基于(火用)效率目标的环冷机余热回收系统操作参数优化

摘要：针对烧结环冷机余热回收利用率不高的难题，采用分析法建立了评价某钢铁厂烧结环冷机余热回收系统运行效率的效率模型。基于多孔介质模型、局部非热平衡方程、真实气体SRK方程建立环冷机内气固两相换热模型。通过CFD仿真模拟，探究料层高度、循环风机输入烟气温度、烧结矿底部入口风速三项可控环冷机运行工艺参数对系统效率的影响规律。结果表明，料层厚度在1～1.5 m区间每增加0.1 m，效率增加0.8%～1.1%；循环风温在100～140℃之间每增加10℃，效率增加1.4%～1.5%；烧结矿底部入口风速在0.9～1.9 m/s之间每增加0.1 m/s，效率降低0.18%～0.24%。在此基础上，基于工业运行数据建立效率正交试验优化模型，提高了该余热回收系统3.42%的效率。     

振动轴转速对双卧轴振动搅拌流场的影响

为研究双卧轴振动搅拌机搅拌筒内流场振动搅拌过程中固液混合流体瞬态流动情况,基于计算流体力学(CFD)提供的计算方法,结合动网格技术、欧拉多相流模型、Realizable k-ε湍流模型及离散相模型,采用C语言编写用户自定义程序(UDF),并将其动态链接到CFD中,在非稳态条件下数值模拟双卧轴振动搅拌机搅拌质量受振动轴转速、固相颗粒体积分数的影响规律,并在此基础上,进行了振动搅拌试验研究。结果表明:当搅拌轴转速为35 r/min、混合料颗粒体积分数为20%、颗粒直径分别为10 mm、20 mm和30 mm时,振动轴转速分别为960 r/min、1 460 r/min和1 800 r/min时其搅拌质量最佳;数值分析结果与试验结论基本一致,说明了数值计算结果的准确性和计算方法的可行性。     

扩散热阻对弧焊电源IGBT散热单元性能的影响

基于逆变弧焊电源IGBT散热单元,提出在散热单元基板上镶嵌平板微热管以改变基板扩散热阻的思路,通过数值模拟和实验研究,研究基板扩散热阻对弧焊电源IGBT散热单元性能的影响。研究结果表明,采用平板微热管之后,散热单元基板的扩散热阻由0.020℃/W降低为0.014℃/W,IGBT基板最高温度由78.63℃降低为72.18℃。证明了采用平板微热管可以降低散热装置基板的扩散热阻,改善基板均温性,为改善IGBT的散热性能提供了一种有效的方法。     

[学科发展]深冷轧制制备高性能金属材料研究进展

相对于传统热轧、温轧、冷轧，深冷轧制是一项变革性技术，它利用某些金属材料在深冷情况下具有优异的塑性变形能力以及深冷环境阻碍塑性变形过程中位错运动和再结晶行为，促使材料晶粒细化，材料具有更高的强度与韧性。系统地介绍了近年来深冷轧制制备高性能金属材料的研究进展，包括深冷轧制在铝合金、铜合金、钛合金、复合层状金属带材中的应用。对深冷轧制制备高性能金属材料的研究进行了展望。     

基于拓扑优化与多目标优化的给料机关键部件结构设计

针对给料机经常因为强度不足而发生失效的问题,基于有限元法对某型号振动给料机进行典型工况下瞬态动力学分析,同时开展相应工况下动应力测量,结果表明给料机的失效主因为弹簧上座结构设计不合理。因此,基于变密度法和子结构法,建立以弹簧上座组合应变能为优化目标函数,约束应力和体积分数的拓扑优化模型,基于灵敏度分析和最小二乘法建立了一阶扭转、弯曲频率和总质量的响应面模型,最后利用遗传算法对响应面模型进行多目标优化,得到Pareto最优解集。结果表明优化后结构固有频率分别提高了4.17%和6.30%,最大动应力减小了46.4%,提高了给料机整体的刚度和结构可靠性。     

