确定复杂多孔材料有效导热系数的新方法

从Lattice-Boltzmann(LB)方程出发, 推导了二维LB 导热模型(D2Q5),计算了具有复杂结构的多孔材料的有效导热系数, 计算结果与其他文献中的实验结果符合较好. 分析了多孔材料有效导热系数与材料孔隙率、单位面积孔隙数、骨架形状等参数之间的关系并给出了估算公式. 给出的二维LB 导热模型能方便地计算各种小尺度上具有复杂边界或复合材料中的导热问题, 且二维模型能方便地扩充到三维.     

坐姿人体垂向振动特性及其两自由度模型

理解坐姿人体的振动特性对于评价、改进各类运载工具的乘坐舒适性具有重要的意义.迄今针对坐姿中国人体振动特性的公开文献极少.采用宽带随机白噪声信号与自制座椅传感器,对28名志愿者进行了多种激励水平下的坐姿垂向振动测试,得到了1～20Hz范围内的视在质量数据.选择包含框架质量的并联两自由度生物动力学模型描述坐姿人体垂向振动特性,依据视在质量的实频与虚频信息定义误差函数,采用Gauss-Newton法获得了各志愿者的全部模型参数.通过对实测数据作质量归一化与平均处理,给出了20～25岁年龄段标准中国人体坐姿垂向振动特性的模型参数与模态参数.模型给出的视在质量与实验数据高度吻合.应用统计分析讨论了身高、体重对坐姿人体参数的影响.     

利用Hydrus-1D反推土壤水力参数方法分析

预测分析非饱和土壤水分运动特征必须首先获得土壤水力参数，而且土壤水力参数的准确性决定着与这些参数有关的土壤水分运动的数值模型的准确性。本文依据一维积水入渗试验的累积入渗量资料利用Hydrus-1D软件反推土壤水力特性参数，利用反推的土壤水力特性参数和Hydrus-1D软件对一维积水入渗过程的累积入渗量、入渗率、湿润深度、含水量分布进行模拟并与实测值进行对比，结果显示，土壤累积入渗量、入渗率、湿润锋、含水量分布的实测数据与模拟数据之间的平均相对误差均在2％～15％之间，软件模拟数据与试验实测教据基本吻合，这说明利用Hydrus-1D软件在反推土壤水力特性参数及模拟土壤水分运动方面是可行的。     

不同下垫面的热带气旋强风阵风系数研究

利用设置在近海海上和海岸上的3个观测塔共同获取的一个强台风过程数据以及3个观测塔1个年度的梯度风实测资料,对观测塔不同方位的下垫面进行分类并定量计算出塔周边不同下垫面的粗糙长度参数,在对强台风＂黑格比＂的强风数据代表性判别和样本筛选的基础上,分析了不同下垫面的热带气旋强风阵风系数变化特征,发现以下观测事实和变化规律：1）依据实测风资料,采用对数风廓线法给出的中性大气层结条件下的粗糙长度参数,能够客观刻画出下垫面的细微变化;2）台风强风阵风系数不随风速大小产生趋势变化,但在粗糙下垫面上会产生很大的变幅,这对工程结构的设计取值将产生重要影响;3）阵风系数的高度变化呈幂指数或对数律分布,幂指数法可更好地拟合较光滑下垫面的近地层阵风系数廓线,对粗糙下垫面对数律拟合效果略好;4）对实测数据的分析还发现,阵风系数与其下垫面粗糙长度之间可用幂指数或线性方程来描述;5）本观测个例的阵风系数与WMO的推荐值存在差异——粗糙下垫面的离岸风阵风系数比WMO推荐值大,而来自光滑下垫面的离海风阵风系数则小于WMO的推荐值.     

利用阴影计算建筑物高度的模型比较分析

目前有多种利用高分辨率卫星影像阴影计算建筑物高度的模型,但模型的适用条件却很少讨论.本文对利用单张高分辨率卫星影像提取建筑物高度的模型进行综舍分析,并利用QuickBird影像数据和实测建筑物高度数据对不同的计算模型进行验证分析.结果表明,不同的模型在数据的适用性和参数要求方面存在较大差别,而精准计算模型能够适用于多种成像条件的高分辨率影像,具有较好的实用价值.     

