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基于响应面法的低温风洞扩散段热力学模型修正

麻越垠 聂旭涛 陈万华 姚程伟 张伟

麻越垠, 聂旭涛, 陈万华, 等. 基于响应面法的低温风洞扩散段热力学模型修正[J]. 实验流体力学, 2017, 31(4): 71-78. doi: 10.11729/syltlx20160133
引用本文: 麻越垠, 聂旭涛, 陈万华, 等. 基于响应面法的低温风洞扩散段热力学模型修正[J]. 实验流体力学, 2017, 31(4): 71-78. doi: 10.11729/syltlx20160133
Ma Yueyin, Nie Xutao, Chen Wanhua, et al. Thermodynamics model updating of cryogenic wind tunnel diffuser based on response surface method[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2017, 31(4): 71-78. doi: 10.11729/syltlx20160133
Citation: Ma Yueyin, Nie Xutao, Chen Wanhua, et al. Thermodynamics model updating of cryogenic wind tunnel diffuser based on response surface method[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2017, 31(4): 71-78. doi: 10.11729/syltlx20160133

基于响应面法的低温风洞扩散段热力学模型修正

doi: 10.11729/syltlx20160133
详细信息
    作者简介:

    麻越垠(1987-), 男, 安徽阜阳人, 工程师。研究方向:风洞结构设计及力学分析。通信地址:四川省绵阳市二环路南段6号14信箱402分箱(621000)。E-mail:xiaoma_myy@163.com

    通讯作者:

    麻越垠, E-mail:xiaoma_myy@163.com

  • 中图分类号: TH113.1

Thermodynamics model updating of cryogenic wind tunnel diffuser based on response surface method

  • 摘要: 低温风洞运行过程消耗大量液氮和电力,洞体结构产生附加热应力和热变形,建立可靠的低温风洞热力学模型对研究风洞运行安全性和经济性是必不可少的。以低温风洞扩散段为方法研究对象,建立有限元热力学模型,为提高热力学模型和实际模型的相关性,使用响应面法对有限元热力学模型多个参数进行修正。通过对比分析温度、应力监测点试验数据和仿真数据的差别,确定驻室锥形体内表面对流换热系数为待修正参数;使用中心复合试验设计生成有限元热分析样本空间,以温度、应力监测点试验数据和仿真数据的残差均方和为考核指标,在样本空间内对残差均方和进行非线性回归分析,建立残差均方和的响应面模型;以所有监测点残差均方和总和为目标函数,在样本空间内进行多目标非线性优化分析,得到最优解;验证修正后的热力学模型,结果表明:(1)基于响应面法的热力学模型修正是可行的;(2)修正后的热力学模型分析数据与试验数据吻合性提高,并且适用于其它降温试验。
  • 图  1  扩散段三维模型

    Figure  1.  Diffuser section model

    图  2  降温试验

    Figure  2.  Cool-down test

    图  3  扩散段有限元热力学模型

    Figure  3.  Finite element model of diffuser section

    图  4  流场降温曲线

    Figure  4.  Flow field cool-down curve

    图  5  有限元计算结果

    Figure  5.  Results of FEA

    图  6  试验与仿真应力曲线

    Figure  6.  Stress curves of test and simulation

    图  7  试验与仿真降温曲线

    Figure  7.  Temperature curves of test and simulation

    图  8  误差分析

    Figure  8.  Error analysis

    图  9  待修正参数说明

    Figure  9.  Parameters updated

    图  10  优化过程

    Figure  10.  Optimization process

    图  11  修正后应力对比

    Figure  11.  Stress comparison after updating

    图  12  修正后温度对比

    Figure  12.  Temperature comparison after updating

    图  13  应用验证

    Figure  13.  Applying validate

    表  1  修正目标水平表(单位:W/(m2·K))

    Table  1.   Modal updating parameters and level

    Level -2 -1 0 1 2
    h 2 7.75 13.5 19.25 25
    下载: 导出CSV

    表  2  参数修正结果(单位:W/(m2·K))

    Table  2.   Model updating result

    Parameter h1 h2 h3 h4 h5
    Updated level 1.88 -1.95 -1.55 -1.66 0.35
    Updated h 24.34 2.32 4.59 3.95 15.48
    下载: 导出CSV

