针对船舶汽轮机故障诊断问题,提出一种基于沙猫群算法(SCSO)优化概率神经网络(PNN)的船舶汽轮机故障诊断方法。首先,采用最小-最大(Min-Max)标准化方法对采集的汽轮机运行数据进行标准化处理,得到汽轮机故障特征向量；其次,将标准化的汽轮机故障特征向量分为PNN的训练集和测试集；进而,构建PNN故障诊断模型,并通过沙猫群算法对PNN故障诊断模型实施优化获取最优平滑因子；最后,输入测试集到优化后的PNN故障诊断模型,输出故障诊断结果。仿真实验结果表明,经过沙猫群算法优化的PNN故障诊断模型,训练正确率由92%提升到96%,测试正确率由80%提升到93.3%,说明所提方法能够有效提升故障诊断准确度,而且该方法结构简单、迭代次数较少、运行时间短,具有较高的运行性能和执行效率,能够较好提升船舶汽轮机故障诊断水平。

针对带阻尼叶片系统复杂多变的接触运动状态，建立考虑时变正压力的阻尼动力学评估方法，开展干摩擦阻尼动力学特性研究。基于微滑移理论构建多接触点三维摩擦模型，采用剩余柔度界面模态综合法对有限元模型进行缩减以重组非线性动力系统方程，借助时频交互法及弧长延拓技术对叶片的幅频振动响应进行迭代求解，据此分析了当正压力变化以及异相位运动时接触面上的力学行为表现，评估了多个设计参数对叶片动力学特性的影响规律并总结多参数优化设计方法。结果表明，所建立的理论模型具有准确性，采用该方法计算获得的接触面力学特性更加准确；法向正压力和运动相位的改变会直接影响阻尼接触运动形式，考虑正压力的时变性对准确预估阻尼减振效果具有重要意义；提出了等效质量的设计概念，能够进行多参数同步优化计算分析以提升计算效率，并应用该方法获取了某型缘板阻尼器优化后的减振效率提升了20.38%。

齿轮传动系统作为船舶动力装置中功率分配与传递的关键环节，其运行状态直接影响船舶的可靠性与安全性。针对干摩擦、点蚀、断齿及不对中等典型船用齿轮故障，本研究从动力学角度出发，构建了齿轮传动系统的弯扭耦合动力学模型。通过引入Newmark逐步积分法进行振动响应计算，分析了上述四种故障对齿轮副振动响应的影响，并将仿真结果与试验台测试数据进行了对比分析。研究结果表明:干摩擦条件下振动加速度幅值显著高于混合润滑状态，仿真与试验误差在14%-19%之间；点蚀故障的时域特征不明显，但频域分析显示出以故障特征频率（7.5Hz）为间隔的边频带；断齿故障在时域产生明显的周期性冲击，仿真与试验结果吻合较好，总体幅值误差约10%；齿轮不对中导致振动加速度整体幅值上升（试验约30%，仿真约27%），且频域中低阶倍频幅值显著增强。本研究为船用齿轮传动系统的故障诊断与状态监测提供了理论依据和仿真支持。

为准确评估船舶汽轮机调节阀在低工况下的运行安全性，本研究旨在系统揭示宽频涡激振动与阀体结构间的流固耦合机理，并评估其共振风险，为振动抑制提供理论依据。为此，基于Ansys谐响应分析模块，结合模态叠加法开展谐响应分析，系统研究调节阀在宽频涡激振动下的流固耦合响应特性与共振机理。通过瞬态流场模拟获取流固耦合作用面的非定常流体激励力，基于调节阀结构模态分析结果，将不同工况下的流体激励力经快速傅里叶变换为频域载荷后施加至结构表面，实现了宽频激励下调节阀结构的谐响应特性分析。结果表明：在低开度下，阀瓣近壁面区域存在多处交替变换的旋涡结构，其产生的宽频涡流激振是诱发结构振动的主要因素；调节阀阀杆及阀瓣的固有频率远低于阀体固有频率，且阀杆前六阶模态与流体激励的主要频带（20–200 Hz）高度重合，存在显著的共振风险；进一步谐响应分析表明，阀杆振动响应随开度变化呈现显著差异：9.5%小开度下呈现多模态共振特征，而17.5%开度下则表现为基频主导型响应，揭示了不同流动形态对结构振动模式的调制作用。