双吸离心泵空化特性的试验及数值模拟

试验测量了一台双吸离心泵的能量特性和空化特性.基于RNG k-ε湍流模型和质量输运空化模型,探讨了质量输运空化模型中凝结项经验系数对数值模拟结果的影响,结果发现凝结项经验系数主要影响叶轮内空泡长度.在此基础上,修正了双吸离心泵空化流动数值模拟中凝结项经验系数的取值,计算得到的双吸离心泵扬程随进口压力变化曲线与试验结果吻合较好,验证了数值计算模型和方法的准确性和可靠性.双吸离心泵空化流动数值模拟结果表明:随着泵进口压力的降低,空化首先在叶片吸力面进口附近的低压区发生,之后沿叶片吸力面往叶轮流道中部发展,并向叶片压力面扩散;受双吸离心泵蜗壳非对称结构的影响,叶轮内不同流道的空化区域分布不均匀.     

高速动力卡盘的夹紧力损失分段模与实验研究

高速动力卡盘是高速数控车床的重要功能部件.夹紧力损失是限制动力卡盘转速提高的首要因素.考虑动力卡盘传动机构在低速阶段与高速阶段的变形差异、卡盘传动机构的摩擦力、回转液压缸中液压油液的压缩性等3个因素,建立了夹紧力损失分段模型;并针对刚度不对称的动力卡盘,提出了修正的夹紧力损失计算模型.经实验验证,该模型具有较高的精度,能较好地解释总体夹紧力损失系数随转速的升高而增大的实验现象.另外,还讨论了动力卡盘在升速各阶段的夹紧力损失系数、各阶段之间的临界转速、以及楔式动力卡盘的自锁能力.具有小楔形角（α〈20o）的楔式动力卡盘,在常规润滑状态下（μ0〉0.06）,夹紧力损失分为两个阶段,低速阶段（升速第一阶段）的夹紧力损失系数约是中、高速阶段（升速第二阶段）的70%.具有较大楔形角（α〉20o）或者极低摩擦系数（μ0〈0.06）的楔式动力卡盘,夹紧力损失最多可分为3个阶段,在高速阶段（升速第三阶段）,楔式传动机构不具有自锁能力,夹紧力损失与回转液压缸是否有液压锁以及液压油的压缩性有关,第三阶段的局部夹紧力损失系数是第二阶段的1.75～2.13倍.本文提出的分段模型有利于深入全面地认识动力卡盘的夹紧力损失机理,对动力卡盘的优化设计和转速的提高有重要的意义.     

轴流转桨式水轮机压力脉动数值预测

首先利用修正模型系数的RNGκ-ε湍流模型对轴流转桨式模型水轮机进行了全流道三维非定常湍流计算，经与模型实验结果对比，表明所采用的数值方法和计算结果是准确可靠的．进一步对比分析原型和模型水轮机的计算结果，可以看出原型水轮机压力脉动和模型水轮机压力脉动具有相同的传播规律，但是幅值并不存在相似关系．考虑机组的实际运行状态，在最后部分给出了在考虑转轮流固耦合效应影响下，预估的原型轴流转浆式水轮机压力脉动结果．通过与未考虑流固耦合效应影响的计算结果对比，发现叶片的弹性变形对于水轮机压力脉动的频率和振幅都有降低作用．     

小浪底水库调水调沙期水沙运动全过程模拟

为模拟调水调沙期小浪底库区水沙运动过程,建立了考虑有干支流倒回灌的明流与异重流交替演算的一维水沙耦合模型.该模型采用了适用于复杂支流水系的零维水库法和考虑支流底坡的流量公式计算干支流倒回灌,采用潜入点判别条件衔接明流与异重流计算,并考虑了非静止水面假定下异重流与上层清水的耦合.应用该模型对选取的2002年及2012年小浪底水库调水调沙过程分别开展参数率定及不同工况下的过程反演.计算结果表明,库区自上而下可划分为零支流库区段、明流段和异重流段,考虑倒回灌过程的模型在3个区段均能较好还原实测水沙过程,不考虑的模型仅在零支流库区段和考虑的模型误差相近;由于其忽略了干支流倒回灌对水沙输移的影响,明流段的水位、流量及含沙量在回灌期偏小,在倒灌期偏大;异重流段的潜入点位置及时间滞后,异重流交界面高程、流速及含沙量偏大,计算排沙比过高.另外,模型相关参数的敏感性分析还表明,交界面阻力系数、倒灌阻力损失系数和水量掺混系数对计算结果的影响依次减小;其中交界面阻力系数的增大,一定程度上导致模型响应的滞后;倒灌阻力损失系数的影响,则需依据支流底坡的具体大小分情况讨论.     

