基于GA-BP的汽车风振噪声声品质预测模型

目前对于汽车风振噪声的优化研究主要以声压级（Sound pressure level，SPL）作为单一评价指标，既不能全面反映噪声的物理属性，也无法考虑人耳对噪声的主观认知过程。为准确评价风振噪声，引入声品质，运用大涡模拟（Large eddy simulation，LES）对风振噪声进行数值仿真，根据实车道路试验判断仿真的准确性；对仿真结果进行声品质客观评价与主观评价，综合声品质客观评价参数与声品质主观评价试验结果建立BP神经网络预测模型；利用遗传算法（Genetic algorithm，GA），进一步对BP神经网络的结构参数进行优化，建立GA-BP声品质预测模型。研究结果表明，GA-BP声品质预测模型在训练速度和预测精度上都优于BP神经网络预测模型。预测模型基于声品质主客观评价结果，其预测值可以代替传统的声压级评价指标，为风振噪声提供更为准确合理的评价。     

射流卷吸边界层内相干结构的实验研究

在轴对称水射流实验台上，采用单帧长曝光图像法，测量了出口Reynolds数在1849~2509范围内的卷吸边界层内流场结构。发现在流向距离L=2D~3.5D，径向距离H=D~1.25D的区域内，流场中吞噬作用和侵蚀作用两种卷吸模式交替出现。分析得到，当Re>1915时，吞噬作用所占的比例随着Re的增大而增大，当Re>2311之后，Reynolds数对该结构发生概率的影响降低；通过快速傅里叶变换得到该相干结构发生的频率在10～19Hz之间；吞噬作用发生的同时在流场中观测到一些特殊涡结构。同时采用运动单帧长曝光图像法对射流流场进行拉格朗日法观测，发现射流流场中的涡结构一般存在于湍流与非湍流界面附近。     

井筒式泵装置双泵模型进水特性

井筒式泵装置的双泵模型与单泵模型相比,能提供更大的抽排能力,在平时的运行或者维护中,2台泵可交替使用,可靠性较高。通过CFD软件对2种不同进水方向的井筒式泵装置双泵模型内部流动进行数值模拟,获得了泵装置内部三维流动特性,并预测了泵装置的性能。计算结果表明正向进水比侧向进水性能更好。通过分析速度云图和流线图,发现侧向进水时水流在整体上有顺时针旋转的态势,2台泵的进水状态有较大的区别。从喇叭管进口断面涡量云图中可以得到,涡量较高的区域主要是喇叭管下方,2个喇叭管下环形区域的涡量是由内到外逐渐增大,到超过喇叭管的范围外,又逐渐减小到0,而正向进水的环内一对漩涡以及侧向进水的环内单个漩涡,由外到内涡量逐渐增大。     

基于RANS和LES的汽油、柴油及其掺混燃料压燃燃烧特性数值模拟研究

研究中首先采用RANS和LES两种湍流模型对汽油、柴油及汽柴油掺混燃料的喷雾进行了气液相贯穿距的标定。基于标定好的喷雾模型,采用RANS与LES对3种燃料在发动机中的燃烧过程开展了数值模拟研究。通过对比RANS与LES对部分预混燃烧数值模拟的差异,揭示了两种湍流模型对缸内流动、燃料输运及燃烧过程的影响机理。结果表明,RANS与LES都能够对柴油及掺混燃料的燃烧过程实现较好的预测,其中LES对汽油部分预混燃烧中滞燃期及放热规律的预测与试验更为接近。同时,LES对3种燃料NOx排放的计算结果都与试验更加接近,这与燃料在缸内放热的位置密切相关。     

内含硬α夹杂钛合金轮盘裂纹扩展研究

为研究钛合金轮盘内部硬α夹杂疲劳裂纹扩展特性，对含预置硬α夹杂钛合金轮盘开展低循环疲劳裂纹扩展试验。结果表明:5229次循环后轮盘破裂；疲劳断口宏观、微观特征显示，预置硬α夹杂为本次疲劳破坏的疲劳源；在裂纹扩展前期，轮盘断口裂纹扩展速率较材料试验数据快；在裂纹扩展中期，断口裂纹扩展速率曲线呈对数线性关系；为了解决疲劳裂纹扩展后期疲劳条带不易识别的问题，使用等效裂纹扩展模型拟合断口裂纹扩展速率曲线，从而可以利用疲劳条带宽度来计算总寿命。同时，利用断口数据，提出和总结了预置硬α夹杂钛合金轮盘裂纹扩展特性仿真研究的方法。仿真研究显示:基于Paris公式建立裂纹扩展模型能较好地预测轮盘裂纹扩展特性；轮盘由于疲劳发生最终断裂破坏时，裂纹前沿的应力强度因子远大于断裂韧性，因此，不宜使用应力强度因子直接作为破裂准则。     