超临界二氧化碳（SCO2）离心压缩机具有结构紧凑、能量密度高等优势，但当前对于多级的结构设计及全要素通流部件的流动分析非常鲜见。为明晰回流器、密封以及蜗壳对压缩机气动性能和流动特性的作用机制，针对100 kW等级SCO2布雷顿循环开展了双级离心压缩机整机数值计算工作。结果表明，回流器叶片对于SCO2双级离心压缩机的级间匹配非常重要，其对气流的有效引导，保证了下游叶轮的进气条件，减小了进口冲角损失；级间泄漏会导致上级扩压器内的流动恶化，级间和级后泄漏可造成整机气动效率下降2%左右，通过密封通道布置可有效控制双级离心压缩机转子上的轴向推力；蜗壳结构与双级离心压缩机具有较高的匹配性，蜗壳内流动损失较小，相比于无蜗壳结构，整机效率下降约0.21%，压比下降约0.04。研究结果为SCO2双级离心压缩机气动设计与流动特性分析提供了有效支撑。

针对船舶动力系统健康状态难以量化、故障因果关系难以追溯的问题，在自行搭建的某典型泵阀试验台条件下，提出一种基于贝叶斯网络的系统状态评估与因果溯源方法。该方法根据动力系统设备间的功能关联关系构建动力系统贝叶斯网络模型，实现设备状态与系统健康的因果映射。通过前向推理计算系统节点失效概率及健康因子，定量评估不同故障模式下的系统健康状态；结合后向推理计算设备节点后验失效概率，定位关键故障致因设备，形成评估与溯源一体化框架。以凝水循环泵叶轮堵塞单一故障以及凝水循环泵叶轮堵塞与喷嘴调节阀堵塞复合故障为验证对象，某时刻两类工况系统健康因子分别为0.27和0.17，全时段评估结果均与实验现象一致，且后向推理能有效定位主要致因设备。对比T–S模糊故障树模型，在健康状态变化敏感性与因果一致性方面表现更优。结果表明，该方法能够准确反映系统在不同故障模式下的健康变化情况，在船舶动力系统评估与溯源任务中具有可靠性。

Ti6Al4V合金在海水中用作紧固件和热交换器时，会遭受腐蚀与微动磨损的耦合损伤。将电化学工作站与微动磨损测试装置集成，于海水环境中对Ti6Al4V合金的电化学行为与摩擦磨损性能测试，结合微观形貌及结构表征等研究手段，探究了Ti6Al4V合金不同外加载荷（10N、20N、30N、40N、50N）下的微动腐蚀磨损性能与损伤机理。结果表明：随载荷增加，Ti6Al4V合金的材料损失率从10N时的102.30 mm/y增大至50N时的114.20 mm/y。腐蚀电位随载荷增加向阴极方向移动，腐蚀电流密度增大3个数量级。材料的磨损机制表现为塑性变形、粘着磨损、磨粒磨损和剥层磨损的复合特征。值得注意的是，机械磨损分量W0从10N时的39.86 mm/y显著上升至50N时的105.30 mm/y，增加了164%。由于高载荷下机械磨损对点蚀的抑制作用，协同作用分量S则从62.11 mm/y大幅降低至8.57 mm/y。因此，低载荷条件下微动腐蚀磨损主要由腐蚀加速磨损主导，而高载荷条件下则主要源于机械磨损作用。微观层面上，磨痕内的点蚀程度随着载荷增加减轻而裂纹扩展加剧。同时，Ti6Al4V合金磨痕的亚表面形成了典型的亚表层梯度微观结构，且晶粒细化程度随载荷增大而增加。