模锻装备复杂锻造过程两环控制方法

高品质锻件的成形需要模锻装备具有稳定运行的能力,然而锻造液压驱动过程的强非线性使其难以实现精确控制。针对这一问题,提出了一种基于非线性动态分析的两环控制方法,与现有的专门针对某种特定锻件的控制方法不同,该控制方法可以有效地用于不同锻件的锻造过程。首先推导了闭环锻造系统的非线性数学模型,并提出一种该模型的求解方法,针对该模型的解进一步分析了闭环锻造系统的动力学特性,推导出系统稳定运行的条件以及控制器参数与约束条件之间的关系。通过对几种典型锻件的仿真试验,验证了分析结果的正确性和所设计控制器的有效性,结果表明新的控制方法具有更好的控制效果。     

钻机旋冲钻孔过程中破岩效率的研究

针对岩石钻机旋冲钻孔过程中破岩效率低的问题,基于岩石力学理论和有限元理论,建立了球形钻齿与岩石的相互作用受力模型以及旋冲钻孔破岩的有限元模型。采用了非线性有限元分析软件LS-DYNA来模拟不同参数下的旋冲钻孔过程,得到了钻头破岩过程中钻齿吃入深度与时间以及破碎体积、破碎比功随转速和频率的变化曲线;分析了转速与频率对破岩效率的影响规律。研究结果表明:转速对钻齿吃入深度影响不大,岩石破碎主要发生在冲击力卸载之后,当转速在30 r/min～35 r/min,频率在20 Hz～30 Hz范围内,破岩效率相对较高,能够充分提高能量利用率;该结果可以为钻头的合理设计以及岩石钻具的钻孔工艺参数选择提供依据。     

基于特征贡献率的机械故障分类方法

为了使7075铝合金薄壁件表面喷丸加工应力得到松弛和均化，运用ANSYS建立平台式振动时效有限元模型，通过振动模态和谐响应分析，获得最佳激振频率和试样装夹位置。在此基础上，将薄壁框架件置于平台上进行振动时效处理，以验证仿真分析结果，评价其对试样表面应力作用效果。结果表明：在亚共振频率为112 Hz时，试样在平台零振幅和最大弯曲位置处分别对称布置，时效后表面均形成应力松弛，松弛率分别为29.5%和33.3%，不均匀波动分别为20.3%和20.7%，而沿振动方向松弛程度不均匀，说明激振力造成了材料表面组织屈服，且屈服程度与应力强度有关。提出再时效-位置交叠方法，使应力松弛不均匀度分别下降到9.9%和15.9%，应力均化得到改善，该研究工作为薄壁类零件表面应力均匀化提供了参考。     

双向光收发组件探测器端耦合和封装工艺分析

探测器响应度直接影响双向光收发组件（bi-directional optical sub-assembly，BOSA）的性能，探测器端的耦合和封装在BOSA生产中占据重要地位。为了系统分析BOSA生产中各偏移因素对探测器端耦合的影响，选择探测器电流响应度作为耦合标准进行实验，并通过分析实验结果来得出BOSA探测器端耦合和封装过程中的改进措施。参考BOSA的实际光路，建立光纤-波片-芯片耦合模型，模拟了光束偏移与耦合效率的关系；研究了BOSA耦合和封装工艺中产生的偏移，并分析它们对探测器端耦合效率的影响。随后使用自动耦合设备，对BOSA探测器端进行耦合实验，并分析波片角度偏移、波片与探测器透镜的高度差、探测器透镜水平偏移对耦合效率的影响。实验结果表明：探测器透镜水平偏移对耦合效率的影响最大，波片角度偏移、波片与探测器透镜的高度差对耦合效率的影响较小。研究结果为BOSA探测器端的耦合和封装提供了系统的理论指导，对BOSA的实际生产有一定参考价值。