螺旋折流板换热器板参数的简明空间解析

螺旋折流板换热器的折流板在实际生产加工中多采用两种形式,一种是在管束截面上投影为1/2圆的半椭圆形结构,另一种是在管束截面上投影为1/4圆的准扇形结构,两种不同类型和结构的折流板以及螺旋倾角的不同对壳程流体产生作用的效果也不尽相同。     

利用遗传算法优化神经网络超参数（英文）

目的:证明超参数优化对深度能量方法(DEM)精度的影响以及DEM在预测不同荷载作用下梁和板等结构的应力分布方面的能力。创新点:1.为了提高DEM的准确性,各种超参数组合被输入遗传算法(GA)并找到最佳组合。2.为了防止重复计算以及提高这种元启发式算法的效率,GA过程中还考虑了超参数组合的禁忌列表。方法:1.实施非均匀有理样条(NURBS)以生成穿过结构体和边界的积分点。2.采用DEM计算位移和应力分布。3.利用遗传算法优化DEM的超参数,以对模型在预测结构内应力和位移传播的准确性方面具有显着影响。结论:1.在不同的优化器和激活函数中,Adam和L-BFGS-B方法以及Re LU2函数的组合使得DEM模型的准确率最高。2.其他对模型预测准确性有影响的超参数包括隐藏层的数量、每层神经元的数量以及通过上述结构集成的点数。3.优化DEM的超参数可以使相对应变能误差降低近50%,提高了DEM模型对应力和位移分布的预测能力。     

基于数值计算方法的翼型参数化、建模与优化研究（英文）

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。     

一个结构性软土参数的确定方法（英文）

目的:软土流变和结构破坏的相互耦合导致结构性软土的参数难以准确得到。本文拟建立一个有效的参数确定方法,期望仅基于常规的室内试验得到可靠的、合理的本构参数。创新点:1.通过采用优化方法来实现结构性软土参数的确定;2.仅基于常规的室内试验得到本构参数;3.采用最近提出的考虑各向异性、流变和结构破坏的超应力本构模型。方法:1.建立数值模拟和试验数据之间的误差计算公式;2.通过流变本构模拟室内常规试验,并计算模拟误差;3.采用下山单纯形法(simplex)优化方法,寻找模拟误差的最小值;此最小值对应的这组模拟参数即为土体的最优参数;4.利用最优参数模拟其他类型的试验,验证参数的合理性和可靠性。结论:本文提出的优化程序可以有效的找到结构性土体的流变和结构破坏参数,并且找到的参数非常的合理。     

通过新型轻量化参数优化方法比较激光选区熔化部件设计的不同细胞结构（英文）

目的:1.提出一种在外型不变的部件内模拟不同细胞结构的方法;2.发展激光选区熔化(SLM)部件轻量化参数设计的新方法;3.利用这一方案实现优化设计并比较不同细胞结构的质量。创新点:1.提出基于拉丁超立方实验设计、遗传算法、克里金元模型和有限元方法的轻量化优化方案;2.该方法可通过较少的采样获得良好的结果并能克服几何奇点(内部网格细化算法)的问题。方法:1.进行内部细胞结构的生成和参数化;2.根据输入数据(设计变量和约束条件等)采用拉丁超立方实验设计模拟所选样本;3.利用先前的数据创建克里金元模型并利用预测的元模型来计算遗传算法演化过程中的适应函数;4.将模拟实现的优化结果添加到数据中更新元模型,并通过数次重复迭代提高元模型的准确度直至误差小于5%;5.将这一概念应用于不同的几何结构,然后通过SLM加工制造优化后的几何结构,并在弯曲载荷下进行测试。结论:1.该优化算法通过适当的参数化克服了SLM技术的相关限制,可适用于SLM部件的优化;2.立方单元格在计算机辅助设计定义、参数化和时间优化等方面有一些优势,但和有限元分析的估计结果相比,其存在的缺乏坚实支撑的水平条(悬挂结构)会造成机械性能损失;3.将立方单元结构与用户自定义的参数化增强相结合可以得到更有效的设计结果(更高的比刚度),但更多的设计变量也延长了所需要的优化时间。     

