非对称通道内亲疏水结构影响下的纳米气泡滑移效应

目的 研究非对称性通道中亲疏水表面结构影响下纳米气泡特征与边界滑移之间的关系,以实现良好的流体减阻效果.方法 采用二元体系分子动力学方法,研究纳米气泡在通道流动中产生的滑移减阻效应.首先建立上下壁面非对称微通道模型,通过考虑微通道流动传热过程,探究纳米气泡影响下的微通道界面速度滑移现象.结果 保持亲水下壁面高度以及上下...     

微织构激光加工及表面空蚀性能测试

采用紫外纳秒脉冲激光在1060高纯度铝板表面进行加工,研究了不同的激光加工遍数对三角形微织构和矩形微织构表面形貌的影响,并对平面、三角形微织构、矩形微织构和激光处理的粗糙表面进行空蚀性能实验研究。结果表明,矩形微织构表面具有最好的抗空蚀性能,其归因于表面微结构对空化和空泡溃灭的抑制作用。     

静动压轧机油膜轴承静压特性的研究

静动压油膜轴承是在液体动压润滑轴承和液体静压轴承的基础上发展起来的新型油膜轴承。静动压油膜轴承是一种兼有两者优点的轴承,其正常工作的速度范围较大,能够充分利用油膜的动压效应。通过采用CFD仿真技术,对1030-76WJJ静动压油膜轴承的静压特性进行了深入研究,建立了不同偏心率时的静动压油膜轴承的流体域模型,通过对静动压油膜轴承流体域边界条件的设定和求解,得出了轴承偏心率变化时对其静压特性的影响。同时研究了恒流量供油系统和恒压力供油系统时的静动压油膜轴承的承载能力和静压区域压力分布,对静动压油膜轴承的设计提供了理论指导,为静动压油膜轴承静压特性的研究提供了新的思路。     

不同喷气形式对船舶微气泡减阻效果的数值模拟研究

由于不同喷气形式下微气泡减阻的机理不甚清楚,应用流体计算软件Fluent对简化船体模型进行了数值模拟.采用k-ε湍流模型,对两种来流速度、两种喷气流量和六种喷气形式下减阻率的变化进行了计算,并与水池试验进行对比分析,从微气泡体积分数和两相流速度的分布进行研究,总结出一些理论成果,并且进一步考虑对螺旋桨效率的影响.计算结果表明:首中部同时喷气的减阻效果更好.成果可为微气泡减阻技术的实际应用提供理论指导.     

不同喷气形式对船舶微气泡减阻效果的数值模拟研究（英文）

由于不同喷气形式下微气泡减阻的机理不甚清楚,应用流体计算软件Fluent对简化船体模型进行了数值模拟。采用k-ε湍流模型,对两种来流速度、两种喷气流量和六种喷气形式下减阻率的变化进行了计算,并与水池试验进行对比分析,从微气泡体积分数和两相流速度的分布进行研究,总结出一些理论成果,并且进一步考虑对螺旋桨效率的影响。计算结果表明:首中部同时喷气的减阻效果更好。成果可为微气泡减阻技术的实际应用提供理论指导。     

ASTM G134装置的射流空化模拟与空蚀机理分析

为解释流动对射流空化和空蚀的影响,以ASTM G134射流空蚀实验台为对象,应用计算流体动力学方法揭示空蚀腔内的空化区形态,进而开展空蚀试验,获得试样表面的空蚀形貌,与模拟结果进行对比分析。结果表明：射流在空蚀腔内保持平稳发展的形态;射流核心段存在高速区,其外围为环形低压区,该环形区是产生射流空化的关键;射流与试样表面接触后,试样表面的空蚀区与环形空化区相对应。试验结果表明,在空蚀试验初期,试样表面的空蚀区呈环形,与模拟结果一致;随着空蚀的发展,环形空蚀区扩大,空蚀由环形区向试样中心区扩散;空蚀时间的继续延长导致试样中心区亦出现严重的材料剥落,此时试样的累积质量损失仍在增长,但累积质量损失率保持稳定。     

