极坐标系下黏性流动的拟谱方法

针对拟谱方法在极坐标下遇到的坐标奇异以及压力边界条件难处理等问题,提出了一种新的基于极坐标系下的拟谱方法.该方法在一致网格上直接求解非定常原始变量形式的N-S方程,采用算子分裂法来解耦速度和压力,在径向采用Chebyshev-Radau配置点,在角方向采用标准的Fourier配置点.同时对压力的谱导数矩阵进行了变换,使边界上的压力点不出现在计算方程中.把该方法应用于圆截面的曲线管道的层流流动中,数值实验结果表明,该方法成功解决了极坐标系中的坐标奇异问题;对压力谱导数矩阵的变换,避免了对压力提非物理的边界条件,保证了解的精度,同时也消除了虚假压力模式     

基于Pareto Frontier方法的气动发动机设计

为建立气动发动机的设计方法,提出将功率和比功作为优化气动发动机工作性能的两个目标,将多目标优化理论中的Pareto解作为气动发动机的设计曲线.采用基于进化算法的多目标优化程序NSGA II求解得到了最大比功 功率曲线,以及发动机行程、径程比等发动机结构参数和进气压力、发动机转速、进排气门启闭相位等发动机运行参数随功率的变化规律曲线.通过分析这些规律曲线得出,气动发动机各参数调节的结果是使进气门关闭前的缸内压力尽可能高;不同功率下,比功最大的发动机行程均取该变量变化范围的上限;径程比的取值范围为0.4~0.6,设计功率不同,其取值也不相同,可根据设计目标进行选取.总结出基于多目标优化算法气动发动机设计的一般流程,验证了基于Pareto Frontier设计方法的有效性,为科学规范地设计气动发动机打下良好基础     

气动发动机进气相位对工作过程的影响

研究了采用旋转阀式配气机构的发动机的工作过程,建立了气动发动机示功图的理论模型;该模型能够较好地预测进气做功过程中缸内压力的变化趋势.在不同的进气相位下进行实验,分析了动力损失的影响因素.结果表明,在相同的进气压力下,在上止点时刻进气,气动发动机的输出功率最大;随着进气时刻的推迟,发动机的动力性和经济性变差.     

温度和热流方向对木材传热特性的影响

以4种常用木材为实验对象,研究了不同温度和热流方向对木材的导热系数、比热和热扩散率的影响,并分析了热物理性质变化的原因.实验结果表明：温度和热流方向对木材的传热特性影响显著.在25～200 ℃内,木材导热系数和比热呈现非线性变化,开始是随着温度的升高而逐渐增加,在接近80 ℃时达到一个峰值,然后又逐渐降低.而木材热扩散率的变化与温度的关系不明显.同一温度下,木材的顺纹（热流平行于纹理方向）导热系数要大于其横纹（热流垂直于纹理方向）导热系数,前者是后者的2.4～3.0倍.     

磁悬浮列车用直线电机的有限元分析和电感计算

为研究磁悬浮列车长定子直线电机的性能,以德国TR08型磁悬浮列车长定子直线同步电机尺寸为基础,基于有限元方法建立了一个悬浮电磁铁模块的分析模型,对其牵引和悬浮电磁场进行了较为系统的分析,得到了不同动子极距下牵引和悬浮力的变化曲线.重点研究了长定子直线同步电机在分别改变定、动子电流和气隙大小的情况下,以及定动子绕组交直轴电感的变化情况,并通过多项式拟合和傅立叶分解得到了交直轴电感的经验公式.仿真结果表明,定子电流对气隙磁场和电感影响较小,当动子极距为266.5 mm时电机性能较佳,拟合得到的经验公式具有较高的精确度,平均误差小于5％.     

通基于流形的封闭参数曲线构造理论

为了方便地构造真正意义上的光滑封闭参数曲线,以微分流形--圆为封闭参数曲线的定义域,以非均匀B样条为定义域上的基函数,设计了用于构造封闭参数曲线的控制顶点、控制顶点对应的参数值及节点矢量的确定方法和曲线上一点的三维坐标值计算方法;以作均匀有理B样条(NURBS)曲线常用的控制技术如夹直线段、在曲线上形成尖角等检验该算法与NURBS方法的兼容性.实验结果表明,该算法不仅实用可靠,而且比目前造型系统中的NURBS方法简单方便,完全与NURBS造型系统兼容.     

基于储测技术的活塞瞬态温度和应力测量

内燃机的活塞工作在高温高压的环境下,其温度的准确测量一直是困扰研究人员的技术难题.由于自身的缺陷,传统的测量方法很难测得不同工况下的温度及温度的变化.在内燃机台架试验过程中,利用计算机多通道存储测试技术,对活塞温度和应力进行了实时测量,得到了活塞温度和应力随内燃机工作过程变化的波形.验证了计算机存储测试技术完全可以满足内燃机受热零件在高温、高压、强冲击振动环境下的动态测试要求.证明了其应用于内燃机零部件动态测量的可行性和有效性.同时,测量的活塞温度和应力波动结果能为研究活塞热负荷提供依据.     

