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Entire aerial-aquatic trajectory modeling and optimization for trans- medium vehicles
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作者 Teng Long Nianhui Ye +2 位作者 Baoshou Zhang Jingliang Sun Renhe Shi 《Defence Technology(防务技术)》 2025年第7期223-241,共19页
Trans-medium flight vehicles can combine high aerial maneuverability and underwater concealment ability,which have attracted much attention recently.As the most crucial procedure,the trajectory design generally determ... Trans-medium flight vehicles can combine high aerial maneuverability and underwater concealment ability,which have attracted much attention recently.As the most crucial procedure,the trajectory design generally determines the trans-medium flight vehicle performance.To quantitatively analyze the flight vehicle performance,an entire aerial-aquatic trajectory model is developed in this paper.Different from modeling a trajectory purely for the water entry process,the constructed entire trajectory model has integrated aerial,water entry,and underwater trajectories together,which can consider the influence of the connected trajectories.As for the aerial and underwater trajectories,explicit dynamic models are established to obtain the trajectory parameters.Due to the complicated fluid force during high-velocity water entry,a computational fluid dynamics model is investigated to analyze this phase.The compu-tational domain size is adaptively refined according to the final aerial trajectory state,where the redundant computational domain is removed.An entire trajectory optimization problem is then formulated to maximize the total flight range via tuning the joint states of different trajectories.Simultaneously,several constraints,i.e.,the max impact load,trajectory height,etc.,are involved in the optimization problem.Rather than directly optimizing by a heuristic algorithm,a multi-surrogate cooperative sampling-based optimization method is proposed to alleviate the computational complexity of the entire trajectory optimization problem.In this method,various surrogates coopera-tively generate infill sample points,thereby preventing the poor approximation.After optimization,the total flight range can be improved by 20%,while all the constraints are satisfied.The result demonstrates the effectiveness and practicability of the developed model and optimization framework. 展开更多
