质子交换膜燃料电池稳态模型及仿真

质子交换膜燃料电池(PEMFC)发电装置具有高能效,低噪音,常温启动和环境友好等特点.文中将对PEMFC进行稳态建模,使模型能正确反映电堆的实际输出性能.PEMFC实验模型主要是通过实验方法,建立描述电池输出特性(输出电压与电流密度关系)的经验公式.为了提高模型的精度,以便模型能更好地反映真实的PEMFC电对性能,则需要对模型的参数进行优化.通过不同的Matlab优化函数对所建模型进行参数辨识,比较得出其中结果较好的对模型进行仿真,以验证模型的正确性.     

质子交换膜燃料电池建模与动态仿真

对质子交换膜燃料电池（PEMFC）电堆进行电输出特性研究,有助于改善燃料电池的设计,提高其性能。运用MATLAB的Simulink仿真工具对PEMFC建立仿真模型,通过所建立的电堆参数模型,就能够研究主要运行参变量对电堆动态输出性能和电堆非线性内阻产生的影响。当电堆输出电流出现阶跃变化时,对电堆电压,输出功率,消耗功率,电堆效率,非线性内阻的动态响应,进行了仿真和结果分析。仿真结果符合文献[7]实验数据,表明此参数模型是可操作和有效的,并可方便地用于PEMFC控制方法研究。     

管壳式换热器的简捷设计与HTRI设计对比及分析

管壳式换热器因结构简单,操作方便,材料多样化且适于高温高压的环境所以在化工行业中被普遍使用。本文分别使用HTRI软件和简捷设计2种方法对以甲醇蒸汽冷凝器为例的管壳式换热器进行设计,结果表明简捷设计比HTRI设计的传热面积大14.7%。而通过对HTRI模拟的温度分布图、流型分布图、传热系数分布图进行传热分析可知,简捷设计这类在设计过程中采取平均温度进行物性计算的传统方法与实际工业情况的偏差较大。为了更好地将理论计算与工业实际应用有效地结合,提高管壳式换热器的设计精度,可以通过对温度分布进行分段设计、改进流型分布、改良传热关联式等手段优化传统设计方法。     

基于模糊算法的汽车电池组系统降温控制

分析了锂离子电池的发热和传热机理,构建了动力电池组温度数学模型。选用的电池为A123-26650 LiFePO4电池,通过预处理过程建立了动力电池组中的任意一行中8个电池单体温度模型,并网格划分化;将预处理过程中建立数学模型导入到ANSYS软件。利用ANSYS对实际条件下电池发热进行仿真,并与Zuskausks实验相关方程进行比较,验证文中所建立的动力电池CFD模型可靠性。在恒定冷却液流速条件下,通过比较电池温度数学模型电池温度和CFD模型电池温度,验证了动力电池数学温度模型可作为控制器作用的仿真对象。设计自适应模糊PID控制器,通过MATLAB/Simulink仿真试验验证该控制器能够很好控制电池温度至期望值,具有一定实际应用价值。     

螺旋缠绕管式换热器传热性能优化与计算程序开发

螺旋缠绕管式换热器作为新型换热设备,与传统换热器相比,更为紧凑的管排列方式,增大了设备单位体积内的传热面积,且流体流动过程更易多流股化,从而提升传热综合效率;对设备的传热特性进行研究并与计算机技术相结合实现性能优化与计算方法改善,对于实际设备设计生产与使用具有重要意义;通过计算流体力学（CFD）方式,对螺旋缠绕管式换热器进行简化计算模型结构工作并开展数值模拟,研究不同管排列方式,相邻管层间距,壳程流速,换热管使用材料在设备换热性能方面的影响情况,得到设备优化结构,实现设备性能提升;选定管内径,管缠绕圈数,壳程流速以及管缠绕半径四个因素及其相对应水平参数开展正交试验,并分析单因素对于绕管式换热器综合传热性能PEC的影响情况及各因素的主次程度;运用Visual Basic语言进行计算程序开发,通过对流体物性参数,管内径,管缠绕圈数,管程数等进行输入并自动计算,实现压降,传热系数,综合性能指数等结果的可视化,提高后期设计工艺计算精度。     

