多功能超音速火焰喷涂粒子速度的计算机仿真

超音速火焰喷涂粒子焰流速度对涂层的性能影响极大,但其实际速度很难确定,根据射流动力学原理,建立了多功能超音速火焰喷涂的焰流和粒子速度模型,并对焰流、WC-17Co和NiCrBSi喷涂粒子的速度进行了计算机仿真计算.结果表明:随喷涂距离增大,超音速焰流速度、温度不断下降,直至形成亚音速焰流;粒子的速度分布在300～800...     

超音速火焰喷涂过程中粒子运动特性的数值模拟

热喷涂涂层质量很大程度上是由颗粒沉积时的状态决定,颗粒不仅受到粒径尺寸的影响,还与飞行过程中焰流特性密切相关.本文以JP8000型超音速火焰喷涂系统(HVOF)喷涂过程为研究对象,采用计算流体动力学方法探究不同氧油质量比下焰流行为和计算域内的燃烧特性;分析不同粒径的颗粒在焰流场内的轨迹特性和速度、温度演变规律,依据数值模拟结果优化工艺参数.计算结果表明:氧油比为3时,HVOF系统内焰流温度最高、速度最快,表明氧油充分燃烧;颗粒注入后可能与枪管壁发生碰撞,且其粒径越大,碰撞发生的临界入射速度越小,碰撞后的粒子会二次穿越焰流中心;颗粒粒径越大,受焰流作用时加热、加速越缓慢,在喷枪内到达的最高温度和最大速度越小.     

低温超音速火焰喷涂特性研究

由于冷喷涂技术的工作气压过高,限制了其应用.为此,应用多功能超音速火焰喷涂系统(KY-HVO/AF)焰流温度调节范围大的特点,设计了液料送粉系统和控制装置,扩大了喷涂低温工作范围,达到了低温喷涂工作温度和速度,实现了低温喷涂.采用压入式气液动力转换提供送粉动力,控制装置采用槽孔式计量方式,实现对流量的量化控制,整个数字化系统控制简单、可靠.以数值模拟的方式,分析了HVAF喷涂工作状态,液料流量、空气流量、煤油流量对焰流工作状态的影响,着重研究了不同液料流量时焰流状态的变化规律.结果表明,空气流量、煤油流量、液料流量是控制喷涂温度的三个重要因素,应用此技术成功地制备了纳米TiO2涂层.     

氧气含量对超音速火焰喷涂燃烧特性的影响

超音速火焰喷涂过程中,火焰特征对涂层的形成产生重要的影响,应用β-PDF(Probability DensityFunction)湍流燃烧模型对喷枪燃烧室的燃烧过程进行了数值模拟,研究了混合状态与燃烧状态之间的关系.研究表明,随着氮气含量的增加,燃气温度下降,燃烧的最高温度点向低混合分数靠近,温度梯度增大,最高理论燃烧温度从3417K下降到2000 K;燃烧过程中存在大量中间产物,随着氮气的增加,燃烧过程中大量的单质碳析出,燃烧过程向低温燃烧转化.随着氮气含量和燃油的增加,燃烧产物中CO2的含量在最高温度点附近出现最高点,H2O次之,最后生成CO,C的含量呈现逐步递增的趋势.     

超音速火焰喷涂技术的现状及展望

超音速火焰喷涂(HVOF)技术是一种可在表面高效率地形成涂层的工艺方法,该法具有火焰速度高,温度比等离子喷涂低,涂层结合强度高、致密性好、耐磨等优点.主要介绍了超音速火焰喷涂的原理、发展历程及研究现状,并展望了其未来发展趋势.     

