为了分析轴流式止回阀流阻性能,探究阀内结构优化设计方法,引入场协同原理,将该原理从层流推广至湍流.利用Fluent软件对2种不同型号(优化前、后)阀门的内流场进行数值模拟和流动场协同分析,得到压降、流速分布、流动场协同角余弦值分布和有效黏性系数.结果表明优化后阀内流体的速度场与速度梯度场整体上的协同程度更差,有效黏性系数更小,减阻效果明显,能耗降低;通过对比分析流速分布和流动场协同角余弦值分布,还能从局部流动场协同的角度揭示流阻的变化机理.基于流动场协同原理在流动减阻研究中的优势,提出2种阀结构优化设计的思路.

针对现有金属增材制造设备昂贵、成形效率低等问题,提出金属熔融涂覆增材制造(MFCAM).以锡铅合金为原料,开展基础工艺实验,研究流量、成形速度和层厚对多层单道成形件表面形貌特征的影响规律.通过统计分析影响因素,提高成形件表面质量,采用显微图像观察,结合波纹度对多层单道试件层间结合状态进行评估.研究结果表明,金属熔融涂覆增材制造成形效率为50mm~3/s,成形件表面波纹度的轮廓算术平均偏差为0.944 8,证明了MFCAM新工艺的可行性及高效性.

为了提高水平轴潮流能水轮机叶片翼型空化性能,提出一种基于粒子群算法(PSO)的翼型性能多目标优化方法,主要针对较大攻角下翼型表面压力系数最小值;同时为保证翼型水动力性能,以翼型压力系数最小值及升力系数等建立多目标优化函数.通过程序调用XFoil对优化翼型水动力性能进行过程分析,替代计算流体动力学(CFD)分析,节省优化时间.采用此方法对NACA63-815翼型进行优化并采用CFD方法重点研究2个攻角工况下优化翼型与原翼型在3个空化数(1.0、1.5和2.0)下的空泡分布对比.结果表明,优化翼型在6.8°和10.8°攻角下压力系数最小值分别提升了17.0%和45.8%,最大升阻比提高了6.0%和61.1%.翼型的空化初生及全空化性能均得到明显提升,水动力性能也得到了提升,验证了此优化方法的可行性.

为了提升高速开关阀(HSV)的动态性能,降低温升与能耗,提出基于电流反馈的高速开关阀3电压控制策略.回路中的电流能够反映高速开关阀的工作状态,通过外部的数字信号及回路中的电流反馈信号,实现3电压之间的自动切换,确保线圈中的电流始终处于能够维持高速开关阀快速启闭的最优化状态.通过理论分析验证了基于电流反馈的3电压控制策略,能够有效地提升高速开关阀的动态特性并降低温升和能耗.运用Ansoft和AMESim搭建高速开关阀的联合仿真模型,仿真结果验证了理论分析的正确性,且与样本数据保持一致.结果表明,基于电流反馈的3电压控制策略将高速开关阀的开启时间减少了35.3%,关闭时间减少了25.0%,最大可控频率提高了146.7%,可控占空比范围扩大了54.0%,平均功率降低了70.4%.

针对包含易变质药品的柔性均衡制药车间调度问题,提出一种基于列生成框架的算法.通过设计面向虚拟作业对的排序策略,表征制药过程中的无等待现象,利用动态规划方法求解由原调度问题衍生出的价格问题,并设计改进的分支定界算法求得最终的调度方案.由不同规模的数值实验可知,对于规模较小的多阶段连续型柔性制药车间调度问题,提出的算法可求得最优解;对于传统优化软件难以求解的较大规模问题,该算法仍可在较短时间内得到高质量的药品生产调度方案,从而验证了该调度算法的有效性,并可为实际连续型柔性制药车间提供辅助排程决策.