Abstract ：

目前，我国正在实施创新驱动发展、“中国制造2025”“互联网+”“网络强国”和“一带一路”等重大战略，迫切需要培养大批新兴工程科技人才。为积极响应我国航空发动机研制战略需求和教育部“卓越工程师教育培养计划”（即卓工计划），在飞行器动力工程专业人才培养中，设立“航空发动机总体设计”课程是促进学生理解航空发动机总体性能特征、建立发动机设计理念的重要环节。研究分析了该课程在实际讲授过程中所面临的现状和问题，指出目前在教学内容、方式和手段中存在的主要问题，探讨了近年来西安交通大学航天航空学院针对航空发动机设计类课程实践教学的构建思路与相关举措。在航空发动机总体设计教学改革中，从工程实际需求出发，引入当...

Keyword ：

概念设计 工程理念 航空发动机 教学改革 总体性能

Cite：

Copy from the list or Export to your reference management。

Abstract ：

纳米连接技术是纳米元器件与微系统及宏观系统整合的关键技术之一。稳定的器件性能取决于可靠的纳米互连结构,评估纳米互连结构的力学性能及电学性能对于预测电子器件的失效模式至关重要。本文结合目前不同纳米连接技术及连接界面的特点,对不同材料从单纳米焊接接头到宏观互连结构的电/力学性能特征进行了总结与展望,通过对互连结构焊接及变形机制、焊接强度、疲劳特性及电学性能的探讨,展现了激光诱导等离子体自限性低温焊接在未来纳米器件及柔性电子器件制造中的巨大潜力。

Keyword ：

电学性能 光学制造 激光诱导等离子体 冷焊 力学性能 纳米连接

Cite：

Copy from the list or Export to your reference management。

Abstract ：

纹理分类作为纹理分析中一个重要的基本问题，广泛应用于图像分析、计算机视觉和模式识别等领域。纹理分类的关键在于提取出具有较强鲁棒性且强区分能力的纹理特征，而局部描述算子成为应用最广泛的纹理特征提取方法。在众多局部描述算子中，局部二进制模式（Local Binary Pattern，LBP）凭借其简单高效、无需训练学习、计算复杂度低等特性成为纹理分类方法的基本方法之一。同时，如何提取出对光照、旋转、尺度变化等外界条件影响，鲁棒且具有较强特征鉴别力的纹理特征，仍然是值得进一步研究的课题。本论文针对传统LBP算子在特征提取过程中的局限性，从特征高效提取、尺度不变性、抗噪性能、特征降维这几个方面提出了相应的改进算法，主要工作包括以下几个方面： （1）特征降维与抗噪性能方面，提出一种基于菱形模板的阈值自适应局部二值模式（Diamond sampling structure-based local adaptive binary pattern, DLABP）。针对原始 LBP算法中噪声容易导致统一模式变成非统一模式的局限，DLABP基于统一模式是纹理图像的基本特性，提出一种恢复机制，通过使用自适应量化阈值将由噪声导致的非统一模式恢复成统一模式；同时，DLABP提出采用菱形采样模板代替传统的圆环形邻域，并通过径向均值的方式有效融合了多尺度纹理信息，在较低特征维数的基础上实现了较好的分类准确性，且具有较强的噪声鲁棒性。 （2）尺度不变性方面，提出一种基于尺度自适应的局部二值模式（Scale-adaptive Local Binary Pattern, SALBP）。针对传统的单一尺度采样机制对尺度变化敏感，而多尺度采样具有较高特征维数且产生信息冗余的局限，SALBP提出根据局部区域的结构特点，通过采用两个准则：对符号信息的多数表决以及对幅值信息的最大值选择，为每个径向从总共R个尺度中自适应地选择出一个最优的尺度，并在最优尺度下提取局部模式。实验结果表明， SALBP在多个常用的有代表性的数据库上均具有较强的分类准确性，同时表现出对尺度变化较强的鲁棒性。 （3）特征高效提取方面，提出一种基于特征分类重组策略的局部二值模式（Local binary pattern based on feature classification and reorganization, CR-LBP）。针对原始LBP算法对整幅图像中的所有像素点提取特征但忽略了图像中灰度变化剧烈的像素点产生特征冗余的局限，CR-LBP提出首先根据像素梯度值的大小将原始图像中的所有像素点分为两类：占比较大而稳定的像素点和灰度变化剧烈而不稳定的像素点，然后分别在这两类像素点中提取特征，并利用这两类特征较强的信息互补性有效增强特征鉴别力。实验结果表明，将特征分类重组策略与原始LBP算法或其各种改进算法相结合，能够在较低特征维数的基础上有效提升这些算法的分类准确性，表现出较强的分类能力。