超音速火焰喷涂简化数学模型及其应用

应用燃料燃烧理论、气体动力学和两相流原理,建立了超音速火焰喷涂焰流特性和粒子加速、加热行为的简化模型,并在计算机上进行了数值求解。研究了气、油质量比(空气过剩系数)对燃烧室焰流温度及相关参数的影响。结果表明,随着气、油质量比的增大,燃烧室焰流温度明显降低,因此气、油质量比不宜过大。另外,预热助燃气体是提高燃烧室焰流温度的重要措施。燃烧室焰流压力越快,焰流出枪速度越大,但焰流出枪温度越低。喷涂WC-Co系合金时,合理的燃烧室焰流压力约为0.6MPa。粒子出枪后,粒子速度和温度均先增大后降低,因此存在一个合理的喷涂距离。针对所研究的条件,合理的喷涂距离约为0.1m。     

喷涂距离对Fe基非晶涂层孔隙影响的研究

热喷涂涂层中孔隙的存在会降低涂层的耐蚀性,减少涂层寿命,而热喷涂工艺参数很大程度上影响涂层的孔隙率。本文采用计算机数值模拟和设计验证实验的分析方法,重点研究了JP-8000超音速火焰喷涂系统(HVOF)制备Fe基非晶涂层工艺参数中喷涂距离与涂层孔隙的关联性。利用商用计算软件Fluent计算平台,研究加入粉末粒子前,喷枪内火焰温度和速度的变化规律,以及加入非晶粉末后,不同喷涂距离条件下颗粒飞行过程的温度和速度的变化规律。仿真结果表明,喷涂距离为360~380 mm时,非晶粉末颗粒在撞击基板时处于半融化状态,颗粒在基板上具有良好的流动性,可获得孔隙率较低的涂层。验证实验结果与仿真结果一致。X射线衍射结果表明,粉末、不同喷涂距离所制备的涂层以及同成分的非晶条带均为完全非晶态结构。SEM和孔隙率统计结果表明,喷涂距离为370 mm时,涂层截面的孔隙较少,且孔隙率最低,为0.57%,验证了计算模拟优化的最佳喷涂距离范围。     

粉末状态对超音速喷涂合成TiC-Ni涂层组织和性能的影响

以Ti粉、Ni粉和石墨为原料通过PVA制粒和混合制粒制备两种喷涂粉末.研究表明:制粒方式在超音速火焰喷涂对涂层组织和耐磨性能有很大影响.PVA制粒粉末进行喷涂,涂层的相组成为TiC、Ni和少量Ti与Ni的氧化物,组织致密具有典型的层状涂层结构特征,涂层耐冲蚀磨损性能较强;混合制粒由于在火焰气流中缺乏SHS反应的条件,粉末喷涂后涂层中含有大量的Ti和Ni的氧化物和少量的粘结相Ni,具有较多的孔洞涂层组织疏松,耐冲蚀磨损性能较差.     

冷喷涂技术的研究现状及进展

综述了冷喷涂技术的原理和特点,重点讨论了冷喷涂过程中粒子的临界速度和涂层质量的影响因素及涂层的沉积机制,并阐述了涂层的应用进展和发展趋势,指出合理地控制喷涂参数是获得性能优异涂层的重要条件,同时改进喷枪结构,制备功能涂层和复合涂层将是冷喷涂发展的主要方向。     

喷涂工艺条件对超音速火焰喷涂Cr3C2-NiCr粒子速度的影响

运用热辐射法测定了超音速火焰喷涂Cr3C2-NiCr粒子速度,研究了燃气流量、氧气流量和喷涂距离对粒子速度的影响规律,结果表明,燃气流量、氧气流量对粒子速度具有显著影响,当燃气流量在37～46L/min范围内增加,氧气流量在368～447L/min范围内增加时,粒子速度上升显著.适中的氧气流量有利于获得较高的粒子速度.粒子速度随喷涂距离呈现先增加后减小的变化规律,粒子的加速过程主要在距枪口160mm的范围内进行.     