关键词 Water entry Trans-medium vehicle Computational fluid dynamics Trajectory optimization Pseudospectral method Surrogate
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Analysis on optimal working fluid flowrate and unstable power generation for miniaturized ORC systems 被引量:1
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作者 刘克涛 朱家玲 +1 位作者 胡开永 吴秀杰 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2016年第5期1224-1231,共8页
For efficient utilization of a limited geothermal resource in practical projects,the cycle parameters were comprehensively analyzed by combining with the heat transfer performance of the plate heat exchanger,with a va... For efficient utilization of a limited geothermal resource in practical projects,the cycle parameters were comprehensively analyzed by combining with the heat transfer performance of the plate heat exchanger,with a variation of flowrate of R245 fa.The influence of working fluid flowrate on a 500 W ORC system was investigated.Adjusting the working fluid flowrate to an optimal value results in the most efficient heat transfer and hence the optimal heat transfer parameters of the plate heat exchanger can be determined.Therefore,for the ORC systems,optimal working fluid flowrate should be controlled.Using different temperature hot water as the heat source,it is found that the optimal flowrate increases by 6-10 L/h with 5 ℃ increment of hot water inlet temperature.During experiment,lower degree of superheat of the working fluid at the outlet the plate heat exchanger may lead to unstable power generation.It is considered that the plate heat exchanger has a compact construction which makes its bulk so small that liquid mixture causes the unstable power generation.To avoid this phenomenon,the flow area of plate heat exchanger should be larger than the designed one.Alternatively,installing a small shell and tube heat exchanger between the outlet of plate heat exchanger and the inlet of expander can be another solution. 展开更多
