Journal of Zhejiang University SCIENCE A

ISSN 1673-565X(Print), 1862-1775(Online), Monthly

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Articles

Quasi 1D modeling of two-phase flow and deposit formation for urea-selective catalytic reduction systems

Xu-bo Gan, Dong-wei Yao, Feng Wu, Jia-wei Dai, Lai Wei, Xing-wen Li

DOI: 10.1631/jzus.A1500303 Downloaded: 993 Clicked: 1555 Cited: 0 Commented: 0(p.597-613) <Full Text>   <PPT>  322

Chinese summary   <12>  柴油机Urea-SCR系统两相流及结晶的准一维数值模拟

目的:对柴油机Urea-SCR系统还原剂添加过程进行建模,探讨SCR系统中尿素结晶的主要影响因素,研究排气温度、流量和尿素水溶液喷射速率等对结晶成分、位置和总结晶量的作用规律。
创新点:1. 考虑喷雾和壁膜内尿素热解过程的差异,分别采用尿素的直接分解和化学反应动力学方法对喷雾和壁膜内的尿素热解过程进行描述;2. 提出一维壁膜的概念,将尿素热解的化学反应动力学模型嵌入一维壁膜中,实现对结晶成分、位置和总结晶量的计算。
方法:1. 采用欧拉方法求解气相流动以及拉格朗日方法跟踪喷雾运动,通过附加源项方式实现气液两相之间的耦合;2. 对尿素水溶液喷雾的蒸发、热解、碰壁和结晶等过程进行建模,并对仿真结果进行验证;3. 对SCR系统中尿素结晶进行仿真分析,对排气温度、流量和尿素水溶液喷射速率等影响因素进行变参数研究。
结论:1. 排气温度的降低可以减小壁膜范围以及结晶量;结晶成分与温度密切相关:当温度较低时,结晶以尿素为主,随着温度升高,缩二脲和三聚氰酸开始逐渐形成;2. 尿素水溶液喷射速率会影响壁膜范围以及结晶量,但其对结晶成分影响不大;3. 排气流量的增大能够促进排气与液滴以及排气管壁之间的传热,从而减小壁膜范围以及结晶量。

关键词组:选择性催化还原系统(SCR);两相流;壁膜;结晶成分;一维模型

Dynamic characteristics analysis of a misaligned rotor–bearing system with squeeze film dampers

Liang Ma, Jun-hong Zhang, Jie-wei Lin, Jun Wang, Xin Lu

DOI: 10.1631/jzus.A1500111 Downloaded: 1337 Clicked: 1916 Cited: 3 Commented: 0(p.614-631) <Full Text>   <PPT>  329

Chinese summary   <10>  不对中故障下带挤压油膜阻尼器的滚动轴承转子系统的动力学分析

目的:工业的不断发展对航空发动机、泵、燃气轮机等旋转机械的动力性能提出了更高的要求。转子系统是旋转机械的重要组成部分。复杂的转子系统在高速运转时会产生故障和非线性振动,从而影响系统的可靠性。因此,开展转子系统的非线性动力性研究,研究转子系统在高速运转时的非线性响应及其抑制作用对转子系统的设计和故障诊断具有重要的意义。
创新点:1. 在建模的时候考虑转子系统的实际结构,在不对中模型中引入齿式联轴器啮合力,在滚动轴承模型中考虑弹流润滑影响;2. 探究挤压油膜阻尼器参数对转子系统非线性特性抑制的影响,总结其变化规律。
方法:1. 基于Hertz接触和弹流润滑理论,建立滚动轴承动力学模型,同时考虑齿式联轴器齿之间的啮合力,建立不对中故障下的齿式联轴器啮合力模型,并在此基础上,根据转子系统的支撑形式,建立0-2-1支撑的转子动力学模型;2. 开展转子动力学实验,验证模型的准确性并分析不对中量对系统频谱特性的影响;3. 在分析不对中故障非线性特性的基础上,研究挤压油膜阻尼器参数对于非线性特性抑制的作用。
结论:1. 齿式联轴器啮合作用和滚动轴承的弹流润滑对不对中故障下转子系统的失稳产生一定的影响,润滑会导致系统发生分岔的窗口推迟;2. 对于转子系统的弹性支撑,其一阶临界转速和振幅随着刚度的增大而增大,选择合适的刚度有利于转子系统的稳定运行;3. 挤压油膜阻尼器的参数对转子系统故障引起的非线性具有较好的抑制作用,其作用的大小取决于不对中量和挤压油膜阻尼器的油膜间隙的耦合,合理地调节油膜间隙有助于增大系统的稳定区间范围。

关键词组:挤压油膜阻尼器;齿式联轴器;滚动轴承;弹流润滑;非线性动力学;不对中故障

A study of airfoil parameterization, modeling, and optimization based on the computational fluid dynamics method

Tian-tian Zhang, Wei Huang, Zhen-guo Wang, Li Yan

DOI: 10.1631/jzus.A1500308 Downloaded: 1600 Clicked: 1662 Cited: 4 Commented: 0(p.632-645) <Full Text>   <PPT>  479

