承载式车身结构局部改型的快速耦合参数化优化设计

针对局部改型结构建立参数化模型,并与其余有限元模型耦合,生成车身结构局部参数化耦合模型.根据性能验证该快速耦合参数化建模的可靠性以及基于该方法所建立模型优化设计的合理性.车身局部参数化耦合模型的建模准确度较高,通过试验设计及径向基函数建立的近似模型能够较好地预测车身耦合模型的性能,利用混合方法多目标优化算法求解设计变量,可实现多目标的优化设计.故快速耦合参数化优化方法在满足设计有效性同时可节省建模时间、提高优化效率.     

CFD模拟在发动机水套设计中的应用

水套是发动机冷却系统的重要组成部分,它直接影响着发动机的综合性能,特别是发动机的可靠性和寿命.文章利用star-CD软件对某汽油发动机的冷却水套进行了模拟计算,并根据计算结果对缸垫水孔进行优化以调整水套内的水流分布,达到更好的散热效果.     

支持向量机近似模型的参数选取及其在结构优化中的应用

针对非线性结构响应预测的支持向量机(SVM)近似模型的参数选取问题,提出了应用粒子群算法进行参数优化,建立了具有最优参数的SVM近似模型,并与以训练集数据建立常规的SVM、二阶响应面(RSM)和径向基神经网络(RBFNN)近似模型进行对比.结果表明:以优化参数建立的SVM近似模型比常规的SVM近似模型有更好的预测能力;可以避免RSM和RBFNN近似模型中的过拟合现象,具有更优的推广能力.最后,将最优参数的SVM近似模型用于船舶结构优化中,取得了具有良好工程实用性的优化结果.     

汽油机进气道参数化优化设计

针对汽油机进气道性能对缸内空气流动影响较大、传统经验优化主观性强且效率较低的问题,提出了一种基于气道局部变形及旋转的参数化优化方法。采用控制点对进气道局部变形及整体旋转进行控制从而实现进气道变形的参数化,并采用粒子图像测速对该模型进行了验证。对各控制变量及优化目标进行实验设计及贡献度分析,识别出对流量系数及滚流比贡献度较大的控制变量。以提高流量系数及滚流比为目标,采用第二代非劣排序遗传算法对识别的控制变量进行多目标优化,根据寻优结果得到性能最优的进气道几何模型。结果表明:优化后的进气道在滚流比基本不变的情况下,流量系数由0.490变为0.526,提升了7.35%,优化效果较好。所提方法能够一次性得到接近理论帕累托前沿的最优解集,并根据需求选择最优的进气道几何模型,实用性较强且效率较高。     

车用甲醇发动机冷却系统的优化设计

六缸商用柴油发动机改成M100甲醇发动机,在保证发动机性能一致的前提下,在台架可靠性试验中,因冷却系统散热问题出现了活塞环卡滞、活塞销发蓝、缸盖鼻梁区裂纹等故障,通过采用数值模拟方法对冷却系统进行分析,优化设计水套结构,提高缸体缸盖的冷却能力。通过更改气缸垫片水孔优化缸盖各缸水流量分配,增大水泵流量等一系列措施,改善冷却系统。分析结果表明,优化后的水套流速和缸盖散热能力大大改善。最后,通过发动机台架1 000 h耐久试验验证,解决了甲醇发动机的散热问题。     

车用甲醇发动机冷却系统的优化设计研究

六缸商用柴油发动机改成M100甲醇发动机,在保证发动机性能一致的前提下,在台架可靠性试验中因冷却系统散热问题出现了活塞环卡滞,活塞销发蓝,缸盖鼻梁区裂纹等故障。通过采用数值模拟方法对冷却系统进行分析,优化设计水套结构,提高缸体缸盖的冷却能力,通过更改气缸垫片水孔优化缸盖各缸水流量分配,增大水泵流量等一系列措施,改善冷却系统。分析结果表明,优化后的水套流速和缸盖散热能力大大改善。最后,通过发动机台架1000h耐久试验验证,解决了甲醇发动机的散热问题。     

带网损修正项的微电网线性化最优潮流

潮流方程的非线性导致最优潮流(OPF)问题为非凸非线性优化问题,计算复杂且无法求得全局最优解。为解决这个问题,提出了一种基于分层控制的带网损修正项的微电网线性化潮流模型。利用线性规划方法,在此线性化潮流模型基础上建立了考虑网损修正的微电网OPF模型。最后通过商业优化求解软件进行算例分析,结果表明该模型比其他线性近似模型拥有更高的精确度,同时较非线性OPF有着更快的计算速度,故所提的考虑网损的线性化最优潮流模型可用于解决微电网中的OPF问题。     

基于STAR-CCM+的冷却水套三维仿真分析

冷却水套是发动机冷却系统的主要散热部件之一,水套结构的合理设计对发动机工作性能有着重要的影响。冷却水套主要由缸头水套、缸垫、缸体水套组成,其中,缸头水套的鼻梁区为高温区域,产生的热量需要高效的冷却才能保证其散热性能。为评估水套结构设计合理性及系统分析水套内冷却液的流动特性,采用CFD分析软件STAR-CCM+对某发动机冷却水套进行了数值模拟研究,提出了一种基于流动路径的冷却水套结构改进方法,通过对冷却液流动路径及速度分布均匀性的数值模拟相关研究,可以有效对现冷却水套冷却液流动不足进行优化改善,明显提升鼻梁区、排气侧区域的冷却,整体改善冷却水套的散热性能。基于流动路径的冷却水套CFD仿真及结构改进方法可为发动机冷却水套的设计及优化提供理论指导。     