Keyword ：

尺度自适应 局部二值模式 菱形采样 特征分类重组 纹理分类

Cite：

Copy from the list or Export to your reference management。

Abstract ：

能源是社会发展的动力， 人类的一切社会生活都离不开能量供给，这些能量往往会产生过剩，因此产生了储能技术。 由于电能与我们日常生活息息相关，电储能技术备受关注。 近些年来， 电容器储能技术得到了广泛的关注， 电容器储能的关键是电介质材料的储能能力， 所以其关键在于研发具有高储能密度的电介质材料。 为了大幅度提高电容器器件容纳电荷的能力， 要求电介质材料本身具有高介电常数和高介电击穿电压。反铁电陶瓷电容器具有优异的直流正偏压特性， 在场致诱导的反铁电-铁电相变(AFE-FE)过程中伴随有高密度和超快的充放电响应时间现象，因此广泛应用于高密度能量存储电容器、大应变致动器和爆电换能器等领域。目前，对钙钛矿反铁电固溶体的研究大多集中在反铁电-铁电(AFE-FE)，只有少数研究关注反铁电-反铁电(AFE-AFE)体系，这也使得其相变特征以及结构-性能关系尚不明确。 因此，本论文重点研究了 AFE-AFE 固溶体材料， 包括陶瓷和单晶两种形式， 同时研究其结构与性能特征， 本论文的主要研究内容和结果概括如下: 第一， 系统介绍了几种电介质储能材料， 详细分析了各自的优缺点。以提高 PHf 基 反铁电材料的可恢复储能密度(Wrec)为目标， 我们添加适量的 PMW 形成高质量固溶体来提高 PHf 基陶瓷的致密度和介电击穿强度(DBS)，通过调控组分使得反铁电偶极子受挫以降低临界电场， 提高电场诱导极化(Pmax)，从而实现高储能应用。基于这一思路，系统研究了新型(1-x)PbHfO3-xPb(Mg1/2W1/2)O3[PHf-xPMW]二元固溶体的晶体结构、相变特征、介电和储能性能，并证实所提出的思路在该工作中的可行性。 研究发现， PMW的引入可使 PHf 陶瓷的晶体结构从反铁电正交相变为铁电正交相， 反平行偶极子被完全打破， 表现为铅离子反平行位移产生的超晶格衍射峰消失。 在较宽的组分范围内观察到 B 位部分有序结构。 通过显微结构观察 PMW 掺杂对 PHf 陶瓷的孔隙率， 晶粒以及致密性的影响。 同时验证了中间瞬时液相产物的具体组分，并阐述了瞬时液相烧结的作用机理。 PMW 含量为 10%时可获得最优异的储能性能， 这些参数优于在类似电场下迄今报道的钙钛矿陶瓷材料， 也是 AFE-AFE 系统中储能密度最高的，这些特征表明新型 PHf-PMW 反铁电固溶体陶瓷可应用于室温高储能领域。 第二， 本部分系统研究了(1-x)PMW-xPHf 二元固溶体陶瓷体系的晶体结构、 固溶极限和电学性能。 