可调压可视化微间隙Couette流变仪的研究及应用

采用精密的机械加工和独特的气动旋转密封技术,研制出可调压可视化微间隙Couette流变仪。外圆筒旋转内圆筒静止的特点,使该流变仪能产生剪切速率高达105/s数量级稳定的纯剪切流。利用商业旋转流变仪,测量试验用中、低粘度硅油在低剪切速率和不同温度下的粘度,应用粘温关系,推算出高剪切速率下粘性热使粘度下降的量,其值与微间隙Couette流变仪的测量结果较为吻合。在一定的切应力下,观察到淡水和中低粘度硅油在微间隙中发生剪切空化的现象,发现剪切空化的发生还强烈依赖于流体中气体的相对溶解量。     

一种新型Couette流变仪的力矩修正和粘度测量误差分析

为准确计算得出新型Couette流变仪工作段剪切力矩,通过对计算机采集的电机输出转矩进行校核,得出了电机输出转矩真实值;利用商业旋转流变仪测量,得出了实验流体标准大气压下的粘温关系,最后得出了修正力矩与雷诺数的关系。考虑到该流变仪在制造和数据采集中存在误差,利用误差传递计算方法得出了新型Couette流变仪在测量流体粘度时的误差范围。分析结果为进一步测量不同状态下流体的粘度和研究空化奠定了基础。     

二维活塞/缸体副微间隙高剪切流场中空泡“消失”现象的实验分析

在研究二维活塞与缸体配合微间隙中纯剪切空化的过程中,发现该空化现象在外界条件一定的情况下不仅会随着时间发展壮大,也会随着时间的延长萎缩消失。为探究该空化消失现象的可能成因,利用自制的外筒旋转同心圆筒装置在纯剪切流场中构建充分发展的空化气泡分布场,并分别就不同温度、流场压强、油液上方空气占比以及定子外表面结构等因素进行可视化实验研究。实验结果表明：所涉的空化空泡消失现象不同于空化溃灭现象,其开始消失的时间与油液温升和流体压强都具有正相关性,且后者作用更为显著。空泡消失的时间与流场初始压强呈指数下降的关系,压强越高流场的剪切空化现象消失时间越短且温升值越小。     

旋转型行波超声电机瞬态响应能力的试验研究

针对惯量负载下旋转型行波超声电机的瞬态特性及变化规律,建立了描述超声电机响应特性的动力学模型,从动力传递机理的角度分析了超声电机的转速阶跃响应特性。通过试验分析评估了阶跃幅值和惯量负载的变化对阶跃响应时间的影响,给出了带惯量负载下旋转型行波超声电机阶跃响应的瞬态特性,验证了旋转型行波超声电机在给定环境下应用的瞬态响应能力。     

基于Couette流变仪的0.1～0.5MPa压力下液体粘度测量方法

为了研究使用Couette流变仪在0.1 MPa～0.5 MPa压力范围内测量液体粘度的方法,首先对流变仪进行了强度校核,结果表明流变仪在低于4.2 MPa压力下可以安全工作.然后对如何通过电机输出力矩得到流变仪工作段力矩的问题做出了研究;最后,根据推导出的工作段力矩与所测液体粘度成正比的关系,总结出了通过工作段力矩间...     

半固态镁合金数字黏度仪的研究与设计

介绍了一种半固态数字式旋转黏度计, 该仪器可以准确测量高温下任一温度和不同剪切速率的黏度.黏度仪转筒在转动时,在旋转的反方向上产生扭矩,扭矩传感器将扭矩转换为模拟电压信号,然后经A/D转换板放大再转换成数字信号输入到微机中,从而计算出半固态浆料的黏度值.数据处理时,采用了力矩和温度传感器,采集每个黏度值的同时也记录了相应的温度,而后将不是测量温度下的黏度值剔除,从而保留需要的黏度值.经过测试,黏度仪的测量精度、稳定性、软件的可操作性都达到了实际应用的要求.     

筒式减振器瞬态双向流固耦合仿真系统的开发设计

通过现场试验,发现减振器在低速区动态效应明显,在最大速度点处可以忽略动态效应,并根据试验建立了阻尼力的计算公式。分析了Dytran的显式算法及其进行双向流固耦合计算的理论框架,探讨了降低流固耦合仿真计算规模和提高计算精度的方法,开发了筒式液压减振器瞬态双向流固耦合有限元分析系统。通过仿真分析获得了各速度点下的阻尼力值,其误差在10%以内,同时确定了筒内流场及空穴的分布。仿真模型可用于冲击载荷响应和流致振动研究。     

