关键词： 鼓风式   冷却塔   塔型   阻力   风速分布  

摘要： 随着我国内陆核电事业的兴起和发展,鼓风式机械通风冷却塔将会越来越多的被用于核电厂重要厂用水系统以满足其设备安全性及抗震性的要求。鼓风式机械通风冷却塔不仅在通风方式上有别于常规的抽风式机械通风冷却塔,在塔型结构布置上也有明显的差异。冷却塔的塔型结构不同,其空气动力特性也就不同,而冷却塔的空气动力特性与换热性能密切相关。国内外学者对自然通风冷却塔及抽风式冷却塔的塔内外流动特性、塔型及阻力特性等进行了大量的模拟计算和试验研究,而对于核电重要厂用水系统所配套的鼓风式机械通风冷却塔的空气动力特性的研究却很少。因此研究鼓风式机械通风冷却塔的空气动力特性,具有重要的理论意义和工程实用价值。 本文以鼓风式机械通风冷却塔为研究对象,建立了鼓风式机械通风冷却塔塔内外的三维数值模型,并用Fluent软件对其空气动力特性进行了数值模拟计算,其中填料区采用多孔介质模型来模拟,风机采用风扇模型来模拟。通过计算,得到了不同塔型条件(冷却塔出口收缩段高度位置、出口收缩角大小、填料底高度)和不同填料阻力条件下冷却塔塔内的速度分布及压力分布等,并在此基础上研究了塔内各部件与整塔的阻力系数以及填料上、下断面风速分布的变化规律。研究表明： (1)冷却塔出口收缩段高度位置影响冷却塔的阻力,随位置增高阻力减小并逐渐趋于稳定;收缩段高度位置不影响填料下断面风速分布均匀性,但影响填料上断面风速分布的均匀性,位置越高风速分布越均匀;当出口收缩段相对高度HC/HC0在0.96-1.05之间时即能保证塔内阻力系数较小又能保证填料断面风速分布相对均匀,空气动力特性达到最优。 (2)冷却塔出口收缩角越大冷却塔的阻力越小,但填料上风速分布均匀性越差,而填料下风速分布均匀性不受收缩角的影响。当相对收缩角HC0/HG在0.93-1.05之间时即能保证塔内阻力系数较小又能保证填料断面风速分布相对均匀,空气动力特性达到最优。 (3)填料底高度的位置不影响冷却塔的阻力及填料上风速分布均匀性,但影响填料下风速分布均匀性,填料底位置越高离冷却塔进风口越远,风速分布均匀性越好,但水泵扬程也就越高。综合考虑,认为填料底的高度距进风口上沿约1.50m比较合适。 (4)不同填料阻力系数时,冷却塔阻力和填料断面风速分布均匀性的变化规律一致,但是填料阻力系数越小,冷却塔阻力越小,风速分布均匀性也越差。 进一步分析计算结果获得了鼓风式机械通风冷却塔各部件阻力系数的计算公式,采用各部件相加求和的方法求得了鼓风式机械通风冷却塔的总阻力计算公式,完成了空气动力计算的目的,从而为鼓风式机械通风冷却塔的热力计算做好了准备。 综上,本文通过数值模拟计算对鼓风式机械通风冷却塔的空气动力特性进行了深入细致的研究,阐述了鼓风式机械通风冷却塔塔内阻力及填料断面风速分布随塔型条件及填料阻力系数的变化而变化的规律,对鼓风式机械通风冷却塔的塔型进行了优化研究,并给出了鼓风式机械通风冷却塔的空气动力计算公式,可为鼓风式机械通风冷却塔应用于核电厂重要厂用水系统提供有效的技术支持。

关键词： ZL50装载机   机械液压复合传动   混合动力   再生制动   参数匹配   AMESim/Simulink联合仿真  

摘要： 由于大部分工程机械（如装载机）的作业工况复杂，负荷变化剧烈，导致机器性能差、能量得不到充分的利用，并且，近几年机器能量的回收与再利用受到人们越来越多的重视，因此，提高机器的燃油利用率以及综合工作性能，使机器具有高效、节能、耐用和舒适的综合性能将更加重要。 本文以ZL50装载机为对象，对其机械液压复合动力节能系统及性能参数进行研究，目的就是降低ZL50装载机的能耗，提高其综合性能。机械液压复合动力节能系统由机械液压复合传动和液压混合动力结合而成。文章设计了机械液压复合传动装置，并对该装置的变速机构、速度特性、等比特性、平稳换挡条件、转矩特性、液压功率分流比及效率进行了分析，设计了装载机再生制动系统来回收制动动能和下坡势能，并建立了各关键元件及系统数学模型。本文对ZL50装载机机械液压复合动力节能系统的关键参数进行了匹配研究，其中包括液压元件参数的合理选择与匹配、液压节能动力系统性能参数匹配和其传动系统汇流装置及档速比的设计计算，并依据某ZL50装载机的总体参数对其驱动系统及节能装置进行了理论上的匹配计算，计算结果表明参数匹配合理，达到了降低ZL50装载机的能耗，提高其综合性能的目的。通过仿真软件AMESim与MATLAB/Simulink对ZL50装载机机械液压复合动力节能系统进行了联合动态仿真，结论表明仿真数据与理论计算结果基本一致，说明机械液压复合动力节能系统性能达到了理论要求，提高了整机性能，也达到了预期的节能效果。