为保障核电管路系统安全服役，针对20钢/316不锈钢异种焊接接头，结合微区电化学测试、电子背散射衍射（EBSD）表征、扫描电子显微镜（SEM）、激光共聚焦显微镜观测及应力腐蚀开裂（SCC）试验等手段，系统研究其在110℃高温腐蚀介质中的腐蚀行为与点蚀演化规律，并探究蚀坑特性对SCC敏感性的影响。结果表明：接头20钢侧为电偶腐蚀阳极，点蚀为主要腐蚀形式，且接头腐蚀演化过程为经一次“点蚀-均匀腐蚀”腐蚀形式转变后，呈现出点蚀定向生长的腐蚀特性；各浸泡周期内点蚀坑可分为窄深型、垂直型、宽浅型三类，其纵横比是调控应力集中与临界裂纹尺寸的核心参数；378~390MPa应力工况下，高纵横比蚀坑更易诱发SCC，纵横比为0.393、0.337、0.3的蚀坑对应的临界裂纹尺寸分别为73.025μm、90.425μm、107.84μm，诱发应力腐蚀开裂的安全运行周期分别为363.5天、411天、450.5天。

冷凝器的更新换代离不开先进的设计理念，现有常用设计模型多基于零维或一维空间，未考虑截面冷凝和传热差异，设计参数依托既有装置运行特性确定，因此设计参数适用范围窄，设计偏差大，且无法开展结构的优化设计。提出了一种二维双相流体模型以及准三维模型，并基于自主开发的二维CFD冷凝过程数值计算代码ConDesign-2D对管径、管间距、冷凝器界面结构进行快速修改及设计，在CFD预测结果上提供冷凝器结构的优化方案。结果表明，基于粒子群算法构建的单目标和多目标优化算法，通过对不同区域管组参数的优化，冷凝器整体性能提高，未冷凝率下降约59%，压降降低约16%。

针对射流泵能量转化效率低、易发生空化等问题，设计了一种基于固定导叶的旋流式射流泵，并在恒定水温条件下，依托射流泵循环实验台，系统开展了导叶高度、面积比及进口压力等参数对其性能的影响规律研究。研究表明，固定导叶高度是影响性能提升的关键参数，高度为3mm时效果最优，可使效率最大提升13.2%；过高或过低均不利于性能改善。旋流结构能有效抑制喉管中后部低压区，延缓空化发展，提高极限流量比与压力比，从而提升射流泵在接近极限工况时的性能。然而，该结构对面积比较为敏感，在较大面积比(m=4)下效果显著，而在较小面积比(m=1.78)下性能提升有限；此外，随着进口压力的升高，旋流带来的效率增益逐渐减弱。

气-水两相混合流动特性对水下喷气推进系统性能有重要影响。针对宽速域下的气液两相混合弥散问题，采用欧拉-欧拉多相流模型耦合群体平衡模型，数值模拟了高表观气速（1.6~6.4 m/s）下的气-水两相混合弥散过程，对比分析了不同轴向位置下的截面气含率、气相速度和气相均匀性的变化规律。研究表明：随着气相表观流速增加，不同轴向位置的截面气含率和Sauter平均直径（SMD）增大，气含率、气相速度和均匀性的增幅逐渐减弱，相同轴向位置下的SMD最大值逐渐减小，逐渐趋向均匀；相同气相表观速度下，气相速度随轴向位置的增大增幅逐渐变缓；气含率、SMD和气相速度最大位置位于出口处，当气相表观速度由1.6 m/s转为3.2 m/s时，气含率和气相速度的增幅最大，分别为50%和21%；气含率均匀性变化趋势与气相速度均匀性变化趋势不同，位于出口附近截面处的气-水两相混合弥散的均匀性较好。