关键词 organic Rankine cycle (ORC) plate heat exchanger optimal working fluid flowrate unstable power generation
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台风背景下基于计算流体力学数值模拟的上海市街道风环境评估 被引量:1
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作者 张德顺 曾明璇 +2 位作者 陈莹莹 张振 姚鳗卿 《同济大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第2期214-222,共9页
以上海市徐汇区为建成区代表,以金山区为市郊滨海区代表,从行道树视角出发,通过分析气象数据,以台风高发时期的最大风速和最多风向为基础数据,输入计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)进行研究区域的风环境模拟,从风速等级... 以上海市徐汇区为建成区代表,以金山区为市郊滨海区代表,从行道树视角出发,通过分析气象数据,以台风高发时期的最大风速和最多风向为基础数据,输入计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)进行研究区域的风环境模拟,从风速等级、街道走向与道路绿化结构出发分别评价街道“风-树”生态,得到研究区域的风环境评价结果。 展开更多
关键词 行道树 计算流体力学 风环境评价 优化策略
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基于蜣螂优化算法的ORC发电系统工质筛选及综合性能评价 被引量:1
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作者 彭斌 徐建委 《动力工程学报》 北大核心 2025年第4期635-644,共10页
基于有机朗肯循环(ORC)发电系统工质的筛选存在评价指标不一、不能全面反映系统综合性能等问题,在150℃热源温度下,依据工质选取原则对工质进行初步筛选,通过MATLAB联立REFPROP9.0建立ORC系统的热力学、热经济和环境模型,采用热效率和[... 基于有机朗肯循环(ORC)发电系统工质的筛选存在评价指标不一、不能全面反映系统综合性能等问题,在150℃热源温度下,依据工质选取原则对工质进行初步筛选,通过MATLAB联立REFPROP9.0建立ORC系统的热力学、热经济和环境模型,采用热效率和[火用]效率作为热力学性能指标,单位输出功所需换热面积为热经济性能指标,当量二氧化碳排放量为环保性能指标,对不同工质对系统的热力学性能、热经济性能和环保性能影响进行研究,并通过对比蜣螂优化算法与其余4种常用算法进行工质筛选。结果表明:蒸发温度和冷凝温度对系统的影响较大,蒸发温度升高有利于系统热力学性能的提升,冷凝温度的升高不利于系统的热力学性能和环保性能,过热度只对系统[火用]效率影响较大,对环保性能指标影响较小;蒸发温度在100℃、冷凝温度在30℃时,系统单位输出功所需换热面积最小;R245fa的综合评价函数值远大于其他工质,其综合性能最优。 展开更多
关键词 有机朗肯循环 工质筛选 蜣螂优化算法 综合评价
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流体天线辅助的ISAC系统通感动态加权联合波束成形设计
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作者 李飞 张杰 +1 位作者 李汀 宋云超 《通信学报》 北大核心 2025年第6期101-114,共14页
针对现有流体天线(FA)辅助通感一体化(ISAC)系统难以实现通信与感知动态权衡,且传统优化方法复杂度高的问题,提出一种基于加权联合优化通信与感知性能的FA辅助ISAC波束成形方案。首先,建立通信和速率与感知波束图增益加权和最大化模型,... 针对现有流体天线(FA)辅助通感一体化(ISAC)系统难以实现通信与感知动态权衡,且传统优化方法复杂度高的问题,提出一种基于加权联合优化通信与感知性能的FA辅助ISAC波束成形方案。首先,建立通信和速率与感知波束图增益加权和最大化模型,将通信速率最大化问题转换为加权最小均方误差(WMMSE)最小化形式,在发射功率约束下联合优化波束成形矩阵及收发端天线位置。然后,针对非凸的波束成形矩阵和FA位置优化问题,采用交替优化算法分解波束成形与位置优化子问题,结合泰勒展开与最大最小化(MM)算法构造凸松弛并推导闭式解。仿真结果表明,所提方案在通信与速率和波束图增益上明显优于传统ISAC系统,且通过调节权值可实现通信与感知性能的灵活权衡。 展开更多
关键词 流体天线 通感一体化 波束成形 联合优化 加权最小均方误差
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美国干热岩大斜度定向井关键技术与应用
