【2017年整理】机械学院课题集锦

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1、第 1 页 共 13 页机械学院课题集锦2005.10.81、粗糙集理论在故障诊断中的应用综述课题背景与检索目的粗糙集理论是波兰数学家Z.Pawlak于1982年提出的一种数据分析理论。1991年Z.Pawlak的专著粗糙集关于数据推理的理论（Rough setsTheoretical Aspects of Reasoning about Data）的问世，标志着粗糙集理论及其应用的研究进入了活跃时期。1992年在波兰召开了关于粗糙集理论的第一届国际学术会议。1995年ACM Communication 将粗糙集列为新浮现的计算机科学的研究课题。人工智能研究的一个崭新领域数据挖掘（DM）和数据

2、库知识发现（KDD）。粗糙集理论与概率方法、模糊集方法和证据理论方法等其他处理不确定性问题理论的最显著的区别是他无需提供问题所需处理的数据集和之外的任何先验信息。由于该理论未能包含处理不精确或不确定原始数据的机制，所以与其他处理不确定性问题的理论有很强的互补性。故障诊断是一个典型的信息融合过程，需要对设备运行中的多种信息进行综合处理和协同分析。在实际应用中，设备的特征信号（如振动、噪声）和机器运行参数（如介质的压力、温度）很多，都能反映设备运行的状态。我们首先要对获得的信号或机器运行特征提取，之后还要对诊断特征进行压缩或约减，剔除不需要的特征，或对大量的特征进行简化，从而大大减少诊断信息融合过

3、程的计算工作量，提高故障诊断的效率。由此可以看出，粗糙集理论可以剔除大量的特征中具有冗余信息的特征，从而简化特征的个数，问后续工作提供很大的便利。2、烟气废热溴化锂制冷机仿真模拟研究课题背景：近年来,随着世界经济的飞速发展,人类已面临着日益严重的全球气候变暖和能源枯竭的威胁。为此,对太阳能、地热和工业废热等低品位能源的利用已越来越成第 2 页 共 13 页为人们关注的焦点。而吸收式制冷由于具有可直接利用低品位热源驱动、不使用对臭氧层有破坏作用的 CFCs 为工质等独特的优点 ,也越来越受到人们的青睐。能用于吸收式制冷的工质对有很多，大约有 40 余种1。但目前应用最成熟的工质对还是氨- 水、水

4、- 溴化锂溶液，其他的工质对大都未工业化。在高于 0时，采用水- 溴化锂溶液作为吸收式制冷工质比氨-水系统有着非常明显的优越性: 首先,它可使制冷机双效化;其次,做为制冷剂的水具有较大的蒸发潜热且没有毒性 ;第三,水-溴化锂溶液具有较高的化学稳定性;另外,由于水 -溴化锂溶液在真空条件下工作,因此没有发生爆炸的危险。水溴化锂溶液制冷工质对的采用为吸收式制冷的发展提供了广阔的发展前景。溴化锂制冷机根据结构型式可分为单筒、双筒和三筒型，根据系统可分为单效型、双效型、冷温水两用型以及三泵、两泵和无泵系统。其主要热源有蒸汽、热水、燃气燃油、废热热源以及太阳能源。传统的溴化锂制冷机主要以煤，油，煤气燃烧

5、产生的高温高质量热量转化为低温低质量的热量再来驱动溴化锂制冷机，在这过程中必然要产生可用能的损失，从能源利用角度来看是很不合理的。但是如果溴化锂吸收式制冷机的加热源是余热、废热或化学反应热，则从整体来看，大大提高了能源的利用率，所以溴化锂制冷机所用的热量最好是低温废热。我国工业余热资源的回收率仅 33.5%，即 2 / 3 的余热资源尚未被利用。 2工业余热资源分布在各工业行业业余热资源分布在各工业行业，更为集中的是在钢铁、有色金属、化工、建材、石化、轻纺与机械等七个部门企业中。近年来 ,由于生产工艺过程的要求 ,科学技术的发展 ,对产品质量要求的提高及日益迫切的改善劳动条件的要求，同时，由于

