最新刊期
2023年第57卷第5期
- 摘要：为了研究叶栅装配间隙泄漏流对透平叶片端壁气膜冷却特性的影响，依据真实重型燃气透平叶片参数，搭建了端壁气膜冷却实验台。采用压力敏感漆技术测量了不同质量流量比和装配间隙角度下端壁的气膜冷却特性，使用压力扫描阀测量了主流进口雷诺数和叶片表面压力分布。通过数值计算模拟了实验叶片装配间隙的流动结构，得到了装配间隙冷气出流质量流量比及射流角度的气膜冷却特性。结果表明：在装配间隙冷气出流质量流量比为0.1%～1.0%的范围内，在相同射流角度下，增加装配间隙质量流量能够提升透平端壁气膜冷却有效度，并增大装配间隙下游出口气膜覆盖面积，冷气质量流量比为1.0%时端壁气膜冷却有效度达到最高。由于叶片端壁表面的压力梯度导致装配间隙出流集中在流道中部及出口位置。在研究的60°～90°射流角范围内，在相同质量流量比下，减小装配间隙射流角度能够有效提升端壁气膜冷却有效度，75°射流角相较于90°垂直入射条件下的气膜冷却有效度增加接近一倍；射流角为60°时端壁气膜冷却有效度达到最高。关键词：端壁;装配间隙;气膜冷却305|25|3更新时间：2025-07-09
- 摘要：为兼顾泵站运行效率与鱼类通过安全性,结合计算流体动力学、鱼类损伤模型、遗传算法寻优开展多目标优化研究。基于敏感度分析,分别优选了影响贯流泵性能和鱼类存活率的显著因素,采用最优拉丁超立方抽样、Kriging模型、NSGA-Ⅱ算法构建了多目标优化系统,通过分配权重因子得到了效率最优(A)、鱼类存活率最优(C)和两者兼顾(B)的3种寻优方案。结果表明:方案A效率较初设方案提升了5.2%,方案C鱼类存活率较初设方案提升了49.4%; 叶片包角、弦高、前伸角是影响水力性能的关键因素,叶片前掠角、前伸角、叶片厚度是影响鱼类存活率的关键因素,且前伸角对两者的作用效果相反; 撞击死亡率高度影响鱼类过泵存活率,而撞击概率对此影响较小,可通过加大叶片前缘厚度、增加叶片前掠角、降低前伸角来提升鱼类存活率。该研究成果应可为我国大型泵站群向生态水利方向发展提供参考。关键词：灯泡贯流泵;鱼类存活率;生态友好型设计;敏感度分析;多目标优化127|10|0更新时间：2025-07-09
- 摘要：为进一步强化前缘旋流冷却,解决目前燃气透平叶片前缘多级旋流冷却结构相邻级之间流动折转带来的高压力损失问题,并提高叶片前缘传热均匀度,在已有研究基础上提出了一种新型的异侧多级旋流冷却结构。建立了原始同侧多级旋流冷却结构和新型异侧多级旋流冷却结构的模型,采用三维定常数值模拟分析方法,在保持靶面温度不变的条件下,对比分析了多个进口雷诺数条件下不同旋流冷却结构的流动与传热特性。仿真结果表明:冷却气体通过切向喷嘴射入旋流腔内部形成高速旋流,显著提高强化传热能力; 对于单级旋流冷却,冷气的周向速度逐渐减小,轴向速度增大,横流逐渐形成,横流对下游射流产生冲击作用,削弱下游换热; 多级旋流冷却结构对于旋流腔内部横流可起到横流抑制作用,周向平均努塞尔数有明显提高,但原始同侧多级旋流冷却结构相邻级之间的流动折转带来了很高的压力损失; 异侧多级冷却结构在原有模型优点的基础上减少了22%的压力损失,改善了冷却气体分配的均匀度,实现了旋流冷却整体传热性能的进一步提升。关键词：叶片前缘;多级旋流冷却;强化传热;横流抑制65|23|0更新时间：2025-07-09