遗传算法优化变工况板翅式换热器的通道排列

板翅式换热器的通道排列优劣直接影响换热器传热性能和结构的紧凑性等,因此通道排列的优化是设计中的重中之重。传统的板翅式换热器优化设计中,往往是基于一个最大负荷工况点进行通道排列设计,忽略了当工况点变化较大时通道排列对传热性能的影响。但操作工况常常随季节、原料和生产情况的变化而变化,使换热器常常在偏离设计工况点下运行,导致换热效率较低。板翅式换热器的通道排列方案随着流股数成指数增加,且现有的设计方法大多是基于经验确定的,这需要花费设计人员大量的时间对换热器进行不断改进,以使得换热器符合设计要求,同时达到较优的传热效果。针对上述设计不足,运用在变工况下板翅式换热器的通道排列柔性设计的方法,以通道排列累积热负荷最小均方差为目标函数,提出采用遗传算法优化多股流板翅式换热器的通道排列。具体步骤:1)运用遗传算法获得各工况点下最优通道排列:2)利用柔性设计方法将以上获得的各工况下的最优通道排列整合成一个较优通道排列,使其在操作周期内以较优的状态工作;3)利用微调策略改进柔性设计通道排列,进一步降低累计热负荷均方差,得到最终的优化通道排列。最后对一个含一股热流体三股冷流体的板翅式换热器通道排列设计案例进行计算得出,采用本文的设计方法得到的最终通道排列在3个工况点下的累计热负荷均方差平均值为3632.48 W,较文献值3660.72 W低。而且该方法大大提高了设计速度,降低了设计人员的工作量,同时实现了板翅式换热器的柔性优化设计,使换热器能满足全年不同工况的操作要求,证明了该方法的有效性和优越性。     

涡流冷壁推力室传热模型分析计算

研究发动机燃烧室温度优化控制问题,由于燃烧室温度控制较难,为了预估新型涡流燃烧冷壁火箭发动机的壁面温度,根据发动机内部流动和传热分析,对组合化学平衡、辐射传热和热传导特性,提出了一维传热模型.采用模型对以氢氧为推进剂的涡流燃烧室进行了传热过程和影响因素的仿真分析,获得了稳定状态下的壁面温度,以及燃烧室压力、氧化剂喷注速度、燃烧室长度等参数对壁温的影响关系,仿真结果与实验一致.证明模型为涡流燃烧发动机设计提供了重要工具,对进一步的实验研究有指导意义.     

质子交换膜燃料电池动态特性建模及仿真

在质子交换膜燃料电池优化设计的研究中,现有模型在描述电堆热量传递过程时普遍不符合传热学理论.为解决上述问题,依据流动换热平衡关系完善了冷却水消耗功率的理论模型,并依据热辐射理论得到了电堆辐射功率的计算方法,建立了燃料电池动态特性仿真模型.利用仿真模型,对负载电流对电池电压和电堆功率的影响进行了仿真,并明确了燃料电池温度带来的影响,仿真结果表明符合动态响应的实际情况,建立的仿真模型为建立基于燃料电池的混合动力系统优化奠定了基础.     

利用温焓图自动综合多流股换热器网络

为合理、经济地利用能源,降低生产成本,综合考虑了温度、表面传热系数和材质等影响流股传热能力的因素,计算出温差贡献值来修正各流股的实际温度得到虚拟温度,基于虚拟温度作出温焓图,提出多流股换热器网络的综合策略和冷、热流股的匹配规则,得到一组串联的多流股换热器,直观有效地进行换热网络的设计和优化。最后通过两个例题说明所提方法是可行的。     

基于虚拟温度法的间歇过程换热器网络综合

提出了基于时间段模型(TSM)综合间歇过程换热器网络的方法,用虚拟温度法代替传统的单一最小传热温差,将各流股的温差贡献值作为决策变量,年度总费用最小作为目标函数建立数学模型.应用遗传膜拟退火算法对上述数学模型进行求解,分别获得每个时间间隔内的子换热器网络结构,并进一步对总换热器网络做结构优化,使其既满足流股的换热要求,又满足年费用最小.方法应用于实例计算,结果比基于最小传热温差获得的换热器网络年度总费用节省6.0%,换热器减少5台,说明这种方法既节省费用,又简化了网络结构.     