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作者 李宽 施山山 +2 位作者 张恒春 吴纪修 王文 《钻采工艺》 北大核心 2025年第2期66-73,共8页
由美国能源部主导的FORGE项目在Milford场地部署的第一口大斜度定向井16A(78)-32井,由于花岗岩地层致密坚硬、井底温度高、井壁稳定性差等问题,定制了硬岩PDC钻头,该钻头从切削齿、切削深度控制组件、喷嘴等方面进行了优化,并结合机械... 由美国能源部主导的FORGE项目在Milford场地部署的第一口大斜度定向井16A(78)-32井,由于花岗岩地层致密坚硬、井底温度高、井壁稳定性差等问题,定制了硬岩PDC钻头,该钻头从切削齿、切削深度控制组件、喷嘴等方面进行了优化,并结合机械比能优化钻井技术,在花岗岩地层中机械钻速达到16 m/h、单只钻头进尺330 m以上,显著提高了钻井机械钻速和钻头寿命;使用蒸发冷却式钻井液冷却装备将井底循环温度控制在135℃以内,改善井下工具工作环境;采用机械式垂直钻井工具、XBOLT双信道随钻测量仪器等测控仪器与工具,控制实钻井眼轨迹严格参照设计轨道执行;并综合采用防堵塞取心、钻柱减阻降扭等技术手段,达到花岗岩地层机械钻速大于8 m/h、单只钻头进尺超过200 m的经济指标,钻井周期缩短近60%。 展开更多
关键词 干热岩 硬岩PDC钻头 钻井液冷却 井眼轨迹测控 机械比能优化钻井 防堵塞取心系统
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多晶硅还原炉气相沉积反应数值模拟 被引量:1
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作者 王思懿 许建良 +2 位作者 代正华 武国义 王辅臣 《化工进展》 北大核心 2025年第2期706-716,共11页
多晶硅是光伏领域太阳能电池板的关键材料,改良西门子法是制备多晶硅的常用方法,其核心设备为还原炉。还原炉结构复杂,炉内包含复杂的物理化学现象。为了研究多晶硅气相沉积特性,本文建立了一个12对棒的反应器模型,耦合气相反应及表面... 多晶硅是光伏领域太阳能电池板的关键材料,改良西门子法是制备多晶硅的常用方法,其核心设备为还原炉。还原炉结构复杂,炉内包含复杂的物理化学现象。为了研究多晶硅气相沉积特性,本文建立了一个12对棒的反应器模型,耦合气相反应及表面反应机理,详细讨论了不同条件下的速度、温度、硅沉积速率分布。采用响应面法耦合入口速度和温度两个变量探究其对硅平均沉积速率以及原料转化率的综合影响。结果表明,较高的入口速度和温度有利于提高传热传质速率,提高硅平均沉积速率。温度为该过程的主要影响因素且在低温区域影响显著。由于入口速度提高,原料转化率降低,兼顾平均沉积速率(≥10μm/min)和原料转化率(≥10%)的影响,预测最佳工艺条件温度为1460~1500K、入口速度为25~36m/s。 展开更多
关键词 多晶硅 化学气相沉积 传热 计算流体力学 优化
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垃圾焚烧炉空冷炉排配风管道的流量均匀性能分析与改进
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作者 姜涛 魏翔宇 +1 位作者 张智 刘海洋 《哈尔滨工程大学学报》 北大核心 2025年第6期1218-1224,共7页
针对垃圾焚烧炉空冷炉排下方冷却风配风管道的出口流量均匀性问题,本文建立了管道的计算流体力学模型并设计了实验验证。在引入配风管道出口流量均匀性系数和整体流量均匀性系数的基础上,讨论了影响冷却风流量均匀性的主要因素,确定了... 针对垃圾焚烧炉空冷炉排下方冷却风配风管道的出口流量均匀性问题,本文建立了管道的计算流体力学模型并设计了实验验证。在引入配风管道出口流量均匀性系数和整体流量均匀性系数的基础上,讨论了影响冷却风流量均匀性的主要因素,确定了造成流量不均匀的主要位置,进而设计了用于改善该型号配风管道流量均匀性的导流结构。结果表明:配风管道设计改进显著提高了流量均匀性,优化后流量均匀性系数从改进前的9.19%下降至4.69%,流量分布更加均匀。通过引入弧形导流板和横向隔板,减少了关键部位的涡流现象,冷却风流线波动得到抑制。同时,降低了管道压力损失,对改善垃圾料层燃烧均匀性、提高垃圾焚烧炉热效率具有积极意义。 展开更多
关键词 流量均匀性 垃圾焚烧炉 空冷炉排 计算流体力学 配风管道 管道设计优化 导流结构 炉排冷却系统
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基于LNG冷能的CO_(2)液化提纯及发电工艺设计与优化 被引量:1
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作者 龚文政 王飞 +5 位作者 王荧光 梁勇 孙恒 郑达 王妍静 史博会 《石油与天然气化工》 北大核心 2025年第1期38-44,共7页
