脊状表面水下航行器模型减阻实验与数值仿真

针对水下航行器提高航程和航速的需要,开展近壁面湍流边界层减阻的研究.在航行器模型外表面加工具有一定形状尺寸的脊状结构,导致湍流边界层的流动稳定性增强,壁面摩擦阻力降低.开展了轴对称航行器模型在高速水洞中的阻力测试并做了相应条件下的数值仿真,实验和数值仿真的结果基本一致.具有垂直流向脊状表面的航行器模型在一定来流速度范围内具有很好的减阻效果,脊状表面所受的压差阻力略有增大,占总阻力份额80%以上的粘性阻力显著降低,从而形成减阻效果.     

一种低流阻表面的流动与传热特性

采用数值模拟方法对流体在有圆孔表面的流动及传热特性进行研究。研究中分别对四种不同的工况进行数值模拟。数值模拟结果所得换热面努塞尔数Nu与采用迪图斯—波尔特(Dittus-Boelter)公式计算所得Nu数进行比较,计算误差均小于5%。研究结果表明,在四种工况下,圆孔表面由于圆孔的存在改变其表面附近流动边界层的流动结构,使得边界层内垂直于壁面的法向速度梯度变小,进而使得边界层厚度增加,且由于圆孔表面下方流体可吸收部分来自边界层以外的动量传递,降低壁面附近的湍流扰动,从而减少损耗,达到明显的减阻效果。计算结果显示:四种工况下圆孔表面的存在使得流动均有不同程度的减阻效果,四种工况中减阻效果最大可达14%;但是随着流动减阻效果的改善,圆孔表面的换热性能均有所降低。     

现代流动测试技术在流体机械流动分析中的应用

介绍现代流动测试技术的特点、发展趋势及其在流体动力设备研发方面的应用情况。主要工作有：热线风速仪技术(HWA)用于离心压缩机扩压器流场测试研究、用于湍流边界层的减阻控制研究；粒子图像速度场仪技术(PIV)用于叶轮机械动／静相干非定常流场的研究、用于管道内横向射流的研究；激光多普勒测速技术(LDV)用于风机叶轮流场的测试研究等。     

基于准LIGA技术的微齿轮制作

利用准LIGA技术可制造出固定的或可转动的金属微结构,被看作是影响下世纪微机械加工的一项重要技术。介绍了基于准LIGA技术的微齿轮的制作工艺,制作出了m=0.1mm,z=20的微齿轮,齿轮结构清晰,表面和齿廓曲线平滑,侧壁陡直。     

超疏水光栅微结构表面减阻试验研究

为了研究超疏水固体表面的微结构对减阻特性的影响，首先利用飞秒激光加工技术在光滑K9玻璃基面上加工出微脊光栅结构，然后将光滑K9玻璃与光栅结构K9玻璃置于干燥箱内进行硅烷化处理，以降低表面自由能，最后用AR-G2流变仪测量两表面的流变特性，试验用流体为体积分数40%的甘油溶液和水。试验结果表明：两表面均存在明显滑移，即都具有减阻特性，且光栅结构的超疏水表面比光滑结构的疏水表面的减阻效果明显；减阻效果随着流体粘度的增大而增强。     

超疏水表面减阻特性的研究进展

超疏水表面具有减阻效果,在提高管道传输效率、降低水下航行体和微流体器件中流动阻力等方面有着广阔的应用前景。介绍超疏水表面的制备、滑移理论以及减阻特性的研究,讨论微尺度下表面润湿性、表面微结构和流场流动状态对壁面减阻的影响,对超疏水壁面减阻的物理机制进行总结,并指出气体层不连续模型和气穴模型是分别适用于光滑疏水表面和带微结构超疏水表面的减阻模型。介绍超疏水表面减阻特性的一些应用,提出将超疏水表面应用到微流体系统中面临的问题,如微通道壁面疏水性的制备及其减阻效果的耐久性。     

水下航行器减阻技术研究

对多种水下减阻技术进行了总结,包括沟槽面湍流减阻、柔性面法、微气泡法、疏水减阻技术.对疏水表面用于减阻的最新研究进展进行了分析,指出现阶段疏水表面存在的不足以及用于减阻所面临的问题,提出了多种减阻机理相结合的新型减阻方式.     

微小型齿轮加工技术

微小型齿轮是微机电系统的主要零部件,其加工工艺是微机电系统的重要技术.总结并分析了微小型齿轮加工的各种工艺方法,包括LIGA和准LIGA、WEDM工艺、微塑性成形、微刻蚀加工、微细切削加工等方法,介绍了各种方法加工微小型齿轮的研究成果,并指出了其适用范围及优缺点.微细切削微小型齿轮的加工技术又分为微细成形铣削和微细滚削...     