我们发现，纯钙钛矿相仅在很窄的组分内形成， 在 4%组分中发现了少量第二相， 通过结构精修发现为铁电正交 C2mm 相。 PHf 的增加使得反铁电-顺电相变居里温度稍微增加， 反铁电性有所增强。 介电峰的弥散相变特性表明 PMW 基固溶体的 B 位有序性降低，无序性逐渐增强，但并未发现由频率色散造成的介电弛豫现象。由于 PMW 基陶瓷具有较高的临界电场， 导致在高140kV/cm 的电场下也无法观察到双电滞回线，其击穿场强仍需进一步提高以实现电场诱导的 AFE-FE 相变特性。 单就本研究而言， 所研究的 PMW 基固溶体表现出低介电常数、低介电损耗、高击穿场强和线性 P-E 关系等特征， 有望应用于介电陶瓷绝缘体领域。 第三， 本部分系统研究了全组分范围的 PbHfO3-Pb(Mg1/2W1/2)O3 陶瓷材料的烧结行为、晶体结构、 显微结构和电学性能， 特别是在固溶极限位置和发生结构相变位置的组分做了详细的研究。 结果表明， 掺杂 PMW 后可获得高致密度的陶瓷样品， 同时产生的瞬时液相降低了 PHf 陶瓷体系的烧结温度。 平均晶粒尺寸呈现先增大后减小的趋势，高组分陶瓷中表现出两种具有不同化学成分组成的晶粒分布，表明 PHf 和 PMW 并不能形成连续固溶体。 室温下， 随着 PMW 的添加， PHf 陶瓷的电滞回线依次经历线性关系、 双电滞回线、单电滞回线、 双电滞回线、 最后又回到线性关系。 最终， 建立了二元PHf-PMW 体系的全组分相图。这项工作为研究传统反铁电材料和有序型反铁电材料形成的固溶体材料的结构与性能关系提供了理论意义和指导作用。 第四， 当前对于 AFE-AFE 固溶体的研究仅仅在多晶材料上， 因为高熔点、 组分不 一致共熔以及铅元素在高温下挥发等问题，使得高质量的铅基反铁电单晶的生长成为一项具有挑战性的任务。 本研究分别以 PbO-B2O3 和 Pb3O4-B2O3 为助熔剂，通过高温熔液法成功地生长出 PHf-PMW 固溶体单晶，并对不同助溶剂下生长的 PHf-PMW 单晶进行了对比性研究，包括晶体生长、晶体结构、介电性能和畴结构。 结果表明， Pb3O4 作为助熔剂比使用 PbO 更有利于晶体生长， 由于它在降低原料的熔点上的作用比 PbO 更为显著，可以为晶体生长提供更稳定的条件， 得到更高质量的 PHf-PMW 单晶。我们还发现， PHf-PMW 单晶的生长过程中存在明显的成分偏析现象， 并从两个层面对其进行了分析。 通过偏光显微镜研究了PHf-PMW 单晶室温下的光学畴结构， 发现类似于 PZ基反铁电单晶的畴结构特征， 即只存在 45o消光，并未发现 0o/90o消光现象。 本研究探索了反铁电 PHf-PMW 单晶的生长条件， 为将来生长高质量和高组分反铁电单晶提供了新的实验方案和参考价值， 并为反铁电储能领域的基础研究和潜在应用提供了依据。

