圆柱体入水空泡壁面运动特性与空泡演化关系实验研究

为了获得入水空泡壁面的运动特性与空泡演化之间的关系,进而对入水空泡演化过程开展定量划分研究。采用高速摄像的方法对低弗劳德数条件下的圆柱体入水开展实验研究。通过对比具有水平速度的圆柱体以不同倾角入水空泡,分析了入水空泡壁面运动特性与空泡演化过程的关系,并基于空泡壁面运动特性划分空泡演化各阶段,分析了空泡演化在各阶段的流动机理。实验研究结果表明:空泡壁面的运动特性与空泡演化过程紧密关联,根据空泡壁面位移和运动速度变化规律可定量划分空泡演化阶段。空泡的闭合形式对于具有水平速度的圆柱体入水所形成的空泡的演化过程有显著影响,若空泡发生表面闭合,则空泡演化包含了空泡敞开、空泡体积膨胀、空泡拉长以及溃灭后四个阶段,无量纲分界时间分别为T=2.8、T=5.4和T=6.9;若空泡发生深闭合,则其演化过程仅包含空泡敞开、空泡闭合以及空泡溃灭三个阶段,并以时间T=2.8和T=8.4为分界。根据空泡壁面的运动特性划分空泡演化各阶段的时间特性非常明确且没有相互重叠。     

空心圆柱低速垂直入水试验研究

为获得空心圆柱垂直入水空泡演化规律和运动特性,利用高速摄像技术对其低速垂直入水过程进行了试验研究。通过对空心圆柱体入水空泡的演化过程的观察和运动参数的测量,讨论分析空心结构对空泡形态演变的影响和不同入水速度下空泡演化过程和模型运动阻力变化。结果表明:空心结构诱发通孔射流使深闭合下的空泡壁由点分离形式变为线分离,出现新的空泡壁收缩形式,运动体尾部出现环状空泡,稳定状态空泡出现气泡分阶段脱落和"云化"现象;入水速度的增加使入水空泡由深闭合变为面闭合,空泡体积随入水速度变化较为明显,尾部气泡因空泡稳定状态的不同呈现不同脱落形式;通孔射流顶部存在小气泡,顶端液滴近似落体运动,表面张力对射流整体运动影响较小;孔中内流的产生有助于物体运动的稳定,物体水中阻力因入水速度不同短时间内产生两类变化,速度增高阻力曲线拐点增多。     

球体垂直入水过程流体动力数值研究EI北大核心CSCD

采用VOF(Volume of Fluid)多相流模型耦合CSF(The Continuum Surface Force Model)模型,对亲水性及疏水性球体垂直入水过程进行了数值研究。将数值结果与文献实验结果对比,验证了数值方法的可靠性。在此基础上,开展亲水性及疏水性球体垂直入水数值研究。结果表明,亲水性球体在较低入水速度下不产生入水空泡,而疏水性球体产生较大入水空泡,空泡在自由液面以下某一位置闭合形成"沙漏状"空泡形态。入水初期在球体表面形成液体薄层运动是导致空泡形成与否的关键因素,对于亲水性球体,液体薄层沿球体表面向上运动并在球体顶点位置汇聚形成向上的溅射流,不产生入水空泡;对于疏水球体,液体薄层在球体赤道位置附近与球体表面分离,导致空气进入,形成入水空泡。通过球体入水过程运动轨迹、速度、加速度,分析了表面润湿性及密度对球体入水过程运动参数的影响。最后,分析了球体入水过程中受到的总流体动力,发现亲水性球体在垂直入水过程中下落速度更快,守到更小的总流体动力,表明其受到更小的阻力。     

