基于神经网络识别的SOFC-GT混合系统高度特性研究

在航空方面,对以甲烷为燃料的固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)-燃气轮机(gas turbine,GT)混合动力系统展开了相应的研究。考虑到SOFC-GT混合动力系统复杂的仿真模型,难以满足飞行器飞行过程中对混合动力系统实时控制的需要,本文提出了改进的量子粒子群算法(improved quantum behavior particle swarm optimization,IQPSO)径向基函数(radial basis function,RBF)神经网络模型来描述SOFC-GT混合动力系统在不同高度下燃油流量与效率之间的非线性特性。同时考虑到数据来源不足,本文首先建立了以甲烷为燃料的直接内部重整SOFC-GT混合动力系统的数学仿真模型,并且考虑了GT效率变化对混合动力系统效率的影响,然后基于该模型获取了IQPSO-RBF神经网络模型的训练和预测数据。结果表明:不考虑GT效率变化使得SOFC-GT混合系统效率计算结果偏高;相对于QPSO-RBF神经网络模型和PSO-RBF神经网络模型,IQPSO-RBF模型能更好地预测在不同高度下SOFC-GT系统效率在不同燃油流量下的变化规律。     

急冷塔内喷雾蒸发过程的数值模拟

针对废弃物焚烧时高温烟气在降温过程中二噁英的再生成问题,建立了高温烟气与雾化液滴两相流动及两相之间传质传热的数学模型,并以此为基础,利用计算流体力学（CFD）方法对急冷塔内雾化液滴的蒸发过程进行了数值模拟,研究了入口烟气温度、液滴初始粒径、初始温度及喷射速度对液滴群蒸发的影响。模拟结果表明：液滴蒸发经过非稳态和稳态过程,在稳态阶段液滴平衡温度受入口烟气温度的影响较大且随着烟气温度升高而增大;液滴群的完全蒸发时间随着烟气温度的升高而缩短且随着颗粒初始粒径的增大而延长;液滴群完全蒸发时间与液滴初始温度及喷射速度基本无关;初始粒径在150 μm以下能保证在1 s内冷却烟气至200 ℃。该结果可为急冷塔系统设计及运行提供参考。     

热失控状态气液两相的锂离子电池建模及修正方法研究

锂离子电池在应用过程中因滥用而发生热失控现象,导致电池内部产生大量气体,传统的固液两相模型难以准确描述热失控机理。针对以上问题,以18650电池组为研究对象,构建气液两相的锂离子电池模组的电化学-热耦合模型,研究了热失控气体对锂离子电池内部应力、温度、电解液浓度的影响规律,同时利用COMSOL Multiphysics 5.5软件进行了有效性验证和理论模型修正。研究结果表明,锂离子电池热失控气体对电池内部应力、温度、电解液浓度有着明显的正反馈影响规律。内部应力的理论修正值与仿真值峰值均在相近时刻出现,且误差为0.04 MPa,计算精确率提高了80%。电池内部温度到60℃左右时发生热失控,产生的热失控气体在内部温度升高到160℃时被点燃,640 s时达到最高仿真温度,修正温度分别为177、172℃,热失控气体产生的热点现象是影响电池包内部的温度分布不均的主要原因。电解液浓度理论修正值和仿真值从1 200 mol/m³同步下降至837 mol/m³,形成气液两相流,电解液与电极材料反应和分解造成了电解液浓度降低。     

汽车加热器内燃烧的数值模拟

利用AVL公司开发的FIRE软件,对一典型结构蒸发混合式汽车加热器燃烧室内的燃烧过程进行了数值模拟.其中,蒸发和燃烧分别采用Wall Film模型、Coherent Flame模型,氮氧化物(NOx)采用Zeldovich不平衡原理建模,碳烟(Soot)模型为FIRE模型.计算结果及分析表明,一层进气孔布置对燃油蒸汽浓度分布影响很大.加大进气孔直径使进气中心涡流增强,燃油在一级燃烧室中蒸发量增加.主要燃烧发生在二级燃烧室.进气孔切向进气能形成较强的中心涡流,使燃烧高温区主要集中在二级燃烧室的纵向轴心附近.一级燃烧室的周向涡区和二级燃烧室上半部的高温区是Soot生成速率最大的部位;最高燃烧温度未达NOx的生成温度条件,其生成量极少.     