文摘辑要

正纯钛空化水喷丸表面强化及空蚀损伤采用空化水喷丸技术对工业纯钛表面进行强化处理,研究表面强化机理及空蚀过程。通过显微硬度仪、光学显微镜对空化水喷丸后试样的表面硬度、显微组织、表面形貌和面粗糙度进行分析。结果表明:具有密排六方结构的纯钛经过水喷丸处理后,试样表面强化层有大量的变形孪晶和次生孪晶。试样表面硬度最大可提高118 HV,而表面粗糙度Ra仅为2.1μm,这说明空化水喷丸对纯钛表面的强化效果显著,而且表面损伤较小。在30 MPa水喷丸压力下,纯钛水喷丸最佳时间为80 min,强化效果最好。水喷丸后试样的强化表面可分为A、B、C 3个区域。A区表面空蚀最严重,空蚀坑小而密集,     

空化作用及气泡行为轨迹观测研究进展

随着对空化现象的不断探索，已经有较多研究结果表明空化作用对摩擦副的减摩抗磨性能有促进作用，但由于空化现象的复杂性及难以直接观测，目前对其机理尚未取得共性结论，仍须进行深入研究。通过概述近年来对空化现象所做的相关研究，归纳气泡在溃灭过程中对壁面的空蚀损伤机理等，引出三种适用于基体表面的热门减摩方法，包括表面微织构、表面涂层和添加颗粒物。重点综述三种方法在不同结构、材料、形状、尺寸、分布方式等下对空化气泡行为轨迹的影响，以及在与其他效应相耦合下空化效应所起到的减摩效果，对相关研究进行整体归纳，并指出其中存在的问题和不足。最后提出搭建一个自动化试验装置，用于观测模拟水利机械装置工作过程中液体介质接触表面所产生的空化气泡溃灭的过程，填补该过程中气泡行为轨迹观测的欠缺，为表面空化减摩的研究奠定基础。     

超高速磨削用液体动静压轴承承载特性分析

针对超高速磨削用液体动静压轴承支撑形式复杂的问题,应用FLUENT软件对液体动静压轴承进行了CFD分析,获得了不同输入状态下的油膜压力场分布,并在此基础上对承载特性进行分析,得出了轴承承载力随输入参数变化的规律,运用正交试验分析了各输入参数的显著性。结果表明:承载力与偏心率和供油压力呈近似线性关系;承载力与转速呈非线性关系,低速时随转速的提高,承载力基本保持不变,中速时随转速的提高承载力增大,高速时随转速的进一步提高,承载力有下降的趋势;供油压力对承载力的影响比转速更为显著。     

激光气体氮化Ti和Ti-6AI-4V合金的空蚀行为

液体中气泡的剧烈塌缩在材料表面导致空蚀.由于空蚀导致的损伤经常发生在不同装备部件上,如:泵、水力涡轮、叶轮及医药工业中用的高速搅拌器.金属材料的空蚀抗力受其表面性能影响较大,表面工程是提高金属材料空蚀性能的有效手段.     

织构型水润滑轴承动压叠加承载及微动压效应分析

目的提高水润滑轴承承载力,探究织构型水润滑轴承的承载机理。方法采用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)方法建立三维织构型水润滑滑动轴承和二维织构型平行接触副模型,分别从宏观和微观角度对表面微织构承载机理进行研究。结果宏观角度上,在保证织构结构参数不变时,随着织构分布由液膜最高压力区下游向上游移动,水润滑轴承承载力呈现出先上升后下降的趋势,织构处产生微动压现象,逐渐上升的压力脉动趋势使轴承承载力上升,但原动压区逐渐变成以织构为中心的点状区域,使得承载区面积下降。微观角度上,随着织构向入口方向移动,压力分布整体向左移动,当Re1时,随着惯性效应的增强,压力分布整体上移,考虑空化效应时,织构处压力降低被限制。结论宏观角度上,微动压效应与原动压效应之间的非同向叠加效应决定了织构型水润滑滑动轴承的承载能力,表现为以液膜最高压力区为分界,织构区域位于其上游时,轴承承载力上升,反之,承载力下降。微观角度上,织构的微动压效应主要通过入口卷吸效应、空化作用以及惯性作用产生。     

射流压力对淹没水射流冲击与空蚀效果的影响

目的探究淹没水射流对铝合金及铜合金材料的冲击与空蚀作用。方法为获得关键射流工况参数对射流冲击和冲蚀效果的影响,对射流压力、冲击时间和靶距的作用进行了研究。在较低压力条件下对材料表面的残余应力进行测量与分析;在较高压力时对材料表面的破坏形貌进行观测。结果残余应力随射流压力的增加而增加,当冲击时间为20 min,射流压力为40 MPa时,残余应力达到最大值91 MPa;在空蚀作用初期,试样表面出现尺寸较小、呈离散分布的空蚀坑,其为离散空泡冲蚀所致。随着空蚀作用的增强,材料表面的空蚀坑增大,同时出现塑性变形,当冲击压力为300 MPa,靶距为7cm,冲击时间为15 min时,达到最显著冲击效果。结论当压力较小时,淹没水射流可以强化金属表面;当压力较大时,淹没水射流可以使金属表面产生空蚀坑和塑性变形。尽管淹没水射流具有连续的射流速度分布,但材料表面的破坏更多地取决于空化现象。     