关键词： Polystyrenes  

摘要： Fundamental understanding of the nanomechanical machining mechanisms of polystyrene using molecular dynamics simulations is of significant importance for fabricating the polystyrene pellet used for the inertial confinement fusion fast heating. In current work a three-dimensional molecular dynamics model of nanoscratching of amorphous polystyrene is established based on the full atomistic polystyrene model and the AIREBO potential. Subsequent molecular dynamics simulation using the as-established model demonstrates that the equilibration configuration of the simulated system can be achieved by energy minimisation and following NPT relaxation in the relaxation process. In the following scratching process accompanied with material removal, scratching force, normal force and lateral force vary accurately upon different stress states applied by the probe. The research results indicate that the as-established MD model possesses high accuracy to characterise the mechanical response and deformation behaviour of polystyrene under nanoscratching. Copyright © 2013 Inderscience Enterprises Ltd.

关键词： F-T合成   活性炭负载铁催化剂   机械搅拌反应器   动力学  

摘要： 近年来,由于石油资源的不断消耗以及原油价格的起伏不定,费托(简称F-T)合成,即天然气、煤、生物质等含碳资源经合成气在催化剂的作用下转化为清洁液体燃料以及其它化学品,备受关注。F-T合成是煤的间接液化的主要技术之一,F-T合成动力学的研究是F-T合成工业化生产的重要基础。 采用永磁旋转搅拌式反应器,有效容积为0.5L,搅拌转速800r/min,在温度为210℃～250℃,压力为0.5MPa-4.5MPa,质量空速为0.2-0.6mL/(g.h)和原料气中H2/CO为0.5-2.2(摩尔比)的条件下,实验测定了CO转化率和CO消耗速率随温度、压力、空速和H2/CO的变化规律,研究了活性碳负载铁基催化剂的F-T合成反应CO消耗动力学。采用Levenberg-Maquardit算法对动力学参数进行拟合,筛选出最终的动力学模型。统计检验和相对误差分析显示该模型是适宜的,模型计算值与实验值吻合良好。

关键词： 在轨操作   空间机械臂   接触/碰撞   动力学模型   模型降阶  

摘要： 在轨操作以空间站的建设、航天器维护和修复以及军事攻守等空间任务为主体。近些年随着科学技术的发展，空间机械臂在执行航天器在轨任务中作用越来越显著，并逐渐成为了在轨操作技术领域中一个重要方向。本文研究了空间机械臂在轨操作过程中的机械臂末端与目标之间接触碰撞问题。 首先，介绍了航天器在轨操作的研究现状，以及未来的发展路线和研究方向，并列举具体工程实例介绍空间机械臂对在轨操作技术以及国民基础工业的发展的作用，介绍空间机械臂的构成和主要的工作模式，以及利用虚拟机械臂法建立空间机械臂运动学、动力学模型的理论。 其次，着重介绍了赫兹接触理论，建立接触/碰撞的动力学模型。结合空间机械臂在轨操作过程中机械臂末端与目标物体的碰撞特点，建立空间机械臂的接触碰/撞动力学模型，研究机械臂末端的速度和接触/碰撞过程中的接触力情况。另外，接触/碰撞过程中存在摩擦等非线性的现象，这就导致了空间机械臂的接触碰/撞动力学模型是非线性的，为提高是仿真速度、降低占用资源提出了一种适用于机械臂动力学方程的模型降阶方法，并进行了验证仿真。 最后，根据虚拟机械臂的思想建立空间机械臂的重心向量，并据此建立空间机械臂/接触碰撞动力学方程，并考虑接触碰撞过程中的非线性摩擦问题，利用提出的适用于空间机械臂方程的模型方法完成对机械臂末端的速度和接触碰撞过程中的接触力求解。

关键词： NUCLEATION   SULFAMIC acid   SINGLE crystals   PIEZOELECTRIC materials   CRYSTAL growth   MATERIALS science  