自然通风对细水雾降温速率影响研究

在受限空间通过模拟试验研究细水雾作用下烟气温度的变化规律。实验中通过改变通风口面积、通风口与火源的相对位置及喷雾强度等因素,研究自然通风对细水雾降温速率的影响规律,定量地表征不同自然通风条件下降温速率的衰减比例,实验发现增加喷雾强度可以降低自然通风造成的降温速率衰减。研究结果可为细水雾灭火系统的工程应用和优化设计提供必要的参考依据。     

Mechanical design aspects of the HYVAX railgun

The hypervelocity experiment (HYVAX) railgun (Fig. 1) is designed to produce projectile velocities greater than 15 km/s in a 13-m-long, round bore gun. The HYVAX gun incorporates a modular design enabling it to operate in either a distributed energy-storage mode or a single-stage mode. The gun is composed of seven O.3-m-long power input modules and nine 1.2-m-long accelerating modules. The gun is designed for a 100-shot life. To accommodate this, the bore may be enlarged from an initial diameter of 10.8 mm to a final diameter of 12.7 mm. This will allow the bore to be refinished several times during the life of the gun. To minimize mechanical and arc damage to the gun between bore refinishing operations, the gun will incorporate a low pressure helium projectile injector. Projectiles will be injected under vacuum at 350 m/s. The gun will be operated at a peak current and voltage of 600 kA and 6 kV respectively. The gun will undergo three phases of testing. The first phase will be the characterization of the gun's performance using a 3.0-m-long section of the gun comprising two power modules and two accelerating modules. This testing will be accomplished using two of the seven capacitor bank modules shown in Fig. 1. The second test phase will use a distributed power configuration and seven capacitor bank modules, as shown in Fig. 1, to demonstrate a velocity of 15 km/s with a 1-g projectile. The predicted performance of the gun for this test phase is illustrated in Fig. 2. In the third phase of testing we will use a magnetic flux compression generator (MFCG) to power the gun with a goal of demonstrating a velocity of 25 km/s.     

石松子粉爆炸过程中火焰传播特性研究

为了研究石松子粉火焰传播特征,采用哈特曼管装置对石松子粉在燃烧管中进行试验,利用高速摄影和红外热成像技术记录石松子粉火焰传播过程,并对石松子粉火焰传播速度和火焰温度变化情况进行了分析。结果表明:点火能量为200mJ,粉尘浓度在125⁵00g/m500g/m³范围内,火焰在燃烧管中向上传播所达到的最大速度随着粉尘浓度的增加先增大后减小;在石松子粉浓度为250g/m3范围内,火焰在燃烧管中向上传播所达到的最大速度随着粉尘浓度的增加先增大后减小;在石松子粉浓度为250g/m³时达到最大速度11.08m/s;火球的面积随着时间变化呈现先增大后减小的趋势,在60ms时达到最大,同时达到最高温度1100℃;随着火焰的向上传播,火焰的最高温度区域也随之向上移动。     

LDV/APV系统研究纵向通风作用下细水雾雾场特性

构建了小型低速风洞,利用三维激光多普勒测速计和自适性相位多普勒速度计系统(三维LDV/APV系统),通过观察和测量超声雾化细水雾在不同纵向风速影响下的运动特性,获取了细水雾的平均速度、平均粒径和雾通量等特性参数,实验结果表明,实验空间内同一截面上雾滴速度分布与风速呈两段式的线性变化,增加通风后雾滴粒径显著增大并趋于稳定,而雾通量也呈线性增长;雾滴速度和粒径受雾滴运动距离的影响很小,但是雾通量会随着运动距离的增加明显减小。实验结果对纵向通风条件下细水雾灭火设计具有一定的指导意义。     

椭圆形套管-管翅式蒸发式冷凝器传热性能实验研究

本文搭建了蒸发式冷凝器性能测试系统,采用控制变量法实验研究了迎面风速、喷淋密度、湿球温度、循环水温度、冷却水流量各参数变化对椭圆形套管-管翅式蒸发式冷凝器传热性能的影响。实验结果表明：该冷凝器实验系统的最佳迎面风速和喷淋密度分别为3.1 m/s和0.005 6 kg/(m·s),冷凝器管外空气压降随迎面风速的增大而迅速增加;随着空气湿球温度升高,冷凝器外传热过程的热流密度(即外热流密度)降低67.5%,而内传热过程的热流密度(即内热流密度)增大47.5%,依靠内传热过程的增强,冷凝器性能良好;随着循环水温度升高,冷凝器的内热流密度降低率高达64.6%,传热性能急剧下降;随着冷却水流量增大,冷凝器的内热流密度大幅提高2.92倍,总热流密度增大21.1%,传热性能显著增强;该冷凝器在低湿球温度、低循环水温度、大冷却水流量的工况下传热性能较优。     