高压水射流喷水推进装置空化流动及推力特性仿真分析

高压水射流喷水推进器是一种新型推进装置,其高速射流具有强剪切作用并将引起剧烈的剪切空化,从而对推力性能会产生重要影响。利用大涡模拟对推进装置的强剪切空化射流特性进行了仿真研究,探究了空化射流的流动机理及空化云演变规律,分析了空化现象对反推力特性的影响。结果表明：高速射流射入自由水域时将产生大量低压旋涡从而诱导剪切空化,并对反推力具有一定的增强作用,反推力增幅随空化程度的增强而增大;但受空化云形态变化影响,反推力将呈现脉动特性,其脉动幅值随着空化程度加剧逐渐增大,脉动主频随空化程度加剧而逐渐减小。     

自振喷嘴空化起始能力实验研究

利用瞬态流和水声学原理设计研制了自振空化喷嘴,实验研究了该喷嘴的空化起始能力,并与锥形喷嘴进行了比较。结果表明,在更深的井底或更高的围压条件下,自振空化喷嘴比普通锥形喷嘴具有更大的起始空化数和更强的空化起始能力,最大达1.67,而锥形喷嘴的最大起始空化数仅为0.54。现场试验证明,自振空化喷嘴钻头对提高机械钻速具有更显著的作用。     

转筒式电涡流缓速器的转筒三维瞬态温度场分析

介绍了转筒式车用电涡流缓速器的结构原理,运用虚拟边界法将内热源进行了简化处理,建立了转筒式电涡流缓速器的转筒三维模型.基于三维有限元模型,提出了电涡流缓速器制动过程中转筒温度场的计算方法.计算与试验结果对比表明,采用三维有限元模型计算能比较精确地反映转筒温度场的分布,且能够有效反映转筒温度的瞬态变化,验证了建立的三维有限元模型及其瞬态温度场计算方法的正确性.     

倒角阀座式水压锥阀空化射流动态行为数值模拟

使用可压缩的VOF空化两相流算法对倒角型阀座水压锥阀的空化射流进行了三维瞬态流场仿真。模拟结果揭示,空化结构首先在狭窄的倒角阀座流道内以附着空化的形式出现;在压差为4.4 MPa的工况条件下,空化分布集中在3个区域,阀座流道内及阀芯后沿的附着型空化,阀座流道至阀芯后沿的漩涡空化。射流势核在阀座流道入口及阀芯后沿均有分离流现象,从而诱发附着型空化;而大尺寸漩涡结构主要分布于射流势核的自由剪切层侧,漩涡空化亦相应地集中在自由剪切层侧,壁面侧偶发性形成薄层型漩涡空化。由于整体的空化行为涉及多个不同类型空化的耦合,其动态演变的周期特性受到干扰。阀座流道后部的脱落空化伴有明显的三维漩涡结构,阀芯后沿的漩涡空化与附着空化通过耦合作用形成大尺寸汽泡结构,揭示了后沿下游稀疏分布的大尺寸空化结构的产生过程。通过开展三维瞬态模拟,结合流场结构探索了空化射流的动态特性,从流体力学的层面解释了实验观测到的空化形态及分布规律。     

SKD11硬切削锯齿形切屑形成机理试验研究

针对淬硬钢SKD11硬切削形成的锯齿形切屑,通过金相显微镜和扫描电子显微镜（SEM）观察了切屑的金相组织和微观形貌,分析了不同的切削速度下锯齿形切屑的特点,讨论了绝热剪切发生时剪切带内动态剪应力和温度的变化规律。研究结果表明：SKD11硬切削在低速和高速切削时均产生锯齿形切屑;提高切削速度有利于锯齿化程度的增加;锯齿形切屑的形成同时存在断裂和绝热剪切两种机制,并且随着切削速度的提高,切屑由周期断裂型向绝热剪切型转变;在绝热剪切过程中剪应力变化呈现二次曲线形式,且切削区温度对动态剪应力变化曲线具有较显著的影响;通过提高切削速度可以提高切削温度,抑制材料的硬化效应,引发剪切失稳,从而减小切削力。     

Numerical investigations on cavitating flows with thermodynamic effects in a diffuser-type centrifugal pump

A cavitation model with thermodynamic effects for cavitating flows in a diffuser-type centrifugal pump is developed based on the bubble two-phase flow model. The proposed cavitation model includes mass, momentum, and energy transportations according to the thermodynamic mechanism of cavitation. Numerical simulations are conducted inside the entire passage of the centrifugal pump by using the proposed cavitation model and the renormalization group-based k-? turbulent model coupled with the energy transportation equation. By using the commercial computational fluid dynamics software FLUENT 6.3, we have shown that the predicted performance characteristics of the pump, as well as the pressure, vapor, and density distributions in the impeller, agree well with that calculated by the full cavitation model. Simulation results show that cavitation initially occurs slightly behind the inlet of the blade suction surface, i.e., the area with maximum vapor concentration and minimum pressure. The predicted temperature field shows that the reduction in temperature restrains the growth of cavitating bubbles. Therefore, the thermodynamic effect should be treated as a necessary factor in cavitation models. Comparison results validate the efficiency and accuracy of the numerical technique in simulating cavitation flows in centrifugal pumps.     