球体垂直入水过程流体动力数值研究

采用VOF(Volume of Fluid)多相流模型耦合CSF(The Continuum Surface Force Model)模型,对亲水性及疏水性球体垂直入水过程进行了数值研究。将数值结果与文献实验结果对比,验证了数值方法的可靠性。在此基础上,开展亲水性及疏水性球体垂直入水数值研究。结果表明,亲水性球体在较低入水速度下不产生入水空泡,而疏水性球体产生较大入水空泡,空泡在自由液面以下某一位置闭合形成"沙漏状"空泡形态。入水初期在球体表面形成液体薄层运动是导致空泡形成与否的关键因素,对于亲水性球体,液体薄层沿球体表面向上运动并在球体顶点位置汇聚形成向上的溅射流,不产生入水空泡;对于疏水球体,液体薄层在球体赤道位置附近与球体表面分离,导致空气进入,形成入水空泡。通过球体入水过程运动轨迹、速度、加速度,分析了表面润湿性及密度对球体入水过程运动参数的影响。最后,分析了球体入水过程中受到的总流体动力,发现亲水性球体在垂直入水过程中下落速度更快,守到更小的总流体动力,表明其受到更小的阻力。     

轴线间距对圆柱体低速并联入水空泡演化影响试验研究

为分析圆柱体并联入水过程中入水空泡间相互干扰对于空泡演化特性影响规律,采用基于高速摄像的方法,开展两圆柱体同步并联入水试验研究。通过圆柱体单独入水和双圆柱体并联入水试验对比,分析了圆柱体同步并联入水空泡演化特性与单独入水空泡演化特性的差异,揭示了同步并联入水双空泡演化机理,并进一步给出了入水空泡随轴线间距的变化特性。试验结果表明:并联入水过程中,双空泡形态在空间上呈现出了较好的镜面对称特征;对于深闭合入水空泡,随着两圆柱体轴线间距的增大,空泡在两圆柱体轴线内侧区域的发展程度逐渐提升,且水深较浅处的发展程度提升幅度大于较深处;对于表面闭合入水空泡,随着两圆柱体轴线间距增大,内测区域空泡逐渐趋于饱满,云化现象也逐渐减弱。     

双球并联入水空化及运动特性实验研究

物体入水问题近年来受到广泛关注,但关于运动体并联入水的研究较少。相对于单运动体入水,多运动体并联入水在军事中也有很强的应用背景,例如水上多枚鱼雷空投、超空泡射弹齐射入水等,这种多层次饱和打击能够大幅提高对水下运动目标的毁伤效果。为了探索双运动体并联入水的流体动力特点,开展了不同横向间距下的双球同步入水实验,分析了入水后双空泡演化过程与运动特性。结果表明,并联入水后由于双球内侧流场和压力发生变化,水-汽-壁三相接触线倾斜在球体表面,且倾斜角度随双球间距增大而减小;双球的空泡形态和三相接触线具有良好的彼此对称性。当双球以较小的横向间距(≤2.5D)并联入水时,空泡尾部内侧壁面会发生融合,形成"臼齿形"空泡,且其溃灭首先发生在壁面融合处,溃灭尾迹交织呈云团形;当间距增加至3.5D时,空泡溃灭尾迹向内侧偏、交汇呈马蹄形;当间距进一步增加到5.5D和7.5D时,双球空泡尾迹相互干扰很弱,与单球空泡尾迹形态比较接近。当双球横向间距小于3.5D时空泡表面闭合诱导产生的水柱顶部发生分离并两侧抛洒,随着横向间距的不断增加,空泡发展受相邻运动体的影响逐渐减弱,但均呈现出良好的对称性,其长度、直径与溅起水花等现象都趋近于单球入水情况。     

圆盘空化器航行体入水空泡实验研究

针对圆盘空化器航行体入水空泡问题,开展约束航行体姿态的实验研究。实验研究了入水局部空泡、空泡正好闭合在航行体尾部及入水超空泡的生成、发展与倾斜入水下的空泡流动特性。分析了空泡尺寸与弗劳德数和欧拉数之间的关系,给出了入水空泡长度的变化规律,探讨了实验获得各种空泡流动形式的流动机理。结果表明,入水局部空泡长度在深水闭合之后有微小增加,空泡最终以云状空泡形式脱落溃灭。当空泡正好闭合在航行体尾部时空泡极易形成回射流与航行体及空泡尾部相互作用,影响空泡尾部流动形式。入水超空泡有较好的稳定性。倾斜入水空泡易受重力影响,空泡尾部上飘,导致航行体尾部与空泡的相互作用下的空泡拉断。倾斜入水空泡内气体弹性效应更加明显,空泡壁面出现波形,空泡长度发生振荡。     