波形折流杆换热器的开发和工业化实验研究

The conventional heat exchanger with segmental baffles is prone to bring forth fluid-induced vibration of heat transfer tubes and increase the pressure drop of shell-side greatly at higher fluid flow velocity. In order to avoid the above defects, the ROD-baffle heat exchanger has been developed. However, its collocation of heat transfer tubes is conventionally in square, which leads to fewer heat transfer area per unit volume. Based on the ROD-baffle heat exchanger, a new type curve-ROD baffle has been developed, and an industrial investigation of the curve-ROD baffle heat exchanger with normal triangular collocation has been carried into execution. In this paper, two equations using the Reynolds number were acquired to predict the heat transfer coefficients of the shell-side and tubeside. The experimental results show that the shell-side heat transfer and pressure drop characteristics of the curve-ROD baffle heat exchanger are superior to those of the segmental baffle one.     

基于数值模拟的低温风洞羽流扩散过程的参数敏感性分析（英文）

目的:低温风洞运行时大流量低温氮气被排放到大气环境中,对周围环境造成潜在的低温、缺氧危险。本文旨在研究羽流扩散过程中各变量(环境风速、环境风温度、相对湿度和排气出口流速)对羽流沉降的影响。创新点:采用考虑相变的低温羽流扩散模型,通过数值模拟对影响羽流扩散的各参数进行敏感性分析。方法:1.基于Hertz-Knudsen关系修正,考虑空气中水的相变,构建低温羽流扩散的数值模型;2.对照美国National TransonicFacility的羽流扩散数据和NASA的二阶分析模型的计算结果,验证本文所采用的数值模型的准确性;3.利用数值模拟,比较不同排放条件下近地面的最低氧含量和最低温度,并对各变量进行敏感性分析。结论:1.考虑相变的羽流扩散数值模型,相比NASA的二阶分析模型拥有更好的准确性。2.对于0.3m低温风洞的羽流扩散,高环境风速有利于羽流消散;高环境温度和高相对湿度能提升近地面的最低温度,但对近地面的最低氧含量影响甚微。3.当排气速度小于2 kg/s时,排气流速增大不利于羽流消散;当羽流速度大于2 kg/s时,排气流速增大有利于羽流消散。     

基于支板的超燃冲压发动机燃烧室模态转换过程参数化研究（英文）

目的:超燃冲压发动机燃烧室中氢气的燃烧性能引起了研究者的广泛兴趣。本文旨在探讨不同压比下超燃冲压发动机燃烧室的燃烧性能以及壁面凹腔的影响,为双模态超燃冲压发动机燃烧室设计提供参考。创新点:1.研究压比变化过程中超燃向亚燃的转换过程;2.研究壁面凹腔设置对模态转换过程的影响。方法:采用数值模拟方法研究不同来流条件下,压比和壁面凹腔设置对基于支板的超燃冲压发动机燃烧室中模态转换过程的影响。结论:1.壁面喷注压强对流场结构影响很大,特别是对于亚燃到超燃的模态转换过程和燃烧性能,当壁面喷注压强大约为支板喷注压强一半时,效果最好;2.壁面凹腔能帮助稳定流场,但也会带来一定的混合效率和燃烧效率损失,同时壁面凹腔能帮助延迟从超燃模态向亚燃模态的转换时间,这也从一定程度上说明带凹腔的燃烧室更加适合于超燃模态。     

基于动态仿真与路网优化的疏散区域确定方法（英文）

在确定的突发事件危险区域与疏散需求基础上,提出了基于动态仿真与路网优化的疏散区域确定方法.该方法包含3个模块:运用车道反向设置与消除交叉口冲突综合策略,对疏散区域内的路网进行优化;应用基于元胞传输模型的动态疏散仿真模型,对待疏散车辆在疏散区域内路网上的动态运行状况进行模拟,获取临界交叉口车辆到达的估计值和待疏散车辆离开危险区域的时间,并对当前疏散区域范围的设置进行反馈;基于疏散车辆到达临界交叉口的状况,计算临界交叉口延误,并将其作为该交叉口是否仍旧为下一次迭代的临界交叉口的判定值.通过迭代,疏散区域范围逐渐扩大,最终确定合理的疏散区域与区域内的路网优化方案.应用上述模型与迭代算法,基于南京奥体中心周边停车设施、道路网络分布与道路基础设施现状调查,获取疏散状况下的疏散区域与路网重构方案,验证了所提方法的有效性.     