Keyword ：

PbHfO3基固溶体反铁电材料 单晶生长 反铁电-铁电相变 能量存储性能 无序和有序结构

Cite：

Copy from the list or Export to your reference management。

Abstract ：

T24粒状贝氏体耐热钢是通过在传统T22钢（2.25Cr1Mo钢）中添加Ti 、V等强碳化物形成元素和N、B等晶界强化元素而研发出的具有较高蠕变强度、较低成本、焊前不用预热、焊后不用热处理的一种低合金耐热钢，用于制备新一代超（超）临界火力发电机组（USC）锅炉水冷壁和主蒸汽管道具有较大优势。但近年来国内外实际应用过程中都发生了因T24钢焊接接头再热断裂引发的失效事故，成为威胁USC机组长期安全运行服役的隐患。目前，国内外对T24钢焊接接头再热裂纹的生成和扩展虽做了些研究，但对其形成机理尚缺乏明确的共识，进而影响了预防此类钢种再热开裂措施的制定和实施。 本文以服役温度约为550℃（1020℉）的超超临界火电机组膜式水冷壁用T24钢为研究对象，针对长期困扰T24钢等2.25Cr-1Mo粒状贝氏体耐热钢的再热开裂问题进行研究。通过建立焊接接头再热裂纹敏感性和其微观组织结构之间的关联关系，揭示了再热裂纹的开裂机理并进而给予模型化描述，提出了预防再热开裂的方法，为同类粒状贝氏体耐热钢制定焊接工艺提供了理论依据。主要内容包括：（1）T24钢焊接微观组织特征及其再热裂纹敏感性评价；（2）水冷壁用T24钢的热处理选择、组织及性能特征；（3）焊接接头焊接热影响区粗晶区（CGHAZ）组织、性能及其热稳定性研究；（4）焊接接头高温应力松弛行为及其组织特征研究：（5）T24粒状贝氏体耐热钢再热裂纹形成机理分析。 1.T24钢再热裂纹敏感性评价 通过再热裂纹敏感性插销试验，对T24钢再热裂纹敏感性进行评价。研究结果显示，T24钢再热裂纹敏感性显著低于T22、T23钢等其他同类2.25Cr-1Mo粒状贝氏体钢。当温度小于550℃时，T24钢再热裂纹不敏感；当温度大于550℃温度时，T24钢开始对再热裂纹敏感；T24钢再热裂纹最敏感温度为770℃。T24钢再热裂纹均为沿晶开裂，裂纹开裂部位为紧邻焊缝的焊接热影响区的过热粗晶区，裂纹在奥氏体粗晶晶界萌生并沿晶界扩展，裂纹尖端在三角晶界引起新的应力集中，裂纹并不一定是连续的，至细晶区就停止扩展，具有再热裂纹典型特征。 2.T24钢及其焊接接头组织性能分析 通过对T24钢焊接接头组织性能进行分析，对比分析T24钢正火态、正火+回火态组织性能特征，获得了T24钢显微组织对性能的影响规律，掌握了T24钢不同热处理状态下组织结构演化规律，为再热开裂机理研究提供了基础。研究结果显示，T24钢CGHAZ为粗晶板条状粒状贝氏体组织，受焊接热循环高温区停留时间短，MX相等沉淀相溶解不充分等因素影响，粗晶区奥氏体均匀化不足，淬透性下降，导致晶界和贝氏体板条界M/A小岛含量和大小显著高于正火态T24钢组织，大量大块M/A岛沿板条界/晶界分布，M/A岛以富碳残余奥氏体为主。T24钢中M/A小岛的大小、形状等分布状态以及稳定性都对其组织性能影响显著。随着M/A小岛体积增大数量增加，T24钢韧性显著下降。 3.T24钢CGHAZ组织性能及其热稳定性研究 通过SEM、TEM和EBSD等方法对热模拟T24钢CGHAZ试样热时效前后的组织性能进行了分析，研究了服役温度（550℃）附近，T24钢CGHAZ组织性能的热稳定性及其对再热裂纹敏感性的作用。研究结果显示，粒状贝氏体组织中M/A小岛状态及其稳定性对粒状贝氏体的性能有着重要影响。T24钢CGHAZ沿晶界/板条界分布的大块M/A岛热稳定性较差。550℃～650℃热时效时，晶界M/A岛分解生成M3C型碳化物和铁素体，导致晶界局部出现微区软化，同时受晶内沉淀析出硬化影响，导致晶界局部铁素体微区硬度低于晶内硬度。 4.T24钢CGHAZ高温应力松弛行为研究 通过Gleeble 3800对热模拟T24钢CGHAZ试样进行了应力松弛试验，研究了应力松弛过程，其组织性能演化规律。创新地采用了微观原位分析方法对T24钢应力松弛过程CGHAZ的晶界行为进行了研究。通过聚焦离子束晶界刻痕和原位分析的方法首次证明了T24钢CGHAZ在应力松弛过程没有晶界滑动，应力松弛是以晶界附近的软化区应变的方式实现。应力松弛过程，热模拟T24钢焊接热影响区粗晶区晶界处大颗粒M/A小岛分解生成的铁素体和M3C。铁素体作为相对软化区，位错更容易在此处滑移，并在铁素体和M3C碳化物界面处塞积，产生二次塞积应力。 5.T24粒状贝氏体耐热钢再热开裂机理分析 综合全文研究结果，创新地提出了基于铁素体软化微区的T24钢再热裂纹形成模型和机理，并通过理论计算验证了模型的有效性：T24钢焊接过程，焊接热影响区受焊接热循环作用，在晶界形成大尺寸M/A小岛。高温应力松弛过程中，晶界附近M/A小岛分解析出碳化物Fe3C和铁素体相对软化微区。焊接残余应力在铁素体相对软化微区以位错滑移的形式松弛。铁素体相对软化微区内位错滑移在碳化物Fe3C处受阻塞积，产生新的位错塞积应力。M/A小岛尺寸越大，铁素体软化微区越大，可能产生的塞积应力越大，当位错塞积应力足够大时，裂纹在铁素体和M3C型碳化物界面萌生。

