低温风洞观察窗设计与静力学分析

低温风洞在航空航天领域具有重要的战略地位,而低温观察窗作为低温风洞的可视化观测设备,其作用是为风洞内部流场的可视化观测装置提供清晰、可靠的光路通道.以某型连续式跨声速低温风洞的观察窗为研究对象,基于风洞设计输入条件,对观察窗结构进行了理论设计,确定了观察窗座板、石英玻璃、有机玻璃、防护板等关键部件的结构尺寸参数.在此基础上,采用有限元数值计算方法对观察窗进行了静力学分析,结果表明:设计的观察窗结构具有足够的安全系数,满足低温风洞运行的强度要求,对中国大型低温风洞的观察窗设计建设具有重要的借鉴意义.     

FL-61风洞壳体有限元分析与气压试验

基于有限元理论,应用Patran软件创建FL-61风洞壳体的有限元模型,分析其在极限压力工况下整体结构的刚强度情况;并与气压试验结果进行了对比。结果表明:在气压试验载荷作用下,风洞壳体的变形及应力计算结果与试验结果基本吻合。验证了有限元计算中对风洞模型进行的简化处理、选用的单元类型、边界和载荷条件的施加合理可行,风洞壳体的刚强度满足设计使用要求。     

结冰风洞绝热系统设计与实现

结冰风洞是研究飞行器表面结冰机理和防除冰方法的试验设备。典型的结冰风洞采用风扇或压缩机驱动的连续式风洞结构;并且一般设计有洞体绝热系统。绝热系统对结冰风洞性能、运行经济性等方面具有重要影响。通过总结某结冰风洞绝热系统的研制和使用经验,着重分析了结冰风洞绝热系统的传热计算方法和结构设计方案;并且通过实验研究对绝热系统的性能进行了验证。     

大型高速低温风洞冷量回收的方法研究

为提高低温风洞排气冷量的综合利用和节能减排,实现大型低温风洞科学建设,分析了目前大型低温设备冷量回收利用的现状和方法;针对低温风洞高雷诺数试验运行中排气系统的工作流程和特点,对大型高速低温风洞排气冷量进行了初步计算,结合当前低温工质气化冷量回收技术方案的流程分析和国内外低温系统冷量回收利用的技术特点,对低温风洞液氮喷雾制冷后冷量回收与高效利用的方法和可行性进行了初步研究。综合考虑技术难度和投资经济性,提出了通过蓄冷设备、空分装置、固态氮制取进行冷量回收的3种主要技术途径。分析结果表明:采用蓄冷设备需要周边用冷设备支持,回收效率低;利用空分装置无需额外投资,经济性较好;固态氮制取回收效率高,硬件投资大,经济性较差。通过合理调整风洞试验流程,选取合适的技术方案,可以实现大型低温风洞的冷量回收。     

高速列车车体气动载荷疲劳强度试验装置研究

研制车体交变气动载荷试验装置,利用该装置对新造车体进行疲劳强度试验,讨论车体交变气动载荷疲劳试验加载方法、压力、压力波形与周期、加载次数等参数,并完成车体交变气动载荷疲劳试验装置方案及数据采集系统方案设计;将合武铁路现场测得的CRH2型动车组以250 km/h速度过隧道时车内外压力差曲线与该试验装置测得的压力曲线进行比较。研究结果表明:车内外压力差曲线与该试验装置测得的压力曲线基本吻合,该试验装置可真实模拟列车高速通过隧道时车体承受的交变气动载荷,为研究新造高速列车车体在交变气动载荷作用下的疲劳强度特性提供了重要的试验手段,建议我国新造车体按其实际运行过程中承受的交变气动载荷加载进行疲劳强度试验。     

链传动结构的有限元数值分析

以弹性接触理论为基础,利用通用有限元软件ANSYS对载荷工况下的链传动结构进行有限元数值模拟,通过计算结果对链传动结构的强度、刚度进行了分析,表明链传动结构在载荷工况下能够满足设计要求,并且具有较高的安全储备.     

大型空泡水洞试验设施结构有限元分析

大型空泡水洞试验设施是目前中国规模最大的水洞系统,为评估其整体结构强度和抗震设计安全性,对空泡水洞结构进行三维有限元数值分析,考虑正常工作工况和地震载荷作用极限工况下的结构刚强度,基于振型分解反应谱法计算了地震惯性加速度载荷,并对结构地震位移响应进行校核。结果表明：空泡水洞的结构变形在正常工作工况主要表现为水洞内壁的膨胀变形,在极限工况下主要表现为由地震载荷引起的水洞顶部水平位移;空泡水洞高应力区域主要位于结构角隅处的筒壁和加强筋。这对中国自主研发大型空泡水洞具有重要的借鉴意义。     

低温回热器交变流动阻力特性的比较

为了设计和优化小型低温制冷机,研究了不同工况下交变流动回热器的阻力特性,给出了不同丝网孔径的低温回热器在不同运行频率下的实验结果,并以此得到了阻力关系的拟合关系式.与其他拟合关系式进行比较,阐明了其表达式存在差异的原因.最后,提出了2个含有无量纲的关系式,用此关系式可预测不同工况下交变流动回热器的阻力特性.     

