深海环境下油液密度特性变化规律研究

针对深海环境下油液密度随下潜深度变化的问题,建立深海环境压力和温度模型,考虑含气率的影响分别建立纯油液密度模型和气-液两相等效密度模型,以VG32和VG64液压油实验数据对模型进行误差分析,得到其最大误差分别为0.32%、0.11%,验证了模型的可行性。综合上述模型,建立以水深为变量的等效密度模型,研究深海环境下液压介质密度的变化规律。结果表明:随水深的增加,气-液两相油液模型的等效密度较纯液压油模型的变化相对滞后,但进入深海3 000 m以下后,两者相差很小,可以用纯液压油密度近似替代两相介质的密度;深海环境下随水深增加,油液等效密度呈现迅速增加、缓慢过渡、平稳增长的变化规律。具体表现为:在浅海层(460 m),海水温度对密度变化起主导作用,等效密度随水深增加急剧增长;在中海层(460～1300 m),温度主导作用减弱,等效密度增幅变缓;在深海层(1 300 m),海水压力取代温度成为影响密度的主要因素,密度增长趋于平稳。     

大面积液浮平面电极稳定性分析

电致化学抛光是一种超光滑超平整表面的无应力加工方法,加工工具是大面积液浮平面电极,其稳定性是影响加工质量的最关键因素。研究电极稳定性对于提高加工质量具有重要意义。基于静压支撑原理,设计了电极结构,采用COMSOL仿真研究了液压腔数目,倾斜方向对电极法向刚度和倾覆力矩的影响。结果显示法向刚度大小与液压腔数目成正相关,增加液压腔数目可以有效提高电极抗倾覆能力和弱化其异向性,表明了增加液压腔数目可以有效提高电极稳定性能。     

非对称三角形电极离子阱的单向出射性能模拟研究

三角形电极离子阱（triangular-electrode linear ion trap, TeLIT）是一种新型结构的线性离子阱,具有简单的电极结构和良好的分析性能。为进一步提高TeLIT的离子探测效率,本实验将离子出射方向的2个电极设置为不同角度,建立非对称结构的TeLIT,通过引入非对称场实现离子单向出射。通过分析电极角度差与其内部电场分布的关系,并模拟离子运动轨迹,获得离子出射情况和模拟质谱峰。理论模拟结果显示：当离子出射方向三角电极的角度差Δα=15°时,在优化的AC频率条件下,三角形电极离子阱的m/z 610离子单向出射率可达95%以上,且质量分辨率达到2647。经优化几何参数后的非对称三角形电极离子阱可在几乎不损失分辨率的情况下实现离子单向出射,大幅提高了单检测器模式下TeLIT的离子探测效率和仪器的灵敏度,使其在小型化质谱仪的开发中具有显著优势。     

磁流变液聚结稳定性和沉降稳定性的研究

报道我们在研制磁流变液的实验中,比较了几种表面活性剂,聚合物添加剂,高分散超细粉末对体系聚结稳定性和沉降稳定性的影响。发现,磁流变悬浮液体的聚结稳定性聚决于固相微粒之间的静电排斥作用或固－液界面分子构型所产生的空间位阻效应;重力作用下的沉降稳定性聚决于颗粒尺寸、液相黏度和固／液材料的密度差;     

一种新型液／液光波导的模拟研究

提出了一种新型单模液,液渐变型光波导模型。理论依据是非极性液体在高强度电场下的克尔效应。采用了多物理场耦合软件对微纳流体微管道模型进行分析．微纳流体管道和纳米线电极结构尺寸对电场强度影响表明,优化设计后的液体微管道可以实现光波导功能。     

