气固热耦合对微尺度气膜空气静压轴承承载特性的影响

当空气静压轴承工作气膜处在微米尺度时,气膜内压力分布具有显著的温度敏感性,严重影响轴承系统的承载能力和刚度特性.本文基于气体润滑理论和稀薄气体动力学,结合边界滑移和热耦合分析技术,通过数值分析的方法研究考虑温度影响所引起的空气静压轴承气膜局部变形问题,对系统的承载能力和刚度特性进行理论分析和实验研究.研究结果表明:气固热耦合效应会使微米级气膜内部发生不均匀的膨胀变形,导致空气静压轴承内部流场发生变化.气膜的最大变形量随温度升高呈线性增长,当温度达到250℃后趋于稳定;随着气膜厚度的增加,空气静压轴承气膜内部对温度的敏感性逐渐减小;考虑热耦合效应的轴承压力分布和承载能力低于传统层流假设下理论计算所得结果,因而在高精密、微米级气膜和极端温度条件等场合设计使用空气静压轴承时,必须要考虑环境温度和系统工作温升带来的热耦合效应影响.     

微尺度下速度滑移对空气静压导轨性能影响

为了阐释空气静压导轨气膜间隙处在微小尺度所体现的特性,引入气体稀薄效应中的速度滑移算法到Navier-Stokes方程,推导出体现微尺度条件下空气膜流动特点的雷诺方程,进而对气膜内的压强分布进行了仿真分析,根据得到的压强分布计算气膜承载力和刚度随气膜厚度变化的规律,通过试验对得出的结论进行了间接验证,与分析结果吻合.     

铝坯气膜软接触连铸技术的实验研究

通过实验和理论计算研究了气膜软接触连铸技术，发现气膜的连续性，稳定性对铸坯质量有重要影响，气体的背压随气体流量的增大而增大，随拉坯速度的增大而降低，这为进一步改进连铸工艺和结晶器的设计提供了重要的实验依据。     

静压空气平面轴承特性与节流器间距关系的仿真研究

基于FLUENT仿真了同孔径等间距孔式静压平面空气轴承节流器2×2阵列,得到了4种间距下阵列的质量流量、气膜压力分布、速度分布等,为优化节流器间距提供了依据。采用Pave和Hex/Wedge Cooper方法划分阵列的几何模型得到非均匀体网格,然后基于三维双精度标准k-ε黏性湍流两方程模型实现了计算流体力学仿真。仿真结果表明：在一定范围内增大节流器间距,气膜静压力平均值减小但气膜承载力增大,增速逐步减缓;节流器间距的调整不影响阵列的质量流量;随着节流器间距的增加,气膜压力从最大值向环境大气压递减的速度变小,气体平均出口速度按比例减小,气体速度死区的面积增大。     

气膜屏蔽射流电解加工动态成型及实验研究

气膜屏蔽射流电解加工在高压气体作用下,可成形出精度更高、表面质量更好的微结构。为了掌握气膜屏蔽射流电解加工中材料蚀除规律,对加工间隙内多场耦合作用机理进行了理论研究,并基于Fluent和Comsol软件模拟分析了加工间隙内气液分布、电场、流场和温度场等规律,得出工件表面动态成型演变规律并搭建实验设备进行了实验验证。研究结果表明:与传统的射流电解加工相比,气膜屏蔽射流电解加工下加工间隙内电流密度及温度降低、凹坑宽度及深度变小以及深径比提高,实际加工实验与模拟结果相吻合。     

沟槽型表面织构分布形式对机械密封特性的影响

建立沟槽型表面织构端面气体密封理论模型,利用有限差分法求解流体动压润滑方程获得无量纲压力分布,并考察不同分布形式沟槽宽度和深度对气膜开启力、摩擦扭矩和刚度等密封特性的影响。结果表明:随着槽宽或槽深的增大,气膜开启力和刚度呈先增大后减小趋势,而摩擦扭矩则保持减小趋势;沟槽沿半径方向分布时具有最佳的综合性能。     