乌石17-2油田压裂井水泥环完整性评价

为了准确评价压裂井固井水泥环完整性,针对乌石17-2油田压裂井开展了交变载荷条件下的水泥环完整性失效评价实验,并基于交变压力疲劳累积损伤原理及失效准则分析了压裂井水泥环完整性失效原因,并得到了围压30MPa及交变载荷条件下水泥环完整性的失效规律。结果表明：①交变压力使水泥石内部组织受到损伤,其力学性能指标（如抗压强度等）随着交变压力循环次数的增加而降低;②套管-水泥石界面粘结强度较小,压裂加压过程中水泥环塑性累积导致卸压时套管与水泥环界面应变不一致,当界面拉应力超过界面粘结强度时,界面分离形成微环隙;③围压30MPa及交变载荷条件下水泥环完整性失效首先以微环隙为主,增大水泥石弹性及变形能力有助于保障其完整性。该结论可为乌石17-2油田压裂井水泥浆体系完善及压裂施工作业提供技术参考,有助于保证压裂井水泥环完整性。     

横风作用下货车篷布结构强度计算

采用基于CFD和CSD的准静态耦合方法对横风作用下货车篷布结构强度进行分析。首先建立横风作用下货车篷布数值模拟计算模型,得到不同运行工况下货车篷布表面压力分布;随后建立篷布索膜结构强度计算模型,以篷布表面压力分布为加载载荷,运用非线性有限元分析方法对不同运行工况下的篷布强度进行数值模拟计算。研究结果表明:货车以速度120 km/h在大风地区运行,当横风风速小于41.4 m/s时,采用双层焊接结构的无网篷布所受最大主应力小于篷布许用应力;当横风风速小于54 m/s时,采用双层焊接结构的有防风网篷布所受最大主应力小于篷布许用应力,满足篷布安全运行要求;篷布顶面和篷布网眼位置的最大位移和最大主应力随着货车运行速度和横风风速的增加而增大,横风风速对篷布最大位移和最大主应力的影响大于货车速度对其的影响。     

斜风作用下季冻区隧道冻胀力分布规律及结构安全性评价

为分析不均匀冻胀荷载对季冻区隧道结构受力及安全性的影响,本文依托某新建铁路隧道工程,在凝练工程区气象特征的基础上,利用数值模拟手段分析了斜风作用下隧道温度场的分布特征,解析得到了支护结构的冻胀力荷载,在此基础上分析了支护结构的受力特征并开展了安全性评价。研究结果表明：斜风作用下隧道较小进深范围内迎风侧与背风侧温度场存在差异,进深10m处差异最为显著;未铺设保温层条件下迎风侧围岩冻结深度约为背风侧的1.8倍,铺设保温层后迎风侧围岩冻结深度减小了约80%,背风侧围岩冻结区基本消失;围岩冻结深度不一致导致冻胀力荷载不均匀分布,冻胀力荷载作用下支护结构迎风侧的应力、轴力、弯矩均明显高于背风侧;未铺设保温层条件下仅仰拱区域符合安全性要求,铺设保温层后各区域均满足要求,但迎风侧安全性明显低于背风侧。     

大型低速风洞收集器及过渡段有限元分析

大型低速风洞是国内新建的低速风洞,3/4开口试验平台是大型低速风洞重要的试验设备之一,而收集器及过渡段结构是连接3/4开口试验平台的重要部件。收集器及过渡段在试验过程中,受到自重和气动载荷作用,需要在部件设计时进行力学校核。以大型低速风洞3/4开口收集器及过渡段结构为研究对象,对部件的强度刚度以及动态力学性能进行了有限元建模分析。有限元结果表明：收集器及过渡段结构满足设计强度刚度要求,同时通过动力学分析,收集器及过渡段结构不会发生共振现象。     

寒区长大隧道温度实测与仿真

基于现场实测数据对寒区长大隧道内温度的变化规律进行了分析,基于数值仿真分析对不同环境气温、围岩原始地温、自然风速、列车运行速度和频率条件下隧道洞内温度场和冻结深度的变化规律及保温层的适用范围进行了研究.研究结果表明:若环境气温或围岩原始地温低,自然风速大,或列车运行速度大和运行频率高,则洞内可能出现负温分布,所以寒区长大隧道结构防寒不应仅在洞口段;保温层法不能完全解决寒区长大隧道洞口保温问题,当环境气温低于15℃,持续冻结时间超过45d时,需要采取主动保温措施.     