基于非光滑表面与涡流干扰的车身气动减阻方法

探讨了将表面非光滑形态结构减阻思想与流场主动控制相结合的车身气动减阻方法。将凹坑型非光滑表面布置在MIRA直背式模型的尾部,并在非光滑形态模型的基础上,在凹坑阵中加装喷射速度可变的涡流发生器来控制模型的尾部气流,改善尾涡结构。通过对光滑、非光滑、非光滑加涡流喷射三种模型的三维流场数值模拟,得到不同尾部形态模型的气流速度、压力以及湍动能等参数,对比不同风速下不同模型气动阻力系数的差异以及不同喷射速度下的减阻效果,分析模型尾部流场参数的变化,阐述了非光滑形态车身气动减阻机理以及涡流喷射扰动效应。研究结果表明：通过对非光滑形态被动减阻与涡流喷射主动减阻的优化组合,能有效地减少不同风速下直背式MIRA模型的气动阻力。     

LIGA工艺基础及其发展趋势

本文主要阐述了LIGA技术的工艺过程,包括X射线深层光刻、微电铸和微复制工艺.对LIGA重点工序进行了总结并阐明其工艺要点.介绍了在LIGA技术基础上发展起来的准LIGA工艺技术和LIGA技术的发展的趋势.     

Evaluation of recursive PIV algorithm with correlation based correction method using various flow images

The hierarchical recursive local-correlation PIV algorithm with CBC (correlation based correction) method was employed to increase the spatial resolution of PIV results and to reduce error vectors. The performance of this new PIV algorithm was tested using synthetic images, PIV standard images of Visualization Society of Japan, real flows including ventilation flow inside a vehicle passenger compartment and wake behind a circular cylinder with riblet surface. As a result, most spurious vectors were suppressed by employing the CBC method, the hierarchical recursive correlation algorithm improved the sub-pixel accuracy of PIV results by decreasing the interrogation window size and increased spatial resolution significantly. However, with recursively decreasing of interrogation window size, the SNR (signal-to-noise ratio) in the correlation plane was decreased and number of spurious vectors was increased. Therefore, compromised determination of optimal interrogation window size is required for given flow images, the performance of recursive algorithm is also discussed from a viewpoint of recovery ratio and error ratio in the paper.     

CFD analysis of effects on fluid flow resistance of metallic wavy structures

Microscale wrinkles can be utilized to enhance the characteristics of products. For example, a shark skin having riblet surface can move faster underwater, minimizing fluid flow resistance. We introduce a novel approach to fabricate microscale metallic wrinkles using a soft lithography and electroforming process; we also evaluated the effects of wrinkles by computational fluid dynamics (CFD) analyses. For the generation of metallic wrinkles, a UV-curable resin, NOA68T was used to fabricate a master wrinkling pattern by mechanism of compressive forces on a skin of the weakly polymerized resin layer. The master pattern was molded and replicated as metallic wrinkles on a surface via soft lithography and electroforming processes. To understand the advantages of a wavy surface on reduction of flow resistance, we carried out two- and three-dimensional (2D and 3D) CFD analyses. The drag coefficient of a wrinkled 2D square model was decreased about 17.1 %, and a 3D real wrinkle model showed 4.9 to 7.3 % reduction of it compared to without wrinkle models. We believe that it is possible to reduce the fluid flow resistance using wavy surfaces that can easily be generated selectively or wholly on an arbitrary surface.

     

非直线管零件的磨粒流加工实验研究

为探讨磨粒流加工非直线管零件的加工机理及加工工艺,以共轨管为研究对象,利用自行研制的磨粒流抛光液对磨粒流加工非直线管关键工艺参数进行实验研究,定量化评价工件表面粗糙度与加工参数间的显性关系,探讨关键工艺参数对工件表面精度的影响,实验证实磨粒流加工确实可以明显改善非直线管零件的表面质量,从而提高非直线管零件的工作可靠性和使用寿命。实验结果可为磨粒流加工理论的优化研究提供参考,对确定磨粒流加工非直线管零件最优工艺方案具有一定的指导意义。     