水压锥阀空化射流流场结构与流量特性的相关性研究

为了研究水压锥阀空化流场与流量特性的相关性,对两种阀座结构的水压锥阀内部的空化射流开展了三维动态流场仿真.结果表明,直角型锥阀和倒角型锥阀均在阀芯后沿存在分离流诱发的附着型空化,在阀口下游有漩涡空化;此外,倒角阀座流道内亦存在分离流现象并形成附着型空化.倒角型流道入口处的分离流造成流体的局部加速,对于0.6 mm开口度...     

考虑黏-温特性对柱塞泵空化射流的影响

黏度是液压油的基本属性之一,其值对温度变化非常敏感,而温度又是影响油液发生空化的直接因素之一,因此为研究油液的实时黏-温特性对轴向柱塞泵空化效应的影响,利用流体仿真分析软件PumpLinx建立了包括湍流模型、全空化模型等条件在内的轴向柱塞泵动态CFD模型;并在考虑配流副间隙、柱塞副间隙和滑靴副间隙基础上,通过分析对比黏度恒定和实时黏-温变化两种条件下柱塞泵温度场、速度场和气体体积分数等因素,分析了黏-温特性对轴向柱塞泵内空化效应的实时影响。结果表明:与黏度为定值相比,在实时黏-温条件下柱塞泵空化效应更加剧烈,研究过程中所建立的仿真模型为后续的优化设计提供了一定的指导。     

不同燃油温度下柴油机喷嘴空穴流动特性试验研究

作为喷射系统的终端,喷油器内部的空穴流动对燃油雾化具有重要影响。采用比例放大透明喷嘴,研究不同燃油温度对喷嘴内空穴流动及其对近场喷雾的影响。引入无单位参数空穴数表征喷油器内燃油空化程度,研究发现燃油温度升高,其空穴初生时的压力减小,同一空穴数下,空穴程度更强烈。同时,试验观察到喷嘴内空穴区域的不对称性,喷孔管壁下壁面的空穴分布远大于上壁面的空穴分布;发生超空穴之后,随着空穴数的增加,试验结果中喷嘴内部的空穴流动变化不太明显,但仿真结果中看出喷孔出口流速减小。相同燃油温度下,随着空穴数增加,体积流量增加,流量系数减小,空穴相对面积增加,近场喷雾锥角增大;相同空穴数下,燃油温度增加使体积流量和流量系数都增加,空穴相对面积逐渐增大,近场雾化效果更好。     

磨粒微观滑动接触过程热效应的有限元分析

利用ANSYS有限元软件分析了磨粒与被磨损材料表面滑动接触过程中,在摩擦热和力场的耦合作用下,接触区表现出的局部温度变化、应力变化等特性。结果表明,在磨粒滑移过程中,磨粒相当于接受固定热源作用,接触区温度逐渐上升,温度存在起伏波动现象,瞬现温升最高点在磨粒接触区两侧,反映出接触状态的不连续性,接触区状态的非稳定性;被磨材料表面的各点在进入接触前、经历接触时、脱离接触时,接触区温度存在先升高再下降的变化过程,同时,接触区的应力、剪应力、接触压力也发生变化。磨粒滑动过程的热效应问题研究将有助于揭示接触过程中材料表面损伤机制。     

挤压油膜实验和计算机仿真研究

通过对实验原理进行理论分析，采用Fortran，Matlab软件对实验进行数值模拟仿真，利川仿真对比分析实验中出现的压力有肩、位移飘动以及压力位移曲线存在相位差等现象。     

温度及压力对滑动轴承气蚀磨损影响的实验研究

采用超声振动原理建立了滑动轴承模拟气蚀实验装置 ,研究了温度及压力变化对滑动轴承气蚀磨损的影响。发现温度及压力的升高都会使滑动轴承的气蚀磨损增加。并对这一现象从理论上进行了分析     

A comparison of liquid impact erosion and cavitation erosion

A comparison has been made between the response of several metals and alloys to multiple liquid jet impact and their response to ultrasonically induced cavitation. For the single-phase metals and alloys, namely aluminum, iron, Al-1%Cu, Al-1%Mg and Cu-30%Zn, the failure mechanism is the same for the two techniques. However, there are significant differences for Al-4%Cu and Al-9%Mg. The former alloy fails in cavitation by the growth of macroscopic fatigue-like striated pits, whereas under liquid impact the fracture appears more like transcrystalline cleavage. The differences in the Al-9%Mg alloy are even more dramatic: under cavitation the surface becomes covered with macroscopic striated pits, whereas under liquid impact failure is intercrystalline. Although the magnitude and duration of the pressure pulses produced by the two techniques are similar, all the materials studied required three to four orders of magnitude more impacts by avitation than by liquid impact for a given amount of erosion. The greater erosive power of the liquid impact is attributed to the shearing effects of lateral flow of the liquid after impact.