织构型水润滑推力轴承软弹流润滑分析及多目标协同优化

目的 提高以水作为润滑介质的织构型非金属推力轴承的润滑性能,为水润滑推力轴承的优化设计提供参考.方法 基于计算流体力学方法建立织构型水润滑推力轴承的流体动压润滑模型,采用双向流固耦合方法计算润滑流场与材料变形之间的相互作用.随后,以承载力最高和摩擦力最低为目标,采用响应曲面与非支配排序遗传算法相结合的多目标协同优化方法,对4种非金属材料的织构型推力轴承进行优化.结果 随着轴承材料弹性模量的降低,轴承内最高压力值逐渐降低,最大变形逐渐增加,且最优织构覆盖率值逐渐减小.当织构覆盖率为20％时,轴承材料对最优织构深度值无明显影响;当织构覆盖率增至40％及以上时,随着轴承材料弹性模量的降低,最优织构深度值逐渐增加.在同一轴承材料下,最优织构参数之间相互影响,随着织构覆盖率的增加,最优织构深度值逐渐增大.对于碳化硅陶瓷和尼龙等弹性模量较大的轴承材料,优化后,轴承内流体最高压力明显提升;对于超高分子量聚乙烯和赛龙等弹性模量较小的轴承材料,优化后,高压区面积明显增大.结论 轴承材料对轴承润滑性能及最优织构参数均有明显影响,且最优织构参数间相互影响.经过对织构型水润滑推力轴承的多目标协同优化,轴承润滑性能明显改善.     

微织构排布方式对水润滑轴承启停过程摩擦学性能的影响

梯度排布微织构在提升水润滑轴承摩擦学性能方面具有显著效果,然而梯度排布微织构在水润滑轴承中的应用仍缺乏系统性研究。为了探究梯度排布微织构对水润滑轴承启停过程摩擦学性能的影响,基于 Greenwood-Tripp 微凸体接触模型、 Archard 磨损模型求解轴瓦表面的磨损量。通过 CFT-I 材料表面性能综合测试仪对 CNC 雕刻机加工的织构化表面进行水润滑条件下的摩擦学试验研究。针对光滑、单一圆形织构、圆形与三角形以轴向交错平行（¹₁2 ）和周向交错平行分布（1212）方式梯度排布的表面,测量各个表面的磨损量和摩擦因数。通过立体显微镜、扫描电子显微镜对摩擦磨损试验前后的表面形貌和摩擦因数进行分析。数值模拟和试验结果显示,与光滑表面和单一织构化表面相比,梯度排布微织构化表面磨损量和摩擦因数显著降低;圆形与三角形以¹₁2 方式的梯度排布微织构化表面摩擦学性能最佳,接触表面磨损量最小、表面摩擦因数最低。 梯度排布微织构在流体润滑过程中相互影响,可以起到提高轴承表面举升力,减少表面接触,降低表面磨损和摩擦因数的作用。研究不同形状、排布方式下梯度排布微织构化表面的磨损量和摩擦因数的变化规律,可为舰船装备水润滑轴承研制阶段主动设计提供理论基础。     

人工超空化通气流量系数的实验研究

超高速超空化水下航行体减阻新技术是目前最具前景的一种减阻方法,空泡形态稳定性及其尺度控制是决定其减阻效果的关键.在高速水洞中采用通气方式进行了超空化气体流量对空泡尺度的影响实验研究,得出了泄气率和超空泡形态调控的影响规律.基于相似方法和量纲理论获得了流量系数与空化数的定性与定量关系.所得结论对水下航行体超空泡水动力特性和非定常空泡控制技术的研究具有重要意义.     