为探究卸荷槽结构对外啮合齿轮滑油泵空化噪声的影响规律，在不同转速条件下，采用Pumplinx软件结合RNG k-ε湍流模型与全空化模型进行瞬态流场仿真，并基于Lighthill声类比理论进行流致噪声耦合分析，系统探究卸荷槽结构对泵内流量脉动、空化发展及噪声辐射特性的作用机制。结果表明：卸荷槽可降低流量脉动幅值，并使空化体积减少约20%；噪声能量集中于基频及其倍频，且随转速升高辐射增强；配置卸荷槽后噪声声压级较无槽结构降低5–10 dB，其中圆形卸荷槽表现出较好的噪声控制性能，为卸荷槽的形态优化提供了方向。

舶动力与辅机系统，如主循环泵、减速齿轮箱、推进轴系等的可靠性直接关乎船舶生命力，其在密闭机舱、强干扰环境下的特殊工况对传统接触式监测技术提出了严峻挑战。系统梳理了视觉-激光融合技术在船用设备振动监测与诊断中的理论研究进展，重点分析了适用于船舶场景的融合感知理论、抗干扰信号处理及轻量化诊断模型等关键问题。分析表明，该技术通过多模态感知与智能融合，为船舶设备状态监测提供了具有潜力的技术路径，并为船舶场景下的技术分析提供了参考框架。

针对高压冷凝器中换热管与管板连接结构的密封可靠性问题，以TA2钛合金换热管分别与TC4、TA24钛合金管板组成的接头为研究对象，采用热-力耦合有限元仿真方法，模拟了自熔焊与坡口焊焊接过程的温度场、残余应力场。仿真结果与实验验证结果相近，证明了模型的准确性。结果表明，相同的材料规格（Φ16*1的TA2管与Φ40*150的TC4管板）下，自熔焊的残余应力峰值为738.5 MPa，优于坡口焊的753.8 MPa；相同的焊接形式（自融焊）下，采用Φ16*1的TA2管与Φ40*150的TC4、TA24两种管板，TC4板的残余应力为738.5 MPa，TA24为546MPa。

高温热管凭借卓越的传热性能和固有非能动安全特性，已成为先进核反应堆的关键传热元件。准确预测其冷态启动过程对保障反应堆安全运行具有重要意义，然而该过程涉及复杂的多相流动与相变传热，传统数值方法难以兼顾计算效率与预测精度。针对此问题，本研究提出一种基于时序深度学习模型的高温热管冷态启动温度场瞬态预测方法。通过高精度数值模拟构建多工况温度场时空演化数据库，采用线性归一化与滑动窗口法构建时序训练样本，建立嵌入LSTM/GRU时序模块的U-Net预测模型以增强动态特征提取能力，并分析了训练集规模和噪声对预测性能的影响。结果表明:改进的U-Net-LSTM和U-Net-GRU模型瞬态预测最大误差约为5 K，稳态预测最大误差不超过1 K；在训练样本有限或噪声较大时仍保持较高精度。本研究为核反应堆中高温热管的实时监测与安全评估提供了高效可靠的计算解决方案。

水润滑径向轴承是船舶动力推进系统的关键设备，长期在低速、重载、泥沙等恶劣工况下服役，水润滑复合材料径向轴承容易出现异常。针对船舶水润滑轴承磨损机理揭示和设计验证缺乏磨损量在线测试的难题，提出了船舶水润滑线磨损量超声在线测量方法，以水润滑PEEK复合材料径向轴承为试验对象，开展了不同转速、载荷下轴承磨损试验，将水润滑轴承磨损量超声测量结果与电涡流传感器测量结果进行对比和分析。结果表明，在经过不同磨损时间后，超声与电涡流测量结果相对差均小于10%，绝对差均小于20 μm，且测量差随着载荷的升高而降低。验证了磨损超声实时原位测量方法的可行性，为水润滑径向轴承磨损状态监测提供技术支撑。