- 摘要：为了进一步优化现代先进燃机高压涡轮静叶前缘区域的冷却性能,基于NASA C3X叶型建立了上游腔室采用冲击冷却与气膜冷却组合的阵列冲击-气膜复合冷却静叶模型,采用流固共轭传热方法数值研究了涡轮静叶内部冷气的流动和传热特性,针对常用的冷气流量范围分析了引入二次冲击结构对静叶前缘冷却性能的影响。结果表明:二次冲击对靶面对流换热影响较小,但能有效提高冷气在整个流路中的对流换热强度,还能平衡不同区域气膜孔排的冷气流量分配。二次冲击有效降低了气膜孔附近的固体温度,尤其是对于气膜孔较密集的前缘。同时,在固体导热的作用下,气膜孔附近的低温区会影响到无气膜孔区域,降低整个固体域的温度。二次冲击显著改善了叶片上游表面尤其是前缘的复合冷却性能,其中,对上游表面的优化率大体上随冷气流量的增大先升高后降低,在质量流量比M为1.25%时最高,约为4.44%; 对前缘的优化率大体上随冷气流量的增大先降低后升高,在M为1.50%时最低,约为9.66%,在M为2.25%时最高,约为11.70%。关键词：静叶前缘;共轭传热;冲击冷却;气膜冷却108|23|0更新时间：2025-07-09
- 摘要：基于垂直肩壁凹槽状叶顶，提出肩壁向外倾斜以实现叶顶泄漏损失的控制，并对比了3种肩壁倾斜方式(压力侧倾斜、吸力侧倾斜、压力侧和吸力侧同时倾斜)和5种肩壁倾角(10°、20°、30°、40°、50°)的涡轮动叶倾斜肩壁凹槽状叶顶结构的泄漏流动特征和动叶出口总压损失分布。结果表明：压力侧倾斜肩壁阻碍了泄漏流从压力侧进入叶顶间隙，而吸力侧倾斜肩壁对泄漏涡产生压迫，泄漏涡朝远离机匣面和吸力面的方向偏移，3种肩壁倾斜方式均减弱了叶顶间隙泄漏流在叶顶间隙内的湍流耗散。当倾角较小时，泄漏流与主流的掺混损失因速度差的提高而增大，随着倾角继续增大，泄漏量的大幅下降弥补了速度差增大带来的负面效果，泄漏损失逐渐减小。对于压力侧和吸力侧倾斜肩壁凹槽叶顶，当倾角大于40°时，主流从吸力侧进入凹槽，加剧了下游区域的泄漏流动，叶顶泄漏损失反而增大。两侧倾斜肩壁凹槽状动叶叶顶具有最低的叶顶总压损失，相比垂直肩壁凹槽状叶顶下降了13%。研究内容为提高凹槽状动叶叶顶气动性能的肩壁结构设计提供了参考。关键词：凹槽状动叶叶顶;倾斜肩壁;气动性能164|18|3更新时间：2025-07-09
- 摘要：为进一步实现液体活塞在压缩空气储能过程全局热力性能的准确与快速评估,建立了基于容器尺寸(a)和喷淋参数(b)的储能过程热力性能无量纲评价模型,探究了压缩空气在近等温储能过程的热力性能变化特性,进而明确了液体活塞设备在近等温压缩空气储能系统中的重要地位。研究结果表明:无喷淋条件下,空气侧相对温度在无量纲a达到120时变化平缓,此时液体活塞可实现接近等温压缩,而较小的a会导致空气相对温度剧烈变化; 喷淋条件下,近等温压缩过程主要出现在压缩过程中期,且增加无量纲b导致a对空气侧相对温度的影响逐渐弱化; 液体活塞近等温压缩空气的理想运行效率可达到95%以上,而采用D155-30型号水泵驱动的液体活塞近等温压缩储能过程仅能实现66%的运行效率。关键词：压缩空气储能;近等温压缩;热力学评估;无量纲分析85|13|0更新时间：2025-07-09
- 摘要：为了有效解决汽轮机叶片的水蚀问题，提高汽轮机运行的安全稳定性，基于水蚀频发位置的结构特点和水蚀特征，提出一种叶片表面微结构的防水蚀方法。这类方法中所包含的叶片表面微结构能在不影响叶型性能的前提下达到较好的防水蚀作用。基于防水蚀机理、结构经济性等多方面考量，设计了沟槽、条纹、球窝、球凸和锯齿共5种表面微结构，并采用两种叶片材料制成标准件及5种带结构试件，在团队自主设计的水蚀测试系统内进行水蚀性能试验。提出平均体积损失作为评价不同结构试件水蚀特性的参数，并使用无量纲抗水蚀性能参数进行对比排序。研究发现：在叶片材料表面布置锯齿形微结构后，叶片材料表面的抗水蚀性能最好，其抗水蚀性能系数是平面的1.57倍；布置条纹、沟槽、球窝3种结构均能在不同程度上提升表面抗水蚀性能。研究结果可为实际叶片防水蚀提供参考。关键词：叶片;水蚀;表面微结构191|5|0更新时间：2025-07-09