6、溴化锂吸收式制冷机组性能的改善和可靠性与寿命的显著提高，某些工业企业已开始用溴化锂吸收式制冷为车间的空调通风或工艺过程提供冷量，收到了良好的经济效益与社会效益。文献2论述了利用溴化锂回收工业余热的 5 种原则性方案，基本是利用工业废热产生蒸汽或热水，然后作为蒸汽或热水制冷机组发生器的驱动热源。这样就增加了诸如废热锅炉等中间换热设备。现阶段我国利用废气的溴化锂吸收式制冷机还未有定型产品，这就要求我们需要根据具体的工作要求进行溴化锂制冷机组的具体设计。由热力学理论可知，温度越高的热量，其作功能力也越强，能量分级利用，才第 3 页 共 13 页能实现最高效率地利用能量。因此在选用溴化锂制冷机时，如果

7、热源温度比较低，仅 100左右，则利用单效溴化锂机就能达到最高效率，其空调工况效率为 0.7 左右。而对直燃式，热源温度比较高，仅用两效制冷机就达不到最高的效率。为了达到提高效率的目的最好选用三效、甚至更多效的制冷机，国内外已有相关报道4，但由于高温下溴化锂溶液腐蚀性强，添加剂辛醇要分解，高发压力高，并没有完全投向市场5。而如果热源温度达到 160左右，则我们就要利用双效机，这是最经济的方法，Pongsid Srikhirin3比较了不同类型的制冷系统，认为与其他类型制冷系统相比，双效溴化锂制冷机具有较高的性价比。3、小冲孔高温蠕变试验技术课题背景、目的石油化工、航空、航天、电力、核电等行业中

8、存在大量长期在高温环境下运行的压力容器及压力管道等金属构件，现代化过程工业的工艺设计更是向着高温、高压和大型化发展，以提高装置的效益。这样，其中一些高温高压承载构件的意外破坏就可能会导致灾难性的后果和重大的经济损失，因此，对这些构件的安全性要求越来越高。为了保证上述高压高温构件安全可靠长周期运行，这就存在如何评估高温服役材料脆化程度，如何预测高温原件剩余寿命，以及如何评价带裂纹服役高温元件完整性等一系列亟待解决的问题。解决上述问题，其基本前提是获得这些在役构件的高温性能。在获取在役构件的高温性能方面，我们通常用到传统的无损检测方法和取样试验方法，可是两者又各有其局限性前者简单、无损，但所测知的

9、信息不完整，也不足够精确；后者准确可靠但具有破坏性。因此，尽可能减少取样损伤，要求所取试样体积要很小；另外，某些特殊情况也限制了试样的尺寸，如在中子辐射后材料的损伤研究中，因粒子加速器产生的损伤区域很窄，这样试样的尺寸受到严格限制。又如在焊接接头热影响区性能变化规律研究中，因热影响区区域范围窄，试样尺寸也必须很小。对于这类微型试样，显然用常规试验方法来获得材料力学性能已无能为力，第 4 页 共 13 页因此必须寻求新的既有效又经济的试验方法和手段。一方面，要尽可能采用无损或半无损检验的方法，另一方面又必须最大限度地得到材料的性能，小冲孔试验技术兼备无损和取样两种优势，正是解决这种两难问题的有效

10、方法。小冲孔试验技术兼备无损和取样两种优势，正是解决这种两难问题的有效方法。简单地说，小冲孔试验技术（Small Punch Test Technique，简称SP）是一种利用冲杆以一定速度冲压试样薄片，并记录试片从变形到失效整个过程中的载荷一位移（或变形挠度）数据，并借此分析得出材料各种性能参数的试验方法 2。八十年代初由Ames实验室提出，其本质上是一种微型试验技术。近年来，国内外对应用微型试验法来评价材料性能进行了大量试验，取得了一些成果，这些研究所用微型试样的形状及试验装置与常规试验相同，并且主要侧重于室温下力学性能，对于高温下的力学性能研究很少，特别是与高温损伤特性的关联方面。本课题

11、是国家自然科学基金项目“基于小冲孔蠕变试验的在役高温构件寿命估算方法研究”的子课题，预期目标是研制成具有较高精度的小冲孔高温蠕变试验系统。并使用此系统的试验装置进行薄片试样的小冲孔高温蠕变试验，揭示小冲孔蠕变变形行为特征和微观物理机理和规律，研究高温结构的剩余寿命工程评定方法。4、薄膜蒸发器CAD系统研究与开发研究背景：薄膜蒸发器是一种新型、高效的蒸发设备，其结构形式多样，在国内外已广泛应用于化工、轻工、制药，环保、食品等行业。目前薄膜蒸发器的研究和推广应用获得了一些进展，但用于设计计算的基础资料仍是不足，很多设计和产品都是在成功经验基础上进行工程放大估算的结果，而没有一套完整的理论计算设计方