面向先进热力循环中泵体连接架的轻质高强与振动控制需求，开展了微米级云母粉掺杂对环氧基碳纤维增强复合材料（CFRPs）力学与减振性能影响规律的研究。基于热固性环氧树脂基体，引入云母粉重量分数为0、2、4、6、8、10 wt.%的配方体系制备CFRPs层压板，通过力学性能测试与振动衰减特性表征评估材料的承载能力与阻尼水平。本研究形成了面向泵体连接架选材的“掺杂量-力学/阻尼”关联关系，并给出了相应的参数优化区间。结果表明，CFRPs的机械强度与阻尼比随云母粉含量增加呈现先升高后降低的变化趋势。S2试样（云母粉添加量为2 wt. %）的拉伸强度最高，相较于S1试样（未添加云母粉）提升了6.3%。S3试样（云母粉添加量为4 wt. %）的弯曲强度最高，相较于S1试样提升了27.97%。S5试样（云母粉添加量为8 wt. %）的阻尼比最大，相较于S1试样提升了250.51%。

针对船舶ORC系统因强非线性、强耦合特性导致系统难以实现多变量稳定控制的难题，提出一种基于深度确定性策略梯度参数优化的自抗扰解耦控制策略。以系统蒸发压力和过热度为被控量设计两输入-两输出的自抗扰控制器，构建虚拟控制量实现两个控制回路间的解耦，利用DDPG算法对控制器带宽参数进行自适应寻优。通过平台和数字仿真实验，在ORC系统的变工况运行条件下评估控制算法的有效性和可行性。结果表明，DDPG-LADRC控制器在设定值追踪和抗扰动测试中相较于LADRC控制器和PID控制器超调量和调节时间均最小。在解耦性能上，针对蒸发压力设定值阶跃引发的过热度波动，DDPG-LADRC的过热度IAE值相较于LADRC控制器和PID控制器分别降低了19.2%和60.6%，针对过热度设定值阶跃引发的蒸发压力波动，蒸发压力IAE值相较于LADRC和 PID 分别降低了51%和61.4%。

Span-Wagner多参数状态方程（S-W方程）作为二氧化碳热力性质计算的经典模型，因其以密度和温度为独立变量，难以直接应用于工程常见的压力与温度、压力与比焓、压力与比熵等输入条件，制约了其在热力系统仿真中的推广。针对这一局限，提出一种基于割线法的逆向求解策略。该策略通过构建相应的残差函数，将工程常用参数组合转换为S-W方程的直接输入；同时，结合饱和状态参数与临界点特征，设计了适用于单相区及湿蒸汽区的迭代初始值确定方法，并重点解决了近临界温度区域内压力与温度反推计算易发散的问题。计算结果表明，该逆向求解方法的最大相对误差仅为0.0039%，验证了其在工程应用范围内求解二氧化碳热力性质的高精度与强鲁棒性，有效拓展了S-W方程的工程适用性，为二氧化碳动力系统的设计与优化提供了可靠的热物性计算工具。

为进一步改善船用低速二冲程甲醇-柴油双直喷发动机的燃烧与排放性能，以缸径500 mm扩散燃烧模式低速二冲程甲醇-柴油双燃料机为研究对象，应用Converge软件开展了发动机在额定负荷工况下的工作过程三维CFD数值模拟研究。系统分析了柴油-甲醇喷射间隔（0~4 °CA）、柴油喷射正时（361~363 °CA）以及甲醇喷射角度（-30 °~+10 °）对燃烧过程、动力性、经济性及NOx排放的影响。结果表明：适当缩短喷射间隔或提前柴油喷射正时均可提高发动机动力性和经济性，但NOx排放上升；综合考虑动力性、经济性与排放，喷射间隔1 °CA、柴油喷射正时362.5 °CA为最优组合。甲醇喷射角度对燃烧影响较小，当甲醇喷射角度向柴油侧靠近10 °（即-10 °）时，发动机动力性能、经济性能和排放水平均为最佳。本研究针对低速二冲程机特有的喷油器缸盖边缘对置布置方式，给出了喷射间隔、柴油正时及喷射夹角的优化值，为同类机型喷射策略设计提供了数值依据。