基于VOF法的平底结构自由落体入水砰击载荷模拟

应用动网格技术和VOF方法模拟了平底结构的自由落体入水过程和气-液两相流,得到了平底物体自由落体入水过程的运动特性、砰击载荷特性以及入水空泡演化过程。结果表明:整个入水过程中,平底物体在入水瞬间受到来自液面的砰击载荷最大,砰击面的载荷压力分布中间高两端低;砰击载荷随入水初速的增加而增大;平底物体入水空泡破裂后对上表面造成冲击压力。数值计算方法和结果对入水结构安全性和适应性评估具有实际意义。     

超空泡射弹异步并联入水流场与运动特性研究EI北大核心CSCD

为研究超空泡射弹异步并联入水性能,基于Fluent流体仿真软件,采用有限体积法、VOF多相流模型以及重叠网格技术建立了超空泡射弹异步并联入水数值方法,利用高速摄影机及轻气炮进行了单发射弹高速入水试验,通过对比仿真结果与试验结果验证了数值方法的可靠性。在此数值方法的基础上,分别对弹丸初始纵向间距为0,0.5,1.0,1.5,2.0及3.0倍弹长时并联超空泡射弹入水的过程进行了数值模拟,并对比分析了不同纵向间距下两发射弹的流场特性与运动特性。研究结果表明,异步并联弹丸空泡间的耦合关系与同步并联相比变化明显。当初始纵向间距为0.5倍弹长时,弹1空泡受到弹2空泡的剧烈挤压,弹1右侧刺破空泡发生一次尾拍;当初始纵向间距为3.0倍弹长时,弹2受弹1空泡干扰明显,入水后期弹丸完全失稳。相比起同步并联,异步并联时弹2所受入水冲击载荷较小,并且随着初始纵向间距由0增加到3.0倍弹长,弹2所受入水冲击载荷呈现递减趋势。     

双圆柱体低速并联入水过程空泡及运动特性试验研究

为深入了解双圆柱体低速并联入水过程空泡演化及运动规律,基于高速摄像方法,开展了圆柱体低速并联入水试验研究。通过圆柱体单独入水和双圆柱体并联入水试验对比,分析了并联入水双空泡演化机理;进一步开展了不同入水速度试验,研究了入水速度对并联入水过程圆柱体运动特性的影响,并结合空泡演化规律,分析了空泡演化过程对圆柱体运动的影响机理。研究结果表明:圆柱体低速并联入水过程中,入水空泡呈现明显不对称特性;在非对称流体动力作用下,圆柱体产生了偏转与横向运动,且偏转运动受空泡闭合影响较大;两圆柱体运动特性曲线与双空泡形态呈现良好的对称性。     

Theory of diffuse X-ray scattering from an epitaxial layer with quantum rings

A theory of diffuse X-ray scattering from a crystalline layer containing quantum rings (QRs) randomly distributed in lateral directions has been developed. The QR is modeled by a truncated cone with a crater that has the shape of an embedded inverted truncated cone. Reciprocal-space maps of the scattering intensity distribution are obtained by numerical calculations for epitaxial layers containing QRs of various shapes. It is established that the angular distribution of the diffuse scattering significantly depends on the slope of the external cone generatrix, as well as on the crater shape and dimensions.     

Microstructure and texture evolution during incremental sheet forming of AA1050 alloy

In incremental sheet forming higher limiting strain can be achieved compared to the conventional sheet metal forming process, which results in increased formability. The higher level of strain may be accompanied by non-uniform thinning. Thus, the different sections in a component may undergo different levels of deformation. In the present work a truncated cone of AA1050 H14 alloy was formed using the incremental sheetmetal forming (ISF) technique. The deformation mechanism during ISF was studied by investigating the microstructural and texture evolution in the truncated cone along the thickness of the cone wall. High resolution electron backscatter diffraction was performed at different sections of the formed truncated cone. The results show the formation of subgrains in different sections of the cone. At higher strains, grains become thin and elongated which results in grain fragmentation and formation of small grains. These small grains undergo complete recovery process and new grain boundaries (low and high angle) are formed within the thin elongated grains. Further, the evolution of shear texture shows the evidence of shear mode of deformation during incremental sheet forming. Thus, the presence of through thickness shear could be used for understanding the higher forming limit in the ISF process.