第二代涡识别方法在混流泵内部流场中的适用性分析

流体机械内部涡的产生会严重影响流体机械的内流场及外性能,速度、压力等传统方式并不能全面揭示流场真实的流动情况,而涡识别方法可以表征混流泵内部涡结构,识别涡的大小、位置和演变规律。采用大涡模拟对混流泵内部流场进行高精度数值模拟,由此获得不同涡识别方法(涡量、螺旋度方法、λ2准则和Q准则)在混流泵内流场中识别出的涡结构。结果表明:与涡量准则法相比,采用第二代涡识别方法更能获得详细的混流泵内部的涡结构。其中,Q准则能剔除绝大部分的剪切层影响,较其他涡识别方法更好地捕捉混流泵内部的涡结构,显示的涡大小更加精确。通过Q准则的识别,提取了混流泵叶轮流道内规则的通道涡,此类型涡结构均匀分布在各个流道,叶片叶顶泄漏涡结构清晰,摆脱了壁面剪切层的干扰;导叶叶片靠近轮毂处同样获取了规则的通道涡,通道涡均匀的分布在各个流道内,叶片尾缘脱落涡摆脱了壁面剪切层的干扰,可以看到清晰的涡结构。Q准则在第二代涡识别方法中脱颖而出,更适用于混流泵内流场的涡识别,在涡结构以及涡大小的显示方面都具有优势,可用于旋转机械内流场的分析。     

基于涡动相关法的沉积物-水界面氧通量与水动力条件响应关系

沉积物-水界面是物质参与环境地球化学循环和生物耦合的"热区",水动力条件是沉积物-水界面物质交换的关键影响因素。溶解氧作为常用的水质评价指标,对调节生物化学进程有重要作用,因此本文采用涡动相关法这种非侵入式通量测量技术开展室内试验研究,探究沉积物-水界面氧通量与水动力条件的响应关系。结果表明:随着水体紊动增加(采用Batchelor尺度表征),扩散边界层厚度减小,氧通量增大。分析室内试验和相关研究中水动力条件、扩散边界层厚度及氧通量的关系,发现扩散边界层厚度与Batchelor尺度呈正相关关系,拟合结果表明可以用Batchelor尺度近似表示扩散边界层厚度;氧通量与扩散边界层厚度呈负相关关系,且当扩散边界层厚度小于0.5 mm时,扩散边界层厚度变化对氧通量影响更强烈,当厚度大于0.5 mm后,氧通量基本保持稳定。     

钢管塔杆件涡振对节点板疲劳寿命影响研究

煤炭开采对电力需求日益增大，电网工程不断扩大，钢管塔结构数量不断增多，结构疲劳失效会影响煤矿供电安全。针对钢管杆件涡振引起节点板疲劳开裂事件，进行了周边环境分析、涡振频率识别、涡激力计算、节点板实体模型应力分析以及最短开裂时间估算等工作。研究表明：当杆件弱轴涡振时，节点板中间位置加劲肋最外缘处有明显的应力集中，最大应力幅可达77.83MPa，经疲劳寿命计算，开裂节点板加劲肋附近区域理论上有可能在4～5个月的时间内发生疲劳开裂，这与断口电镜扫描提示的多源疲劳开裂相吻合。为避免此类事件的发生，应当从规范化涡振幅值控制指标、研发更为灵活的涡振特征监测手段着手开展后续工作。     

超声速气流中液体横向脉冲射流一次破碎的大涡模拟

为改善超燃冲压发动机液体燃料的雾化和混合效果,提出一种液体横向脉冲喷入超声速气流的喷注方式,并进行数值计算以探究射流脉动对一次破碎的影响.使用两相流大涡模拟(LES)算法计算超声速气流中液体的雾化,使用CLSVOF方法追踪气液界面,可压缩流动求解器求解气相,不可压缩求解器求解液相.结果表明:脉冲射流的表面破碎和液柱破碎都得到了增强,射流破碎长度显著缩短,在所研究的脉冲频率方案下,脉冲引起的不稳定性会替代Rayleigh-Taylor不稳定性,主导射流一次破碎;由于射流速度的脉动,脉冲射流的穿透深度相比于稳态射流可以提高20%,尾迹区宽度可以扩大25%,展现了更好的雾化和混合效果.     

基于高校建筑内单体房间设计的暖通空调节能性研究

随着高等教育行业的不断发展以及校园内各类配套建筑的兴建,高校内部对于能源的消耗持续上涨,校园使用者和建设者对建筑节能领域的重视与日俱增。凭借着自然通风技术优良的通风性能和节能环保的优势,在过渡季节可替代空调等高能耗手段对室内建筑环境进行调节,并维持足够的新风量保障教学科研。采用基于大涡模拟法的CFD方针模拟,对典型单体房间布局进行数值模拟,结合得到的模拟流场和通风率大小,对高校建筑基于单体房间设计在暖通空调领域的节能性进行探究,以期对校园内新建及改建建筑的平层布局设计产生参考意义。