上海交通大学学报

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次级燃烧对轴向分级燃烧室燃烧特性影响的试验研究

隋永枫, 张宇明, 臧鹏, 贾玉良, 衡思江, 傅燕妮, 葛冰

2024,58 (8): 1139-1147.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.076

摘要 ( 311 )

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PDF(4916KB) ( 539 )

为了获得燃气轮机轴向分级燃烧室非预混燃烧模式下次级燃烧对排放和燃烧振荡特性的影响规律,探索燃料轴向分级条件下稳定低排放的升负荷方式,选用某型F级燃气轮机轴向分级燃烧室开展试验研究.试验结果表明:较低燃烧室出口温度下加入次级燃料会抑制CO的消耗,导致CO排放急剧增加;次级燃料的加入以及次级当量比的增高会导致NO_x排放降低,但负荷增加会削弱次级燃烧降低NO_x排放的能力.次级燃料的加入以及次级当量比的增高会抑制较低频带(75~90 Hz)内的燃烧振荡;当次级当量比高于阈值(0.19)时,次级燃料的加入才会对较高频带(175~210 Hz)内的燃烧振荡起到抑制效果.此外,综合考虑次级燃烧对排放和燃烧振荡影响规律,获得了轴向分级燃烧室在较高负荷区间(20%~50%负荷)内的低排放、稳定燃烧的运行范围和升负荷方式,为机组升负荷过程中的稳定低排放运行提供参考.

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煤直接、间接液化柴油及其混合燃料液滴的蒸发特性

沈钰焜, 王继刚, 乔信起

2024,58 (8): 1148-1155.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.195

摘要 ( 146 )

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PDF(4746KB) ( 198 )

为研究煤直接和间接液化柴油(DDCL、DICL)及其混合燃料液滴在不同环境温度下(500、600和700 ℃)的蒸发特性,利用基于悬挂法的液滴蒸发试验装置,采用交叉石英丝悬挂液滴,通过燃料设计方法,将DDCL和DICL按29∶21的质量比混合后可获得与柴油理化特性非常相近的燃料.研究显示,DDCL、DICL及其混合燃料液滴蒸发规律与柴油相似,均呈现两阶段蒸发.在600 ℃以下与经典d²定律(d为液滴直径)存在较大偏差,随环境温度的升高,与d²定律的偏差逐渐缩小.在以上3种环境温度下,混合燃料液滴均表现出的蒸发性能优于柴油,分别比柴油的平均蒸发速率高27.2%、46.3%和19.6%.研究结果为煤液化柴油在柴油机上的应用提供支撑数据.

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烟气再循环联合循环中燃气轮机温度控制方案

李柯颖, 陈鲲, 江泽鹏, 李超, 郭孝国, 张士杰

2024,58 (8): 1156-1166.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.126

摘要 ( 179 )

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PDF(3707KB) ( 205 )

在部分负荷工况下,采用余热锅炉排气再循环与压气机进口导叶调节联合应用(EGR-IGVC)策略,可有效改善燃气轮机联合循环性能.但此策略若配合联合循环电站部分负荷工况中燃气轮机常采用的等T3(透平入口温度)-T4_m(透平排气温度最大允许值)温控方案,在较低负荷下会造成较大的底循环㶲损失,底循环做功能力下降明显.提出了一种更适用于EGR-IGVC策略的等T3-T4_m-T4_d(透平排气温度设计值)温控方案,以PG9351FA型燃气轮机联合循环为研究对象,采用能量与㶲分析方法,对比研究了EGR-IGVC策略配合两种温控方案时的联合循环部分负荷性能.研究结果表明,当环境温度为15 ℃,部分负荷率在80%负荷以上时,EGR-IGVC策略配合等T3-T4_m方案效果仍为最佳;在30%~80%负荷时,与配合等T3-T4_m方案相比,EGR-IGVC策略配合等T3-T4_m-T4_d方案可使燃气轮机效率提高0.15~0.47个百分点,余热锅炉㶲损失减少0.51%(2.15 MW)以上.研究亦表明,当环境温度在0~40 ℃间变化时,采用等T3-T4_m-T4_d方案总能获得更高的联合循环效率,且随环境温度上升,部分负荷效率增幅更为明显.