摘要： Sulphamic acid (HSO3NH2) is a potential material that exhibits excellent piezoelectric and non-linear optical properties. Nucleation and growth kinetics give valuable information about the crystal growth process, which can be employed in the growth of large size crystals. Thus we have studied its nucleation parameters such as solubility, metastable zone width, induction period, interfacial tension, critical free energy, volume free energy change, critical nucleus and found that good quality sulphamic acid crystal can be grown at low temperature. Growth of good quality crystal was done by adopting slow evaporation solution growth technique at room temperature and as a result, good quality single crystal was grown. The grown bulk single crystal of the title compound was subjected to various characterization analyses. Its unit cell dimensions were confirmed using powder X-ray diffraction. Further its crystalline perfection was assessed using high resolution X-ray diffraction and X-ray topography techniques and it was found that it is reasonably good. Its various functional groups were identified from the Fourier transform-Raman method. Nanoindentation was performed to identify the load dependence and independence of hardness (H) and Young's modulus (E) using the Oliver-Pharr method and it was found that both H and E exhibit peak load dependence. Photopyroelectric study was performed to identify its thermal properties such as thermal diffusivity (a), thermal conductivity (k), thermal effusivity (e), and heat capacity (cp). These studies reveal that it has high thermal stability compared to other single crystals. The optical homogeneity of the grown crystal was assessed using a birefringence interferometer and it was found to be reasonably good.

关键词： 人机界面   FBS框架理论   PCP相似兼容原理   LabVIEW   布局设计   安全管理  

摘要： 过程设备系统的操作安全与人机界面的设计和交互管理有着直接的联系。人机界面的设计不是一个新的课题,随着机械化、自动化和电子化的高度发展,人的因素在生产中的影响力越来越大,人的协调问题也显得越来越重要。 人们逐渐认识到,对制造出来的各种高效能的机器系统进行操纵和控制时,整体系统的工作效率在很多情况下是由人的活动来决定的。若设备的全部潜力没有发挥出来,大部分原因是操纵人员不能掌握对这一设备的复杂操作。经验和教训提醒人们比以往任何时候都更加重视机器设计,使得对机器的操作能够适应大多数普通人的能力范围(可操作性)。 本文介绍了人机界面的课题背景,涉及了人机系统、人机交互以及人机界面的发展史等多方面内容。对FBS界面设计框架理论以及EID社会生态理论,PCP相似兼容原理等其他理论进行了详细的阐述和分析。通过LabVIEW软件设计了三种不同布局类型的界面：Sophisticated界面、Semi-sophisticated界面、Non-sophisticated界面。实验参与者在每种类型的界面上执行三类操作任务,即正常操作、错误检测和错误诊断。 通过实验对比,专业的数据分析得出结论：(1)Sophisticated界面在正常操作和错误诊断阶段操控性能最好,参与者在此类界面完成任务所用时间最短,脑力负荷最低；(2)在错误检测阶段,Non-sophisticated界面对参与者的脑力负荷最低,但参与者完成任务所用时间并无显著不同。综合考虑,Sophisticated界面在过程设备系统的应用中,对操作人员的脑力负荷最低,操控性能最好,安全性最高,所以最受欢迎。建议工业生产中,采用Sophisticated界面的布局设计,以降低由于布局设计不合理而造成的事故。

关键词： 导轨式机械手   结构设计   动力学仿真   有限元分析   结构优化  

摘要： 随着我国城市现代化建设和乡镇城市化进程明显加快，城市生活垃圾日益增多。环境保护意识的增强催生了国家和地方的环保政策不断出台，促进了垃圾自动收集的快速创新发展。现有的垃圾收集模式主要是“垃圾桶一环卫工人手推车—垃圾收集点一垃圾中转站”一垃圾处理场，效率低，人工劳动强度大，其中垃圾收集站或中转站直接影响城市环境质量和城市建设。垃圾收集技术方面，国内主要采用人工移动垃圾桶到垃圾车边，上挂钩，半自动升降垃圾桶倾倒垃圾；国外出现采用机械手自动抓取垃圾桶，但存在机械手撞倒垃圾桶、不能自动实现手爪对准垃圾桶动作等问题。 本文针对机械手撞倒垃圾桶、不能自动实现手爪对准垃圾桶动作等问题，提出抓取垃圾桶导轨式机械手方案，并应用虚拟样机技术、有限元技术，以ADAMS、HyperWorks软件为工具，对导轨式机械手进行设计与优化，主要内容如下： (1)基于垃圾桶自动收集的功能要求和技术指标，以及国内外现有垃圾车机械手的优缺点，提出导轨式机械手的总体设计方案，并完成详细的结构设计和接口设计； (2)应用动力学仿真软件ADAMS，建立导轨式机械手虚拟样机模型，在各种典型工况下，对机械手抓取垃圾桶的过程进行仿真分析，得出相应的夹紧力、支座反力以及机械手复合运动的液压缸驱动力，并应用结构静力学理论对仿真数据进行验算； (3)应用HyperWorks软件，建立导轨式机械手有限元模型，在各种典型工况下，对机械手进行有限元分析，得出机械手不同工况下的应力变形云图，并进行静强度刚度校核； (4)基于OptiStmct平台，利用结构优化方法对导轨式机械手进行轻量化设计，以主要部件的板厚为设计变量，全伸臂工况下各个部件的最大允许应力为约束条件，机械手质量最轻为目标函数，对主要部件板厚进行合理的优化设计，得出一款满足一定工程要求，且质量最轻的导轨式机械手。