基于热混合润滑的钢/橡胶接触表面水润滑增强调控

目的 增强钢/橡胶摩擦副的润滑性能,为提高混合润滑状态下水润滑轴承的性能提供参考。方法 建立水润滑条件下钢/橡胶摩擦副的热混合润滑模型,讨论热效应对润滑性能的影响,并在此基础上进一步研究表面粗糙度、水基润滑剂黏度和供水压力对水润滑增强调控的作用。结果 与等温解相比,热效应使Stribeck曲线发生了右移,摩擦因数和载荷比增大,膜厚比降低。最高水膜温度随着转速的增加而升高,热效应对混合润滑性能的影响显著。减小摩擦副表面粗糙度,Stribeck曲线向左移动。在相同转速下,载荷比随着表面粗糙度的减小而降低,膜厚比反之。表面粗糙度越大,水膜温度越高,最高温度位于出口区,且钢的表面温度低于水膜和橡胶的表面温度。当水基润滑剂的黏度增大时,膜厚比增大,载荷比和最高水膜温度降低,Stribeck曲线发生左移。增加供水压力可以改善水膜压力分布,使水膜承载区增大、压力减小,粗糙峰接触压力和承载区减小,导致载荷比减小、膜厚比增加,Stribeck曲线向左偏移,水膜最高温度降低。当接触区由边界润滑向混合润滑过渡时,水膜最高温度出现拐点,且水膜最高温度拐点随着供水压力的增加而左移。结论 热效应会降低摩擦副的混合润滑性能,因此在混合润滑中不能忽略。考虑热效应时,通过减小表面粗糙度,或增加水基润滑剂黏度和供水压力,均有利于增强钢/橡胶接触表面水润滑的混合润滑性能。     

局部凹坑织构化径向滑动轴承流体动力润滑数值分析

目的 探究局部凹坑织构化表面对径向滑动轴承流体动力润滑的影响.方法 基于雷诺边界条件和Reynolds方程,建立凹坑织构化径向滑动轴承表面流体动力润滑理论模型,采用Gauss-Seidel松弛迭代方法数值求解,获得润滑油膜的压力分布和承载能力,分析其润滑油膜承载机制,探讨凹坑几何参数和分布规律对油膜承载力的影响规律.结果 理论模型的数值解与经典理论的数值解误差较小,能有效分析轴承的流体动压润滑特性.当偏心率较大时,摩擦力的上升幅度也变大,在轴承承载区进行凹坑织构化处理能明显减小摩擦力,并且随着凹坑深度的增大,摩擦力减小,可见凹坑起润滑减摩的作用.油膜承载力随着偏心率的增大而增大,通过凹坑织构的"楔形效应"能够改善非承载区的油膜压力,存在最佳凹坑深度使得轴承达到流体动力润滑最佳状态.摩擦力随着面积率的增大而增大,特别是在偏心率较大时,润滑减摩效果较为明显,面积率对油膜承载力影响不大.将织构布置在径向滑动轴承的不同区域,其中当织构完全在下半瓦(压降区)时,织构能明显增大油膜厚度,产生油膜压力,有效降低摩擦力,提升承载力.结论 凹坑织构能明显改善径向滑动轴承流体动力润滑性能,合理设计轴承的偏心率,合适的织构参数与分布位置,能使流体动力润滑效果最佳.     

A Nonlinear Shallow-Water Model Combined with Gas Bubble Effect for Melt Flows and Interface Instability in Aluminum Reduction Cells

A nonlinear shallow-water model combined with the effect of anode gas bubbles was derived for the melt flows and interface instability in aluminum reduction cells. Both the electromagnetic forces and the drag forces between the bath and gas bubbles, as the main driven forces for the melt flows, were taken into account in this model. A comparative numerical study was carried out using both the model considering the bubble and the model without considering the bubble. The results show the effect of the bubble cannot be neglected in a fluid dynamics analysis for the aluminum reduction cell. The bath flow, induced by the motion of bubbles, presents a series of small eddies rather than large eddies as the metal flow pattern shows. The horizontal drag forces between the bath and the bubbles in the bath layer enlarge the deformation of the metal–bath interface, to some extent, but have a positive influence on stabilizing the metal–bath interface perturbations.     

滑动轴承贫油润滑特性分析

基于广义Reynolds方程,建立圆柱滑动轴承贫油润滑模型,分析了入口油膜厚度对滑动轴承贫油润滑性能的影响。数值计算结果表明:在载荷和转速不变时,供油条件明显影响油膜收敛区的油膜厚度、承载力等参数;随入口油膜厚度的增加,滑动轴承承载区油膜厚度、端泄流量、有效承载面积增加,而轴承偏心率和油膜起始角随供油量的增加而减小。