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非平衡等离子体预处理对丙烷/空气混合气燃烧特性的影响

熊勇, 赵庆武, 刘澎, 刘静远, 程勇

2024,58 (8): 1167-1178.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.464

摘要 ( 137 )

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PDF(20291KB) ( 178 )

探索在内燃机缸内压力较低时利用非平衡等离子体对缸内工质进行预处理,改善燃烧过程的可行性.在初始压力为0.1 MPa,初始温度为303 K,当量比为1的丙烷/空气混合气中,基于高频纳秒脉冲驱动沿面介质阻挡放电等离子体发生系统,在定容燃烧弹中研究不同点火间隔和放电脉冲数下非平衡等离子体预处理混合气的放电形态与能量特性及其对燃烧的影响.放电试验表明:单脉冲能量约为5.2 mJ,平均功率为30 kW;脉冲间隔80 μs的80个脉冲能产生约40个放电通道.预处理混合气试验表明:混合气经过脉冲间隔80 μs的80个脉冲处理后,燃烧持续期缩短1.33 ms,缩短了16%;随着放电脉冲数的增加,燃烧持续期先线性降低,然后趋于稳定;随着点火间隔的增大,燃烧持续期延长.

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甲烷/氢气混合燃料贫预混旋流燃烧特性数值研究

王鑫慈, 刘爱虢, 吴小取, 张云杰

2024,58 (8): 1179-1187.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.502

摘要 ( 137 )

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PDF(22873KB) ( 1070 )

采用数值模拟的方法,对燃气轮机燃烧室使用甲烷/氢气混合燃料时的混合比例对燃烧室的燃烧特性和污染物排放特性的影响开展了研究.结果表明:由于燃烧化学反应的作用,冷态和热态流场结构存在一定的差异,热态流场流速增高,回流区变大.氢气含量对燃烧室内热态流场的结构和温度分布特性会产生明显影响,氢气含量小于20%时形成中心回流区,可以维持稳定燃烧;氢气含量大于40%时,中心回流区消失,角回流区延长,出现了不同程度的自燃和回火现象;燃烧室进气温度越高自燃现象越明显,进气温度越低回火现象越明显;NO_x排放量随着氢气含量增加而增大,CO排放量随着氢气含量增加而减少,CO集中分布在主燃级燃烧区.

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尾水管内气液两相流动测量

李金凤, 陈武光, 张正川, 徐用良, 李开盈, 尹俊连, 王德忠

2024,58 (8): 1188-1200.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.091

摘要 ( 115 )

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PDF(65901KB) ( 233 )

当水轮机在部分负荷工况下运行时,尾水管内会形成不稳定的螺旋涡带流动,导致严重的流量不平衡,进而影响系统动态特性.获取尾水管内完整的气液两相流动,是分析涡带生成和发展机理从而对其进行有效控制的基础.为此,本文突破传统测量技术在气液两相流测量中的局限性,结合粒子图像测速和脉冲阴影技术,同步测量液相速度场和两个垂直方向的涡带形态.分析不同涡带形态的演化过程,进一步通过图像处理获取螺旋涡带的直径和空间信息,实现单螺旋涡带的三维重建,得到单螺旋涡带清晰的三维形态和旋转进动过程.最后对尾水管内呈现单螺旋涡带时的液相速度场进行分析,并将液相速度场与涡带的三维形态进行空间关联分析.实验研究表明:尾水管内涡带呈现单螺旋、双螺旋、气芯堆叠3种形态的不稳定循环流动演化,单螺旋涡带局部一分为二时,会转化为双螺旋涡带;单螺旋涡带局部螺旋升角不断减小时,会发生涡带堆叠破裂;尾水管内呈现单螺旋涡带时,涡带整体随液相主流绕中心轴线旋转进动,同时涡带自身局部存在绕某一轴线的旋转,涡带形态的螺旋旋向与整体旋转进动的螺旋旋向相反.流动根据轴向速度分为外围主流区和中心滞止区两部分,主流区和滞止区之间的剪切层卷起形成旋涡,液相旋涡的位置决定了螺旋涡带的空间形态.

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基于组合边界条件的固体材料热扩散系数测试方法

陈清华, 吴佳乐, 陆育, 季家东, 刘萍

2024,58 (8): 1201-1210.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.018

摘要 ( 123 )

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PDF(5652KB) ( 137 )

提出了一种组合边界条件下结合传热反问题思想测算固体材料热扩散系数的方法.建立了正问题理论模型,基于有限体积法和交替方向隐式方法的思想利用MATLAB软件对正问题温度场进行数值求解,利用共轭梯度法结合软件编程求解反问题,反演得到材料的热扩散系数.设计了实验方案并搭建了完整的测试系统,利用测试装置对亚克力板(PMMA)、硼硅玻璃(Pyrex7740)、大理石3种材料进行了综合实验,结果表明导热系数测试结果与文献值的最大相对偏差为3.45%,小于5%,验证了测试方法和装置的可行性与准确性.进一步对PMMA热扩散系数实验的不确定度进行了分析,得到扩展不确定度为4.86%,处于较低水平,说明实验数据可靠,测试方法科学.

