火箭喷管硅基内衬的液体层烧蚀模型

本文提出喷管工作条件下硅基内衬的液体层烧蚀模型,认为其烧蚀机理是热化学反应的消耗和SiO_2熔融液体层在喷管燃气流剪切力和压力梯度作用下的流失。根据液体层烧蚀模型,建立了烧蚀预示计算方法,针对硅基内村喷管扩张段进行了预示计算,获得沿喷管扩张段长度的烧蚀率和表面温度分布,并进行了影响烧蚀率的参数研究。理论预示与实验结果吻合良好,说明喷管工作条件下硅基内衬的液体层烧蚀模型比较符合实际。     

喷管温度与应力场的数值研究

为了使喷管能安全可靠的工作,在喷管设计中必须考虑热防护问题从而避免喷管内部的严重烧蚀.文中考虑了喷管的几何特性和热分析过程中的主要因素,建立起轴对称的有限元计算模型,在给定的热边界条件下计算了喉衬组件与扩张段结构的瞬态温度场.在喷管轴对称模型瞬态热分析的基础上研究了轴对称载荷下热-结构耦合场的应力分析.应力场的计算采用以位移为未知变量的有限元法,并考虑了耐烧蚀层材料的物性参数随温度的变化.计算结果与分析表明在材料的交接面处应力较大,喷管各层材料间的膨胀系数差异对应力的影响较大.该研究结果可供火箭发动机喷管设计参考.     

硅基绝热材料的玻璃成珠机理研究

采用冲压发动机地面连管试验系统对玻璃纤维酚醛材料进行了烧蚀试验.通过分析烧蚀材料的微观形貌以及燃气温度、压力和流速对烧蚀过程的影响,研究了玻璃珠的形成机理.研究发现:在补燃室不同位置,玻璃珠呈不同分布;玻璃成珠过程受燃气的压力、温度和速度的共同作用,燃气流速对玻璃珠的形成影响最大;从保护碳层、减少烧蚀的角度,玻璃珠的形...     

钢表面溅射Ta-W涂层的烧蚀性能研究

为提高钢表面抗烧蚀能力,提出在钢表面利用磁控溅射技术沉积Ta-W涂层。采用激光照射的方式研究涂层和钢表面的耐烧蚀性能,采用扫描电镜对烧蚀后的涂层和钢进行形貌观察和成分分析。结果表明,在激光照射下,涂层和钢材表面烧蚀区域均发生气化、熔融凝固现象,涂层表面生成了以Ta和Fe为主的氧化物,并在热应力下形成裂纹;钢表面在激光脉冲作用下形成了冲刷形貌。涂层的烧蚀面积和烧蚀程度均小于钢,涂层对钢基体起到耐烧蚀保护作用。     

碳纤维增强氧化锆热障烧蚀复合厚涂层的研究

采用大气等离子喷涂(APS)技术,在TC4基体上制备出一种类似"钢筋混凝土"结构碳纤维增强的氧化锆热障烧蚀复合厚涂层,并用等离子火炬对涂层进行模拟烧蚀隔热试验,采用扫描电镜(SEM)、X射线能谱分析(EDS)等测试方法对涂层烧蚀前后的表面形貌、纤维状态进行了观察,对部分结构、成分进行了确定。研究结果表明,经过纤维增强的复合涂层可制得的厚度要远大于传统的复合涂层,其烧蚀隔热作用也较传统热障涂层有明显提高。     

火箭发动机中熔化烧蚀和碳化烧蚀的简化理论应用

本文利用一种简化烧蚀理论对纯熔化烧蚀和碳化型烧蚀进行了计算分析,在对发动机喷管试验中烧蚀情况分析的基础上,提出一个考虑气动剪力引起的机械侵蚀的经验关系式,使理论烧蚀计算更符合实际情况.这种简化烧蚀计算可用于发动机初步设计之中,     

不同种类延伸喷管固体火箭发动机尾部流场分析

采用数值模拟方法求解二维轴对称Navier-Stokes方程,对多个平移式和铰链花瓣式延伸出口锥喷管在级间热分离条件下的尾部流场进行了数值分析。结果显示,收拢状态下,受限于延伸锥壁面、发动机前封头及基础喷管外壁,尾部流场温度环境较恶劣;展开过程中,前封头边缘及延伸锥端部存在燃气回流,气动力变化剧烈,平移式喷管展开过程主要受气动力的阻碍影响,花瓣式喷管展开过程则受到燃气的正向推动作用。计算结果加深了2种延伸锥喷管的特性机理的认识,为发动机的热防护设计以及展开机构的驱动力设计提供了依据。     