- 摘要：为抑制水力机械中水翼绕流流场空化的形成和发展,通过对比分析NACA0009、NACA0012以及Clark Y 3种经典水翼不同攻角和空化数工况下的性能,获得型线优化思路,建立了新水翼。进一步地,在新水翼上布设多个流动控制结构,通过广义模式搜索算法进行快速优化设计,对空化流场进行整体控制和局部调控。研究结果表明:新水翼吸力面凸起高度介于NACA0012和Clark Y水翼之间,最大凸起高度位置后移; 新水翼的空化性能和水动力性能提升,升阻比最大提高48.8%,空泡脱落和回射流发展得到抑制; 在新水翼吸力面均匀布设的多个控制结构能够对回射流起到连续抑制作用,改善压力分布; 通过优化算法实现了控制结构设计的精准快速寻优,优化后的水翼性能得到了进一步提升,升阻比继续提高4.8%～13.6%,空化厚度与长度减小。型线优化和添加连续流动控制结构实现了空化流场的整体和局部控制,是提高水翼的空化和水动力性能的有效方法。关键词：空化;型线优化;流动控制结构;新水翼;优化算法108|90|0更新时间：2025-07-09
- 摘要：为厘清单螺杆压缩机喷液压缩过程中喷入液体的运动状态、弥散分布和成膜铺展特性,实现喷液参数的合理调控,根据单螺杆压缩机基本结构和多圆柱复合包络啮合副空间啮合原理,建立了单条螺旋槽道的三维空间扭曲槽道模型,并依据螺旋槽道几何特征及啮合副相对运动关系对模型进行了简化。基于简化模型,利用计算流体动力学软件开展了喷液压缩过程中工作腔内部水气液两相流动过程的数值模拟研究,分析了变工况下喷入液体在增压槽道内的弥散分布和成膜特性以及介质压力和温度、螺杆转动速度、喷液流量和速度等关键运行参数对其影响规律。研究结果表明:喷入的液体在壁面上汇聚成膜,随着腔内压力的上升,形成液膜平均厚度呈下降趋势; 腔内温度自80 ℃上升到200 ℃,液膜平均厚度变化不大,上下波动范围在8.3%以内; 螺杆转子转速过快或者喷液速度过慢都会使得喷入液体还未接触壁面就被星轮撵出槽道,进而降低压缩过程的冷却效果; 喷液流量的增大将有效提升形成液膜的平均厚度,可以有效防止泄漏。关键词：单螺杆压缩机;喷液;计算流体动力学;成膜特性51|5|0更新时间：2025-07-09
- 摘要：为阐明热声发动机交变流动换热器内基本换热与阻力特性,以10 kW直线热管耦合自由活塞斯特林发电机的发动机核心为例,对三维模型进行等效,分别利用Sage一维和CFD二维模型两种方法,对交变流动换热单元在额定工况下的沿程基本状态参数、时均能量的分布特征进行计算并比较。结果表明:Sage一维模型中的换热分布特征及换热总量均与CFD二维模型计算结果相近,即Sage一维模型可以较好地捕捉换热器内的瞬态与时均特征; 同时,Sage一维模型对换热器界面的突变截面损失则与CFD二维模型计算差异较大,可利用CFD二维模型的阻力计算结果,提出采用有效压降与有效速度获得突变截面处的局部阻力系数修正,并添加修正因子后代入Sage一维模型,可使Sage一维模型的阻力特性与CFD二维模型的阻力特性基本吻合。所得热声热机中换热器特性规律及分析方法同样可用于指导其他热声热机的相关研究与工程设计,具有一定的普适性。关键词：热声热机;交变流动换热器;换热特性;阻力特性;局部阻力修正49|13|0更新时间：2025-07-09