基于伴随求解的核主泵轴向力优化方法（英文）

目的:核主泵轴向力过大容易造成水润滑轴承磨损,因此在保证扬程和效率性能的同时需要降低核主泵轴向力。本文旨在建立目标性能与叶轮几何形状的函数关系,探究基于伴随求解的扭曲叶轮的变形方案,在保证扬程不变的条件下同步优化叶轮的轴向力和效率,并找到影响该综合性能的叶轮关键区域。创新点:1.提出一种同步改进多个目标性能的叶轮形状优化方法;2.将伴随求解和径向基函数网格变形相结合以实现核主泵叶轮三维曲面优化。方法:1.通过理论分析,建立基于径向基函数网格变形的伴随优化方法,并在开源平台编写迭代程序;2.通过公式推导,构建扬程、效率和轴向力对应的目标函数(公式(19)～(21)),并运用正交实验确定各个目标函数的参数因子;3.通过迭代计算,在保证扬程不变的条件下实现轴向力和效率的同步优化,确定影响该综合性能的关键区域(图8),并获得叶轮的改进设计方案;4.通过流场分析,对比改进前后流场内部的压力和流速分布情况(图9和10),并验证改进方案的可行性和有效性。结论:1.与传统的随机算法相比,该优化方法直接沿梯度方向进行迭代优化,可以避免使用大量样本数据来寻找优化路径;2.该优化方法将伴随求解和径向基函数网格变形相结合,实现了流场计算和结构变形的自动化,可以保证流场网格光滑高效地更迭;3.叶轮靠近出口边的下半部分是同步优化核主泵轴向力和效率的关键区域。     

新型高速磁浮车绕流特性的数值模拟研究（英文）

目的:通过对新型高速磁浮车的绕流进行数值模拟,研究气动荷载、涡流及滑流的分布规律,为常导高速磁浮车的研发和应用奠定一定的气动基础。创新点:1.将可压缩流动理论及延时分离涡(IDDES)方法应用于高速磁浮车气动问题;2.通过数值模拟,首次揭示高速磁浮车诱发的涡流特性。方法:1.基于430 km/h的磁浮车气动试验数据,验证本文数值方法的可靠性,并建立三编组新型高速磁浮车的计算模型;2.采用IDDES方法对关键问题即湍流求解进行建模,以捕捉较为精细的流场结构;3.采用时均化和快速傅里叶变换等方法对流场数据进行后处理,以研究流场的时均和频率等特性。结论:1.新型高速磁浮车具有良好的气动性能,比如较小的阻力系数、合理的升力系数和分散性较好的气动力主频分布。2.在非流线型车身附近,两对反向旋转的大涡使得边界层明显增厚。3.高强度的涡流主要分布在裙板与轨道以及轨道与车底之间的狭小空间;在轨道与车底之间(除了靠近尾车鼻尖附近的区域),涡脱频域几乎不变,且涡强沿流向指数式增大。4.伴随着涡流的分裂及衍生,尾流具有复杂的、随机的频域分布特性。5.高速磁浮车产生的时均滑流具有5个典型的变化过程。     

基于复合字典降噪和优化傅里叶分解的齿轮箱故障特征提取方法（英文）

针对傅里叶分解对噪声敏感且存在模态混叠导致无法准确提取齿轮箱故障特征的问题,提出了一种复合字典降噪与优化傅里叶分解相结合的齿轮箱故障特征提取方法.首先,根据齿轮箱信号特点构造复合字典,结合正交匹配追踪算法降低振动信号中的噪声;其次,针对傅里叶分解过程中的模态混叠现象,提出了利用频谱的极值点划分频带的方法对其进行优化,提高分解质量;再次,使用优化的傅里叶分解将信号分解为若干个傅里叶本征模态分量;最后,选择与降噪后信号相关系数最大的傅里叶本征模态分量进行包络谱分析.该方法可以准确提取振动信号的故障特征频率.通过对齿轮箱故障仿真信号和实验齿轮箱振动信号进行分析,验证了该方法的有效性.     