基于 Arena 的三峡枢纽运输系统仿真模型

建立了三峡枢纽运输系统运输组织方案论证与优化的计算机仿真模型.首先,调查确定了系统边界,分析了三峡枢纽系统的运输流程,拟订了模型输入输出参数;然后,选用 Arena 平台进行了仿真建模,研究了该模型的检验方法,并对所建立的模型进行检验.最后,对预测的2010年运输情况进行实例仿真,根据仿真结果分析该运输系统可能存在的问题,并提出了可行的改善方案,得出翻坝船舶比例和待闸锚地等待时间、排队长度的关系.实例表明,该仿真模型具有一定的工具性和可用性.     

基于SOM神经网络和复相关系数结合的机床主轴温度测点的优化筛选

提出了基于SOM神经网络和复相关系数相结合的温度测点的优化算法,并应用于SV-48立式加工中心主轴测温点优化筛选。首先,在主轴上模拟布置温度传感器和Z轴位移传感器,在有限元分析的基础上得到了一系列温度和Z轴热位移仿真数据;然后,将温度数据输入到SOM神经网络聚类分组;最后利用复相关程度法将聚类的温度值与主轴Z轴热误差拟合,确定出机床热敏感点。研究结果表明,该方法简明易懂,有效减少了测温点的数量。     

单缸式自由活塞混合动力柴油机喷雾特性研究

为揭示单缸式自由活塞混合动力柴油机的燃油喷射与雾化特性,建立了耦合活塞动力学的SFPE燃油喷射雾化多维模型,数值模拟了高压燃油在SFPE中的喷雾发展与油气混合过程。通过与传统柴油机(TCE)的喷雾性能对比,研究了2种发动机燃油喷雾过程的差异及其形成机理。结果表明:SFPE的压缩慢于其膨胀,它在止点附近及膨胀过程的运动速度快于传统发动机,这导致SFPE更晚开始喷油,且喷射阶段的缸内气体压力和温度略高于TCE。因此,SFPE在喷射阶段的燃油挥发速率更快,由于喷射滞后,整个喷雾发展过程的燃油挥发总量略小于TCE。此外,SFPE更快的活塞运动还造成了缸内体积缩小更快,喷射过程中活塞顶部距离气缸盖更近,导致更多的喷雾与壁面接触。较早的燃油喷射为TCE提供了充足的燃油蒸发和雾化时间,使其在活塞运动到上止点前就已经形成了更均匀的混合气。     

内阻取值方式对锂电池热模型精度的影响

采用恒定法及动态法对单体三元锂离子电池热模型中内阻参数的取值进行研究。建立了电池三维热模型,分析了不同内阻取值方式对锂离子电池热模型精度的影响,通过Ansys workbench中的瞬态热分析模块对25℃下不同倍率放电时的电池温升情况进行建模仿真,并与实验结果进行对比。结果表明:取动态内阻的热模型仿真曲线相对于恒定内阻仿真曲线的精度明显更高,在1C、2C、3C放电倍率下,仿真曲线与实测曲线的最大偏差分别为0.43、0.52、0.97℃,平均偏差分别为0.20、0.15、0.49℃。     

熵热系数取值方式对锂离子电池热模型精度的影响

为了提高锂离子电池热模型的生热仿真计算精度,研究了熵热系数取值方式对三元锂离子电池热模型精度的影响。在所建立方形电池的三维热物理模型的基础上,考虑到三元电池熵热系数的非平滑变化规律,提出了电池熵热系数的分段式表征模型。通过仿真、实验分析研究了所提新模型与传统熵热系数取值方式在常温(25℃)自然对流、不同放电倍率条件下的电池温升,结果表明:采用变熵热系数的热模型精度高于传统定熵热系数热模型,其在1C、1.5C、2C放电倍率下的仿真曲线最大误差和均方根误差均明显小于后者,其最大误差在所进行实验中均在1℃之内。     