目的为了生产可直接用于工业制造及食品加工的高纯度CO_(2),提出了一种利用LNG冷能液化提纯CO_(2)及发电的新工艺。方法使用HYSYS软件对不同循环工质及不同的运行参数进行模拟,分析了循环工质对CO_(2)液化量和朗肯循环发电功率的影响,... 目的为了生产可直接用于工业制造及食品加工的高纯度CO_(2),提出了一种利用LNG冷能液化提纯CO_(2)及发电的新工艺。方法使用HYSYS软件对不同循环工质及不同的运行参数进行模拟,分析了循环工质对CO_(2)液化量和朗肯循环发电功率的影响,并以产品能耗为标准,对精馏塔参数进行了优化。结果当两级循环工质为纯工质时,丙烯+乙烯的组分搭配液化量和发电功率最大,分别为377900 kg/h,2284 kW;当循环工质为混合物时,该工艺液化量和发电功率明显高于纯工质的情况,且在第一级循环中混合工质乙烷与丙烯物质的量比为9.0∶1.0、第二级循环中混合工质甲烷、乙烯与丙烯物质的量比为2.0∶6.0∶2.0的情况下,液化量和发电功率最大,分别为386200 kg/h,3042 kW;合适的精馏塔塔板数为30块,进料位置为第10块塔板处,回流比为0.6。结论经与单级朗肯循环等其他工艺相比,双级朗肯循环工艺的CO_(2)液化率及?效率高,同时可将LNG冷能转换为电能并生产高纯度的液态CO_(2)产品,用于LNG接收站冷能利用模块。 展开更多
关键词 LNG 冷能利用 CO_(2)液化 提纯 朗肯循环 工质优选
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先导阀空化特性研究及结构优化 被引量:1
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作者 张峰玮 王国志 +2 位作者 齐天星 江海 王峰 《机床与液压》 北大核心 2025年第1期116-123,共8页
针对先导阀受空蚀影响的问题,通过分析其工作原理和结构特点,建立先导阀多相流空化三维求解模型。分析先导阀节流口模型的空化状况以及流动状态,并探讨单一结构因素变化对空化状况的影响。利用正交优化试验、单一结构参数变化以及拉丁... 针对先导阀受空蚀影响的问题,通过分析其工作原理和结构特点,建立先导阀多相流空化三维求解模型。分析先导阀节流口模型的空化状况以及流动状态,并探讨单一结构因素变化对空化状况的影响。利用正交优化试验、单一结构参数变化以及拉丁超立方采样扩建数据集,建立非参数回归的响应面代理模型,同时结合多岛遗传算法求解找出多目标结构参数的最优方案,提出一种新型先导阀多目标优化结构,以减小空蚀对先导阀的影响。结果表明:相较于未优化模型,通过正交试验算法Y形流道与节流口部分气相指数评价指标分别下降26%与65%,通过多岛遗传算法优化的Y形流道与节流口部分气相指数评价指标分别下降了71%和67%,达到了提高先导阀性能、改善空化效应对先导阀的影响以及降低磨损损失的目的。 展开更多
关键词 先导阀 空化空蚀 流体仿真 多目标优化 多岛遗传算法
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反应堆堆芯流道构型热流耦合智能拓扑优化研究
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作者 韩文斌 邓坚 +2 位作者 赵以成 陆祺 黄善仿 《原子能科学技术》 北大核心 2025年第7期1416-1426,共11页
堆芯流道热工水力特性是决定核反应堆热量输运效率的核心要素,开展流道构型优化对提升反应堆系统综合性能(包括运行效率、安全裕度和经济性)具有重要工程价值,已成为先进核能系统研发的关键技术环节。本文将具有高度设计自由度的拓扑优... 堆芯流道热工水力特性是决定核反应堆热量输运效率的核心要素,开展流道构型优化对提升反应堆系统综合性能(包括运行效率、安全裕度和经济性)具有重要工程价值,已成为先进核能系统研发的关键技术环节。本文将具有高度设计自由度的拓扑优化方法与智能参数化生成技术相结合,通过自适应形态演化实现流-固耦合物理场的协同优化。以转型挑战反应堆(TCR)为研究对象,建立了基于最小化峰值温度目标的多物理场智能优化模型,采用COMSOL有限元分析平台实施流热耦合智能拓扑优化计算。通过基于传统参数化方法和智能参数化方法的对比研究,结合基于单纯形的无梯度启发式智能演化算法进行迭代求解,揭示了复杂流道构型的热工性能演化规律。研究结果表明,演化过程自主收敛于具有分形特征的“Y”形分支流道构型,其结构特性与仿生智能设计原则高度契合。相较于传统圆形流道基准设计,在维持压降不超过工程限值的约束条件下,智能优化方案全堆温度峰值降低了127.6 K。本文验证了智能拓扑优化方法在核反应堆流道设计中的显著成效,为先进堆芯冷却系统设计提供了新的方法支持,为后续反应堆智能化设计体系的构建奠定了基础。 展开更多
关键词 核反应堆 热流耦合 智能拓扑优化 计算流体动力学
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川西南部大兴场构造深井超深井钻井工艺优化研究
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作者 范生林 王锐 +4 位作者 肖振华 刘宝军 吴坷 肖啟福 陆俊 《钻采工艺》 北大核心 2025年第4期235-240,共6页