燃气轮机叶片热障涂层隔热效果计算

热障涂层能提高叶片的耐高温和耐腐蚀性能,从而提高燃气入口温度,使增大燃气轮机效率成为可能。主要根据燃气轮机的结构特点,从热力学角度分析叶片的传热特点,建立一维稳态模型,从理论上分析如何计算热障涂层的隔热效果,为近一步研究热障涂层提供一种实用的理论比较方法。计算结果表明,当叶片基体材料可以承受1173K时,燃气入口温度可以达到1749K,在叶片上分别喷涂0.5mm和1mm厚热障涂层后,相对于无涂层,燃气入口温度可分别提高113K和190K。     

高温碳化硅陶瓷涂层的制备和性能

采用涂刷法与氩弧焊熔覆技术相结合方法,在碳/碳复合材料表面制备碳化硅(SiC)涂层,用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)等技术对SiC涂层的微观结构和物相组成进行了表征。测试SiC陶瓷涂层的抗氧化性能和耐烧蚀性能。结果表明:在原料组分n(SiC)∶n(Si)=1∶0.5时,涂刷预涂层0.6~1mm,氩弧焊电流135A时,碳/碳复合材料表面形成SiC涂层。扫描电镜照片显示涂层与基体结合良好。在1600℃下SiC涂层氧化增重仅为0.8%;氧乙炔火焰烧蚀测试表明制备的SiC陶瓷涂层有良好的耐烧蚀性。     

固体发动机喷管喉衬流固耦合换热规律数值研究

通过考虑流场与壁面的湍流换热、固壁中的热传导以及包含吸收-发射性气体介质的喷管空腔中的热辐射交换等因素,建立了喷管喉衬流固耦合换热模型,通过与前人实验结果对照验证了模型的准确性;应用该模型分析了喷管粗糙度、燃气组分、燃烧室压强、推进剂燃温等因素对喷管喉衬热结构及换热规律的影响。仿真结果表明,喷管喉衬壁面温度和总热流密度在喷管喉部直段的前端达到最大;上述因素对喷管喉衬热交换的热流密度影响很大。     

The measurement of internal surface characteristics of fuel nozzle orifices using the synchrotron X-ray micro CT technology

The design of fuel nozzle orifices at micrometer scales is crucial for generating desired fuel spray patterns, and consequently optimizing fuel combustion and emission in internal combustion engines. Although there have been several recent advancements in the characterization of orifice internal geometries, quantitative studies on the orifice internal wall surface characteristics are still challeges due to the lack of effective measuring methods. A new method for quantifying the internal wall surface characteristics of fuel nozzle micro-orifices is presented in this study to achieve a better understanding and prediction of spray characteristics: Firstly, by using the synchrotron X-ray micro CT technology, a three-dimensional digital model of the fuel nozzle tip was constructed. Secondly, a data post-processing technique was then applied to unfold the orifice internal wall surface to a flat base plane. Finally, the conventional surface characteristic quantification techniques can be used to evaluate the wall surface characteristics. Two diesel nozzles with identical orifice geometry design but different hydraulic grinding time were measured using this method. One nozzle was hydro-ground for 2 s while the other was not. The internal wall surfaces of the two orifices were successfully unfolded to base planes and their surface characteristics were respectively analyzed. The surface fluctuation data were perfectly reproduced by a Gaussian distribution function. The standard deviations of the distribution demonstrate the fluctuation range and the distribution of the entire surface fluctuation profiles. As an effective parameter to evaluate the hydraulic grinding process and the spray behaviors, the standard deviation was considered feasible for the analysis of the orifice internal wall surface characteristics.     

喷管/飞行器后体一体化数值模拟

采用NND格式,进行了喷管／飞行器后体一体化数值模拟,分析了喷管膨胀比和外流马赫数对后体阻影响,通过和实验数据对比,表明本发展的计算方法是可行的,可以用来模拟喷管的内外流场和计算喷管的性能。     

旧水泥混凝土路面加罩设计理论的对比分析

在旧水泥混凝土路面上加罩沥青混凝土面层,是旧水泥混凝土道路改造中应用最广、使用效果较好的一种方法．对旧混凝土路面的加罩设计。国内外许多学者进行了研究并提出了一些设计方法,但各自都有一定的不足．分析对比国内外混凝土路面加罩设计的主要设计理论和方法．指出了各种设计理论的局限性、适用条件及范围,提出了道路现状综合评价和理论分析计算相结合的旧水泥混凝土路面加罩设计思路．     