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生产调度与可靠性耦合的变工况再制造系统维护建模

肖常胜, 周晓军, 祝米鑫

2024,58 (8): 1211-1220.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.113

摘要 ( 138 )

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PDF(2389KB) ( 190 )

针对变工况下的多工序再制造系统,提出生产、设备衰退和系统维护之间的耦合建模方法.首先引入考虑设备可靠性的动态生产优先级并据此生成生产调度计划,进而基于变动生产计划建立设备的变工况故障率模型,在此基础上,考虑生产的动态性和设备衰退的不确定性,构建基于双生产周期优化的再制造系统动态维护决策模型.算例分析表明,该模型可有效提高系统生产净收益且相对于传统生产和维护决策方法更具优势.

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基于优先权与双可变时间窗的大型热轧生产线机会维护建模

毛雯欣, 周晓军

2024,58 (8): 1221-1230.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.173

摘要 ( 57 )

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PDF(1391KB) ( 76 )

为解决大型热轧生产线日常动态维护和支撑辊定期更换带来的维护需求差异问题,综合考虑长距离条件下的维护资源及停机时间限制,引入维护优先权规则识别部件的组合维护判断次序,构建双可变时间窗规则辨别部件是否维护并区分维护需求,进而建立系统整体动态机会维护模型.实例分析表明,该模型可有效解决维护资源和停机时间限制下大型热轧生产线的差异化维护调度问题,且比传统基于时间窗的模型更具成本优势.

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仿人表情机器人的下颌机构设计与运动

赵威, 袁绍珂, 李忆楠, 费燕琼

2024,58 (8): 1231-1239.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.469

摘要 ( 149 )

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PDF(26383KB) ( 246 )

针对目前仿人表情机器人口部运动模式单一的问题,基于人类下颌的解剖学运动机理,设计了一种新颖的多自由度仿生下颌机构.建立了仿生下颌机构的逆向运动学模型,分析了其运动模式,实现了仿生下颌机构在空间中的多自由度运动.对多自由度仿生下颌机构进行了多刚体仿真,并通过实验验证了其可行性.仿真和实验结果表明,基于逆向运动学模型,该机构可以模拟人类下颌的张合、前推、偏移3种基本运动模式,以及咀嚼、咬唇等口部复杂运动模式,弥补了现有仿人表情机器人口部运动模式受限的问题.

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轨迹可控的微型水母机器人研制

王琦, 李绿洲, 董旭, 袁宁一, 丁建宁

2024,58 (8): 1240-1248.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.135

摘要 ( 105 )

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PDF(34182KB) ( 120 )

为解决微型机器人在较小机身尺寸下实现高效轨迹控制的难题,设计并研制了微型仿水母机器人JRT,其由气室、重心调整机构和仿水母推进器三部分组成,尺寸仅为⌀6.8 cm×5.3 cm,可通过重心调整机构和仿水母推进器协同控制有效实现水下轨迹可控.水下实验验证了机器人JRT沿竖直方向游泳和悬停、水平定向游泳以及水平弹射功能,并通过对机器人JRT沿竖直方向和水平方向游泳过程中的力平衡关系和运动状态数据分析提出了轨迹控制方案,测得水平定向游泳的速度可达到1.7 cm/s,轨迹偏差为0~3.4 cm,展现了微型仿水母机器人JRT较好的轨迹控制能力,可见其在水下资源勘查、环境监测等领域的应用潜力.

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基于多源异构数据的风机多模态装配工艺知识图谱建模

胡志强, 刘鸣飞, 李琦, 李心雨, 鲍劲松

2024,58 (8): 1249-1263.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.062

摘要 ( 356 )

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PDF(11842KB) ( 1414 )

风力发电机装配工艺信息通常分散于以三维模型、自然文本、图像等多模态信息构成的工艺文件中,导致数据维护和工艺知识获取成本高、效率低.针对这一问题,提出一种基于多源异构数据的风力发电机多模态装配工艺知识图谱建模方法.首先,分析工艺特点给出风力发电机多模态知识工艺图谱(MPKG-WT)中各类概念,完成图谱本体构建;其次,基于多源异构数据及各模态特点,利用数据分析、知识抽取和语义相似度计算等技术实现图谱的自动实例化;最后,以某风力发电机企业装配工艺数据为例,实现MPKG-WT构建,并开发辅助装配工艺设计系统进行验证.研究结果表明,MPKG-WT较单模态图谱蕴含更丰富的知识,且不同模态数据之间能够互补,显著提升装配工艺设计效率.