Chinese summary   <14>  基于数值计算方法的翼型参数化、建模与优化研究

目的:1. 比较并改善翼型参数化方法,获得设计变量少、拟合精度高的参数化方法;2. 在参数化的基础上利用数值模拟的方法获取翼型流场参数,优化并获得特定条件下升阻比最大的翼型。
创新点:1. 通过与多项式拟合方法的对比证明了类别/形状函数转换(CST)法在翼型拟合方面的优越性,并通过调整控制点分布,在不增加设计变量的基础上改善了CST方法;2. 通过建立响应面模型,利用多岛遗传算法与非线性序列二次规划法相结合的方式获得了更好的翼型优化效果。
方法:1. 利用修饰后的CST法对翼型进行参数化拟合与设计,并通过与二项式拟合法比较来验证其优越性;2. 通过数值方法对翼型周围流场进行计算并与实验结果对比,获得精确计算气动参数的仿真条件;3. 通过拉丁超立方采样获得设计变量,建立设计变量与翼型升阻比之间的响应面模型,通过多岛遗传算法与非线性序列二次规划法的结合和优化,得到一定条件下升阻比最大的翼型。
结论:1. CST法是一种优秀的参数化方法,本文的优化改善了形状函数控制点选取法则,使其对翼型头部和尾部的描述更加精确;与多项式相比,CST法可以通过更少的设计变量得到更高的拟合精度。2. 基于多岛遗传算法的非线性序列二次规划法在本文中用以优化翼型使其具有更高升阻比。优化前后翼型的比较显示,两种优化方法的结合可以得到比单独使用各优化方法更好的结果。

关键词组:类别/形状函数转换;参数化;数值仿真;响应面模型;优化;翼型设计

A study of 3D finite element modeling method for stagger spinning of thin-walled tube

Jin Wang, Ting Ge, Guo-dong Lu, Fei Li

DOI: 10.1631/jzus.A1500180 Downloaded: 992 Clicked: 1901 Cited: 0 Commented: 0(p.646-666) <Full Text>   <PPT>  314

Chinese summary   <9>  薄壁筒形件错距旋压有限元仿真模型构建方法研究

目的:探究错距旋压仿真模型关键特性参数影响,改进建模方法,克服现有模型方案的缺陷,构建更准确、可靠和稳定的错距旋压有限元仿真模型。
创新点:1. 提供包括全模型、六面体离散、速度边界、全仿真、双精度和无干涉模型等在内的改进有限元模型构建方法;2. 基于所构建的改进模型,完善错距值对成型过程影响的现有结论。
方法:1. 通过能量、网格独立性和过程参数分析,验证改进有限元模型的可行性和可靠性; 2. 通过对比仿真和数据分析,获得边界模式、精度模式、时间截断和错距干涉对仿真结果的影响;3. 通过仿真模拟,完善现有受干涉、单精度、时间截断和位移边界影响的错距值研究成果。
结论:1. 速度边界模式较之位移边界模式具有更高的计算精度和效率;2. 时间截断不能确保获取稳态结果,不利于计算的准确性和稳定性;3. 截断误差对错距旋压成型结果影响显著,计算过程中应采用双精度模式;4. 错距干涉严重干扰计算的正确性和可靠性,应在实验设计阶段予以排除;5. 针对现有错距值研究受干涉、单精度、时间截断和位移边界影响的现状,基于改进模型,完善错距影响结论(表11)。

关键词组:错距旋压;有限元三维建模;错距值;薄壁筒形件

One-dimensional coupled model for landfill gas and water transport in layered unsaturated soil cover systems

Chi Guan, Hai-jian Xie, Zhan-hong Qiu, Yun-min Chen, Pei-xiong Chen

DOI: 10.1631/jzus.A1500073 Downloaded: 711 Clicked: 1675 Cited: 0 Commented: 0(p.667-676) <Full Text>   <PPT>  321

Chinese summary   <8>  填埋场非饱和成层覆盖层一维气水耦合运移模型

目的:为更好地评价填埋场覆盖层系统的闭气性能,建立水气耦合条件下的覆盖层中气体运移模型。在此基础上分析大气压强波动、渗透系数变化和对流扩散等因素耦合作用下填埋气在覆盖层中的运移规律。
创新点: 建立水气耦合条件下填埋气在覆盖层中的运移模型,分析多种因素耦合作用下填埋气的运移过程,并比较对流运移和扩散运移的相对重要性。
方法:1. 通过理论分析,建立考虑压强、对流、扩散和非饱和情况的填埋气耦合运移模型;2. 通过试验拟合,得到大气压强波动的拟合经验公式(公式(22)),构建考虑压强波动下填埋气多场耦合运移模型;3. 通过仿真模拟,验证所建模型的可行性和正确性(图2),并分析包含大气压强波动和渗透率等影响因素作用下填埋气的运移规律(图6~8)。
结论:1. 覆盖层厚度从1米变化到2米,覆盖层中填埋气的浓度变化可达31%;2. 对于受大气压强波动影响较大的覆盖层系统(如1×103 Pa),不能忽略压强波动对填埋气运移的影响; 3. 气体渗透系数在初期对气体运移有较大影响,随运移时间增加直至气体运移达到稳定状态,渗透率的影响可以忽略(仅3%)。

关键词组:填埋气;覆盖层系统;非饱和土;气水运移;耦合模型

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