倾斜结构热电元件的多物理场耦合研究

为了提高热电元件的工作性能,在材料用量不变的前提下,提出了新型倾斜结构的热电元件。以常规的垂直型热电元件为参考,采用数值模拟的方法,通过控制热端温度、电流和冷热端温差等参量,对倾斜结构热电元件进行了多物理场耦合研究,重点讨论了倾斜角度对元件制冷性能的影响。结果表明:倾斜角度越大,热电元件冷端温度越低;在小功率条件下,制冷量和制冷系数随倾斜角度的增大而增大;最佳倾角范围是15°~30°;倾斜结构存在场强突变现象;倾斜结构更适用于微小型低功耗热电制冷设备。     

磁制冷工质的熵特性分析

磁制冷的基本原理是应用磁工质的磁热效应。外加磁场作用下的磁工质总熵组成包括磁熵S_M、品格熵S_L和电子熵S_E,其中只打磁熵变化可用于制冷,而晶格熵和电子嫡却是磁制冷的重要热负荷,影响磁制冷效率。因此提高磁制冷效率的一种关键途径是选用具有大的磁熵变,而晶格熵和电子熵都较小的磁制冷工质,这就需对磁制冷工质进行正确的熵分析。本文分别由量子力学分子场近似理论、德拜理论及电子能级理论推导出计算磁工质磁熵、晶格嫡、电子熵的数学模型,运用上述模型研究了高温磁制冷典型工质钆的总熵、磁熵、晶格熵和电子熵等随温度和磁场强度的变化关系,讨论了熵的各种形态变化影响因素及其对磁制冷的性能影响,从而得出了磁制冷工质正确选择的一般原则,为研制实用磁制冷机打下了基础。     

开放式二氧化碳制冷性能

二氧化碳属于对环境友好的自然制冷工质,使用时直接排放对环境影响很小。本文提出一种开放式二氧化碳制冷系统,研究了高压二氧化碳在25,30和35°C三种典型储存环境下的制冷特性,同时考察了影响开放式二氧化碳制冷性能的各种因素。研究结果表明:二氧化碳储存状态对其制冷性能影响较大,在超临界条件下制冷量损失较大,同时,纯气体节流时储罐中的制冷量损失要远大于气液两相节流,为二氧化碳开放式制冷的应用提供了实验依据。     

机载准二级压缩蒸发循环制冷技术

为了满足未来飞机对蒸发循环制冷系统（Vapor cycle system, VCS）长寿命、高可靠性和低能耗的要求,对准二级压缩蒸发循环制冷技术在飞机环控系统上的应用进行了研究。文中首先对准二级压缩蒸发循环制冷系统理论循环和准二级压缩过程进行了分析,然后通过对理论循环的性能计算和产品系统性能试验。证明在制冷量不变的前提下,采用准二级压缩循环代替单级压缩循环并辅以回热器后,系统制冷性能系数（Coefficient of performance,COP）值提高29%。同时,压缩机转速下降38%,排气温度下降29%,相应的压缩机的工作寿命和可靠性大幅提高。     

制冷剂类型对机载蒸发循环系统性能影响

为给直升机机载制冷循环系统制冷剂的选择提供借鉴,首先以某直升机现有空调系统为例,依据其系统及部件参数,在VapCyc软件中建立制冷系统模型。然后选用不同制冷剂,改变冷凝器侧入口空气温度、冷凝器/蒸发器侧风量及压缩机转速,得到系统制冷系数(Coefficient of performance,COP)及制冷量。分析得到相同工况下,R134a与R1234yf的COP值相差不大且最高,R407C次之,R32与R410A结果相近且COP值最低;制冷量从高到低依次为R32,R410A,R407C,R134a和R1234yf。在机载制冷系统研究初期,应先满足系统制冷量的要求,故认为在选择机载空调制冷剂时,优先考虑R410A及R407C。另外,冷凝器侧风量、蒸发器侧风量及压缩机转速等参数对系统制冷量及COP均有较大影响,设计制冷系统时应慎重确定。     

海森堡模型中近邻相互作用与外磁场对LaMnO3磁热性能影响研究

使用蒙特卡罗算法模拟了海森堡模型中近邻相互作用与外磁场对钙钛矿LaMnO₃材料的磁热性能影响。通过调控近邻相互作用和磁场的大小,来获得更大的等温熵变,从而提高材料的制冷能力。模拟的结果显示等温熵变的峰值出现在相变点附近,并随着磁场增大而增大,这与实验报道的结果一致。此外,改变近邻相互作用的大小,LaMnO₃材料的相对制冷能力没有明显变化,而等温熵变的峰值随近邻相互作用的降低而增大。增大外磁场,相对制冷能力得到明显提升。     