渐缩微喷管内氢气掺混甲烷预混燃烧实验研究

在出口直径为1.6 mm的石英渐缩喷管中进行预混燃烧实验,研究不同当量比(实际供给的空气量与理论上可完全燃烧需要空气量之比)以及混合比R（甲烷体积与燃料总体积比）下氢气/甲烷/空气在微尺度喷管内稳燃范围、输出推力、壁面温度分布等特性.通过实验发现,混合比越大,对应的稳定流速下限越小,当量比越大,对应的稳定流速下限越大,其中Φ=0.7,稳燃流速范围最大.当Φ=0.6时,壁面最高温度随着R的增大而减小,但是当Φ=0.9时,壁面最高温度几乎没有变化.壁面最高温度出现在Φ=0.7时,为761 ℃.火焰分为2层,内层颜色基本为淡蓝色,表明燃烧中氢气被点燃.当输入功率（由氢气和甲烷的热值与各工况体积流量计算获得）Q=13 W时,Φ=1.0时得到的比冲最大,效率最高.     

在高层住宅楼外保温层上粘贴饰面砖的施工技术

对某住宅小区高层住宅楼外墙外保温面层粘贴面砖,通过设置托架减小了温湿剪切应力,设置热镀锌电焊网加强面层与基层的连接等措施,保证了外墙面层的不脱落。     

吹除法对斜激波/边界层干扰控制数值模拟

为了对进气道内斜激波/边界层干扰进行控制,采用RSM模型,以二维平板/楔结构为基础,研究了斜激波冲击平板诱导边界层分离现象,探讨了吹除状态下流场波系结构和壁面参数分布,分析了吹除位置和总压对分离区及流场的影响.研究表明加入吹除控制之后,流场参数得到了有效改善,吹除喷嘴靠近分离区,吹除效果更好.吹除总压并不是越高吹除效果就越好,存在一个最佳吹除压力,该压力就是使吹除喷嘴出口气流达到近似音速,这一结论如进一步得到实验证实,对实际工程具有指导意义.     

异形喷嘴内部流场的可视化研究

运用Fluent软件对圆形喷嘴、正三角形喷嘴和正方形喷嘴的内流场进行三维仿真模拟。仿真结果表明:喷嘴形状对喷嘴的内流场有较大影响,喷射速度呈现由几何中心向喷嘴壁面逐渐衰减的趋势;随着入口压力的增加,异形喷嘴轴心速度衰减比圆形喷嘴慢,正三角形喷嘴速度衰减最慢。     

串联型脉冲喷嘴的实验研究

根据水声学原理和瞬变流理论,在自激振荡脉冲射流喷嘴的基础上,设计了一种新型的串联型脉冲喷嘴,它由Helmholtz谐振腔和风琴管谐振腔串联组成。实验选用3种不同形状碰撞壁风琴管,采用SD150测试系统,分析了串联型脉冲射流动态特性和形状变化对脉冲射流特性的影响规律,以及泵压和风琴管振荡腔长对射流冲蚀效果的影响。实验结果显示:如果两振荡腔结构参数选择合理,使其固有频率耦合,射流将能激励出更大的流体振荡,射流的瞬时能量将得到更大提高;3种碰撞壁中,冲蚀效果最佳的是球面形碰撞壁风琴管串联型脉冲喷嘴。     

钢包底吹氩搅拌混合行为的物理模拟研究

通过物理模拟研究了钢包底吹氩搅拌工艺,测定了混匀时间、液面隆起高度和无渣区直径三个工艺参数,分析了底吹方式和底吹气体流量对钢液流动的影响关系.结果表明,偏心单点底吹的效果好于其他方式.在实验条件下,液面隆起高度主要取决于底吹搅拌的气体流量;底吹气体吹开泡沫渣后产生的钢包表层无渣区直径大小与模拟底吹搅拌气体量、渣层厚度和熔池深度等实验因素有关.     

被动式太阳房高效供暖设计

被动式太阳房的南墙通常设计成有通风口的Trombe墙,认为Trombe墙可以贮存更多的能量,并减少室内温度的波动。本文提出在南墙外侧增设绝缘层;充分利用通风口产生对流循环:增强内墙表面的辐射能力和地面的吸收能力实际测试证明这种集热墙可使室内温度提高3～5℃。