Keyword ：

M/A岛 T24钢 粒状贝氏体钢 热影响区 再热裂纹机理

Cite：

Copy from the list or Export to your reference management。

Abstract ：

本发明公开了镁基表面具有自愈合功能的活性涂层及其制备方法，首先采用微弧氧化技术在镁或镁合金表层制备含磷和钙的多孔氧化镁涂层，然后用旋涂沉积法在含磷和钙的多孔氧化镁涂层上旋涂一层F‑MSNs@PLLA涂层，最后再用浸渍沉积法在表面得到具有高骨整合效力的DCPD涂层。得到的三层涂层具有如下结构和性能特征：内层为含磷和钙的多孔氧化镁涂层，中间层为含有F‑MSNs的并具有“自愈合”功能的可降解PLLA涂层，表层为具有高骨整合效力的纳米状DCPD涂层，该三层结构涂层与基体之间无不连续界面，具有高的结合强度、良好的生物活性，并能显著改善镁及镁合金在类体液中的耐蚀性并且具有良好的“自愈合”能力。

Cite：

Copy from the list or Export to your reference management。

Abstract ：

碱性直接甲醇燃料电池（DMAFCs）作为一种清洁高效的能量产生技术，因具有能量密度高，存储运输方便，成本低廉，转化效率高等特点受到人们广泛的关注。发展和应用DMAFCs对于缓解不可再生能源消耗危机和推动科技社会发展具有重大的意义。作为DMAFCs关键部件的阴离子交换膜承担了离子传导和阻隔燃料渗透的功能，其性能直接决定了DMAFCs的效率和寿命。而目前的阴离子交换膜仍存在制备工艺复杂、阻醇性能差、机械性能及化学稳定性差等问题。因此，寻找易于制备而综合性能较好的阴离子交换膜十分必要。本文基于现有阴离子交换膜存在的问题，制备了两种含有不同侧链基团的聚合物骨架，并通过共混离子交换树脂和无机纳米材料等方式对聚合物进行复合，对所制备的膜进行了一系列结构和性能的测试。主要研究成果如下： （1）制备了基于交联型乙烯醇-乙烯基胺共聚物（VA-co-VAm）/聚乙烯醇（PVA）半互穿网络共混季铵型阴离子树脂（AER）的阴离子交换膜材料。通过自由基共聚合成了乙烯醇-乙烯基胺共聚物（VA-co-VAm），利用戊二醛交联剂将线性聚乙烯醇（PVA）与乙烯醇-乙烯基胺聚合物形成半互穿网络结构，将带有季铵基团的氢氧根离子型树脂（AER）物理负载于半互穿网络中形成季铵型阴离子共混膜AER/VA-co-VAm/PVA。实验表明，树脂在VA-co-VAm上的可负载比例高达68wt%，PVA含量的增加提高了离子交换膜的含水溶胀能力，增大了聚合物膜材料的导电性能。相比其他基于PVA的共混膜，AER/VA-co-VAm/PVA的阻醇性能有较大优势，在树脂比例68wt%，5wt%聚乙烯醇和4wt%交联剂含量下，共混膜的甲醇透过系数可达到4.27×10-7 cm2·s-1，符合燃料电池对燃料阻隔性能的要求，且优于目前商业化的Nafion115质子交换膜。 （2）合成了一系列基于交联型丙烯酸-乙烯基胺共聚物（AA-co-VAm）的均相阴离子交换膜（AA-co-VAm），探究其应用于碱性燃料电池中的性能特征。研究发现，原料丙烯酸（AA）比例的增加，导致聚合物膜含水溶胀和热稳定性持续降低。离子交换膜的电导率随着AA的增大而提高，而AA比例的进一步增大又导致了电导率的下降。甲醇透过系数则是随着AA的增加呈现上升的趋势。交联程度的提高降低了聚合物膜的含水量和导电能力，增强了膜的阻醇能力和热稳定性。室温下，在交联剂含量为0.1wt%时，离子交换膜导电率可达到3.2 mS·cm-1，甲醇透过系数保持在10-8 cm2·s-1数量级，显示出其应用于DMAFCs的巨大潜力。 （3）利用有机-无机杂化的方法，制备了一系列不同功能化碳纳米管的复合AA-co-VAm阴离子交换膜，系列多壁碳纳米管显示出了优越的复合性能。实验发现，不同功能化的碳纳米管无机粒子的加入降低了聚合物的结晶度，提高了复合膜的熔融温度。碳纳米管的复合增强了离子交换膜的阻醇性能，在3wt%MWCNTs-COOH含量下，AA-co-VAm/MWCNTs-COOH型复合膜甲醇透过系数达到2.1×10-8 cm2·s-1。随着碳纳米管含量的增多，复合膜的电导率出现先降低后增大的趋势，在较高添加量下，复合膜的离子导电性甚至超过AA-co-VAm聚合物膜。