高精度制冷工质PVT实验系统研制

研制了一套高精度制冷工质PVT（温度 体积 压力）实验系统,该系统由自行开发的测控软件进行计算机实时测控.通过对系统的误差分析表明,实验系统的温度测量不确定度小于±6 mK,压力测量不确定度小于±1.3 kPa.实验本体的体积用氦作了标定.利用本实验系统,对293.15～323.15 K的HCFC22气体进行了定容式PVT实验研究,结果表明,HCFC22的密度测量值与美国国家标准与技术研究院（NIST）提供值的平均偏差小于±0.064%,最大偏差小于±0.356%.整个系统自动化程度高,控温精确稳定.     

液氮发动机试验及效率分析

为了解液氮储能气动发动机的工作特点，实现液氮可用能的高效利用，搭建了液氮动力系统试验台架，测试了发动机在进气压力为0.1～1 MPa和转速为300～1 500 r/min区间内的动力性能和经济性能.分析了试验结果所展现的液氮发动机的动力性能和经济性能随进气压力和转速的变化规律.试验发现,发动机的输出功率与进气压力成正比关系；气阻现象使得发动机效率不随系统压力的增加而增加.系统的不可逆损失归结为内部不可逆损失和外部不可逆损失两部分并建立了相应的数学模型，结合试验数据，计算了液氮的单位质量可用能在系统中的分配.结果说明漏气损失与系统输出具有相同的量级，应该杜绝系统的漏气；换热损失消耗了大部分的液氮可用能，构建高效的液氮动力系统，必须采用多级循环.     

稳定线宽的过曝光控制

在利用激光图形发生器制备微细图形时,为获得稳定的线条宽度,提出一种对薄胶层进行过曝光的技术.准直光束经物镜会聚后光斑的能量呈近似高斯分布,当胶层的曝光量阈值远离高斯型曝光量曲线的头部时,可以弱化线宽对实际曝光量或胶层曝光量阈值等变化的敏感度,从而提高线宽的稳定度.在涂有0.6 μm薄胶的基片上,采用渐变曝光量的方法,利用激光束直写技术制取了一组短弧线,对线宽的测试结果表明,线宽与曝光量关系的实验性曲线和理论模型能较好地吻合.过曝光技术对线宽稳定度要求较高的器件,比如具有螺线波导的集成光学陀螺的制作有较重要价值.     

混合燃料发动机性能的实验研究

测量并分析了由生物燃料、自来水和市售的93^#汽油组成的2种配比的混合燃料发动机的燃料经济性能、动力性能、怠速时的排放性能.结果表明:与燃烧93^#汽油相比,发动机燃烧混合燃料时,怠速时的HC和CO排放显著下降;混合燃料发动机的燃油消耗率在全负荷且转速小于 2 500 r/min的运转条件下降低,在全负荷且转速大于 2 500 r/min的运转条件下升高;在全负荷运转条件下混合燃料发动机的最大转矩下降约 6%、最大功率下降约7%,并且发动机的转矩随转速的增加而迅速降低.     

使用柴油醇对增压中冷柴油机性能和排放的影响

在不改变现有增压中冷柴油机结构的条件下,研究了两种柴油醇(E10和E15)对发动机动力性、经济性、排放性的影响。研究结果表明:增压中冷柴油机使用柴油醇,发动机的动力性有所降低,燃油消耗率有所增加,而能量消耗率在小负荷时有所增加,在中高负荷时与使用柴油相当。排放性能表明:CO和碳烟排放量有一定程度的降低,HC排放量在小负荷时明显增加,NOx排放量在低转速的中高负荷时有所增加,在高转速时变化不大。十三工况试验表明,多种比排放量有所增加,主要原因是小负荷分担率增加。本研究为下一步试验,尤其是小负荷的改善提供了基础。     

Overall optimization of Rankine cycle system for waste heat recovery of heavy-duty vehicle diesel engines considering the cooling power consumption