燃料电池温度模糊自适应控制

如何控制燃料电池温度性能是燃料电池的一个重要问题。首先基于模糊辨识建模方法建立质子交换膜燃料电池温度性能的T-S模型。模型结构简单,精度高,方便地应用于质子交换膜燃料电池系统控制中。其次针对该模型设计电堆温度的模糊自适应控制器。最后在Matlab平台进行仿真,模糊自适应控制器在较大幅度变化的系统参数下都得到较好的控制性能,证明模糊自适应控制系统具有很好的鲁棒性和良好的控制品质,能够满足质子交换膜燃料电池温度控制系统的要求。     

载重子午线轮胎滚动阻力有限元仿真分析

研究汽车轮胎低滚动阻力优化设计,针对轮胎滚动阻力引起的温度对材料性能影响难以测定的问题,根据车辆的轮胎温度与材料性能有关,建立了含热力学耦合的滚动阻力分析模型.要求模型包含三个部分:结构分析、传热分析和滚动阻力计算.与传统模型相比,增加了传热分析部分,利用传热分析计算结果更新材料参数,解决了以往在滚动阻力仿真时不考虑温度影响的问题.对模型进行仿真分析,通过滚动阻力试验验证改进的模型具有更高的精度,可以为低滚动阻力轮胎结构设计与优化提供指导.     

基于系统辨识的燃料电池系统建模和自适应模糊控制

熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）发电运行时，电堆的工作温度必须控制在一定的范 围内，否则将导致系统发电效率的降低或危及电堆寿命．因此，实现对MCFC运行温度的在线 控制势在必行．但由于MCFC系统的复杂性，已有模型均为复杂的非线性微分方程组描述的解 析模型，难以满足在线计算的实时控制的要求．因此，本文首先利用神经网络辨识技术基于 实验的输入（气体流量）输出（温度）数据建立起MCFC电堆的神经网络模型；然后，基于这 一电堆模型，设计了一个MCFC电堆工作温度的在线改进型自适应模糊控制器．该控制器对传 统的模糊控制方法存在的缺陷进行了改进，它一方面采用BP算法对模糊系统的参数进行修正 ，另一方面又通过聚类算法对模糊系统的结构进行自适应调整．最后，用神经网络辨识模型 代替实际的MCFC电堆进行了控制仿真，仿真结果证明对MCFC辨识电堆建模的有效性，以及所 设计的模糊控制器的性能优越性．     

基于参数估计误差的辊道窑温度场优化控制方法

辊道窑烧结过程的温度是决定锂离子电池正极材料产品质量的关键. 然而, 根据炉内有限个测温点的温度 建立起描述整个温度场的模型往往非常困难, 导致无法优化控制烧结过程的温度分布; 而控制方法的设计一般需要 进行参数估计, 已有参数估计方法大多依赖于观测器/预测器的状态误差信息, 无法直接反映待估计参数的变化特 征且方法的准确性取决于观测器/预测器的性能. 为此, 本文提出一种基于参数估计误差的温度场自适应动态规划 (adaptive dynamic programming, ADP)优化控制方法. 首先, 基于传热机理建立二维多孔介质能量守恒方程, 构建包 含角系数的边界条件以反映热辐射作用; 考虑到竖直方向温度变化较大, 通过转换边界条件建立起辊道窑一维温 度场模型, 并根据正极材料的特性获得模型参数. 然后, 采用ADP中的策略迭代(policy iteration, PI) 优化设计温度场 控制器, 神经网络(neural network, NN)用于PI中的评价网络以逼近代价函数; 基于权值参数的估计值与真实值之差 构建参数估计误差, 通过将估计误差的信息融入到评价NN参数更新过程, 提出基于参数估计误差的NN权值更新算 法, 以提高参数估计误差的收敛性, 实现有限时间内NN权值的快速收敛. 最后, 通过仿真验证所提建模和控制方法 的有效性.     