     

潜射导弹空化特性水洞模型试验研究

潜射导弹水下弹道品质决定了发射过程的成败。发射速度提高形成的导弹附体空泡造成了流体动力的不确定性,增加了水下弹道设计的难度。针对潜射导弹水下航行的特点,采用通气空泡技术来模拟不同空化状态下航行的导弹,给出了空泡形态及其流体动力特性,分析了锥头锥角对空泡形态和流体动力特性的影响,得出了回射流效应及弹体自由攻角随锥角增大而增大的结论。借鉴超空泡武器外形理论,设计了增强弹道稳定性的截头锥头型,并通过试验验证了该头型弹体稳定性好的特点。试验结果可供潜射导弹水弹道设计人员参考。     

八音琴的研究与发展——振动产生的音乐盒

本文介绍八音琴的发展简史和科学研究成果，音片振动的计算方法和计算机辅助设计（ＣＡＤ），八音琴的形腔幅频特性以及八音琴的研究与生产展望。     

现场发泡夹心墙平面内变形性能研究

为研究一种新型节能墙体--现场发泡夹心墙的平面内变形性能,制作了13片现场发泡夹心墙和1片实心墙,进行了平面内的抗震性能试验.得到了墙体滞回曲线、骨架曲线、内叶墙不同高度位移时程曲线、延性系数、能量耗散系数和刚度退化曲线等,分析了轴压比、拉接件的构造参数与布局、保温层厚度等参数变化对现场发泡夹心墙的破坏特征、破坏机制、...     

Method to determine temperature distribution and intrinsic emissivity of a cavity

A method is presented to determine simultaneously the temperature distribution and the intrinsic emissivities of a cavity surface when radiance distributions along the cavity wall for two wavelengths are given. The intrinsic emissivity and reflection characteristics are assumed not to depend on position on the cavity wall. The intrinsic emissivity and reflection characteristics giving the smallest difference between calculated temperature distributions for the two wavelengths are found. The values found and thus the temperature distributions are verified to be close to the true ones. The method is examined on a cylindrocone by a simulation and applied to radiance temperature distributions measured on a commercially available double cone.     

基于温胀和溶胀特性的螺杆泵定子型线设计

螺杆泵是一种广泛应用于油田采油工程中的人工举升装置。由于井下螺杆泵工作于高温、高压和复杂介质环境中,定子橡胶必然发生非均匀温胀和溶胀。温胀和溶胀使得螺杆泵定子型线发生很大改变,从而影响螺杆泵的运行效率。该文采用有限元方法研究了实际工况下温胀和溶胀对螺杆泵定子型线变化的影响,在此基础上提出了改进现有螺杆泵定子设计的方法。...     

Effect of Passive Inserts on the Granular Flow from Silos Using Numerical Solutions

Experimental investigations indicate that placing a passive insert in a silo is a method for influencing the discharging flow pattern. These inserts have consisted of an inverted cone, a cone-in-cone, and a double cone. However, providing unequivocal guidelines on where those inserts should be placed for an optimum effect has not been possible experimentally. A numerical approach was therefore developed to predict material flow in the presence of such inserts in silos. Simulation results showed that all these inserts could make a funnel-flow silo perform in mass flow under certain circumstances if positioned correctly. The inserts should be installed at higher levels close to the transition rather than at lower positions close to the outlet, especially with the cone-in-cone insert and the inverted inserts; the maximum diameter of the inverted cone and the double cone should, however, be below the transition of the silo. Among the three inserts investigated, the double cone appeared to be the best, although even with this insert mass flow could not always be obtained if the hopper had an inclination angle as large as 45°. In such a situation, more simulations revealed that the extension of the lower part of the double cone had the potential to improve the flow pattern in the hopper. This potential could be utilized by a combination of extending the lower cone of the double cone insert and reducing the friction between the material and the hopper wall. To ensure improvement, further simulations illustrated that a ratio of 2:7 between the maximum diameter of the insert and the diameter of the silo was also crucial for the best effect.