大兴场构造地层压力系统复杂且断层发育,钻井易发生漏、垮、卡及盐水侵等故障复杂,钻井周期居高不下,影响区块油气开发进度。文章根据地层三压力剖面计算模型及邻井资料建立了三压力剖面,确定了DS102井必封点和风险点、开展了井身结构... 大兴场构造地层压力系统复杂且断层发育,钻井易发生漏、垮、卡及盐水侵等故障复杂,钻井周期居高不下,影响区块油气开发进度。文章根据地层三压力剖面计算模型及邻井资料建立了三压力剖面,确定了DS102井必封点和风险点、开展了井身结构持续优化,由六开备七开优化为五开井身结构;通过优选油基钻井液、优化基础盐配方、提前加入各型封堵剂等方式提高了钻井液故障复杂应对能力,DS102井与同区块同目的层的DT1井相比:钻井复杂时效由36.25%降低至7.74%,降幅78.65%;钻井周期由910 d降低至298.7 d,降幅为67.18%,上述措施成功解决了大兴场构造钻井故障复杂时效高、钻井周期长的技术难题,可为该区块后续钻井提速增效提供技术参考。 展开更多
关键词 大兴场构造 井身结构优化 钻井液性能优化 井漏 井壁垮塌 地层三压力剖面 钻井提速
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基于流固耦合作用的富水断层区隧道初期支护优化分析 被引量:1
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作者 李远远 李春鹏 +1 位作者 和大钊 康鑫 《水文地质工程地质》 北大核心 2025年第3期144-152,共9页
穿越富水断层区隧道初期支护的研究主要集中在隧道断面破碎带突水、突泥机制以及隧道富水段支护结构的受力特征,但对穿越富水断层区隧道初期支护参数的选择研究较少。以赣州—深圳(赣深)铁路客运专线的龙南隧道为工程背景,基于流固耦合... 穿越富水断层区隧道初期支护的研究主要集中在隧道断面破碎带突水、突泥机制以及隧道富水段支护结构的受力特征,但对穿越富水断层区隧道初期支护参数的选择研究较少。以赣州—深圳(赣深)铁路客运专线的龙南隧道为工程背景,基于流固耦合理论,采用FLAC3D对穿越F8富水断层区隧道开挖和支护全过程进行数值模拟;结合断层区的工程与水文地质条件以及六部CD法的施工特点,选取断层区中间部位的中轴线、左拱顶区、右拱顶区3个监测点的沉降值建立偏差平方和函数ST,分析拱顶变形、塑性区体积及渗流场变化特征。模拟结果表明:(1)钢拱架的合理间距为1.0 m,喷射混凝土的合理厚度为26~30 cm,并通过三次曲线拟合得出该典型断面喷射混凝土的最优厚度为28 cm;(2)钢拱架间距为1.0 m时,塑性区体积随初支混凝土厚度增大而减小,当初支喷射混凝土厚度大于28 cm时,塑性区体积减小幅度很小,通过增加喷射混凝土厚度来提高初支结构的安全性是不经济的,验证了初支钢拱架间距和喷射混凝土厚度优化的合理性;(3)在最优初支条件下,隧道渗流量较为明显部位是拱脚>边墙>拱底>拱顶;(4)将模拟结果与监测结果对比,两者虽然有所差异,但变化规律相近,量级一致,模拟结果能够反映实际情况。研究结果可为类似地层条件下的隧道施工与支护提供参考价值和理论依据。 展开更多
关键词 铁路隧道 流固耦合理论 富水断层区隧道 六部CD法 支护优化
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基于CFD的雪茄烟叶晾房优化设计
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作者 赵汉卿 苗芊 +5 位作者 杨春雷 张凯 张鹏飞 孙光伟 赵洁 曾波 《河南农业大学学报》 北大核心 2025年第2期326-337,共12页
【目的】针对雪茄烟叶晾制过程中出现产品品质参差不齐和成品率低下的问题,对晾房结构和通风方式进行优化和改进,从而提升其内部各物理场的均匀性。【方法】构建雪茄烟叶晾房内部流场、温度场和湿度场3场耦合的数学模型,并利用CFD(compu... 【目的】针对雪茄烟叶晾制过程中出现产品品质参差不齐和成品率低下的问题,对晾房结构和通风方式进行优化和改进,从而提升其内部各物理场的均匀性。【方法】构建雪茄烟叶晾房内部流场、温度场和湿度场3场耦合的数学模型,并利用CFD(computational fluid dynamics)软件对晾房内部3个物理场进行数值模拟。模拟结果表明,现有晾房内存在涡流和短路风道的问题,导致晾房内部流场、温度场和湿度场分布不均匀。运用工业通风中的置换通风原理,通过增设内置风道和调整风机布置位置来提升现有晾房内部的均匀性。【结果】仿真结果表明,优化后的晾房内部流场均匀性提升了57.43%,温度场均匀性提升了33.81%,湿度场均匀性提升了11.12%。【结论】优化现有雪茄烟叶晾房,使其内部各物理场的均匀性得到了显著改善,明显提升雪茄烟的晾制品质和晾制效率。 展开更多
关键词 雪茄烟 晾房 计算流体力学 置换通风 结构优化 均匀性