- 摘要：为了构建准确乙酸燃烧化学反应动力学模型，进行了乙酸基与O2及其分解异构化高精度的量子计算。利用CCSD（T）-F12/cc-pVTZ-F12//B2PLYPD3/cc-pVTZ算法，得到了反应体系势能面，并基于多参考态方法CASPT2/CBS//CASPT2/cc-pVTZ,获得无势垒反应势能面。通过气相单分子反应理论（RRKM）和主方程理论求解了温度和压力相关的速率常数，利用可变反应坐标过渡态理论求解无势垒反应乙酸基与O2加成反应的速率常数。结果表明：在低压或者高温条件下，超过99%的化学活化的O2CH2CO2H自由基直接分解为CH2O2H+CO2。随着压力升高，化学活化的O2CH2CO2H碰撞稳定后生成O2CH2CO2H,O2CH2CO2H则在后续反应中分解为CH2O2H+CO2。乙酸自由基在分解时，CO2+CH3产物通道占据主导地位。基于计算结果改进了原有乙酸模型，改进后的模型能够更好地预测层流燃烧速度，并且乙酸基存在更多的消耗路径，与量化计算结果一致。关键词：酸雨;乙酸;无势垒反应;主方程理论76|17|2更新时间：2025-07-09
- 摘要：为探究不同频率交流电场助燃的内在机制，利用定容燃烧试验平台比较了低频(40、60、80、100 Hz)和高频(15、20、25、30 kHz)交流电场对甲烷/空气稀薄燃烧(过量空气系数为1.2、1.4、1.6)火焰的影响，并利用机器学习方法对混合气的燃烧特征参数进行了预测研究。结果表明：低频和高频交流电场下，火焰在电场方向上均被拉伸，不同频率交流电场对火焰传播的促进效果处于同一量级，但低频交流电场下的火焰锋面更加稳定；高频交流电场对燃烧特性参数的影响更加显著，其对应的压力峰值和压力升高率峰值均比低频交流电场下变化更大；采用支持向量机方法构建的平均火焰传播速度和燃烧压力峰值的预测模型相关系数均高于0.998,平均绝对百分比误差和希尔不等系数分别小于1.093%和0.007,均具有良好的预测性能和泛化能力。研究进一步验证了低频和高频交流电场的助燃机制，证实了机器学习方法应用于基础燃烧特征参数预测的可行性，丰富了电场助燃理论。关键词：电场辅助燃烧;双离子风效应;电化学效应;机器学习;支持向量机76|6|0更新时间：2025-07-09
- 摘要：为探究固空形成过程中枝晶微结构演化和氧溶质非均匀分布规律，建立了描述固空枝晶生长凝固过程中枝晶形态演化和氧溶质分布的定量相场模型(QPFM),应用该模型对连续冷却条件下的固空单枝晶和多枝晶生长行为特性进行了研究，选择了两条特殊位置曲线定量表述氧溶质分布规律。结果表明：枝晶形态随初始过冷度增大而变得复杂，二次枝晶臂更为发达；氧溶质质量分数呈现枝晶内部贫氧外部富氧的分布特征，沿一次枝晶臂和二次枝晶臂的轴线形成了氧溶质质量分数较低的脊柱；多枝晶的相互作用破环了枝晶的对称形态；连续冷却条件下，固空枝晶二次枝晶臂随时间增长逐渐粗化、融合，固相率和最大氧溶质质量分数分别持续增长到最大值0.911 1和0.840 6;枝晶之间的间隙阻碍了氧溶质的扩散，使得氧溶质质量分数由单枝晶时的0.402升至多枝晶时的0.668。研究可为液氢系统的安全使用提供理论指导。关键词：固空枝晶;定量相场法;氧溶质分布;形态演化60|12|1更新时间：2025-07-09