R134a的热物理性质计算

氯氟碳化合物（ＣＦＣ）作为制冷与空调设备的工质，长期以来被广泛应用于生产和生活的各个部门。近年来，人们逐步认识到某些ＣＦＣ对臭氧层具有破坏作用和挥发后产生温室效应，因此不得不寻求新的替代工质。替代Ｒ１２的制冷剂方案中，有单一工质，也有混合工质。在单一工质中，从长远意义上最有希望替代Ｒ１２的新工质是民１３４ａ。为了对制冷系统应用Ｒ１３４ａ进行性能评价，而要一套完整的热物理性质公式。目前，有关Ｒ１３４ａ的热力学性质数据较多，但有关它的热物理性质数据却很少。本文列出并推导了Ｒ１３４ａ热物理性质的计算方程式，给出了部分计算数据，为用Ｒ１３４ａ作为制冷剂循环的制冷装置及换热器计算机辅助设计打下基础。     

内部结构对微通道平行流蒸发器性能的影响

试验研究了不同风量下微通道平行流蒸发器内部结构的变化对其流动和传热性能的影响。结果表明:去除出口前的分流板后,蒸发器在实验风量下的制冷能力比原蒸发器提高了9.59%～10.56%,而阻力损失减小了12.5%左右,其性能显著提高。在此基础上,继续增大两流程连接处的流通面积后,蒸发器内的压力降几乎无变化,但制冷能力明显减小,蒸发器性能下降。增大集流管内部的流通面积时,由于流通面积的位置不同,对蒸发器性能的影响也不同,在保证制冷剂流量分配均匀性不降低的前提下,增大流通面积可以减小蒸发器内的流动阻力,提高制冷能力。     

三维航迹的直接优化方法

介绍了用直接方法进行系统优化的基本原理，给出了求解沿航迹的速度序列和控制量序列的方法。与数字地图技术相结合，将这种方法应用到低空突防三维航迹优化之中，用改进的单纯形算法求解直接优化方法中的参数。由于优化参数少，可以实现航迹的实时优化，并且在优化过程中考虑了飞行器性能和推进系统性能的限制，故所优化出的参数航迹是可飞的。     

回热器填料布置方式对脉管制冷特性影响实验研究

考察了不同工作模式下，回热器填料布置方式对制冷机性能的影响和作用机理，结果表明：在不同工作模式下，回热器填料布置方式对制冷性能的影响不尽相同。对于实验用单级G—M型脉管制冷机，采用2kW压缩机RW2驱动时，在小孔模式下，受调相能力的制约，回热器冷端采用铅丸代替不锈钢丝网，并不能进一步降低制冷温度，其制冷温度被限制在30K温区附近；而对于双向进气模式，最低制冷温度则从原来的27K降低至18．4K，相应的制冷量和COP在所测温度范围内均明显增大，而且有效地避免了制冷温度不稳定现象的发生。     

基于Stewart平台的6-SS并联天平结构优化设计

良态的雅可比矩阵决定并联机构的性能，并决定了其结构参数是否合理。本文利用矩阵的F-范数研究一种新颖的并联天平力雅可比矩阵，以力雅可比矩阵的条件数为目标函数进行并联天平结构优化设计，推导出优化目标函数以5个基本结构参数表达的解析式。利用数值解法求出目标函数关于过渡变量的最小值，并用矩阵2-范数加以验证，找到8种保证并联天平精度的优化结构。该法同时也为六维力／力矩传感器的性能指标评价及其结构优化提供很好的借鉴。     

基于运营要求的民用飞机概念设计参数优化

可靠性、经济性和环保性是民用飞机设计必须考虑的运营要求,通过系统研究签派可靠度估算模型、全寿命周期成本和碳排放量模型,构成多目标函数。同时,根据民用飞机实际运营中需要满足的性能要求,建立约束限制条件,最终形成多目标优化模型,然后采用遗传算法实现对优化模型的寻优计算。以A320机型为例,针对不同设计目标进行优化计算。优化结果表明遗传算法的优化方法可行,可为民用飞机概念设计参数的选取提供参考。     

航天飞机再入大气层最优轨迹

本文研究航天飞机再人大气层最小气动加热的最优轨迹。文中考虑了地球自转的影响和气动加热、动压、过载对再入飞行的限制。在地心非惯性坐标系中,采用球面速度坐标系建立运动方程。再入点的运动参数是在惯性计算系中给出的,故地心非惯性系的再入参数是经过惯性计算系到非惯性计算系的转换而获得的。文中最优轨迹的性能指标采用气动加热量的最小值,最优轨迹的求解方法采用非线性规划法,即将控制变量参数化,把泛函的极值问题转变成函数的极值问题进行求解,因而可以利用函数优化方法的标准程序进行计算。本文在性能指标中引进了罚函数,并采用Powell方法求解无约束的最优化问题。文中进一步用运动参数描述控制变量,这不但便于初值的选择,而且还便于考虑一些参数变化规律的要求。本方法使用方便,计算结果稳定可靠。     