柔性机械臂正则化逆动力学的有理分式模型

提出了柔性机械臂正则化逆动力学的有理分式模型,论证了该模型了对计算机力矩病态行为的抑制作用,并讨论了正则化参数选取实现轨迹跟踪精度与计算力矩频率带宽之间折衷的含义。计算机数值仿真结果印 该方法有效性。     

基于参数平均的防冰热载荷计算方法

提出了一种通过参数平均计算防冰热载荷的集总参数法,该方法通过计算流体力学中的欧拉两相流模型计算过冷水滴的撞击特性和总水收集量,采用附面层积分法和热流法获取表面对流换热系数并进行平均,在防护区域内以表面平均温度为输入条件,整体考虑水滴蒸发量和撞击量,对参数进行集总求解,直接求解完全蒸发防冰热载荷。相比传统微元方法,该方法能减少避免计算迭代,效率更高。通过对某机翼翼型的防冰热载荷计算结果的对比,本文方法误差较小,满足工程要求。     

四项加权分数Fourier变换在通信系统中的应用研究

本文由四项加权分数Fourier变换的原始定义出发,通过对加权系数矩阵的研究,揭示了加权系数与被加权函数之间的关系,并给出加权系数的多参数表达形式.在此基础上,定义了离散序列的四项加权分数Fourier变换,使其适用于数字通信系统.根据四项加权分数Fourier变换的特性,提出一种基于该变换的调制/解调方法.该方法能够使调制后信号在时域及频域上实部与虚部的统计特性、相位特性发生明显的变化,这一变化可以通过变换参数的调整进行控制.将四项加权分数Fourier变换调整为多参数对信号进行处理,对比单参数处理方法,信号具有更好的抗截获特性.     

铜-水纳米流体流动与对流换热特性

建立了测量纳米流体流动与传热性能的实验系统, 测量了不同粒子体积份额的Cu-水纳米流体在层流与湍流状态下的管内对流换热系数和摩擦阻力系数, 详细讨论了Reynolds数和纳米粒子体积份额对纳米流体对流换热系数和摩擦阻力系数的影响. 实验结果显示, 在液体中添加纳米粒子显著增大了液体的管内对流换热系数, 而纳米流体的阻力系数并未增大. 例如, 在水中添加2.0%体积份额的Cu纳米粒子, 相同Reynolds数条件下, 纳米流体的对流换热系数比水增大了约60%. 综合考虑影响纳米流体对流换热的多种因素, 提出了计算纳米流体对流换热系数的关联式, 通过比较关联式的计算结果与实验数据, 表明关联式正确地描述了纳米流体对流换热过程, 可以用来计算纳米流体的对流换热系数.     

基于证据推理的故障预报模型

为处理存在定量与定性不确定性信息的非线性复杂系统故障预报问题,建立了基于证据推理(evidential reasoning,ER)的故障预报模型,提出了ER预测模型的参数优化方法.该模型利用ER算法可以处理精确数据、不完整数据、模糊数据的能力,及其非线性融合的特性,对模型的输入信号,通过信息变换技术转化到信度结构框架下,应用解析ER算法对输入信息融合,根据输出数据的类型,构造相应的预测输出,给出了故障识别方法.针对ER预测模型参数难以精确的主观确定的困难,建立了非线性优化模型,对模型参数进行优化学习,获取最优模型参数.通过实验对ER预测模型的性能进行了分析,结果表明,建立的预测模型和参数优化模型可以有效的处理故障预报问题.     

DCT变速混合动力轿车制动降档过程优化控制

针对装配干式双离合器式自动变速器(dual clutch transmission,DCT)的弱混合动力轿车发动机辅助制动工况,为充分回收制动能量,制定了电液复合制动力矩分配策略,并对该工况瞬态降档过程各阶段离合器传递力矩和ISG电机输出力矩协调控制问题展开了研究.首先,建立了DCT降档过程动力学方程,模糊识别驾驶员制动意图,计算并获得驾驶员需求制动力矩,考虑电机最大制动力矩限制、发动机辅助制动力矩以及整车行驶阻力矩,根据所制定的复合制动力矩分配策略决策了发动机辅助制动过程ISG目标输出力矩;其次,设计降档过程转矩相分离离合器控制律,模型计算得到了离合器传递力矩;再者,考虑ISG电机力矩响应速度及转速同步时刻冲击度等,设计了发动机转速参考轨迹,并综合运用线性二次型最优跟踪及模型参考自适应控制,在外界扰动及模型参数摄动的情况下求取了惯性相结合离合器转速同步过程ISG电机输出力矩;最后,为避免从降档过程切换至在档稳定减速制动时,由于电机力矩突变所造成的车辆较大冲击,设计了电机力矩切换控制策略.仿真结果表明:所设计的制动降档控制策略能够充分利用发动机辅助制动力矩,并回收部分制动能量,ISG电机能够响应降档过程需求制动力矩的变化,实现快速换档.     