Effect of Gas Conditions on HVOF Flame and Properties of WC-Co Coatings

The flow conditions of both fuel and oxygen gases to produce a supersonic flame with a high velocity oxy-fuel (HVOF) gun are experimentally investigated. The range of both fuel and oxygen flows to produce supersonic flame is limited by the choking condition and influenced by the gas pressures. The velocity of a typical flame was estimated to be over 1500 ms^-1. The flame conditions also influence the structure and property of HVOF sprayed WC-Co coatings. The increase in the pressures of both fuel and oxygen tends to suppress the decarburization of WC during spraying. The flows of the both gases greatly influenced the properties of WC-Co coatings.     

疏水陶瓷膜脱除油中水分的研究

对采用平均孔径50nm、表面疏水的陶瓷膜脱除油中水分的过程进行了研究,考察了跨膜压差、膜面流速、原料液水含量对膜渗透通量及水截留率的影响.结果表明,采用疏水陶瓷膜脱除异辛烷中水分可得到较好的分离效果;增大跨膜压差或减小原料液水含量可以增加膜稳定通量,而随着膜面流速的增加,膜稳定通量先升后降.实验得出适宜的操作参数为跨膜压差0.1MPa、膜面流速1.67m/s,获得的水截留率均在98%以上.基于所用陶瓷膜稳定的亲油疏水表面,渗透侧水含量在不同的操作条件下变化很小.     

Effect of tube diameter on boiling heat transfer and flow characteristic of refrigerant R32 in horizontal small-diameter tubes

This study investigated the effect of tube diameter on flow boiling characteristics of refrigerant R32 in horizontal small-diameter tubes with 1.0, 2.2, and 3.5 mm inner diameters. The boiling heat transfer coefficient and pressure drop were measured at 15 °C saturation temperature. The effects of mass velocity, heat flux, quality, and tube diameter were clarified. The flow pattern of R32 for adiabatic two-phase flow in a horizontal glass tube with an inner diameter of 3.5 mm at saturation temperature of 15 °C was investigated. Flow patterns such as plug, wavy, churn, and annular flows were observed. The heat transfer mechanisms of forced convection and nucleate boiling were similar to those in conventional-diameter tubes. In addition, evaporation heat transfer through a thin liquid film in the plug flow region for low quality, mass velocity, and heat flux was observed. The heat transfer coefficient increased with decreasing tube diameter under the same experimental condition. The fictional pressure drop increased with increasing mass velocity and quality and decreasing tube diameter. The experimental values of the heat transfer coefficient and frictional pressure drop were compared with the values calculated by the empirical correlations in the open literature.     

火焰燃烧区域空气声速与温度关系的实验研究

为使声学方法能对火焰温度进行精确测量,实验研究了火焰燃烧区域中空气声速与温度的关系。首先对非火焰气体环境中的声速与温度进行测量,然后在此基础上对不同燃料燃烧的火焰区域进行声速测量实验,并结合热电偶测得火焰温度,进而得到火焰中空气声速与温度的关系。结果表明:在固定距离下,与室温空气环境相比,高温烟气环境会使声波的传播时间减小,火焰环境会使声波的传播时间变长;在非火焰区域,空气声速与温度的关系符合理想气体中声速与温度的关系;在火焰燃烧区域,空气声速与温度关系偏离理想气体的声速与温度方程,与按照理想气体计算的声速结果相比,实际声速测量值偏小;对于同种燃料的火焰,随着火焰温度升高会出现空气中的声速减小的现象。