基于分布估计的新型手术室调度算法（英文）

为了提高手术室的利用率、降低医院的成本、提高服务质量的水平,提出了一种基于分布估计的调度算法(EDA).首先,对问题域进行描述,以最大完成时间最小为优化目标,在考虑手术分配约束和资源能力约束的基础上,建立数学规划模型;在此基础上,建立可行调度解策略,结合手术室特有的约束条件,提出基于分布估计的手术室调度算法;最后,设计仿真实验,采用正交试验确定算法中的参数后,与遗传算法和粒子群算法进行对比,不同规模的实验结果表明该算法能够减少手术系统总完成时间,且在大规模情况下运行时间仅为5 s,说明该算法适应大规模实际情况下的手术室调度.     

含区间参数的不确定性结构直接可靠性设计优化（英文）

目的:为提高含区间参数不确定性结构的可靠性,提供一种基于区间模型的不确定性结构的高效可靠性设计优化方法。创新点:1.提出结构性能指标区间可靠度的统一计算公式;2.提出区间可靠度违反度的概念和基于区间可靠度违反度的优于关系准则;3.提出并实现区间可靠性优化模型的高效直接智能求解算法。方法:1.借鉴图表法并克服其局限,给出计算区间可靠度的统一公式(公式2);2.利用Kriging近似模型和内层遗传算法计算结构性能指标在不确定性参数影响下的变化区间,从而计算出区间可靠性优化模型中各结构性能指标的区间可靠度及其违反度;3.基于区间可靠度违反度的优于关系准则,通过外层遗传算法实现各结构设计矢量的直接优劣排序和区间可靠性优化模型的直接智能求解;4.通过典型算例(图3和4、表2)和工程应用实例(图8和9、表7)验证所提方法的有效性和相比间接求解方法的优越性。结论:1.考虑结构性能指标可靠性要求的不确定性结构区间可靠性设计优化模型能够有效反映实际工程中提高不确定结构可靠性的需求;2.引入区间可靠度违反度的概念和基于可靠度违反度的优于关系准则,利用嵌套遗传算法和Kriging近似模型可实现不确定性结构区间可靠性优化模型的直接高效智能求解;3.提出的区间可靠性优化模型直接求解方法能比间接方法获得更优的解。     

基于光流和特征点匹配相融合的低动态载体速度计算方法（英文）

针对光强分布不均匀环境下低动态载体速度计算精度低的问题,提出了一种改进自适应卡尔曼滤波方法应用于光流跟踪与尺度不变特征变换(SIFT)相融合的速度误差估计.该算法引入了一种非线性模糊隶属度函数和滤波残差用于自适应调整过程噪声的协方差矩阵.在计算载体速度过程中,首先利用光流跟踪法和SIFT方法分别进行帧间位移的跟踪和匹配并计算出载体的速度,同时将这2种方法求取的速度做差作为改进的自适应卡尔曼滤波器的观测量,最后使用改进的自适应卡尔曼滤波器输出的速度误差估计值对光流法求取的速度进行校正.半物理实验结果表明,该算法求解的最大速度误差较光流法减小了29%,且运算时间较SIFT方法减少约80%.     

基于FPGA的提高PUF可靠性方法（英文）

传统的基于环形振荡器的物理不可克隆函数(RO-PUF)因电压、温度、器件老化等影响,存在输出不可靠问题,即PUF输出随时变化,为了提高PUF的可靠性,提出一种针对PUF映射单元的稳定性测试方案.该方案选择多复杂度和多种频率的环形振荡器作为干扰源,放置在PUF原型电路附近对其进行干扰.通过识别和筛选掉不稳定的片,即识别和筛选掉使PUF结果不稳定的单元,来有效提高PUF的可靠性.实验结果表明,不同复杂度和不同频率的周围逻辑电路可以识别出不同数量的不稳定片,复杂度越高,识别出的不稳定片也越多.与最新发表的PUF文献相比,该PUF电路具有很好的统计随机性,资源消耗低.在温度变化为0～120℃和电压波动为0.85～1.2 V时,唯一性和可靠性分别达到49.78%和98.00%,从而使其能够更好地被应用于安全领域.     