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机载批量灭火袋高空抛洒落地分布特性的模拟与实验验证

吴洋, 林东, 孙浩然, 吴成云, 屈元元, 李旋, 胡海涛, 陈迎春

2024,58 (8): 1264-1270.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.014

摘要 ( 141 )

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PDF(1609KB) ( 392 )

为了对灭火飞机高空抛洒系统进行优化设计,必须建立反映飞行过程机载批量灭火袋高空抛洒落地机理的模型.基于离散元方法和计算流体力学方法,建立了机载批量灭火袋高空抛洒落地特性机理模型,获得不同飞行速度和高度下的灭火袋抛洒特性及落地分布,通过实验对模型进行了验证.抛洒落地分布的模拟结果与实验数据偏差在20.0%以内.研究成果为飞机高空灭火系统研制提供理论模型,以显著提升灭火飞机喷洒系统的灭火效果.

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基于Benders分解和分枝定界的随机交期批量流流水车间调度

石亚东, 刘冉, 王铖恺, 吴泽锐

2024,58 (8): 1271-1281.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.070

摘要 ( 197 )

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PDF(1434KB) ( 428 )

针对交期随机的批量流车间调度问题,以最小化工件延期期望之和为目标,推导出工件交期符合3类经典随机分布条件下问题目标的闭式计算表达式.建立考虑换模时间与随机交期的问题数学模型,针对模型高度非线性特征对其线性化.设计一种基于逻辑的Benders分解(LBBD)与分枝定界相结合的优化算法,提出两种有效加速策略提升算法求解效率.数值实验结果验证了算法的有效性,通过随机交期与确定交期结果的比较,验证了考虑随机的必要性.

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利用代数-阿基米德双螺线构建变截面涡旋齿组合型线

闫敏, 刘涛, 麻德权, 党旭

2024,58 (8): 1282-1289.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.532

摘要 ( 239 )

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PDF(1811KB) ( 277 )

变截面涡旋机械组合型线由于不同类型曲线采用不同的模型参数,型线的数学模型较为复杂且连接条件不易通过显性计算获得.针对上述问题,提出由代数螺线-阿基米德螺线双螺线组合的新型涡旋型线.首先,基于共轭啮合理论求解螺线类涡旋型线曲线极角与主轴转角之间的关系,推导出螺线类涡旋型线的归一化数学方程.其次,根据组合型线的光滑连接条件建立双螺线涡旋型线连接点的约束方程,得到两类双螺线涡旋型线的几何模型.然后,定量分析了第一类双螺线组合型线参数(螺线指数、螺线系数和连接点极角)对涡旋齿几何性能的影响.最后,对比研究了双螺线组合涡旋型线的性能优势.结果表明:第一类双螺线组合型线几何表征简洁、无需进行齿头型线修正即可直接使用;在涡旋齿径向尺寸相同条件下,与传统圆渐开线涡旋齿相比,行程容积提升了7.61%,压缩比提升了27.42%,面积利用系数提升了7.61%.

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核反应堆堆芯吊篮压紧弹簧松弛特性

杨泰波, 刘佳鑫, 彭志科, 罗能, 刘才学

2024,58 (8): 1290-1296.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.024

摘要 ( 171 )

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核反应堆中堆芯吊篮的稳定性是反应堆正常运行的保障和前提.压紧弹簧作为堆芯吊篮的约束与支撑直接影响堆芯吊篮的振动特性.在高温、辐射等恶劣工况下,压紧弹簧力学性能会发生如应力松弛的退化,影响堆芯吊篮振动以及反应堆运行安全,因此需要对堆芯吊篮压紧弹簧松弛特性展开研究.首先,建立堆芯吊篮及压紧弹簧在内的装配体有限元模型,利用湿模态法分析并获得压紧弹簧松弛情况下的堆芯吊篮梁式模态振动频率的变化.然后,开展堆芯吊篮压紧弹簧松弛试验,试验结果验证了模型的有效性.进一步利用仿真模型生成更多压紧弹簧松弛影响下的堆芯吊篮梁式模态频率数据,结合试验数据建立堆芯吊篮压紧弹簧松弛程度识别的数学模型,为反应堆堆芯吊篮压紧弹簧松弛劣化监测奠定了技术基础.

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