Keyword ：

聚乙烯醇 燃料电池 碳纳米管 乙烯醇-乙烯基胺 阴离子交换膜

Cite：

Copy from the list or Export to your reference management。

Abstract ：

透平膨胀机作为现代空分装置和低温液化系统中的核心部件，其高效设计和运行长期以来受到众多学者的关注和研究。传统低温透平膨胀机采用出口具有一定过热度的气相设计，为了提高透平膨胀机出口“能量品质”，设计者们希望低温透平膨胀机可以膨胀至两相区。然而，透平膨胀机低温环境下出口气-液两相状态下带液量测量方法的缺失和性能测试数据的匮乏，无法为理论研究提供可靠的对比依据；数值研究方面，径轴流式低温透平膨胀机变工况性能预测方法尚处空白，导致在此基础上的固定尺寸透平的两相膨胀变工况性能预测问题，及其两相带液流动过程中微观液滴发展特性的复杂传热传质问题的研究难以展开。因此，以实验为指导、基于变工况性能预测方法、从液滴发展特性角度开展的低温透平膨胀机两相膨胀性能研究，对开展高效可靠低温两相透平膨胀机的基础问题研究与优化设计方法的建立具有十分重大的意义。 基于非平衡自发凝结流动模型的低温透平膨胀机的两相变工况性能方法，以透平膨胀机出口带液量和等熵效率为主要预测目标参数，结合实验数据开展湿度损失的定量描述，为两相低温透平膨胀机的设计和优化提供理论依据。在此背景下，本文以热平衡带液量测量方法为核心，搭建实验台并开展低温透平膨胀机出口为气-液两相状态的透平性能测试；以低温透平膨胀机出口单相过热的膨胀变工况性能预测方法为基础，着重进行了结合非平衡自发凝结流动模型液滴发展特性的两相膨胀数值研究，进而得到了两相膨胀湿度损失定量评价；综合以上实验和理论研究成果，采用特征转速和特征轮径的最佳组合法进行低温两相透平膨胀机的热力和气动优化设计。本文主要工作内容和结论如下： 提出了基于热平衡法的透平出口带液量测量装置，搭建了低温透平膨胀机性能测试系统，通过透平膨胀机系统回路的自回热和热平衡原理的应用，实现了透平出口为气-液两相状态的膨胀工况以及出口带液量的测量；通过单相过热膨胀参考实验的采用，发现原Baumann定律预期值并不能准确的预测径轴流式低温透平膨胀机的两相工况性能，提出了适用于低温透平出口为气-液两相状态的膨胀工况关于湿度损失的评价拟合曲线，初步开展了低温透平膨胀机出口带液对其热力完善度影响规律的探索。 通过对透平膨胀机流道各部件内低温工质高速实际流动过程和损失机理的分析，建立了适用于透平膨胀机的无量纲流动控制方程和损失系数计算关联式，实现了透平流道内实际流动和热力过程的数学描述，从而完成了透平膨胀机单相膨胀变工况性能预测方法的建立；通过变工况性能模拟研究工作，掌握了透平内部流动和附加损失组成，获得了透平膨胀机的内部损失组成和流量特性，探明了透平出口过热温区高效运行准则，实验验证了该方法可以有效地进行透平变工况运行区域的预测。 针对透平两相膨胀过程，开展了基于透平流道一维简化的非平衡凝结流动过程自编程数值研究。通过非平衡自发凝结中液滴成核、液滴生长及气液相间传热模型的建立，结合透平膨胀机流道三维尺寸特征和旋转坐标系下的气动特性，完成了透平膨胀机两相膨胀变工况性能预测数值方法的建立；预测了透平中低温工质非平衡自发凝结流动Wilson点热力学特征，着重使用“液滴簇”的概念研究了成核后尺寸各异的液滴的生长过程，获得了各个特征区域中液滴成核率、液滴尺寸、液滴生长率和液滴数目的分布规律，从而探明了气液相间质量和能量迁移规律，取得了与实验结果吻合较好的模拟结果，从而确立了运算速度快、计算精度高并可描述两相带液膨胀全发展过程的低温工质非平衡自发凝结的数学模型。 采用经实验验证的低温透平膨胀机单相及两相膨胀性能预测方法，进行了从118K到98K出口跨相态的三种膨胀过程的对比数值研究。获得了透平膨胀机从单相到两相膨胀过程中热力完善度、能量分配、流量与冷量的变化规律，进而开展了对膨胀出口跨相态过程中能量转化不连续特性研究；发现使用参考膨胀过程的方法并不能准确全面的对湿度损失进行评价，进而探明了两相膨胀状态下损失的组成和两类湿度损失的产生机理，定量计算了湿度损失占总损失的比例，提出了适用于两类两相膨胀中湿度损失关于气相过冷度的无量纲显式关联式，为低温两相透平热力设计方法提供了理论依据。 基于特性比对低温透平膨胀机性能特征的决定性影响，建立了特征转速和特征直径Ns-Ds组合的复合优化参数方法进行透平膨胀机一维热力和结构设计方法。通过对气动参数、工作轮几何构造、叶轮强度等的约束，进行了以Ns-Ds复合设计参数为核心的，以关于最优等熵效率的多参数优化方法为手段的低温透平膨胀机最优热力和气动设计。通过对透平膨胀机工作轮膨胀段相对长度和导流段叶片弯曲程度的三维几何优化，完成了基于三维气动模型的CFD优化工作，从而建立了单相和两相低温透平膨胀机从一维到三维的完整优化设计方法和流程。

