplitudes using porous model and dual cell model. The results indicated that the outlet total pressure distortion is not sensitive to the inlet total pressure distortion. However, it affects the total pressure recovery and the total temperature distortion at the outlet by altering the pressure loss in the heat exchanger upstream and the flux distribution at the heat-transfer-zone entrance, respectively. This leads to a reduction of heat transfer. The effect of inlet distortions varies with distortion type. And it becomes more severe with increasing distortion.

     

基于Fluent 的管壳式换热器数值模拟及优化

文中针对当前管壳式换热器结构特点及特性,提出了T型折流板和Y型折流板2种新的折流板结构.利用ANSYS Workbench平台,创建了T型折流板和Y型折流板管壳式换热器的几何模型及有限元模型.同时,利用Fluent分析了换热器在不同流体入口速度下的壳程流动及换热性能.针对Y型折流板管壳式换热器,研究了折流板侧板夹角对Y型折流板换热器壳程换热性能的影响.利用DesignExploration多目标优化工具,对T型折流板的结构参数进行了优化.     

微型热电发电器的性能测试分析

按照微型热电发电器输出功率的理论模型，对内阻、塞贝克系数和热导率等热电性能参数在不同温度范围内进行了测量和拟合。实验测试了不同电偶臂对数、电偶臂高度以及不同冷热端温度时微型热电发电器的最大输出功率，结果表明：一定范围内的最大输出功率随电偶臂高度的减小而增大，对电偶臂高度面积的比值进行适当选取，可使最大输出功率达到最优值；一定范围内的最大输出功率随电偶臂对数的增多而增大；温差和平均温度达到一定值时，最大输出功率可得到最优。根据测试分析结果，研制了微小型热电转换装置。