时变大功率输入径向柱塞泵的能耗机理解析及高能效设计

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51675344
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0510.制造系统与智能化
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

High-power hydraulic wind turbine has been drawing lot attentions because of its advantages of high power density, high reliability and being able to absorb input fluctuation. However, given the large scale of power, some critical problems arise from the design of its hydraulic transmission system, including the complexity of topology structure as well as the difficulties in identifying energy transfer paths and mastering the hydrodynamic characteristics . Focusing on the key energy transitions of high-power hydraulic wind turbine system (mechanic power->hydraulic power), this study aims at methodologies and technologies for energy dissipation analysis and highly energy efficient design of large radial piston pump with time-varying large power inputs. Given the critical requirements on light-weight, compact structure and maintainability of high-power wind turbines, this project will first study on methodologies for topological structure synthesis and structure weight reduction under complex space constraints, based on which the modular system design will be proposed. Next, the research on identification and mechanism analysis of energy dissipations, as well as optimization of energy transfer paths will be carried out. Then, the project will be focused on the development of methodologies for numerical analysis of multi-pump unsteady flow mechanism based on fusion of real time measurements and simulations, as well as the simulation techniques and experiments for analyzing fluid transients and high pressures in compound pipelines of pump and valves. Last but not least, the project has also planned for the development of software prototypes for design and assessment of high-power radial piston pumps. This project is expected to contribute to building the theoretical and technological foundations of high-power radial piston pump R&D, as well as the development of large dynamic systems with high power hydraulic powertrains in China.
大功率液压增速风力机因为具有功率密度大、可靠性高和吸收输入能量波动等优点而备受关注。但是大功率传递将导致液压系统拓扑结构异常复杂,能耗环节不易识别,液动特性难于把握。本项目以大功率风力机能量传递过程中的关键环节(机械能->液压能)为研究对象,研究时变大功率输入径向柱塞泵的能量损耗机理解析和高能效设计方法。首先针对轻量化和易维修的要求,研究空间约束大功率柱塞泵拓扑结构综合和轻量化方法,生成模块化结构设计方案;然后研究该型柱塞泵的关键能耗环节及能耗模式识别、能耗机理解析和高效能量传递路径优化方法;其后研究基于实时测量与仿真融合的多泵阀复杂液压系统非定常流动机理的数值解析和大功率液压系统回路中瞬态过渡高压机理及实验等性能评价关键技术;最后开发该型柱塞泵设计与评价原型系统。本项目研究成果将为我国研发大功率径向柱塞泵提供基本方法和基础技术支持,也可为基于大功率液压驱动的动力系统的设计提供理论基础。