基于离散元法的铁路道砟破碎参数研究（英文）

目的：有砟轨道在长期服役下频繁出现道砟颗粒掉角、破碎等劣化现象,降低了有砟轨道的稳定性。而道砟的破碎与其形状、大小、应力状态等有较大的关系,因此合理确定道砟的破碎参数是研究和解决这一问题的关键。本文旨在探索基于Hertz-Mindlin本构模型的道砟破碎参数,研究道砟的破碎性能,以期为实际服役的铁路有砟轨道提供参考。创新点：1.采用统计学方法分析了道砟破碎的主要影响因素及其临界压碎强度和临界剪碎强度;2.采用响应面法确定了离散元道砟的最优破碎参数组合;3.通过直剪试验分析了道砟的抗剪性能和破碎状况,为实际服役的有砟轨道提供参考。方法：1.通过单轴压缩破碎和单轴剪切破碎实测试验,确定简单应力状态下道砟破碎的主要影响因素及其临界压碎强度和临界剪碎强度（图1和2,表3）;2.建立可破碎道砟的精细化离散元模型,采用Box-Behnken法进行仿真试验的工况设计,并对仿真试验结果进行响应曲面分析以获取最优破碎参数（图9,表7）;3.通过对比实测与仿真的直剪试验结果,验证离散元道砟破碎参数的正确性,并探明道砟堆积体的抗剪性能（图12和13）。结论：1.对于粒径范围为22.4～63.0mm的道砟,其...     

基于田口试验法的铣削加工表面粗糙度与铣削参数优化

表面粗糙度对后续涂层质量及有效性有着直接影响。围绕模具钢(钢1. 2738)铣削加工表面粗糙度研究,在铣削过程中通过改变切削参数(切削速度、进给速度、径向切削深度、轴向切削深度),利用田口试验法建立L16正交阵列开展试验。对试验结果的表面粗糙度通过方差分析获得每个参数对表面粗糙度的影响。结果表明,径向切削深度、径向和横向切削深度对表面粗糙度影响最大,影响贡献值分别为30%和24%。     

促进饮用水供水管道生物膜脱落的超声处理参数优化（英文）

目的:从贫营养环境(如饮用水供水管道)中获取足量的DNA是用分子生物学的方法研究微生物群落的重要环节。尽管如此,DNA量不足始终是对饮用水环境样品进行宏基因组测序时最大的问题之一。为了获得尽可能多的微生物,本文采用超声处理进行微生物分离,并研究处理供水管道生物膜的最佳超声处理参数。创新点:本研究提供了一种预处理方法,可以从实际供水管道生物膜中提取更多可靠的DNA,可以更好地解决贫营养环境中DNA的收集问题。方法:1.用挑选的细菌(Pelomonas sp.)形成的生物膜来初步研究三个超声参数的最佳水平,即功率、时间和超声处理次数;2.基于这些值,对每个超声参数选择三个水平,并对实验室培养的饮用水生物膜进行正交试验,以进一步确定能有效分离生物膜的最佳超声参数水平;3.使用研究所得的最优超声处理参数对从实际供水管道采集的生物膜进行处理,以验证其效果。结论:1.最佳超声功率、时间和次数分别为13 W、1 min和15次,且两次超声处理之间需要20min的静置期;2.与没有进行超声处理的样品相比,研究所得的最优超声处理不会降低DNA质量,而且可以将提取的DNA量增加至少4.78倍。     

连续退化和随机冲击下基于状态的结构维修策略优化（英文）

目的:结构在使用过程中,其性能往往发生劣化而导致其安全性能(可靠度)不断降低。本文旨在探讨结构在连续退化和冲击荷载共同作用下,其可靠度随时间的变化情况。此外,研究结构的最佳维修策略,使其在满足可靠度约束条件的同时,将平均费用降到最低。创新点:1.在连续退化和冲击荷载的共同影响下,建立结构时变可靠度计算模型。2.在前述可靠度分析的基础上,建立基于状态维修的非周期检测模型;基于剩余使用寿命检测策略,确定检测时间,并确定系统的最优维护策略,旨在将平均维护成本率降至最低。3.针对无限时间域和有限时间域,分别确定对应的最佳维修策略。方法:1.通过理论推导,构建结构时变可靠度计算公式(公式(13)),分析各参数与可靠度之间的变化关系(图4)。2.通过仿真模拟,运用蒙特卡洛法确定结构在使用过程中的最佳维修策略(图5和6)。结论:1.与仅考虑连续退化的情况相比,随机冲击荷载的存在,使得系统的可靠度降低,更容易发生失效。2.冲击载荷的存在,对最佳维修策略具有显著影响。3.有限时间域的最优解与无限时间域的最优解之间存在很大的不同,因此,有必要对这两种情况分别进行研究。