- 摘要：为了确保超临界二氧化碳再压缩布雷顿循环直接冷却核能系统在变负荷工况下的安全经济运行，利用稳态和瞬态回热器换热实验验证了自主研发的瞬态分析程序SCTRAN/CO2在预测布雷顿循环动态特性方面的可行性，并以该程序作为分析工具，开展了超临界二氧化碳再压缩布雷顿循环核能系统分别在反应堆反应性扰动和二次侧冷却水流量扰动两种典型瞬态工况下的开环动态特性研究，开发了主压缩机入口温度恒定、堆芯出口温度恒定及改变循环工质装量的负荷运行策略，研究了系统在100%～50%～100%变负荷工况下的瞬态响应。结果表明，装量控制策略能实现以额定满功率5%/min的速率追踪负荷，并保证系统安全经济运行。此过程中，堆芯压力波动0.6 MPa,堆芯出口温度波动不超过5℃。研究获得的瞬态分析工具、开环特性和控制策略为此核能系统的负荷运行策略研究提供了参考。关键词：超临界二氧化碳直接冷却反应堆;再压缩布雷顿循环;动态特性;负荷运行策略58|23|2更新时间：2025-07-09
- 摘要：针对支撑结构的引入对靶丸温度分布产生扰动这一问题,建立带不同靶丸支撑结构的三维低温靶模型,基于离散坐标辐射模型和Boussinesq假设,研究了支撑结构对靶丸温度特性的影响,并对比了不同支撑结构靶丸温差对黑腔内氦气压力变化的敏感程度,最后针对泡沫垫衬薄膜支撑研究了泡沫材料参数的影响规律。结果表明:支撑膜能显著降低黑腔内自然对流强度,薄膜支撑与两极支撑靶丸温度均匀性优于无支撑膜的充气管支撑和支撑杆支撑,薄膜支撑相比两极支撑靶丸温度均匀性略高; 充气管直径越大,靶丸温度均匀性越差。基准工况下,薄膜支撑靶丸外表面最大温差最小,温度均匀性最好,两极支撑、充气管支撑及支撑杆支撑最大温差较薄膜支撑分别增大了5.92%、32.71%及17.99%; 氦气压力升高,靶丸外表面温度均匀性逐渐恶化,薄膜支撑和两极支撑靶丸温差对氦气压力变化的敏感度更低; 对于泡沫垫衬薄膜支撑,通过选用导热系数较大的泡沫材料并减小其厚度可获得较好的靶丸温度均匀性。该计算结果可为靶丸支撑结构的工程设计提供一定的理论支撑。关键词：低温靶;支撑结构;温度特性;数值模拟49|56|0更新时间：2025-07-09
- 摘要：针对现有点云识别与分割算法因忽视点的位置特征和局部几何特征关系而导致难以捕获具有鉴别力的局部几何信息的问题，提出基于位置关系深度残差神经网络的三维点云识别与分割算法。将原始点云嵌入到高维空间并获取其高维特征；将点云的高维特征输入位置关系卷积实现局部邻域内当前点特征与位置几何特征的信息交流，并通过深度残差模块强化提取到的深层语义特征，分层重复以上步骤可逐步得到点云的高级上下文语义特征；通过全连接层与解码器，得到点云的识别与分割结果。实验结果表明，所提算法在ModelNet40点云分类数据集的识别精度达到了93.9%,在ShapeNet Part点云部件语义分割数据集的平均交并比达到了86.0%。所提算法能够提取三维点云的关键特征信息，具有较好的三维点云识别与分割能力。关键词：三维点云;位置关系卷积;残差网络;模型识别;语义分割84|4|5更新时间：2025-07-09
能源与动力
- 摘要：为了有效识别环状直流配电网中的故障,提高直流配电网保护的可靠性、选择性、速动性和灵敏性,保证系统的稳定运行,提出一种利用改进变分模态分解(VMD)突变能量的线路纵联保护方法。因为VMD算法需要先设置模态数,且模态数与分解效果息息相关,所以首先利用麻雀搜索算法(SSA)找到VMD算法合适的模态数,使得在此参数下的分解效果最优。然后根据线路首末两端突变能量的差异,构造保护方案。将故障时采集的电压、电流故障分量进行SSA-VMD分解,得到若干模态分量并计算其突变能量。根据区内、区外的突变能量大小差异构造区内、外故障判据,由故障时正负极的突变能量比值差异构造故障极判据。在PSCAD/EMTDC中搭建环状直流配电网模型,利用MATLAB进行保护方法验证,结果表明:在不同故障类型下,所提方法均可在3 ms内快速可靠动作; 可以识别区内外故障并实现故障选极,保护线路全长; 可耐受过渡电阻20 Ω,耐受过渡电阻能力强; 在40 dB噪声情况下,依旧可以识别故障,有一定的抗干扰能力。关键词：直流配电网;变分模态分解;麻雀搜索算法;突变能量;继电保护52|12|0更新时间：2025-07-09