粒子群优化RBF神经网络光伏电池建模研究

本文研究神经网络在光伏电池建模优化问题。由于光伏电池具有高度非线性特性,其输出功率受到外界自然因素的影响,使得传统方法不能满足光伏控制系统动态要求。针对上述问题,本文提出一种粒子群优化的神经网络光伏电池建模算法。改进的方法以日照、温度和负载电压作为提出的RBF神经网络模型的输入值,把光伏电池的输出功率作为神经网络的输出,采用RBF神经网络对光伏电池进行建模,同时利用粒子群算法对神经网络参数进行优化,最后建立光伏电池的动态响应模型。仿真实验结果证明,所提模型更好地克服传统方法的缺点,收敛速度快,具有较高的预测精度和适合能力。     

多股流板翅式换热器翅片通道中传热的计算流体力学模拟及定性尺寸

板翅式换热器结构紧凑,传热效率高,常用于多个冷热物流之间的换热,但是其通道数量众多,其内部流道中的流场和温度分布很难用实验方法来测定。采用计算流体动力学(CFD)软件ANSYS,针对锯齿形翅片模拟了板翅式换热器进出口的温度场分布,根据热量平衡和热量传递速率方程,对多股流板翅式换热器的各通道的温度分布进行模拟,并分别计算出各个流股在各个通道的二次传热表面最大传热距离,即通道定性尺寸。分别对两流股和三流股的2个板翅式换热器进行通道温度场分布CFD模拟,从而计算得到板翅式换热器的定性尺寸。对于两流股一冷一热交替排列的通道,数值模拟的定性尺寸与简化的经验方法计算结果都为翅片的一半,而对于三流股八通道的定性尺寸,中间的第四通道和第六通道的翅片定性尺寸大于基于传统计算方法得到的定性尺寸,对应的翅片效率小于传统方法得到的结果。基于板翅式换热器传热机理对结果分析表明,数值模拟结果比文献经验计算方法的结果更合理,即为板翅式换热器的设计提供了准确的基础参数,原因是数值模拟结果考虑了相邻多个通道热流量和温度对通道传热的影响,改进了传统方法仅考虑相邻通道热流量和温度的影响。     

基于网格划分策略的微波功率的实时控制

根据媒质在微波加热中的介电特性、温度、吸收功率随时间而变化的特点,使用基于网格划分策略对温度和吸收功率建立目标函数,从而对微波功率进行多目标优化控制。对目标函数中不同参数取值下的微波功率进行了分析与对比。对于微波加热过程中的热失控现象,通过设定单温度阈值来进行检测,然后进行功率调整,使媒质温度最终稳定在预期的稳态温度。经过网格划分策略优化后,有助于提高微波加热效率和控制热失控现象。     

热处理炉钢板温度的自适应混沌粒子群算法–最小二乘支持向量机优化预报算法

针对传统传热模型参数调整较复杂和模型精度较低的问题,构建了一种基于改进粒子群算法优化最小二乘支持向量机（least squares SVM,LSSVM）的钢板温度预报模型.首先,对基本粒子群算法进行分析,提出自适应混沌粒子群算法（adaptive chaos PSO,ACPSO）,并通过性能指标定量评价验证算法的有效性、鲁棒性和寻优效率.其次,采用LSSVM建立钢板温度预报模型,并选用径向基函数作为核函数,用ACPSO算法优化该模型参数.最后,结合现场数据进行仿真研究和工程应用,结果表明基于该算法建立的钢板温度预报模型具有较高的预报精度,达到智能调优的目的.     

汽车转向机构仿真及优化设计

研究汽车转向机构优化设计问题,传统转向机构设计忽略转向机构与悬架干涉,造成实际工况下前轮定位参数变化过大,导致操纵稳定性下降.为了提高实际工况下转向性能,针对原地转向及车轮跳动工况,根据阿克曼转角几何原理及前轮定位参数变化规律,采用多目标优化方法建立复合加权惩罚函数进行优化设计.并在建立优化模型时引入试验设计方法(DOE)进行设计变量筛选.应用ADAMS软件建立某车前悬架总成动力学模型进行仿真优化.仿真结果表明,优化后模型更好地满足了阿克曼转角几何原理,转向机构与悬架更加匹配,验证了改进方法在转向机构优化设计中的实用性与优越性.     

变工况下微通道两相换热器器性能模拟

利用均相模型对微通道两相换热器(蒸发器、冷凝器)进行模拟,通过制冷工质R134a热力状态及参数的计算模拟换热器设计工况下的稳态情况.首先建立换热器仿真模型,得出设计工况下的换热器设计结果,然后此基础上,着重分析当外界温度、进出口状态以及质量流量发生变化时,相应的换热器性能参数变化情况,以及相关影响因素.