12、法，影响了薄膜蒸发器的推广应用。开发薄膜蒸发器辅助设计软件是高效设计薄膜蒸发器必然要求，而施工图的高效绘制是开发薄膜蒸发器辅助设计软件难点之一。目的：开发薄膜蒸发器辅助设计软件第 5 页 共 13 页5、 螺 旋 折 流 板 换 热 器 流 体 流 动 和 传 热 特 性 的 研 究课 题 背 景换 热 器 是 炼 油 、 化 工 、 能 源 等 工 业 部 门 的 一 种 重 要 单 元 设 备 。 通 常 在 化 工 厂的 建 设 中 ， 换 热 器 约 占 总 投 资 的 10 20 ； 在 炼 油 厂 中 ， 换 热 器 约 占 总 设 备 投 资的 35 40 左 右 。 近 年 来

13、 ， 世 界 各 国 围 绕 高 效 率 、 低 能 耗 、 低 成 本 的 目 标 ， 对 各类 换 热 器 进 行 了 大 量 研 究 ， 开 发 了 多 种 高 效 、 紧 凑 的 换 热 设 备 ， 如 波 纹 板 换 热 器 、板 齿 式 换 热 器 、 螺 旋 板 换 热 器 等 。 然 而 由 于 实 际 化 工 生 产 中 高 温 、 高 压 、 强 腐 蚀等 工 艺 条 件 的 限 制 ， 管 壳 式 换 热 器 仍 占 据 着 主 导 地 位 ， （ 约 占 我 国 全 部 换 热 器 总 数的 80 ） 。 弓 形 折 流 板 换 热 器 是 最 普 通 的 管 壳 式

14、换 热 器 。 在 这 种 换 热 器 中 ， 折 流板 起 着 改 变 壳 程 流 体 的 流 动 方 向 和 支 撑 管 束 的 作 用 。 但 这 种 折 流 板 存 在 以 下 这 些缺 点 ： （ 1） 流 体 垂 直 冲 击 折 流 板 和 壳 体 ， 在 壁 面 造 成 较 大 的 沿 程 压 力 降 ； （ 2）折 流 板 与 壳 体 、 壁 面 的 相 接 处 产 生 交 大 的 滞 流 死 区 ， 降 低 了 设 备 的 传 热 效 率 （ 一般 约 有 总 传 热 面 的 20 30 左 右 的 死 区 ） ， 同 时 造 成 流 体 的 返 混 ， 并 增 加 壳 程

15、积垢 ； （ 3） 高 速 流 体 横 向 掠 过 换 热 管 ， 容 易 诱 导 管 束 的 横 向 震 动 ， 造 成 管 口 开 裂 及泄 漏 。螺 旋 折 流 板 换 热 器 是 90 代 开 发 的 一 种 新 型 的 管 壳 式 换 热 器 。 这 种 换 热 器 是 将折 流 板 布 置 成 近 似 的 螺 旋 面 ， 使 壳 程 流 体 实 现 近 似 的 连 续 螺 旋 状 流 动 ， 以 实 现 降低 壳 程 压 力 降 及 强 化 传 热 的 目 的 。 90 年 代 出 现 了 这 种 新 型 管 壳 式 换 热 器 的 商 业 产品 ， 但 是 对 这 类 换 热 器

16、 的 研 究 却 鲜 见 有 报 道 ， 甚 至 98 年 以 来 出 现 的 文 章 与 最 初 公布 的 结 果 几 乎 相 同 。 目 前 如 欧 美 、 俄 罗 斯 等 国 家 已 有 商 业 产 品 并 使 用 ， 但 是 开 发这 些 设 备 的 研 究 成 果 并 未 在 公 开 文 献 上 报 道 。 国 内 尚 处 于 开 发 阶 段 ， 有 关 与 这 方面 的 资 料 更 少 。换 热 器 的 传 统 设 计 方 法 是 利 用 相 似 理 论 原 理 ， 以 简 化 换 热 器 模 型 为 基 础 ， 进行 流 体 流 动 和 传 热 的 数 据 测 量 ， 再 通 过 放 大 等 数 据 后 处 理 方 法 得 到 与 实 际 情 况 相接 近 的 特 性 参 数 。 通 常 ， 试 验 测 试 费 用 昂 贵 而 且 耗 时 ， 并 且 实 际 换 热 器 中 流 场 的可 视 化 和 流 量 的 测 量 也 相 当 困 难 。 许 多 计 算 管