关键词： 军工科研院所   民品业务单元   航空衍生产品   优化组合   战略研究  

摘要： 中国航空动力机械研究所（简称“动研所”）是我国唯一集型号研制、预先研究为一体的中小型航空发动机及直升机传动系统科研院所。在“军品为本，民品兴业”的总体发展战略下，动研所的民品发展面临经营体制落后、优势资源和能力分配不均、技术军转民力度不足、市场环境多变、外部竞争激烈等各种问题。如何使研究所的资源和能力与不断变化的外部环境相适应，实现研究所民品产业（简称“民品”）的可持续增长和健康发展，是本论文研究的主题。 本文首先对动研所民品产业发展的基本情况及其所拥有的资源和能力进行了简述和分析，同时，以动研所的总体发展战略为指导，通过深入的调研以及大量数据和文字资料的搜集整理，从行业环境、市场环境、竞争和经营状况等方面对各民品业务单元进行了详细的认知和分析。然后运用SWOT和波士顿矩阵等分析工具，采取定性与定量、理论与实践相结合的研究方法，对研究所各民品业务单元发展的内、外部环境进行了详细分析和评估，明确了发展或放弃的业务单元，在此基础上提出了民品业务单元的组合优化战略，并重点设计了核心业务单元的拓展战略。最后，从经营体制、资本运作、人力资源、品牌建设等方面提出了战略实施的保障措施。 本文以动研所这样一个具有典型军工性质的科研院所的民品产业作为研究对象，旨在对国防工业科研院所的军民融合式民品发展道路进行一些有益的探索，为有中国特色的军工科研院所的民品发展战略提供一定的借鉴。

关键词： 混合动力工程机械   镍氢电池   模糊控制   MATLAB建模仿真  

摘要： 传统单动力源工程机械能耗高、排放差，混合动力工程机械的研发具有广阔的应用前景。作为辅助动力源的储能装置，其性能直接影响到工程机械的整机工作效率，而且常用储能元件镍氢蓄电池的循环寿命又直接关系到混合动力工程机械的使用成本。因此，如何控制储能单元，使其满足混合动力工程机械吸收和释放能量需求，提高能量回收利用率，延长其使用寿命，是混合动力工程机械急需解决的问题之一。本文结合实际产品及其相关科研项目研究，针对混合动力工程机械充放电频繁，储能单元必须能够快速吸收发动机多余功率和释放动力的问题，提出了混合动力工程机械镍氢蓄电池的充放电模糊控制策略。 本文主要完成了以下研究工作： （1）通过对镍氢蓄电池等效电路的分析，建立其数学模型； （2）通过对工程机械的实际工况分析，提出了混合动力工程机械镍氢蓄电池充放电的模糊控制策略； （3）根据模糊控制理论，构建混合动力工程机械镍氢蓄电池充放电模糊控制系统，并根据选取的输入输出变量设计了模糊控制器； （4）利用MATLAB建立混合动力工程机械镍氢蓄电池模糊控制系统仿真模型，并用5t液压挖掘机电机实时功率进行了实际仿真。 本文首先以并联式混合动力液压挖掘机为例，详细阐述了作为储能元件的镍氢电池组的参数确定过程。通过对镍氢电池的特性分析，选择RC电路模型作为本文蓄电池充放电研究的等效电路模型，并在此基础上建立了蓄电池的数学模型。 通过分析工程机械的实际工况，并结合现有的蓄电池快速充放电技术提出了工程机械混合动力镍氢蓄电池的模糊控制策略。根据混合动力工程机械镍氢蓄电池的实际控制电路，构建其模糊控制系统框图，以蓄电池最高电压与实测电压差ΔU以及电压差变化率ΔU/Δt为输入变量，输出变量为占空比R，设计了二维模糊控制器，建立模糊控制规则表，并选择合适的模糊化、模糊推理和解模糊化方法，通过改变占空比，改变充电电流的大小，从而实现对蓄电池充电电压和电流的控制，达到蓄电池快速吸收、释放能量的目的。 最后，本文采用MATLAB软件，建立了镍氢蓄电池及二维模糊控制器的仿真模型，并在此基础上搭建了混合动力工程机械镍氢电池充放电模糊控制系统仿真模型，以5t液压挖掘机电机实时功率进行了实际仿真。仿真结果表明，该控制策略能够快速地吸收多余功率和释放电量提供动力，满足混合动力工程机械复杂工况的能量需求。