户外大型三面单立柱广告牌抗风性能气动优化

户外大型单立柱广告牌属于风灾易损性结构,为优化其在最不利风向角下风压分布和风阵响应,基于空气动力学原理,利用Fluent分析软件对广告牌结构的风荷载特性进行数值模拟,并与风洞试验结果进行对比,验证了数值模拟的可靠性.在此基础上,基于不同矢跨比设计6种单立柱三面广告牌形状优化方案进行对比分析.结果表明:各面板负风压最大值...     

大跨曲面屋盖风洞试验通用数据处理软件的开发

基于Windows平台，开发了大跨曲面屋盖风洞试验数据处理的可视化通用分析软件。介绍了针对脉动风压测试过程中的信号畸变处理方法、风压试验数据的表示形式、积分计算整体和局部气动力系数、软件的界面设计、基本的使用功能以及针对具体结构类型所采用的一些提高试验效率简化试验过程的措施，还采用神经网络方法对已测的风压系数数据进行精细化处理以准确地求取整个屋盖结构风荷载的完整特性。所开发的软件已经受多个大跨屋盖建筑物风洞试验的检验，在该类结构物风洞试验中发挥着非常重要的作用。     

３８ｋＷ 级碟式光热发电系统机架结构的承载性能

为实现太阳光能的高品位利用,设计了以抛物聚光器为聚光功能载体且配有双轴视日跟踪机构的碟式/斯特林热发电系统的机架结构.在机架承载和传力特性一致的基础上建立了机架的有限元模型,并基于数值风洞模拟的机架风载荷,计算得到了机架处于不同高度角时自重和风载作用的变形与应力分布,分析了机架承载的位移特性和薄弱位置的应力分布.结果表明,该机架在8级风载(17.1 m/s)作用时聚光器仍具有较好的几何"保型"能力,且在抗风运行以及12大风避险时结构均处于安全状态.     

乙烯深冷分离工艺中LNG冷能利用的可行性

充分利用液化天然气（LNG）携带的冷量,不仅可降低下游天然气供气成本,还可减少LNG汽化带来的环境污染;传统乙烯深冷分离工艺需压缩制冷系统提供不同温位的冷量分离裂解气,消耗大量压缩功耗.将LNG冷量用于30万吨/年乙烯装置的深冷分离工艺,取代部分压缩制冷负荷的集成利用研究结果表明:LNG冷量在乙烯分离工艺中的利用率达76.5％,可替代原工艺中的冷量负荷约22472 kW,节省丙烯、乙烯、甲烷冷剂三机压缩制冷的功耗约11968 kW,大大降低乙烯装置的能耗成本.但LNG冷量仅与乙烯分离工艺集成,传热过程火用效率较低,建议将LNG冷量集成利用于两种或以上冷量利用工艺中,从而减少利用过程的冷火用损失,提高LNG冷量的利用效率.     

冷中子源逆布雷顿循环氦制冷机性能分析和优化

运用能量守恒和(火用)分析方法,对冷中子源氦制冷逆布雷顿循环过程进行热力分析和(火用)分析.找出了系统(火用)效率和各部件(火用)损失随着压缩机压比、膨胀机等熵效率、跑冷量、换热器冷热流体平均温差变化的规律,并提出减小循环跑冷量、换热器内冷热流体温差,以及提高压缩机压比、膨胀机等熵效率、物料分配均匀度以提高循环性能和系统(火用)效率的措施.基于换热器内部冷热流体温差分布对循环性能影响的分析,设计了膨胀机预冷循环方案,该方案的(火用)效率相对于基本循环提高了24 %.     

水-热耦合作用下严寒地区高速铁路隧道温度场分布规律

为研究严寒地区高速铁路隧道修筑后,衬砌背后围岩冻结引发的隧道冻胀病害问题,以吉图珲客运专线榆树川隧道为例,综合考虑水分迁移和冰-水相变潜热对衬砌-围岩热传导的影响,建立了围岩冻结过程中的水-热耦合模型,结合现场实测大气温度,利用有限元法对榆树川隧道温度场进行了计算,得到了严寒地区隧道温度场的分布规律,确定了隧道发生冻结的最不利位置和最不利时间,并建立了隧道最大冻结深度与大气年平均温度之间的关系,分析了保温层对隧道防冻的作用,给出了保温层厚度和导热系数与隧道冻结深度的关系,提出了防止榆树川隧道发生冻结的保温层导热系数和厚度的建议值.