多时间步长结冰数值模拟方法研究

时间步长是影响飞机结冰数值模批精度的重要参数之一。本文通过求解雷诺时均N-S方程，湍流模型采用k-ε两方程模型，获得空气流场，求解水滴运动轨迹方程获得水滴撞击特性，基于Messinger热力学模型求解能量和质量守恒方程计算冰形。并采用扇形分区法，更新机翼前缘结冰区网格，保持网格拓扑结构不变，实现多时间步长结冰数值计算。比较了采用单时间步长法争多时间步长法对翼型表面结冰增长数值模拟的计算结果，并与冰风洞试验数据及LEWICE预测数据进行对比。在此基础上，计算分析了不同时间步长对部件表面的结冰冰形的影响。结果表明，只有采用多时间步长法进行飞机结冰数值模拟方是有效的，并且存在一个合适的时间步长，既满足计算精度要求，又能提高计算效率。     

超温水体蒸发系数通用公式的研究与应用

在环境参数可控风洞中对影响蒸发的风速、水气温差、水温、相对湿度等物理量进行系统试验。试验结果表明蒸发系数取决于风速的强迫对流和水气温差的自由对流。分析试验数据得到了水面蒸发系数的建议公式和相应的水面散热系数公式以及附加蒸发系数公式。用参数变幅很大的天然水体和受纳废热水体的实测资料和研究成果检验了建议公式的通用性。建议公式已为DL／T5084-98《电力工程水文技术规程》及GB／T50102-2003《工业循环水冷却设计规范》推荐应用于计算水面蒸发、水面散热及附加蒸发。     

带轴流式预热器蒸汽发生器的稳态热工水力特性研究

基于一维集中参数法和一维流动、完全传热、两相热平衡三条基本假设,对带轴流式预热器蒸汽发生器进行稳态分区建模。使用FORTRAN 95语言编制了相应的计算程序并对其进行验证。证实计算值与参考值吻合较好后,对带轴流式预热器蒸汽发生器的稳态热工水力特性进行分析,并研究了轴流式预热器结构参数对稳态热工水力特性的影响。     

尾矿砂放射性物质豁免标准制定中的理论研究

从理论上建立了稀土尾矿砂天然放射性物质(NORM)的活度浓度与等效组织吸收剂量率间的关系式,由此计算出单位活度浓度样品到等效组织中的吸收剂量率转换系数.研究了样品所发射γ光子注量率的空间角分布,结合MCNP对样品有效厚度等理论计算结果,给出了尾矿砂放射性现场测量模型的几何参数.参考国际原子能机构(IAEA)报告,NORM样品对公众造成的γ外照射剂量上限为人均0.3 m Sv y?1,以此值作为控制目标,计算了在此标准下几种不同活度浓度样品造成的空气吸收剂量率,提出了尾矿砂排放的豁免水平:扣除现场本底后,测量得到的空气吸收剂量率低于55 n Gy h?1.依据理论推导给出的相关参数,进行了现场验证实验,同时对所测样品取样进行实验室分析,最终结果表明两者所测得数据基本符合,相对误差为15.8%.     

研磨对滚珠丝杠副精度性能影响分析

研磨常被作为最后一道工序来提高丝杠的精度和表面质量,但是现存的人工研磨方法过程复杂、效率低下,对于研磨丝杠的认知仍停留在"知其然不知其所以然"的状态.另外,滚珠丝杠副的精度保持性直接影响到自身乃至作为其配置载体的数控机床的使用寿命与性能优劣,对于研磨技术的研究,也应以提高滚珠丝杠副精度保持性为最终目标.为了进一步探究丝杠研磨方法,使用改进的丝杠滚道自动研磨磨具及工艺,在优化的研磨参数下进行试验,并对研磨效果进行评估.提出一种滚珠丝杠副精度损失计算方法,并使用已磨丝杠与未磨丝杠进行滚珠丝杠副精度损失对比试验.通过测量和计算,对比其各个阶段的摩擦力矩和行程误差,分析研磨对丝杠精度损失的影响.结果表明,研磨不仅可以提高丝杠精度储备量,对提高丝杠的精度保持性也有积极意义.