Keyword ：

变工况性能预测 带液透平的优化设计 低温透平膨胀机 湿度损失 液滴生长

Cite：

Copy from the list or Export to your reference management。

Abstract ：

润滑油是机械设备的“血液”，携带着润滑性能和磨损状态信息，包含了全部的摩擦学信息。润滑油监测与分析作为润滑油性能衰变及机械设备磨损状态评判的重要手段，为设备状态监测及维护决策提供有效依据。然而，对润滑油的性能衰变描述及其剩余寿命预测的研究仍然处于初级阶段，成为制约机械设备的实时监测、健康状态管理及视情维修的技术瓶颈之一。为此，本文基于润滑油性能衰退，提出了润滑油性能衰变表征方法，并在此基础上根据润滑油监测数据建立了润滑油剩余寿命预测模型，实现润滑油剩余寿命预测。论文的主要工作包括以下内容： 首先，提出了润滑油全信息特征概念，从润滑油自身性能特征、外界入侵的影响以及摩擦学行为作用结果的表征三个方面考虑，将润滑油全部特征信息分为理化性能、污染特征以及磨损表征三类信息。其中，理化和污染特性表征润滑油性能衰变程度，磨损表征用来描述设备的磨损信息，间接地反映润滑油的性能衰退程度；提出采用润滑油粘度、介电常数以及磨粒覆盖面积来表征润滑油性能衰变程度，设计了实验系统并验证了润滑油性能表征量的有效性和合理性。 其次，建立了基于水污染的润滑油性能衰变模型。根据水-油两相介质的混合规则，提出了基于水污染的润滑油粘度衰变模型和介电常数衰变模型。首先，综述了两种互不相溶混合物的粘度和介电常数计算方法，分别构建了同时考虑温度和水分影响的润滑油粘度变化模型和润滑油介电常数变化模型；其次，对混合模型进行了实验验证。理论和实验分析表明：润滑油的粘度特性和介电常数特性可以用来表征润滑油由于水污染引起的性能衰变，且介电常数这一表征量对水污染更为敏感。 再次，提出了融合动态主成分分析（DPCA）方法和威布尔比例失效（WPH）模型的基于理化性能数据的润滑油性能衰变模型。针对润滑油理化性能指标数据量大的特点，首先，采用DPCA对多维润滑油理化性能数据进行降维处理，去除冗余信息以及数据间的强相关关系，得到新的表征润滑油理化性能变化的衰退指标，即主成分分量；其次，以衰退指标（主成分）作为协变量构建WPH模型，采用最大似然函数法估计WPH模型参数；最后，根据可靠性分析理论，计算其条件可靠度函数（CRF）和平均剩余寿命（MRL）函数，实现基于润滑油理化性能信息的剩余寿命预测。 然后，提出了基于隐马尔科夫模型（HMM）的润滑油性能衰退描述方法和剩余寿命预测模型。以磨损表征信息为研究对象，针对润滑油中磨损颗粒含量变化特点，首先，假设基于磨损表征信息的润滑油衰变过程服从连续时间的马尔科夫过程，建立了健康状态下润滑油历史数据的二维向量自回归（VAR）模型，得到服从正态分布特性的润滑油磨损表征的残差信息，作为HMM的观测值；其次，建立了基于连续时间HMM的润滑油状态表征模型，描述了润滑油隐藏状态与其磨损表征量之间的映射关系，并采用期望最大化（EM）算法估计模型的未知状态参数和观测值参数；最后，根据状态转移概率，构建了其CRF和MRL函数，实现了润滑油的剩余寿命预测。 