    表  3  试验应力值和修正应力值误差分析

    Table  3.   Stress error analysis of test and updated model

    Time/s Update value/MPa Test value/MPa Error/%
    1000 1.90 15.35 107.8
    2000 47.74 37.07 28.8
    3000 53.88 43.16 24.8
    4000 59.20 48.27 22.7
    5000 73.83 68.44 7.9
    6000 90.79 88.56 2.5
    下载: 导出CSV
  • [1] 麻越垠, 陈万华, 王元兴, 等.风洞模型支撑系统振动主控控制试验研究[J].机械强度, 2015, 37(2):232-236. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JXQD201502008.htm

    Ma Y Y, Chen W H, Wang Y X, et al. Active vibration control experimental investigation on wind tunnel model support system[J]. Journal of Mechanical Strength, 2015, 37(2):232-236. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JXQD201502008.htm
    [2] 李鹏, 张崇峰, 陈宝东, 等.利用热平衡试验稳态数据修正对接机构热力学模型[J].上海航天, 2011, 28(04):57-61. doi: 10.3969/j.issn.1006-1630.2011.04.014

    Li P, Zhang C F, Chen B D, et al. Correction of thermal model of docking mechanism with steady data in thermal balance test[J]. Aerospace Shanghai, 2011, 28(04):57-61. doi: 10.3969/j.issn.1006-1630.2011.04.014
    [3] 刘娜, 程文龙, 钟奇, 等.基于蒙特卡罗法的卫星热力学模型参数敏感性分析研究[J].航天器工程, 2009, 18(04):102-107. doi: 10.3969/j.issn.1673-8748.2009.04.018

    Liu N, Cheng W L, Zhong Q, et al. Sensitivity analysis of spacecraft thermal model based on Mento-Carlo method[J]. Spacecraft Engineering, 2009, 18(04):102-107. doi: 10.3969/j.issn.1673-8748.2009.04.018
    [4] 杨沪宁, 钟奇.航天器热力学模型蒙特卡罗法修正论述[J].航天器工程, 2009, 18(03):53-58. doi: 10.3969/j.issn.1673-8748.2009.03.009

    Yang H N, Zhong Q. Monte-Carlo method for thermal model correction of spacecraft[J]. Spacecraft Engineering, 2009, 18(03):53-58. (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1673-8748.2009.03.009
    [5] 刘娜. 随机近似热力学模型修正方法及相变热控关键问题研究[D]. 合肥: 中国科学技术大学, 2012.

    Liu N. Study on stochastic approximation thermal model correction method and phase change thermal control[D]. Hefei:University of Science and Technology of China, 2012.
    [6] 邓小雷, 傅建中, 夏晨晖, 等.数控机床主轴系统热力学模型参数多目标修正方法[J].机械工程学报, 2014, 50(15):119-126.

    Deng X L, Fu J Z, Xia C H, et al. Multi-objective correction method for thermal model parameters of CNC machine tool spindle system[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2014, 50(15):119-126.
    [7] 王开山, 李传日, 郭恒晖, 等.基于相关性分析的PCBA热力学模型修正[J].装备环境工程, 2014, 11(05):119-124. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JSCX201405023.htm

    Wang K S, Li C R, Guo H H, et al. Study on the Method of thermodynamics model updating of printed circuit board assembly[J]. Equipment Environment Engineering, 2014, 11(05):119-124. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JSCX201405023.htm
    [8] 段巍, 王璋奇.利用响应面方法的汽轮机叶片振动可靠性分析[J].振动.测试与诊断, 2012, 32(01):84-90. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZDCS201201019.htm

    Duan W, Wang Z Q. Vibration reliability analysis of turbine blade based on response surface method[J]. Journal of Vibration, Measurement and Diagnosis, 2012, 32(01):84-90. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZDCS201201019.htm
    [9] 鲍诺, 王春洁.基于响应面优化的结构有限元模型修正[J].北京航空航天大学学报, 2014, 40(07):927-933. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DGGC201305016.htm

    Bao N, Wang C J. Structural finite element model updating based on response surface optimization[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2014, 40(07):927-933. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DGGC201305016.htm
    [10] 方圣恩, 张秋虎, 林友勤, 等.不确定性参数识别的区间响应面模型修正方法[J].振动工程学报, 2015, 28(01):73-81. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZDGC201501010.htm

    Fang S E, Zhang Q H, Lin Y Q, et al. Uncertain parameter identification using interval response surface model updating[J]. Journal of vibration engineering, 2015, 28(01):73-81. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZDGC201501010.htm
    [11] 邱飞力, 张立民, 张卫华, 等.基于响应面方法的支架结构模型修正研究[J].噪声与振动控制, 2014, 34(03):139-143. doi: 10.3969/j.issn.1006-1335.2014.03.030