纯电动汽车动力电池组液冷系统优化及冷却性能研究

散热问题是影响电动汽车电池寿命以及行车安全性的重要因素。针对目前电动汽车动力电池导热系数较低、液冷系统结构不合理等问题,对18650型电池的散热问题进行研究。分析了电池放电过程中的生热特性,建立电池组模型,对其放电过程进行热仿真。根据仿真结果中存在的问题,对冷却系统结构进行优化设计。同时,为研究冷却液初始温度对液冷系统冷却性能的影响,分析了不同冷却液初始温度下电池组温度变化情况。仿真结果表明:优化后的液冷系统结构可有效提高电池组的导热效率,在放电开始后272 s内使电池组内最大温度差达到标准,传热率提高了47. 7%。在20～30℃范围内,随着冷却液温度的升高,放电终止时电池组内的最大温度差逐渐降低,达到标准温差时间有效缩短,在采用逐步降低冷却液温度的方法后可进一步提升液冷系统的散热能力。     

迎面风速对电动汽车热泵系统蒸发器除霜特性影响的实验研究

针对电动汽车热泵空调系统在冬季室外换热器结霜后除霜效率低的问题,课题组设计并搭建了电动汽车热泵空调系统的实验台架,研究了在环境温度2.0 ℃和相对湿度85%下,电动汽车热泵空调系统中的蒸发器结霜后,蒸发器迎面风速对除霜特性的影响。实验结果表明：在实验工况下,室外换热器所结霜层呈间隔式分布;在系统逆循环除霜过程中,压缩机吸排气压力和换热器进出口温度逐渐升高,但随着蒸发器迎面风速的增高而降低,同时系统的制冷量出现波动现象;在相同的结霜工况下,较高的蒸发器迎面风速能缩短除霜时间,蒸发器迎面风速从0.8 m/s增加至2.3 m/s,除霜时间缩短37.4%,但此时的HVAC出风温度降低3.8 ℃,因此较低的蒸发器迎面风速则能提高HVAC出风温度,提高乘员舱舒适度。     

锂电池单体起火燃烧过程仿真模拟

电动汽车火灾事故频发使车用锂电池安全问题受到广泛关注。为研究车用锂电池起火燃烧特性,建立一种基于火灾动力学理论的锂电池单体起火燃烧数值模型,并借助FDS进行模型计算和仿真。以某款车用锂电池单体为研究对象,对该单体在热失控时的起火燃烧过程进行仿真,并进行该单体的热失控实验。与实验结果对比发现,模型准确地模拟出单体燃烧时冒烟、起火、剧烈燃烧、熄灭的火情演变过程,仿真温度曲线揭示了电池热失控时燃烧速度快、火焰强度大、热量爆发集中的特点,验证了模型的可靠性。分析仿真得到的CO_2释放速率、CO释放速率、热释放速率和总释放热量等参数随时间的变化曲线,研究结果表明:有效抑制单体热失控及其燃烧蔓延对提高电池包安全性有重要意义。     

海上稠油热采井井筒温度场模型研究及应用

摘要：海上稠油油田的开发越来越受到人们的重视,多元热流体吞吐是一项集热采、烟道气驱等采油机理于一体的新型、高效稠油开采技术,该技术在渤海油田进行了现场试验并取得了成功。以渤海 M 油田多元热流体吞吐实验井为例,介绍了海上稠油油田多元热流体吞吐工艺的特点;研究了热流体吞吐井各传热环节及井筒温度场分布模型,建立了井筒综合传热系数的计算方法,并以海上实际热流体吞吐井为例进行了计算。在此基础上,模拟了隔热油管导热系数、下入深度、多元热流体组成等工艺参数对热采效果的影响,并得到了一些有益的结论,为海上稠油油田规模化热力采油工艺方案优化设计起到指导性作用。     

五日龄草鱼对温度的耐受性的研究

通过研究五日龄草鱼对水温的突变(升高或降低)、渐变(升高或降低,速度约3℃/h)、渐降后又回升的耐受性,以及低温对其摄食和冷休克的影响。结果表明:鱼的驯化温度为22℃时,温度突然升高和逐渐升高引起的致死高温分别为35.6℃和36.5℃,而驯化温度为25℃的鱼,这两者分别为37.3℃和37.4℃;对这两批鱼,无论哪种变温方式,水温上升10—13℃或降低12℃引起的死亡率都不到10％,对于驯化温度为22℃的鱼,水温渐降至7℃维持12hs然后回升至室温后24小时内伤亡率不到10％;其开始摄食水温、0、50％、100％冷休克水温分别为11.0、13.5、10.7、8.0℃。     