柴油机缸盖水腔内沸腾换热仿真分析

为了更好地了解柴油机水腔内冷却液的流动和传热问题,根据Eulerian两相RPI(rensselaer polytechnic institute)沸腾模型,建立了一套适用于柴油机水腔沸腾换热的气液两相流模型.以某直列四缸柴油机为研究对象,通过缸盖温度场实验对缸盖火力面20个测点进行温度测量,并将实验测得的温度值与传统单相强制对流和两相流模拟得到的温度值进行对比.结果表明:与传统单相流模型相比,Eulerian两相RPI沸腾模型的精度更高,误差小于5%;优化后缸盖水腔底部冷却液的流动与冷却更加均匀,水腔壁面最高温度降低了4.05℃,第三、四缸水腔鼻梁处高温区域面积减小,缸盖水腔换热效果得到改善.研究结果为柴油机缸盖水腔沸腾换热研究和冷却水腔的设计提供了依据.     

四缸发动机冷却系统冷却性能分析及实验验证

为了给发动机冷却系统冷却性能分析提供方法参考,以某四缸发动机冷却系统为研究对象,基于计算流体力学仿真手段对其冷却系统冷却性能进行模拟分析。结果表明该四缸发动机冷却系统在发动机转速10000 r/min时的工作流量为90 L/min,该流量工况下缸体水套排气侧区、缸头鼻梁区冷却液流速满足高温区域流速不低于1.5 m/s的设计要求。4缸鼻梁区截面流量最小,3缸鼻梁区截面流量最大。经发动机台架热平衡实验验证,4缸的缸头火花塞垫片温度最高,3缸的缸头火花塞垫片温度最低。实测温度结果分布趋势与各缸鼻梁区截面处流量分布、发动机缸头温度场分布趋势基本一致,表明构建的冷却系统数值仿真模型是可靠的。缸头火花塞垫片在极限工况下的最高温度213℃在可接受范围内（小于250℃）,表明该四缸发动机冷却系统的冷却性能较好,可满足该四缸发动机的冷却。     

移动边缘计算中分布式的设备发射功率优化算法

针对大规模移动边缘计算网络架构中的用户设备计算卸载时所需的通信和计算资源难以协同优化的问题,提出了一种基于马尔可夫近似的分布式发射功率优化算法。基于香农定理和链路传输特性,将用户功率最小化策略建模成组合优化模型,通过Log-Sum-Exp函数将目标模型转化为最小权重配置的近似问题;针对该近似问题,提出了马尔可夫状态跳转的规则和分布式的设备自调节机制以实现高效求解。实验结果表明:与随机优化算法相比,该算法的系统用户设备发射总功率优化效果提升了78.5%,在给定场景下,穷举搜索最优解的计算复杂度可达410,而该算法仅需要迭代优化130次即可逼近最优解,能够有效减少通信和计算时延,确保发射功率的调整结果快速向最优目标收敛。     

柴油机冷却水套数值模拟分析

为快速设计符合要求的柴油机冷却水套,通过对某柴油机样机机构深入研究,建立该试验样机的冷却水套的三维CATIA模型,在保证不影响仿真精度的情况下对模型进行简化处理.将简化模型导入ANSYS ICEM中对模型进行网格划分,根据经验值数据合理的设定初始条件和边界条件,由三维分析软件CFX对流场进行离散化仿真计算,通过对计算结果的分析研究其流场压力分布、密度分布、换热系数分布及冷却水流量分布,为以后的样机优化提供依据.     

序列响应面方法在薄壁梁轻量化设计中的应用

提出将近似模型引入到薄壁梁的耐撞性优化设计中,并利用序列响应面优化方法对近似模型进行优化。针对基于有限元网格模型的设计变量难于参数化的问题,开发了相应的程序将薄壁梁的材料、截面尺寸及焊点布置等参数进行参数化建模。研究结果表明:优化设计改善了薄壁梁的吸能特性,使它的质量大大减轻;基于近似模型的优化算法能较大程度地提高优化效率。     

直接接触式换热器传热性能优化

建立了以容积换热系数为目标函数,工质流率U0、喷头喷孔直径di、导热油液位高度Z为决策变量的直接接触式换热器性能优化模型,同时进一步将液滴群行为与传热协同关系作为约束条件引入优化模型中,重点分析该约束条件对优化过程及结果的影响。运用遗传算法对原模型和补充模型进行了优化分析,结果表明:原模型优化后的容积换热系数达到了初始值的6.7倍;而补充模型最优值的迭代次数比原模型减小了约55%,同时最优值比原模型提高了0.3%。所以该约束条件不仅提高了迭代速率,还提高了寻求全局最优值的概率,使得最优解更逼近全局最优值。     

纵掠管束湍流对流换热的数值实验及其关联式

对圆管内和纵掠管束的湍流对流换热分别运用k-ε模型和雷诺应力模型(RSM)进行了数值模拟.数值模拟结果表明,采用现有的管内湍流换热实验关联式近似计算纵掠管束对流换热的偏差较大.通过数值模拟研究了不同节距、不同雷诺数Re时纵掠管束的对流换热规律,给出了纵掠管束流动换热的努塞尔数Nu与Re的数值实验关联式.     