- 摘要：为了优化空心阴极结构中有机气体放电制备类金刚石薄膜的放电电压形式,掌握放电等离子体组分及能量特性,采用直流和重复频率脉冲两种外施电压形式,运用发射光谱诊断法结合数值仿真研究了不同放电电压形式下空心阴极甲烷放电等离子体组分特性。研究结果显示,放电平均电流接近时,直流电压作用下的甲烷分子解离程度比重复频率脉冲电压作用下更高。升高直流电压或脉冲电压幅值,增加脉冲宽度,提高脉冲频率,均可促进甲烷分子解离。不同放电电压形式下甲烷放电等离子体中的单碳离子比例差异较大,重复频率脉冲电压作用下,放电等离子体未充分发展,且电子能量更高,利于单碳离子的生成,使单碳离子比例更高。同时,利用减速电场法获得了不同放电电压形式下到达基底的离子能量分布情况,发现重复频率脉冲电压作用下的离子能量更高,并呈双峰分布,直流电压作用下离子能量呈单峰分布。离子能量与外施直流电压或脉冲电压幅值呈正相关性。关键词：类金刚石薄膜;放电电压形式;甲烷分子解离程度;单碳离子比例;离子能量分布41|50|0更新时间：2025-07-09
- 摘要：针对现有Wi-Fi感知技术的手势识别研究中存在因感知特征辨识度较低及难以提取而导致识别准确率不高的问题,在对感知数据进行多维重构并施以二维离散小波变换的基础上,提出了一种基于卷积神经网络的高精度手势识别模型WiGNet。首先,在对信道状态信息影响因子分析的基础上,提取振幅数据作为手势识别的基础数据; 其次,将感知数据重构为多维矩阵形式,以充分提取手势动作的时空特征; 然后,对重构数据在时间和空间维度上进行二维离散小波变换,以实现感知数据的降噪和平滑; 最后,使用神经架构搜索技术优化网络深度以及卷积核个数的合理化配置,并提出较好适配重构数据的手势识别模型WiGNet。实验结果表明:对感知数据进行二维离散小波变换后,特征辨识度和模型整体运算速度均有显著提升; WiGNet在自建数据集上和公共数据集上的平均识别准确率分别达到98.1%和96.0%,均优于同类模型。此外,WiGNet在实现高精度手势识别的同时,还能保持较快运算速度,并兼具一定的鲁棒性。关键词：信道状态信息;手势识别;二维离散小波变换;卷积神经网络41|19|0更新时间：2025-07-09
- 摘要：为了通过短线交易获取对标股票指数的超额收益,提出一种基于机器学习的股票指数增强型量化交易策略,并实现程序化自动交易。首先生成股票指数的初始特征集,通过最大互信息系数法筛选得21维特征; 然后设计双阈值涨跌不平衡标签与3种预测分类方式(T、B-B、B-T),组合构建不同机器学习模型,并对比择优得到多空交易方向的最优机器学习模型分别为LSTM-B-T模型与RF-B-T模型; 接着设计基于日内涨跌幅的二维伽马函数; 最后使用经二维伽马函数计算得到的类概率判别阈值与最优机器学习模型预测的类概率进行涨跌类别判定,得到交易信号。将该策略应用于中证500指数的股指ETF进行回测与模拟盘交易验证,实验结果表明:相较于随机建仓策略,采用该策略使交易评价指标得到整体性提升; 在回测与为期3个月的模拟盘交易验证中使用该策略均能获得对标指数的理想超额收益,分别为11.24%、11.08%。关键词：股票指数;指数增强;量化交易;程序化自动交易;二维伽马函数;机器学习48|44|0更新时间：2025-07-09
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