N2和CO2稀释对氢气-空气湍流扩散燃烧及NO生成特性的影响

采用18组分47步H2-N2-CO2反应机理模型、可实现k-ε模型及涡流耗散概念(EDC)模型研究了N2和CO2稀释作用对氢气-空气同轴射流湍流扩散燃烧过程的影响.结果 表明:2种稀释剂均能有效降低氢气燃烧温度,降低NO质量分数,且NO峰值质量分数随着火焰峰值温度的升高而上升;与稀释剂N2相比,CO2对降低氢气燃烧温度和NO质量分数的效果较好;2种稀释剂对火焰峰值温度及NO峰值质量分数的影响是非线性的,随着稀释率的增大,稀释剂降低火焰峰值温度的效果明显增强,而抑制NO生成的效果逐渐减弱;当稀释剂为N2、稀释率为0.5或稀释剂为CO2、稀释率为0.3时,能使火焰峰值温度处于中等水平情况下NO峰值质量分数依然较低,有利于实现氢气的高效低污染燃烧.     

基于Kriging模型的涡轮盘优化设计方法

研究了航空发动机涡轮盘设计问题,将Kriging方法与全局约束优化算法相结合,提出了基于Kriging近似响应模型的优化求解方法,有效减少了有限元分析的次数和计算量。该优化设计方法采用正交试验设计和有限元分析方法获得涡轮盘设计空间的初始样本数据;利用已有的设计样本数据建立涡轮盘重量和应力响应近似计算的Kriging模型,在此基础上利用全局优化算法在设计空间进行设计方案优化搜索;利用有限元分析方法计算近似最优设计方案的输出响应,并以此更新已有的设计样本数据,不断提高Kriging模型的近似精度。数值计算结果表明,基于Kriging模型的涡轮盘优化设计方法不仅可以获得良好的设计结果,还能大大降低计算代价,提高设计效率。     

耦合多学科设计系统中参数映射方法

正确地辨识和有效地管理多学科设计模型之间的耦合关系是实现复杂产品多学科设计优化的基础.针对复杂产品研制需求,采用集合概念建立了多学科耦合关系的概念模型.然后,采用面向对象方法实现了耦合多学科设计模型(系统)的参数辨识和表达,并且通过文件解析方法自动关联多学科模型求解器(设计系统)间的输入输出参数.此参数映射方法在参数层次上控制多学科设计数据生成、获取、转换、存储和计算过程,实现了多学科异构数据源互操作.此参数映射方法可以支持耦合学科模型求解器集成,并且支持多学科计算进程的协同调度.此参数映射方法应用于航空装备研制,显著提高了设计效率和设计质量.     

反应物喷入条件对常温空气无焰燃烧的影响

针对工业锅炉中气体燃料燃烧过程,采用数值模拟与实验相结合的方法,研究了C3H8燃料和常温空气通过平行圆管喷嘴类型的燃烧器在不同喷入条件下对炉膛内无焰燃烧的温度变化趋势和燃烧产物的影响.结果表明,在燃料和空气入口流量保持不变的情况下,空气喷嘴孔数或燃料喷嘴孔径增加将加剧炉内局部燃烧,导致燃烧峰值温度和出口NO浓度升高;随着燃烧器空气喷嘴与燃料喷嘴间距增加,炉内峰值温度和出口NO浓度下降;炉内峰值温度不超过1 900 K时,有利于实现低氮氧化物排放的常温空气无焰燃烧.     

基于高斯函数和信赖域更新策略的Kriging响应面法

为建立拟合效率高且能够满足工程精度要求的响应面近似模型,在分析已有响应面建模方法基本特性的基础上,提出一种基于高斯函数和信赖域更新策略的Kriging响应面法.该方法将高斯函数作为设计点之间的相关函数,并在优化过程中采用信赖域更新策略对试验设计的取样区域进行动态修正.通过在四个典型数值算例和某涡轮盘的热-结构优化设计中的应用,验证了所提方法的有效性.     

基于人工神经网络的甲烷富氧燃烧机理优化

采用带误差传播的直接关系图法、全物种敏感性分析和人工神经网络(ANN)联合方法,以点火延迟时间和CO摩尔分数为优化目标,通过对甲烷富氧燃烧详细机理USC mech2.0的简化和优化,提出了基于人工神经网络的甲烷富氧燃烧优化机理(ANN-OMOC)。甲烷富氧燃烧模拟计算和对比分析的结果表明：相比于甲烷富氧燃烧简化机理FSSA的预测误差,优化机理ANN-OMOC对点火延迟时间、层流火焰速度的预测误差分别从2.53%、24.38%降到0.50%、14.41%;与甲烷富氧燃烧的简化机理DRGEP和FSSA相比,优化机理ANN-OMOC对点火延迟时间、OH摩尔分数峰值和CO摩尔分数峰值的预测结果最佳,其相对误差均在10%以下。     

孔间距对燃气轮机动叶气膜冷却效果的影响

为了提高燃气轮机动叶的气膜冷却效果,采用Realizable k-ε湍流模型,并结合Simple算法和有限体积法对三维定常不可压缩N-S方程进行离散,在不同吹风比和主流湍流度条件下,分析了某重型燃气轮机孔间距对动叶气膜冷却效率的影响.结果表明:在一定条件下,随着孔间距的增大,冷却气体覆盖程度变差,冷却效率下降;受到叶片前缘孔排冷气的动量叠加,叶片后缘孔排气膜冷却效率明显高于前缘孔排气膜冷却效率;相同孔间距下,随着吹风比的增大,叶片综合冷却效率呈现升高的趋势;在其他条件一定的情况下,吹风比M=1.4时,主流湍流度越大,气膜冷却效率越低,但影响较小.     

后向散射法测量湿蒸汽的实验优化方案的研究

为了提高实验的精度以及实验的可操作性,对后向散射法测量湿蒸汽的实验方案进行了优化研究。本文研究了入射光射入位置、入射光光强、散射光接收角度三个因素对实验结果的影响。实验结果表明,这三个因素对散射光光强以及其对应的灰度值具有较大的影响;当入射光光强为20 mw、入射位置为第四截面、散射光接收角度为后向30°时,可获取到最佳的散射光图像,此时为最优的实验方案。该实验方案的研究对后向散射法测量湿蒸汽具有重要的指导作用。     

后向散射法测量蒸汽参数的CCD相机接收角优化

为了揭示汽轮机内湿蒸汽的具体参数和实现汽轮机湿蒸汽参数的有效测量,对基于后向散射法及联合CCD相机成像的湿蒸汽参数测量模型,提出了新的CCD相机接收角度,分析了不同散射角度对散射比的影响。结果表明,当散射光接收角度为后向7°时,可获取到最佳的散射比,此时信噪比最强,为最合适的接收角度。通过对后向7°角的散射光强在不同尺度分布参数K、水滴群的质量中间半径r-0.5、水滴数密度N下所呈现的变化规律进行分析验证,结果表明后向7°角的散射光强变化趋势与理论变化相吻合,从而为后向散射法测量湿蒸汽参数的研究提供依据。     

国产某600MW汽轮发电机组基础动力学特性有限元分析

在分析国产600MW汽轮发电机组基础特点的基础上,运用Solidworks三维建模软件建立了基础的实体模型,采用有限元分析软件ALGOR对基础模型划分网格,进行纯框架式基础有无底板的模态分析与加载机组静载荷模态分析,找到了基础底板对基础框架的动力学特性影响规律,以及机组的设备质量对基础动力特性的定量影响。研究结论对改进此类机组的基础设计提供了理论依据。