离心压缩机尺寸效应修正模型

针对离心压缩机在模化设计中因尺寸效应导致产品级相对于基准级的性能偏移难以定量预测的难题,提出一种可对模化设计中效率和流量系数偏移进行定量预测的离心压缩机尺寸效应修正模型,该模型包括效率修正模型和流量系数修正模型两部分。首先,基于边界层理论对离心级的黏性损失进行分析,提出基准级黏损比函数的概念,进而推导出效率修正方程的基本形式;接着通过数值模拟获得基准级黏损比函数的具体表达,从而完善效率修正方程,以预测模化设计中产品级相对于基准级效率的偏移;然后,通过引入边界层的影响对流道收缩效应模型进行改进,从而理论推导出流量系数修正方程,以预测模化设计中产品级相对于基准级流量系数的偏移量。该尺寸效应修正模型不仅可以准确预测模化设计中离心压缩机的性能偏移,且与现有的修正模型相比,具有更强的理论基础,修正方程具有鲜明的物理直观性,大大减少了对经验因素的依赖。采用该效率修正模型对流量系数分别为0.068和0.15的两个三元离心级的模化实验进行预测,结果表明,产品级相对于基准级效率偏移量的预测值与实测值之间的相对偏差在9%以内,产品级效率的预测值与实测值之间的相对偏差在0.2%以内;采用该流量系数修正模型对流量系数分别为0.065和0.085的两个三元离心级的模化数值模拟进行预测,结果表明,产品级高效点流量系数的预测值与数值计算值的相对偏差在1%以内。     

CO2微通道气冷器的流场分解模拟及实验验证

为了研究CO₂流量分配不均匀度对气冷器流动特性和传热特性的影响,建立了跨临界CO₂制冷系统的微通道气冷器分解模型. 实验结果表明：随着CO₂制冷剂质量流量由110 kg/h增大到470 kg/h,扁平管内最大流量不均匀度由97% 降低到18%,流量是影响不均匀度的重要因素;流量分配不均度对CO2微通道气冷器的流动特性影响明显,而对传热特性影响较小. 比较了不同工况下相应的模拟结果与实验数据,平均换热系数误差为4.82%~38.25%,摩擦系数误差为6.09%~26.65%.     

发动机冷却水套的计算流体力学分析及 结构改进

为评估某发动机冷却水套结构设计的合理性,基于计算流体力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)分析方法,采用STAR-CCM+软件对一款双缸发动机冷却水套进行流场数值模拟分析.通过对该冷却水套的速度场及缸孔流量分配进行分析,发现该双缸发动机冷却水套的结构设计存在不足,会造成左缸冷却效果好而右缸冷却效果差的两缸冷却不均匀现象,右缸大部分区域的换热系数低于5 000 W/(m2·K),因此,需要提升冷却水套的冷却性能.基于流动路径及流量分配合理性的综合评估方法提出了冷却水套缸孔布局的改进方案,并对冷却水套改进结构进行了CFD模拟.结果表明:改进后,排气侧、鼻梁区等高温区域的冷却效果得到保证的同时,左缸和右缸的冷却均匀性得到明显的改善,冷却水套壁面平均换热系数的提升非常明显,基于流动路径及流量分配合理性来设计缸孔布局的方法是有效可行的.研究结果可为冷却水套的改进设计提供方法指导和仿真数据支撑     

基于高斯模型的侧入式平板灯优化设计

为了提高侧入式平板灯亮度和均匀度,利用高斯分布函数的钟型曲线与光强分布为反相的特点,采用基于高斯模型优化网点分布的方法进行网点半径及间距设计;利用光损函数对LED灯珠进行排列,利用TracePro对光强幅度图进行分析,完成了圆形侧入式平板灯设计实验。实验结果表明,采用高斯模型优化的网点分布方法可使平均亮度达5 452 cd/m~2,均匀度提升至90%,优化后的模型表现出良好的性能优势,可以进行实际应用。     

柴油机缸体水套建模及流体动力学分析

采用CFD技术对柴油机缸体水套进行流场分析是缸体水套设计与优化的一种有效方法,但是简化模型被广泛采以建立流体几何模型。为了实现真实水套的流场计算,在Pro/E软件中以现有缸体模型为参照采用布尔算法建立了水套三维几何模型,通过ANSYS Work-bench软件与Pro/E软件的无缝连接构建了水套无简化流体模型,并在ANSYS Workbench环境下进行了网格划分与流场计算。计算结果指出：采用合理的建模方法与有效的流场分析技术,依据现有的计算机技术可精确完成无简化缸体水套流场的CFD计算,且计算时间较短。