The Rankine cycle system for waste heat recovery of heavy-duty vehicle diesel engines has been regarded as a promising technique to reduce fuel consumption. Its heat dissipation in the condensation process, however, should be taken away in time, which is an energy-consuming process. A fan-assisted auxiliary water-cooling system is employed in this paper. Results at 1300 r/min and 50% load indicate that the cooling pump and cooling fan together consume 7.66% of the recovered power. What’s worse for the heavy load, cooling accessories may deplete of all the recovered power of the Rankine cycle system. Afterwards, effects of the condensing pressure and water feeding temperature are investigated, based on which a cooling power consumption model is established. Finally, an overall efficiency optimization is conducted to balance the electric power generation and cooling power consumption, taking condensing pressure, pressure ratio and exhaust bypass valve as major variables. The research suggests that the priority is to increase condensing pressure and open exhaust bypass valve appropriately at high speed and heavy load to reduce the cooling power consumption, while at low speed and light load, a lower condensing pressure is favored and the exhaust bypass valve should be closed making the waste heat recovered as much as possible. Within the sub-critical region, a larger pressure ratio yields higher overall efficiency improvement at medium-low speed and load. But the effects taper off at high speed and heavy load. For a given vehicular heavy-duty diesel engine, the overall efficiency can be improved by 3.37% at 1300 r/min and 25% load using a Rankine cycle system to recover exhaust energy. The improvement becomes smaller as engine speed and load become higher.     

用C++Builder语言实现内燃机外特性曲线拟合

通过对内燃机外特性的理论分析,建立了一种内燃机外特性曲线的三次样条函数拟合的数学模型,实现了内燃机外特性曲线绘制的自动化.     

采用复合冷却方法改善内燃机的经济性

提出一项提高内燃机部分负荷经济性的措施,即采用一种冷却油来替代冷却水以减少部分负荷下的热损失;在高负荷时,同采用内冷却以抑制爆震的产生。经台架试验证明,采用此项措施其油耗率可降低6～8％;道路试验表明,其等速百公里油耗可降低8～10％。     

化油器发动机燃用不同比例乙醇汽油的性能和排放试验

在现有的化油器式汽油机结构不做变动和调整的情况下,研究了4种比例的乙醇汽油对发动机动力性、经济性和排放性的影响。研究表明:汽油机使用乙醇汽油,随燃料中乙醇添加比例的增加,过量空气系数逐渐增大;发动机的最大功率有所降低;燃料消耗率逐渐增加,能量消耗率变化不大;CO排放在中低负荷没有明显变化,在高负荷逐渐减少;HC排放逐渐减少;NOx排放在中低负荷逐渐减少,在高负荷逐渐增加。     

化油器发动机燃用不同比例乙醇汽油的性能和排放试验

在现有的化油器式汽油机结构不做变动和调整的情况下,研究了4种比例的乙醇汽油对发动机动力性、经济性和排放性的影响。研究表明：汽油机使用乙醇汽油,随燃料中乙醇添加比例的增加,过量空气系数逐渐增大;发动机的最大功率有所降低;燃料消耗率逐渐增加,能量消耗率变化不大;CO排放在中低负荷没有明显变化,在高负荷逐渐减少;HC排放逐渐减少;NOx排放在中低负荷逐渐减少,在高负荷逐渐增加。     

耦合管道系统在热声发动机中的传输特性

为了优化热声发动机和脉管制冷机之间的匹配,在流体网络模型的基础上,结合线性热声理论,推导了三管道耦合系统的传输方程,利用DeltaE对耦合系统在不同直径和长度下的压比放大特性和入口所需声功进行了理论计算和对比.各管道采用合适的直径,在行波热声发动机上对管道耦合系统的压比放大特性进行了实验验证.采用RC负载法测量耦合系统末端的声功,研究了在末端不同阻抗下耦合系统的声功输出特性.理论预测和实验结果趋势一致.实验中采用高纯N2作为工质,当工作压力为2.20MPa时,在耦合系统末端获得了1.50的压比;在一定的输出阻抗下获得了105W的输出声功.     

氢内燃机怠速性能试验研究

为研究氢内燃机的怠速特性,在一台6缸氢内燃机上研究了过量空气系数λ与点火提前角θ_i对发动机主要性能参数的影响.结果表明:随着λ的增大,最大指示热效率η_i所对应的θ_i逐步增加,η_i随之增加,NO_x排放随之减小;同一λ条件下,NO_x排放随着θ_i增大而增加;氢内燃机怠速时可采用λ>2.5的稀混合气,且应适当增大Q_i;最大缸压随着λ增加而降低、随着θ_i增大而上升;不同λ值条件下最大压力升高率的规律基本相似,只是在λ=2.5、θ_i<10°CA时,最大压力升高率基本保持不变。     

涡轮增压柴油机匹配性能的改进方法

研究了改善涡轮增压柴油机匹配性能的两种方法,即废气放气阀方案和可变几何涡轮增压器方案.这两种方案是目前改善柴油机的低速匹配特性,降低排放的主要措施.特别是可变几何涡轮增压器能覆盖柴油机的整个工作范围,在全负荷和部分负荷下,既能增加低速转矩,又能保证高速功率不受到损失,还对降低油耗和排气温度有好处,经过原型机与这两种方案的理论研究及试验对比分析,证明了它是目前解决柴油机匹配特性的一种理想方法.