    Qiu F L, Zhang L M, Zhang W H, et al. Study on frame model updating based on response surface method[J]. Noise and Vibration Control, 2014, 34(03):139-143. doi: 10.3969/j.issn.1006-1335.2014.03.030
    [12] 苏忠亭, 徐达, 杨明华.基于模态试验的某火炮身管有限元模型修正[J].振动与冲击, 2012, 31(24):54-59. doi: 10.3969/j.issn.1000-3835.2012.24.012

    Su Z T, Xu D, Yang M H. Finite-element model updating for a gun barrel based on modal test[J]. Journal of Vibration and Shock, 2012, 31(24):54-59. doi: 10.3969/j.issn.1000-3835.2012.24.012
    [13] Incropero F P, DeWitt D P, Bergman T L, 等. 葛新石, 叶宏, 译. 传热和传质基本原理[M]. 北京: 化学工业出版社, 2009: 318-320.

    Incropero F P, DeWitt D P, Bergman T L, et al. Ge Xinshi, Ye Hong, translated. Fundamentals of heat and mass transfer[M]. Beijing:Chemical Industry Press, 2009:318-320.
    [14] 贾力, 方肇洪.高等传热学[M].北京:高等教育出版社, 2008:225-227.

    Jia L, Fang Z H. Higher heat transfer[M]. Beijing:Higher Education Press, 2008:225-227.
    [15] 万华平, 任伟新, 魏锦辉.基于高斯过程响应面的结构有限元模型修正方法[J].振动与冲击, 2012, 31(24):82-87. doi: 10.3969/j.issn.1000-3835.2012.24.017

    Wan H P, Ren W X, Wei J H. Structural finite element model updating based on Gaussian process response surface methodology[J]. Journal of Vibration and Shock, 2012, 31(24):82-87. doi: 10.3969/j.issn.1000-3835.2012.24.017
    [16] 秦玉灵, 孔宪仁, 罗文波.基于径向基函数响应面的机翼有限元模型修正[J].北京航空航天大学学报, 2011, 37(11):1465-1470. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-BJHK201111027.htm

    Qin Y L, Kong X R, Luo W B. Finite element model updating of airplane wing based on Gaussian radial basis function response surface[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2011, 37(11):1465-1470. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-BJHK201111027.htm
    [17] 任伟新, 陈华斌.基于响应面的桥梁有限元模型修正[J].土木工程学报, 2008, 41(12):73-78. doi: 10.3321/j.issn:1000-131X.2008.12.012

    Ren W X, Chen H B. Response-surface based on finite element model updating of bridge structures[J]. China Civil Engineering Journal, 2008, 41(12):73-78. doi: 10.3321/j.issn:1000-131X.2008.12.012
    [18] 费庆国, 张令弥, 李爱群, 等.基于统计分析技术的有限元模型修正研究[J].振动与冲击, 2005, 24(3):23-26. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZDCJ200503007.htm

    Fei Q G, Zhang L M, Li A Q, et al. Finite element model updating using statistics analysis[J]. Journal of Vibration and Shock, 2005, 24(3):23-26. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZDCJ200503007.htm
    [19] 李佰灵, 荣克林.基于响应面方法的多目标有限元模型修正技术研究[J].强度与环境, 2010, 37(4):13-21. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-QDHJ201004003.htm

    Li B L, Rong K L. Study of finite element model updating for multi-objective based on the response surface method[J]. Structure & Environment Engineering, 2010, 37(4):13-21. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-QDHJ201004003.htm
    [20] 魏锦辉, 任伟新.结构有限元模型修正的自适应响应面方法[J].振动与冲击, 2013, 32(08):114-119. doi: 10.3969/j.issn.1000-3835.2013.08.020

    Wei J H, Ren W X. FE model updating based on adaptive response surface method[J]. Journal of Vibration and Shock, 2013, 32(08):114-119. doi: 10.3969/j.issn.1000-3835.2013.08.020
    [21] 费业泰.误差理论与数据处理[M].合肥:合肥工业大学出版社, 2004:139-141.

    Fei Y T. Error theory and data processing[M]. Hefei:Hefei University of Technology Press, 2004:139-141.
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-09-05
  • 修回日期:  2017-03-31
  • 刊出日期:  2017-08-25

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    2021年8月13日