磁流变液屈服应力测试装置温度场优化

磁流变液（magnetorheological fluid,MRF）屈服应力测试装置在工作运行过程中产生了大量的热,导致测试装置温度升高,屈服应力测试精度下降的结果;同时对磁流变液特性也造成了很大的影响。课题组基于FLUENT软件对测试装置进行仿真分析,以提高测试精度。首先,设计屈服应力测试装置,建立包含漆包线、装配间隙等特征的测试装置温度场模型;其次,对测试装置进行网格划分并运用仿真软件对温度场变化进行模拟研究;最后,在仿真模型的基础上,对漆包线绕组综合热导率和测试装置装配间隙进行分析。研究得到了温度对装置的影响规律,确定了最佳综合热导率及装配间隙;并确定该装置测试屈服应力时的最佳温度场。温度场研究提高了该装置对屈服应力测试的精度。     

四旋翼飞行器直接模型参考自适应控制的仿真研究

针对外部扰动或自身故障等不确定因素影响四旋翼飞行器飞行稳定性问题,采用直接模型参考自适应控制方法进行了仿真研究,并设计了自适应控制率,利用该控制方法对飞行器滚转方向的控制进行了仿真验证.结果表明:系统在外部不确定及非线性信号干扰下,该闭环控制系统能够保证控制的准确性和快速性,且可有效提高控制的稳定性,表现出良好的鲁棒性.     

华北地区蒸发冷却与机械制冷联合运行的经济性分析

以位于山西大同地区的3类典型建筑(宾馆、商场、办公楼)为例,计算分析了空调建筑的逐时冷负荷、间接蒸发冷却冷水机组在不同出水温度时的逐时制冷量以及可承担的逐时显热冷负荷。确定了不同空调建筑采用2类机组联合运行时的最佳设备匹配系数以及对应的附加投资回收期。结果表明:在宾馆、商场2类类建筑中,蒸发冷却冷水机组的设备容量匹配系数分别为0.46、0.68时,夏季空调的总运行费用最低,对应的附加设备动态投资回收期分别为7.8、11.3 a;而对于办公楼,最佳匹配系数为0.14,但动态投资回收期超过15 a。计算结果为蒸发冷却冷水机组在华北地区的应用提供了有益参考。     

乳制品巴氏杀菌温度智能控制算法模拟及实验研究

采用热水箱模拟乳制品巴氏杀菌容器,研究热水箱水温的开环响应特性,建立了数学模型.运用MATLAB软件对该模型进行PID控制算法仿真研究,得到了PID控制参数的基本范围.在仿真研究所得参数的基础上,运用改进的有监督Hebb学习的单神经元自适应PID算法对热水箱水温进行控制,将其精确保持在目标温度,并且使其在有扰动的情况下具有良好的动态性能.该改进方法用于巴氏杀菌过程中的温度控制,可以确保乳制品的品质,并且降低了能耗.     

基于ANSYS的板料成型系统模内加热模块热分析

针对目前板料热成形过程中存在的能量浪费、板料氧化严重等缺点,文章对模内加热方案进行研究探讨,使用ANSYS-Icepack对板料冲压成形的模内加热温度场进行模拟分析,并以此基础做出实物并调试对比模拟状况。结果显示：对于该模架,上下模1 000 W的热源同时加热时,加热组块最高温度可达近400℃,中间板材可加热到300 qC以上,10min之后散热和加热接近平衡。按该模型设计的实际加热系统的温度分布与模拟基本接近。该研究对模内加热模块的设计进行了模拟与初步的试验,将有助于板料热成形技术方面发展。     

轮毂电机混合动力汽车硬件在环仿真研究

以轮毂电机混合动力汽车为研究对象,基于整车ADVISOR后向仿真模型,研究了整车硬件在环仿真平台的搭建方法。通过增加驾驶员模型以及修改整车后向仿真模型中部分部件模型,构建了基于Matlab/Simulink的整车前向仿真模型。利用TargetLink将控制策略模型下载至控制器实物中,以整车前向仿真模型为基础进一步建立被控对象模型,搭建轮毂电机混合动力汽车硬件在环仿真平台,并对控制策略进行了硬件在环仿真。硬件在环仿真结果与ADVISOR仿真结果相比,存在1. 8 s的响应延迟,但仿真数值基本吻合,表明了所搭建硬件在环仿真平台的有效性,为基于后向仿真模型的整车硬件在环仿真平台快速搭建提供了理论依据。