基于无网格法催化转化器的热流声耦合分析及多尺度优化研究
批准号:
51975503
项目类别:
面上项目
资助金额:
60.0 万元
负责人:
张建平
依托单位:
学科分类:
机械设计学
结题年份:
2023
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
张建平
中文摘要
本项目针对催化转化器效率低、噪声大和寿命短等问题,结合无网格法和拓扑优化理论,开展催化转化器热流声耦合化学反应的性能分析和多场耦合载体的超材料-微结构多尺度拓扑优化研究,以减少尾气排放和环境污染。通过构造微通道接触面上的无网格法影响域、插值函数和映射算法,阐明催化转化器传热、流动、声学与化学反应多场耦合机理,并建立热流声与化学反应强耦合分析的全真数值模型和GPU并行算法;构建细观单胞热力声性能的宏观等效表征方法,揭示非规则宏观载体微通道和细观单胞微构型对催化转化器综合性能的影响机制,并基于双负材料属性参数建立催化转化器载体的超材料-微结构多尺度一体化拓扑优化模型;根据试验结果修正模型,基于材料与结构协同优化思想,建立多目标优化函数,并结合宏观布局和细观精细设计技术,实现集净化、消声于一体的催化转化器结构最优设计,为高效率、低排放、小噪声和长寿命催化转化器设计提供科学优化方法和关键应用技术。
英文摘要
Aiming at the low conversion efficiency, loud noise and short life problems of the catalytic converter, the performance analysis of thermal-fluid-acoustic coupling chemical reaction and multiscale topology optimization of multifield coupled carrier metamaterial-microstructures for catalytic converter will be studied by combining the meshless method with topology optimization theory, in order to reduce engine exhaust emissions and environmental pollution. In meshless method, the multifield coupling mechanism of thermal-fluid-acoustic coupled with chemical reaction for catalytic converter is clarified by constructing the influence domain, interpolation function and mapping algorithm of node on the contact surface of micro channel, and then the complete simulation model and GPU parallel algorithm for thermal-fluid-acoustic strong coupling chemical reaction analysis of catalytic converter are established; the macro equivalent characterization method of thermal-mechanical-acoustic properties for micro cells is proposed, and the influence mechanism of the irregular micro channel of carrier and micro structure of cell on the comprehensive performance of catalytic converter is revealed. The integration multiscale topology optimization model of metamaterial-microstructures for multifield coupled catalytic converter carrier is established based on double negative material parameters. The proposed numerical models are modified and improved through the experiment results, and the multi-objective optimization function is formulated based on collaborative optimization idea of material and structure. The optimal structure design of catalytic converter that integrates purification and noise elimination is achieved by combining macro layout design with micro fine design technology. The scientific optimization method and some key practical techniques will be provided for the design of catalytic converter with high conversion efficiency, low emissions, minor noise and long life.
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DOI:
--
发表时间:
2022
期刊:
太阳能学报
影响因子:
作者:
[张建平, 胡慧瑶, 吴淑英, 刘庭显, 王志奇, 黄健]
通讯作者:
黄健
DOI:
10.1016/j.enganabound.2023.05.026
发表时间:
2023
期刊:
Engineering Analysis with Boundary Elements
影响因子:
作者:
[Tao Luo, Jianping Zhang, Shuying Wu, Shuohui Yin, Huiling He, Shuguang Gong]
通讯作者:
Shuguang Gong
DOI:
10.1080/02726351.2023.2177216
发表时间:
2023
期刊:
Particulate Science and Technology
影响因子:
作者:
[Zhijian Zuo, Jiajie Wang, Shuguang Gong, Jianping Zhang]
通讯作者:
Jianping Zhang
DOI:
10.1016/j.apm.2020.07.015
发表时间:
2021
期刊:
Applied Mathematical Modelling
影响因子:
作者:
[Shuohui Yin, Yang Deng, Tiantang Yu, Shuitao Gu, Gongye Zhang]
通讯作者:
Gongye Zhang
DOI:
10.1016/j.fuel.2019.117001
发表时间:
2020
期刊:
Fuel
影响因子:
7.4
作者:
[Qingsong Zuo, Yuanyou Tang, Wei Chen, Jianping Zhang, Li Shi, Yong Xie]
通讯作者:
Yong Xie
共 22 条
基于无网格/IGA法进气歧管的流声振耦合机理及风格迁移仿生优化研究
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批准号:52575316
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项目类别:面上项目
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资助金额:50.00万元
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批准年份:2025
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负责人:张建平
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依托单位:
基于无网格法多材料周期性相变传热结构的多尺度
拓扑优化研究
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批准号:2024JJ5376
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2024
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负责人:张建平
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依托单位:
基于无网格/等几何分析方法的发动机进气歧管流声耦合拓扑优化研究
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批准号:2020JJ4582
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2020
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负责人:张建平
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依托单位:
深度学习在医学解剖学结构提取和疾病诊断中的应用
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批准号:2018JJ2375
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2018
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负责人:张建平
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依托单位:
多模态医学影像处理中的反问题与高效算法研究
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批准号:11771369
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项目类别:面上项目
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资助金额:48.0万元
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批准年份:2017
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负责人:张建平
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依托单位:
基于无网格/有限体积法活塞的流固耦合传热及优化研究
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批准号:51405415
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:25.0万元
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批准年份:2014
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负责人:张建平
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依托单位:
三维医学解剖学结构提取的变分模型和快速算法研究
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批准号:11301447
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:23.0万元
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批准年份:2013
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负责人:张建平
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依托单位:
国内基金
海外基金