结项摘要

大功率液压增速风力机因为具有功率密度大、可靠性高和吸收输入能量波动等优点而备受关注。但是大功率传递将导致液压系统拓扑结构异常复杂,能耗环节不易识别,液动特性难于把握。本项目研究了时变大功率输入径向柱塞泵的能量损耗机理解析和高能效设计方法。①提出了大型风力发电机用径向柱塞泵的参数化方案生成与评价方法。建立了柱塞泵的参数方案生成模型,在有限范围内展开穷举,生成了若干面向风电的大功率径向柱塞泵的参数设计方案。以主轴转矩脉动、出口流量脉动、传动效率等为评价指标,对柱塞泵的参数方案进行评价,获得较优的参数方案,完善了低速大功率径向柱塞泵的拓扑结构参数设计方法。②进行了径向柱塞泵大功率化过程结构演化规律研究及大功率柱塞泵设计方法。优选了关键设计参数,建立了径向柱塞泵参数模型。从单柱塞泵模型开始,研究了功率增大对主要结构参数和性能的影响,获得了大功率化过程从单柱塞泵到多柱塞泵结构的演化规律。据此提出了面向风电用大型径向柱塞泵的设计方法。③提出了基于设计域的求解-综合能量建模法。进而分别研究了设计信息的分解映射框架和能量流关系图用以支持求解过程和综合过程,进而识别出能量建模所需的关键设计信息,再利用设计域所对应的设计特征对能量流造成影响的固有模式实现了能量信息的求解。④进行了低速大功率径向柱塞泵的动态特性分析和腔内压力瞬态变化规律识别。建立了单柱塞-插装阀模型和整体仿真模型,通过仿真分析获得了腔内压力随柱塞运动及腔内油液进出的变化规律,把握了柱塞泵出口流量脉动、转矩脉动的变化和柱塞从动件运动之间的关系。详细分析了柱塞腔内压力、流量、泄漏之间的关系,揭示了阀门开启和关闭过程的柱塞腔内流场参数的变化趋势。本项目研究成果可为我国研发大功率径向柱塞泵提供基本方法和基础技术支持,也可为基于大功率液压驱动的动力系统的设计提供理论基础。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(4)
专利数量(1)
面向风力发电的径向柱塞泵的建模与仿真
  • DOI:
    10.19356/j.cnki.1001-3997.2018.s2.005
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    机械设计与制造
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    廖瀚浩;于随然
  • 通讯作者:
    于随然
A FBS-based energy modelling method for energy efficiency-oriented design
基于FBS的能源效率导向设计能源建模方法
  • DOI:
    10.1016/j.jclepro.2017.09.254
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Journal of Cleaner Production
  • 影响因子:
    11.1
  • 作者:
    Li Lu;Yu Suiran;Tao Jing;Li Lin
  • 通讯作者:
    Li Lin
Lean lubrication of ultra large modulus open gear and rack pair: A case study of the gear-rack drive mechanism of the Chinese “Three Gorge Dam” ship lift
超大模数开式齿轮齿条副的精益润滑——以中国“三峡大坝”升船机齿轮齿条传动机构为例
  • DOI:
    10.1016/j.jclepro.2020.124450
  • 发表时间:
    2020-10
  • 期刊:
    Journal of Cleaner Production
  • 影响因子:
    11.1
  • 作者:
    Jing Tao;An Wen;Zhongming Liu;Suiran Yu
  • 通讯作者:
    Suiran Yu
Integration of Life Cycle Assessment with computer-aided product development by a feature-based approach
通过基于特征的方法将生命周期评估与计算机辅助产品开发相集成
  • DOI:
    10.1016/j.jclepro.2016.12.005
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Journal of Cleaner Production
  • 影响因子:
    11.1
  • 作者:
    Tao Jing;Chen Zhaorui;Yu Suiran;Liu Zhifeng
  • 通讯作者:
    Liu Zhifeng
Design for energy efficiency in early stages: A top-down method for new product development
早期阶段的能源效率设计:新产品开发的自上而下的方法
  • DOI:
    10.1016/j.jclepro.2019.03.137
  • 发表时间:
    2019-07
  • 期刊:
    Journal of Cleaner Production
  • 影响因子:
    11.1
  • 作者:
    Li Lu;Yu Suiran;Tao Jing
  • 通讯作者:
    Tao Jing

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其他文献

低速重载齿轮齿条传动机构混合弹流润滑分析
  • DOI:
    10.13952/j.cnki.jofmdr.2019.0235
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    机械设计与研究
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    文安;张执南;于随然
  • 通讯作者:
    于随然
基于QFDE的产品平台设计方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    机械设计与研究
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    耿凯阳;于随然
  • 通讯作者:
    于随然
基于正交试验法的卸船机结构轻量化设计研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    机械制造与自动化
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张全非;于随然;刘纪温;潘敏献
  • 通讯作者:
    潘敏献
双肘杆压力机误差建模及公差优化分配
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    东华大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    骞华楠;陶璟;于随然
  • 通讯作者:
    于随然
人体膝关节标本生物力学实验平台的设计与试验
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    机械设计与研究
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈浩;于随然
  • 通讯作者:
    于随然

其他文献

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于随然的其他基金

面向低龄脑瘫儿童下肢康复运动辅助的动力外骨骼设计与实验
  • 批准号:
    82072042
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    55 万元
  • 项目类别:
    面上项目
面向产品多样性和绿色性的模块化设计与评价方法研究
  • 批准号:
    51075275
  • 批准年份:
    2010
  • 资助金额:
    38.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于仿真技术与遗传算法的环境调和型产品的设计研究
  • 批准号:
    50775141
  • 批准年份:
    2007
  • 资助金额:
    30.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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相似海外基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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