阀控充液式液力偶合器换热特性研究

在液力偶合器的使用过程中,由于转差损失与液力损失,会使其工作水液的温度上升,进而影响液力偶合器的工作性能,为了解决这一问题,对阀控充液式液力偶合器的换热特性进行了研究。首先,构建了含有进出水口双腔流道的瞬态换热计算模型,并对其进行了网格无关性验证;然后,采用多步求解方式对正常运转工况、堵转工况及循环换水工况的流动换热进行了数值模拟计算;最后,对比分析了不同工况下的液力偶合器温度场分布特性,探讨了液力偶合器内流场的流动换热变化规律。研究结果表明：正常工况及堵转工况流场整体温度皆呈现明显的线性上升趋势;以240 L/min流量进行循环换水时,流场温度呈先快后慢的下降趋势,20 s内可将流场温度降至30℃左右。采用该研究结果,可以准确地预测液力偶合器内流场温度变化,可为液力偶合器优化、换水调控提供理论参考。     

浮动蒸汽腔散热器性能测试与仿真回归分析

随着各类电子器件与设备的小型化和多样化,产品功耗与热流密度也在发展迭代中迅速攀升,对高效散热的需求越来越强烈。文中主要针对均热问题,介绍了蒸汽腔均热技术的基本原理,通过实测对比了一种浮动蒸汽腔散热器与传统热管散热器的均热性能,也对抗重力性能进行了测试分析和仿真回归。结果表明,浮动蒸汽腔散热器的均热性能优于传统热管散热器,而重力的方向对其均热能力有影响,应用中不推荐两片蒸汽腔处于上下相对位置的竖直状态。仿真回归得到的蒸汽腔等效导热系数可供后续产品设计参考。     

QP-DMC算法在重介液密度控制中的应用

由于重介选煤过程中重介悬浮液密度及合介桶液位控制中的相互耦合作用,使得采用PID/人工控制效果不理想。为解决该问题,通过飞升曲线法分别建立清水阀、分流阀及加介阀开度对重介液密度及合介桶液位的阶跃响应模型,采用基于二次规划约束优化算法的动态矩阵(QP-DMC)控制器,以清水阀、分流阀及加介阀开度作为三个控制量,重介液密度及合介桶液位作为两个被控量,实现对重介液密度及合介桶液位的联动控制。通过MATLAB进行仿真,结果表明:该控制算法可以使重介液密度及合介桶液位在100s达到稳定值。     

双蒸发管组冷风机重力再循环供液的试验研究

针对以往重力再循环供液制冷系统的气液分离器放置冷库外部造成冷量损失的问题,设计了带有双蒸发管组冷风机且气液分离器放置内部的重力再循环制冷系统并与直接膨胀制冷系统进行了对比试验,研究不同库温和不同冷凝温度对两种制冷系统的制冷量,压缩机功率等参数影响。结果表明,重力再循环采用双蒸发管组冷风机后,在库温-20,-25,-30℃工况下,相对于直接膨胀制冷系统的性能系数增加8.81%,9.27%和10.51%,在冷凝温度20,30,35℃工况下,相对于直接膨胀式制冷系统的性能系数增加5%～10%,因此带有双蒸发管组冷风机的重力再循环在低温下运行更具有优势。     

TC4钛合金多孔质电极电火花加工性能研究

采用了一种由紫铜颗粒经高温烧结获得的多孔材料作为工具电极进行了TC4钛合金电火花加工性能实验研究。多孔质工具电极可利用颗粒间孔隙形成的流道在加工过程中实现分布式的全向内冲液,增强钛合金电火花加工中的排屑作用。实验结果表明,多孔质电极能够采用不抬刀方式加工,其加工效率可达实体铜电极的3倍;且由于在冲液条件下钛合金加工屑向工具电极的反粘附着行为,使得其电极相对损耗率大幅降低。对半封闭复杂型腔的加工实验结果表明,采用多孔质电极进行粗加工能够大幅缩短加工时间,显示了多孔质电极在有一定深度的钛合金复杂型腔加工中具有较强的加工能力。     

均热板散热器的传热特性实验研究

为了研究通信设备不同应用场景中散热器传热性能，设计了内嵌均热板散热器、复合芯均热板散热器和金属丝网吸热芯均热板散热器３种不同类型的散热器，针对不同风速、不同放置方向（重力因素）对３种均热板散热器的传热性能进行了实验研究。实验结果表明，在不考虑重力因素的情况下，复合芯均热板散热器具有较好的传热性能，而放置方向（重力因素）对复合芯均热板散热器和单一粉末烧结吸热芯均热板散热器的传热性能影响较大，在散热器设计选型时需要重点考虑均热板散热器的实际应用场景。     