带分流叶片离心压气机工作轮气动优化设计

将三维Navier—Stokes方程流场计算、网格自动生成、叶轮几何参数化与数值最优化方法相结合,构成了离心压气机工作轮自动优化设计软件。在几何参数化过程中,将叶片型面和子午面流道均作为设计参数,实现了组合优化。设定目标函数时兼顾非设计点性能,实现了在设计转速下整个流量范围内的气动性能优化。采用所研制软件,对带一排分流叶片的离心压气机工作轮进行了优化设计,结果表明优化后的工作轮在压比变化很小的前提下效率有明显提高。     

目标函数能自动在线调整的自校正控制器

本文论述了一种目标函数能自动在线调整的新型自校正控制器。这种自校正控制器既保留了最小方差控制器能达到渐近最优性能指际、算法简单、在线计算量小的优点,又采用了极点配置设计方法,以确保闭环系统稳定性和要求的动态响应。因此它兼有最小方差和极点配置两者的优点,使确定目标函数权多项式这个难题迎刃而解。 该自校正控制器首先通过广义最小二乘辨识,获得对象的参数a_i和b_i,然后由极点配置求得目标函数的权多项式P,Q,R,并建立一个算法,使P,Q,R随对象参数变化而自动地在线调整。数字仿真表明,这种控制器特别适用于具有大惯性和慢时变的对象,在工业控制中具有广泛的应用前景。     

基于代理模型的气动设计稳健优化方法

为了减少不确定分析的计算量,提出了一种基于代理模型的不确定性气动设计优化方法,其中代理模型主要用于简化不确定分析计算过程.运用拉丁方试验设计和Krig-ing建立了代理模型,用随机参数来表示尺寸误差和飞行条件的变化.基于代理模型,以蒙特卡洛模拟法作为不确定分析方法,求解气动性能的均值和方差.在此基础上定义了气动稳健优化问题的表达式,用遗传算法进行求解,并以某翼型的优化问题对该方法进行验证.结果表明,通过该方法得到的最优解对不确定性的敏感度大大减小,同时在不确定的情况下仍然能满足设计约束条件.     

基于 iSIGHT 的风洞应变天平优化设计方法研究

天平设计的关键在于天平结构的优化,在满足设计要求的前提下,尽量提高天平刚度,避免应力集中,减小各测量分量之间的相互干扰,以提高设计质量。天平优化设计是一个多目标问题,无论利用解析方法还是有限元仿真方法,设计分析过程通常需要丰富的经验,即使耗费大量时间也很难获得全局最优解。以6分量杆式应变天平为研究对象,提出了分级和分步优化策略,介绍了基于 iSIGHT 平台的实现方法。通过试验设计(DOE)筛选出对优化目标影响较大的设计变量,然后建立天平优化设计近似参数化模型。在 iSIGHT 中通过集成 UG、AN-SYS 和 EXCEL 等软件建立自动优化流程。以参数化三维结构有限元仿真分析方法为基础,利用 iSIGHT 提供的优化算法,实现优化设计自动化,大大节省了设计成本,提高了天平设计质量和效率。     

复合材料翼面结构满足颤振速度约束优化设计

本文对复合材料翼面结构进行了满足颤振速度约束的最小重量设计。目标函数为结构重量,颤振速度及工艺尺寸要求为约束条件,运用可行方向法求解优化问题。文中用双三次多项式来模拟翼面复合材料蒙皮厚度,多项式系数及其他有限元的厚度或横截面积为设计变量,通过变量成组减小设计规模,用解析法求颤振速度对设计变量的导数。文后用本法对两个机翼盒段模型进行了优化设计。     

集成主动转向功能的电动助力转向参数优化(英文)

建立了融合主动转向功能的电动助力转向系统(新型EPS系统)动力学模型和整车三自由度转向模型;提出了新型EPS系统转向路感、转向灵敏度和转向稳定性的概念及量化公式;并根据多元函数有约束优化问题的特点设计了遗传算法。以转向路感为优化目标,以转向稳定性和转向灵敏度为约束条件,对EPS系统参数进行了多参数变量优化设计。仿真结果表明:应用多目标遗传算法进行EPS系统参数优化可在保证系统具有较好的转向稳定性和转向灵敏度基础上,有效提高了系统的转向路感,为新型EPS系统的设计和优化提供了理论基础。     

超声速燃烧室性能一维数值模拟

由气体动力学基本定律,推导出燃烧室性能分析的一种一元流计算方法。该方法考虑了面积变化、质量添加、两相流、多组分效应、化学反应、壁面摩擦、壁面散热等因素的影响。与试验数据的对比分析表明,该方法能够准确描述超声速燃烧室两相参数分布,从而为燃烧室方案设计阶段的快速性能评估和设计优化提供了一种有效的手段。