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微型涡喷发动机齿轮泵流场分析与结构优化
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作者 谭帅极 冯治国 +1 位作者 何林 赵磊 《机械设计与制造》 北大核心 2025年第4期12-16,共5页
针对某微型涡喷发动机的燃油齿轮泵齿轮磨损严重问题,优化设计了外啮合齿轮泵结构,建立了涡喷发动机齿轮泵内部流场的CFD模型,利用Fluent计算齿轮泵的内部流场特性,分析齿轮泵内部流场的压力、速度分布,使用流固耦合方法研究了齿轮泵的... 针对某微型涡喷发动机的燃油齿轮泵齿轮磨损严重问题,优化设计了外啮合齿轮泵结构,建立了涡喷发动机齿轮泵内部流场的CFD模型,利用Fluent计算齿轮泵的内部流场特性,分析齿轮泵内部流场的压力、速度分布,使用流固耦合方法研究了齿轮泵的变形。结果表明:优化设计后的齿轮泵最大静压发生在排油腔啮合处,最大静压小于未优化设计齿轮泵的最大静压。有效降低了齿轮泵轮齿受到的压力;优化设计后的齿轮泵径向变形程度小于未优化设计的齿轮泵径向变形,有效降低了齿轮泵轮齿变形程度;优化设计后的齿轮泵流速与未优化设计的齿轮泵流速基本相同,对控制精度没有影响。 展开更多
关键词 齿轮泵磨损 结构优化 CFD模型 流固耦合
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天然气水合物井下螺旋-旋流耦合分离除砂器结构优化
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作者 唐洋 谢娜 +2 位作者 何玉发 李泽良 王国荣 《中南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第3期1184-1197,共14页
为解决天然气水合物在开采过程中泥砂无法有效分离、回填,导致回收管路堵塞、储层坍塌的问题,本文提出一种井下螺旋-旋流耦合原位分离器结构。采用CFD数值模拟的方法对分离器关键结构参数进行单因素分析,通过正交试验对结构进行优化。... 为解决天然气水合物在开采过程中泥砂无法有效分离、回填,导致回收管路堵塞、储层坍塌的问题,本文提出一种井下螺旋-旋流耦合原位分离器结构。采用CFD数值模拟的方法对分离器关键结构参数进行单因素分析,通过正交试验对结构进行优化。仿真结果表明:最大除砂效率为89.55%;在关键结构中,入口螺旋角度是泥砂是否能被有效分离的主要影响因素;最优的结构参数是入口数量为6个、螺旋流道结构为圆角形截面、螺旋流道的流域数量为2道、溢流管深度为100mm,涡流导流板与溢流管底端之间的距离为28mm;室内试验的最大除砂效率为84.46%,与数值模拟的最大除砂效率相对误差为6.03%,证明提出的螺旋-旋流器耦合分离器在天然气水合物井下开采分离除砂中具有良好的性能。 展开更多
关键词 天然气水合物 井下分离器 计算流体力学 数值模拟 优化设计 除砂效率
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气液搅拌釜多层桨叶相互作用及组合优化
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作者 谢楠楠 陈和 +3 位作者 叶光华 束忠明 傅送保 周兴贵 《化工学报》 北大核心 2025年第2期564-575,共12页
桨叶是气液搅拌釜最重要的部件之一,其结构和组合形式会显著影响气液分散和传质性能。结合冷模实验和CFD-PBM数值模拟,获取了气液搅拌釜多层桨叶之间的相互作用关系,以及较优的桨叶组合形式。研究结果表明,径向桨作为底桨对气相分散和... 桨叶是气液搅拌釜最重要的部件之一,其结构和组合形式会显著影响气液分散和传质性能。结合冷模实验和CFD-PBM数值模拟,获取了气液搅拌釜多层桨叶之间的相互作用关系,以及较优的桨叶组合形式。研究结果表明,径向桨作为底桨对气相分散和气泡破碎影响最大,中层轴流桨对底桨的剪切应力影响较小,而顶层轴流桨产生的轴向汇流会减弱中层桨的剪切应力。多层桨的排列组合方式会影响各个桨叶的功率消耗,其中顶层桨对中层桨的功耗影响最显著。HEDT作为底层桨功耗低且气相分散效果好,KYA作为中层桨能强化轴向汇流、减小局部涡流以及进一步破碎气泡,PBT作为顶层桨功耗低且能扩大循环流结构。因此,HEDT+KYA+PBT桨叶组合能平衡功率消耗、气相滞留和气液传质,具有最高的单位功耗气含率和平均容积传质系数,是较优的桨叶组合。研究结果可以为气液搅拌反应釜多层桨叶的设计和优化提供理论指导。 展开更多
关键词 气液搅拌釜 计算流体力学 多层桨叶 气液传质 优化
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面向DCU的流固耦合浸没边界算法异构实现
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作者 商建东 熊威 +3 位作者 华浩波 宋昭璐 郭恒亮 张军 《计算机工程》 北大核心 2025年第7期263-274,共12页