Numerical and experimental studies on the mixing characteristics of two jets with inclined angles in a rectangular chamber

Mixing characteristics in a rectangular chamber are investigated using experimental and numerical methods. A mixing chamber with an axial inlet (representing fuel inlet) and a side inlet (representing air inlet) is designed. Two jets with different momentum ratios through the two inlets are mixed in the chamber. Computational fluid dynamic simulation is validated by experimental data of particle image velocimetry that measures flow velocity distribution. The momentum ratios of the two jets and the height of the axial inlet significantly influence the penetration depth of axial jet into the mixing chamber and the pressure drops at recirculation zones.     

An experimental setup for investigating prebreakdown phenomena on a vacuum surface of a ceramic insulator

A setup for investigating prebreakdown phenomena on the surfaces of cathode insulators in vacuum is described. The setup reproduces the conditions under which an insulator is during operation of an actual vacuum device. The results from studying the effect of charged-particle fluxes and X-ray or optical radiations in a vacuum chamber under a stepped increase in the applied voltage to 150 kV are presented. In order to predict the development of a high-voltage breakdown, the following parameters are simultaneously recorded during measurements: the pressure in the vacuum chamber, the gas composition, and the leakage currents over the insulator surface and through the vacuum gap. The data are recorded automatically, and the collected information is stored on the hard disk of a computer.     

轴承腔中均匀流体/壁面油膜分层流动分析

航空发动机轴承腔精确的润滑与换热设计依赖于对其内油气两相润滑介质流动与换热本质的认识。针对轴承腔内复杂的油气两相润滑介质流动状态,建立轴承腔均匀流体/壁面油膜分层流动分析模型,开展腔内油气两相润滑介质流动特性研究,探讨转子转速和润滑油供油量对均匀流体和壁面油膜两相介质压力、速度以及温度分布的影响。分析模型中,气相介质(含油滴)的等效物理特征参数通过离散油滴和气相介质的组分比例关系确定,各固体壁面与流体介质的对流换热系数根据其各自的传热特性确定。研究结果表明,均匀流体与壁面油膜两相介质的压力随着润滑油供油量的增加而增大,受转子转速的影响较为复杂;均匀流体与壁面油膜两相介质的速度随着转子转速的增高而增大,受润滑油供油量影响较小;均匀流体的温度随着润滑油供油量的增加而减小,受转子转速的影响较小;与均匀流体温度不同,壁面油膜的温度随着转子转速的增加而增大,随着润滑油供油量的增加而减小。建立了轴承腔试验台系统,开展了轴承腔油气两相流动状态下的压力和温度测试,压力和温度试验结果与理论计算结果均具有较好的吻合性,验证了提出的理论分析方法的可靠性。     

考虑毛细流动效应的微型柱塞泵自吸性能研究

微型柱塞泵是微型液压驱动系统的核心部分。由于微型柱塞泵进出管和配流阀流道小，使得在研究微型柱塞泵自吸性能时，除了流体重力、惯性力和黏性力外，还要考虑毛细流动效应对微型柱塞泵自吸性能的影响。在对比了流体黏度、管径和浸润角等因素后，对微型柱塞泵自吸过程进行了理论分析。结果表明，微型柱塞泵自吸性能受流体重力、惯性力、黏性力和毛细流动效应共同作用影响，并且在不同管径、流体黏度和浸润角下，各种力的影响程度不同。     

重力全平衡提升式升船机的自振特性和稳定性分析

研究包括承船厢、提升钢索、平衡重、承船厢中的水和船舶在内的重力全平衡钢索提升式升船机系统，讨论其自振特性和稳定性；将这一系统模型化为流固耦合系统，将承船厢中的水处理为理想流体，采用伽辽金有限元方法离散，将承船厢及船舶视为刚体，考虑水和承船厢、船舶、提升钢索的相互作用，建立考虑流固耦合的动力学方程。为了求解该方程，对非对称的质量和刚度矩阵进行对称化处理；通过求解特征值问题，得到升船机系统的自振特性，讨论平衡重质量、提升钢索吊点位置、承船厢中船舶等对系统自振特性的影响。利用自振频率为零时系统失稳的力学概念，讨论使系统失稳的临界吊点位置。     