等螺距诱导轮的理论分析与数值模拟

基于N-S方程,利用Ansys cfx软件对离心泵诱导轮内部流场进行了全三维湍流数值模拟,获得诱导轮内部的速度分布、静压分布,分析了轮缘处叶片压力面和吸力面存在压差引起涡流,进口低压区对诱导轮汽蚀性能的影响,模拟结果为诱导轮的改进设计提供了一定的理论依据。     

多角度弯曲管磨粒流加工数值模拟研究

采用磨粒流加工工艺对多角度弯曲管内表面抛光过程进行数值模拟研究。利用FLUENT软件研究了不同弯曲角度下入口流速、磨料浓度对磨粒流抛光工艺过程的影响,得到了入口流速、磨料浓度对弯管局部压差、进出口压差、湍流强度等参数的影响规律。对压力和速度的整体作用效果进行了分析,得出了磨粒流抛光细长管类零件内表面的适宜工况。在此基础上,进行了磨粒流抛光过程热量积聚的非稳态模拟,模拟结果表明加工过程中温度变化较小。研究结果为实际磨粒流加工提供了参考。     

等离子束表面冶金中熔体的流动特征及影响

等离子束表面冶金技术是以等离子弧为热源，采用同步送粉方式，在基体材料表面获得1层均匀致密、结合牢固的冶金涂层，实现涂层与金属基体的冶金结合，具有表面冶金结合、成分可调范围大、不需要前处理、效率高、成本低、冶金层质量好等优点，适合于处理一些既耐冲击又需要耐磨耐腐蚀的金属零件，是一种极有发展前途的金属表面改性处理新技术。重点讨论了在等离子表面冶金中金属熔体三维流动特征，并以Fe基粉末为例，研究了流动对凝固组织及冶金层成分分布的影响。     

异形截面孔磨粒流精密加工质量分析

采用磨粒流精密加工技术对异形截面深孔进行数值模拟及实验研究,通过大涡模拟方法对钛合金异形截面孔零件进行数值分析,并进行相关实验研究以揭示磨粒流抛光异形曲面的表面创成机理。磨粒流精密加工数值分析揭示了磨粒流动态压力、速度、磨粒对壁面压力和壁面剪切力对壁面作用规律,获得了异形截面孔内流向截面的漩涡位置分布与漩涡产生原因以及漩涡与磨粒相互作用关系。经过磨粒流精密加工后,异形曲面的表面粗糙度由Ra=7.136 μm、Rz=40.103 μm减小到Ra=1.822 μm、Rz=8.964 μm,异形截面孔内表面凸起、球化现象去除,表面质量明显改善,漩涡使异形曲面的表面质量得到大幅改善。     

Hydrodynamical modelling of lubricant friction between rough surfaces

The steady Couette flow of a Newtonian fluid between two plates, one of them a plane, the other one provided with riblets aligned perpendicular to the flow direction, is taken as a model for lubricant friction with wall roughness. In cases where the amplitude of the riblets is small compared to the riblet spacing, Reynolds lubrication approximation leads to an explicit solution. In contrast to this, a treatment of the full hydrodynamic equations is required for higher amplitudes. Under creeping flow conditions, an analytical treatment of the Stokes equations based on complex function theory allows for a reduction of the problem to the solving of ordinary differential and integral equations for functions of one variable. After this problem reduction, the resulting equations are solved by Fourier analysis and computer algebra.The resulting streamline patterns of the flow reveal the formation of vortices under certain conditions. Since these vortices act like a kind of fluid roller bearings, their influence on the drag force and material transport of the lubricant is studied.     

Comparison of buoyancy and surface tension in a square cavity

Laminar natural convection induced by free surface temperature gradient has been investigated numerically. Buoyancy effect and surface tension effect were made to oppose against each other. For fluid of unit Prandtl number and cavity of unit aspect ratio, the flow field was examined to determine the relative importance of surface tension force and buoyancy force. The flow patterns of each regime are: free surface-concentrated streamlines for surface tension flows, opposite direction circulation for buoyancy driven flows, and surface tension cell above with buoyancy driven cell below for mixed flows. The borderlines of each flow regime were obtained by interpolation and the flow regime map was obtained.     

基于电场和流场耦合的微坑电解加工数值研究

表面织构技术能够有效降低摩擦副表面摩擦和磨损。以方形微坑电解加工为对象,充分考虑加工中电场与流场相互关系建立了耦合场理论模型,采用数值计算方法得到了耦合场电势分布、电流密度分布和体积分数分布等,探讨了入口压力与出口最大氢气体积分数的影响关系,研究结果可为方形微坑电解加工提供一定的参考。最后开展了方形微坑电解加工实验,得到了方形微坑实验件。