直接力浸没边界法是求解流固耦合问题的常见方法之一,其可以有效地处理复杂的几何形状,包括移动和变形的固体。然而,三维复杂流动模拟具有网格规模大、耗时多的特点,在单核处理器上使用传统的串行算法往往无法满足计算要求。目前,在国... 直接力浸没边界法是求解流固耦合问题的常见方法之一,其可以有效地处理复杂的几何形状,包括移动和变形的固体。然而,三维复杂流动模拟具有网格规模大、耗时多的特点,在单核处理器上使用传统的串行算法往往无法满足计算要求。目前,在国产平台上对流固耦合问题的研究较少,而在国产平台上实现直接力浸没边界算法能够丰富平台的应用生态。为此,使用国产DCU(Deep Compute Unit)加速器,基于CPU-DCU异构编程,设计并实现利用三维直接力浸没边界算法求解流固耦合问题的并行程序。首先,在CPU上实现串行算法并进行热点分析,对程序热点部分使用DCU加速器进行异构加速;其次,在异构实现的基础上,结合DCU硬件特性,使用共享内存、循环分块、调整访存顺序等优化手段对核函数进行优化;最后,通过圆球绕流和仿生鱼自主游动算例对程序进行正确性验证和性能测试。实验结果表明,在雷诺数分别为100和200时,圆球的阻力系数分别为1.11和0.78,计算结果均与相关文献吻合;在雷诺数为7142的仿生鱼自主游动实验中,游动稳定后的平均前进速度为0.396,该结果与相关文献结果一致。在圆球绕流实验中,在5033万网格规模下该并行程序较串行程序获得了83.7倍的加速效果。通过两类流固耦合数值实验,验证了CPU-DCU并行直接力浸没边界算法在国产异构平台上进行计算的有效性和准确性,这为国产平台上CFD(Computational Fluid Dynamics)算法的研究提供了坚实基础。 展开更多
关键词 异构计算 DCU加速器件 访存优化 直接力浸没边界法 流固耦合
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扩压式自泵送机械密封端面的液膜汽化及其结构优化研究
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作者 饶远 孙见君 闻兰 《中国机械工程》 北大核心 2025年第5期933-941,953,共10页
针对扩压式自泵送机械密封的液膜汽化问题,建立了基于Mixture两相流模型、黏温方程、饱和汽化压力和温度关系式的液膜汽化计算模型,研究了中高温工况下密封界面间液膜相变的主要区域和原因,并通过均匀实验法和NSGA-Ⅱ算法求得393 K工况... 针对扩压式自泵送机械密封的液膜汽化问题,建立了基于Mixture两相流模型、黏温方程、饱和汽化压力和温度关系式的液膜汽化计算模型,研究了中高温工况下密封界面间液膜相变的主要区域和原因,并通过均匀实验法和NSGA-Ⅱ算法求得393 K工况下的最优端面结构参数。研究结果表明:相变主要产生于扩压环槽和密封面内径侧;随着介质温度的升高,气相体积分数增大以及介质的黏度降低,泵送效应减弱,高压区和低压区面积都减小;在保证密封运行稳定的前提下,求得刚漏比的最优解为257.17 GN·h/(m·L),此时的端面结构参数螺旋角β、密封坝坝长w_(d)、螺旋槽槽长w_(g)、螺旋槽槽深h_(g)、扩压环槽宽w_(k)分别为34.4°、5.2 mm、8.9 mm、43.3μm、5 mm。研究结果对端面结构优化设计、控制液膜相变和提高扩压式自泵送机械密封的密封性能具有指导意义。 展开更多
关键词 机械密封 汽化 流体动压 密封性能 多目标优化
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响应面法和熵权法对离心风机的多目标性能优化
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作者 周鹏辉 曾琳 +2 位作者 代黎 冯小波 倪笛 《化工进展》 北大核心 2025年第6期3271-3279,共9页
离心风机是一种应用广泛的流体输送机械,研究其内部流场来优化离心风机结构,有助于提高离心风机效率,降低能耗。本文采用计算流体力学(CFD)方法,结合响应面法和熵权法,对离心风机进行多目标优化。本文主要考察了叶片数量、叶片出口角度... 离心风机是一种应用广泛的流体输送机械,研究其内部流场来优化离心风机结构,有助于提高离心风机效率,降低能耗。本文采用计算流体力学(CFD)方法,结合响应面法和熵权法,对离心风机进行多目标优化。本文主要考察了叶片数量、叶片出口角度和蜗壳宽度为优化变量,以离心风机的效率和出口压力作为优化目标进行数值计算。结果表明,叶片出口角度对离心风机的影响更大,优化后的模型在叶轮处湍流动能强度降低,气流更加均匀,最大径向速度提高了56.1%,且优化后的风机在额定工况下效率提高了3.53百分点,效率最大增加7.22百分点,出口压力平均降低8.56%,能耗降低,从而验证了优化方法的可行性。本文研究结果可以对其他旋转类化工过程机械设备的多目标优化提供一些参考。 展开更多
关键词 计算流体力学 数值模拟 优化 离心风机 响应面法
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