Theoretical analysis and experimental verification on valve-less piezoelectric pump with hemisphere-segment bluff-body

Existing researches on no-moving part valves in valve-less piezoelectric pumps mainly concentrate on pipeline valves and chamber bottom valves, which leads to the complex structure and manufacturing process of pump channel and chamber bottom. Furthermore, position fixed valves with respect to the inlet and outlet also makes the adjustability and controllability of flow rate worse. In order to overcome these shortcomings, this paper puts forward a novel implantable structure of valve-less piezoelectric pump with hemisphere-segments in the pump chamber. Based on the theory of flow around bluff-body, the flow resistance on the spherical and round surface of hemisphere-segment is different when fluid flows through, and the macroscopic flow resistance differences thus formed are also different. A novel valve-less piezoelectric pump with hemisphere-segment bluff-body （HSBB） is presented and designed. HSBB is the no-moving part valve. By the method of volume and momentum comparison, the stress on the bluff-body in the pump chamber is analyzed. The essential reason of unidirectional fluid pumping is expounded, and the flow rate formula is obtained. To verify the theory, a prototype is produced. By using the prototype, experimental research on the relationship between flow rate, pressure difference, voltage, and frequency has been carried out, which proves the correctness of the above theory. This prototype has six hemisphere-segments in the chamber filled with water, and the effective diameter of the piezoelectric bimorph is 30mm. The experiment result shows that the flow rate can reach 0.50 mL/s at the frequency of 6 Hz and the voltage of 110 V. Besides, the pressure difference can reach 26.2 mm H20 at the frequency of 6 Hz and the voltage of 160 V. This research proposes a valve-less piezoelectric pump with hemisphere-segment bluff-body, and its validity and feasibility is verified through theoretical analysis and experiment.     

离心泵泵腔液体压力分布理论计算及验证

准确描述泵腔液体压力分布是研究叶轮盖板力的核心研究问题,也是泵研究领域中的难题。建立泵腔液体流动模型并提出基本假设,将泵腔液体流动视为轴对称二维黏性层流运动,采用数量级比较法,对泵腔液体运动的Navier-Stokes方程简化,并进行积分求得Navier-Stokes方程的近似解析解,推导出设计工况下泵腔液体压力数学模型。在该数学模型计算中,引入势扬程修正系数,解决了泵腔入口液体压力的计算问题,并给出具体确定方法。以IS80-50-315型离心泵为研究对象,在不同叶轮平衡孔直径下,对设计工况下前后泵腔液体压力进行测试和理论计算,对比分析结果表明,两者结果较为一致。还采用2个典型的泵腔液体压力测试实例,进一步验证了设计工况下泵腔液体压力数学模型的可靠性。该研究成果是对经典泵腔液体压力计算公式的补充与完善。     

矩形弹性壳液耦合系统的非线性振动分析

从流体运动微分方程组和边界条件出发,利用拉格朗日方程,建立矩形弹性壳液耦合系统的非线性振动方程组,并进行数学仿真计算,得到产生稳定的低频大幅重力波的条件及重力波和壳的幅频曲线,数值计算结果与实验现象吻合较好.     

A new approach to gas field ion sources

A new approach to gas field ion sources is described. It is based on a structure made by inserting a field emission tip inside a small diameter tube. The tube supplies gas to the tip from a high-pressure chamber into a high-vacuum chamber where ionization takes place. Comparison of projection electron and ion micrographs shows that ionization results from a field ionization process taking place at the very end of the tip. Emission currents in the 10nA range, for a few kV emission voltages, are obtained with various gases including neon, air and hydrogen. Lifetime experiments with H(2) show stable emission for days.