最后，提出了基于隐半马尔科夫模型（HSMM）的润滑油性能衰退描述方法和剩余寿命预测模型，根据贝叶斯控制方案为润滑油换油维护策略提供了依据。首先，在HMM基础上，针对润滑油磨损表征数据，考虑每个不可观测状态的驻留时间为更接近实际衰退过程的埃尔朗（Erlang）分布，建立HSM模型。其次，计算了润滑油处于非健康状态下的后验概率，根据平均可用性最大化原则，求解了最优贝叶斯控制线，提出了一种润滑油换油维护策略，为润滑油失效的早期故障预警提供了方法；然后，建立了基于HSMM的润滑油剩余寿命预测模型；最后，对比了HMM和HSMM的预测结果，验证了HSM模型预测结果的有效性。

Keyword ：

比例故障率模型 剩余寿命预测 性能退化描述 隐马尔科夫模型 油液分析

Cite：

Copy from the list or Export to your reference management。

Abstract ：

离心压缩机内部流动受复杂几何形状、离心力、哥氏力以及气体可压缩性等多重因素的影响，是非常复杂的三维非定常流动。离心压缩机的高压比、高转速、宽工况发展趋势使得定常假设无法完全满足设计需求。本文基于离心压缩机内部存在的动静干涉、二次流和尾迹等固有非定常流动，针对叶轮-叶片扩压器径向间隙的大小和形状等特征几何参数对级性能的影响开展数值研究。主要工作如下： 对某离心压缩机叶轮-叶片扩压器内部流场进行了非定常数值计算。分析了离心叶轮内部典型的二次流结构，并对二次流相互作用、发展成射流尾迹的过程和机理进行了深入分析。基于转子叶片及扩压器叶片表面压力脉动的捕捉，研究了动静干涉作用下上游离心叶轮与下游扩压器的相互影响关系，分析和阐述了径向间隙对非定常流动及级性能影响的重要性。 考虑叶轮出口射流尾迹以及扩压器逆压梯度造成的扩压器进口来流的非定常性和不均匀性特征，为了实现叶轮和扩压器的良好匹配，研究了六组不同径向间隙大小对离心压缩机级性能的影响。对设计工况下和近失速工况点不同径向间隙下压缩机内部的流动机理和损失进行了详细分析，并对相应工况下压缩机的失速裕度等性能特征进行了评估分析。 在较优径向间隙大小的基础上，为了适应来流沿叶高方向来不均匀性，改型设计了四种不同前、后掠角的扩压器方案。系统比较和分析上述方案对压缩机性能的影响。着重研究了扩压器叶片叶根前掠角对包括失速裕度在内的压缩机特征性能的影响。

Keyword ：

动静干涉 径向间隙 掠角 射流尾迹

Cite：

Copy from the list or Export to your reference management。