电容式微加速度计的气膜阻尼分析

针对电容式微加速度计中的气膜阻尼问题,基于稀薄气体动力学理论和滑流修正的压膜雷诺方程,分析了敏感质量块在轴向运动中受到的气膜阻尼效应,得到了阻尼力和阻尼系数的简化解析解。研究结果表明,敏感质量块受到的气膜阻尼力不但与尺寸和速度有关,还与固体壁面的材质、表面粗糙度和光洁度等特性有关。通过实例分析给出了三种减小气膜阻尼的方法,指出动量协调系数是影响气膜阻尼(尤其是压膜阻尼)的关键因素之一。     

螺旋槽干气密封特性有限元分析

从可压缩气体的基本方程出发,对螺旋槽干气密封特性进行了有限元分析,推导了相应的离散方程,得到螺旋线槽气体密封端面间隙内气膜的压力分布,并把计算结果和文献中的实验值进行比较,验证了计算结果的正确性,对螺旋槽密封参数的进一步研究具有重要的指导意义.     

磁头/盘界面超薄气体润滑雷诺方程的数值求解

针对利用一般数值方法求解超薄气膜润滑雷诺方程时出现的不易收敛问题,提出了基于PDE工具求解气体润滑雷诺方程的方法,计算了具有不同克努森数和最小间隙的平板型滑块空气轴承和双轨型滑块的气膜压力分布.并求解了作用面上的轴承力.计算结果与利用MGL方法和DSMC方法求得的计算结果比较表明,该方法具有足够的求解精度,且收敛速度快.该方法为具有复杂磁头形貌特征的超薄气体润滑雷诺方程求解提供了一种方便、准确的方法.     

空气静压推力轴承压力分布实验台研制

为解决空气推力轴承气膜压力分布问题,研制了一种新型气体润滑止推轴承性能测试试验台.该实验台利用弹簧拉伸、压缩平衡原理实现对气浮块加力,利用力传感器测定施加载荷大小,采用精密数控X-Y工作台实现压力分布的连续测量.得到的实验结果与气体压力分布的数值分析结果吻合.结果表明该实验台能够自动测试轴承间隙内的压力分布,且数据采集自动化程度高,测量精度便于控制等特点.     

截面含气率的单丝电容探针测量

在测量管段上游布置旋流装置,将上游分层流、环状流等结构不对称流型整改成液膜厚度均匀一致的环状流,然后采用单丝电容探针测量液膜厚度,从而实现截面平均含气率的实时在线测量。在气液两相流实验环道上进行了实验,结果表明探针输出值只与液膜厚度有关,不受液体性质和温度影响。将快关阀门测量值与电容探针测量结果进行了对比,在宽广的流型范围内,二者符合良好。该方法克服了传统电容探针测量方法测量平均截面含气率时不能保证测量结果的代表性以及层析方法测量系统复杂,需要重建运算的缺点。     

高压干气密封流场数值模拟

干气密封在高温、高压以及各种腐蚀性介质的应用越来越广泛,高压高温给干气密封带来什么影响,人们的认识还不足,特别是理论计算中存在许多问题。我们知道高压工况下,干气密封端面气膜流场的压力和温度变化较大,而介质密度、粘度应是随压力和温度的变化而变化的,特别是气体的密度受压力的影响较大。但以往的传统干气密封数值模拟中,大多是密封介质的密度按照假设温度和压力值选定,并未曾考虑到密封介质物性参数变化对密封性能的影响,因此研究结果难免有些误差。本文提出了高压干气密封流场计算的新方法,考虑了流场和温度场变化对密度的影响。首先使用ANSYS Workbench软件对密封环进行热分析,得到了密封环的温度场分布,并推出端面气膜的温度分布;采用用户自定义函数（UDF）将密封介质N2的密度定义为压力和温度的区间函数,用加载了UDF的Fluent软件对端面气膜流场进行数值模拟计算,通过不断地迭代计算得到端面流场的压力分布和开启力。 分别采用变密度（自定义密度为压力和温度的函数）和定密度（直接将密度设定为定值）两种方法,通过Fluent软件对上述干气密封流场进行了模拟仿真,并进行了网格尺寸在模拟仿真时的无关性验证。对比模拟结果,可以看到变密度方法所得到的计算结果更接近工况实际情况,该算法解决了模拟计算中介质物性参数设置存在的问题,值得借鉴。 研究发现：使用Fluent的UDF功能来描述干气密封端面间隙气体密度的变化是可行的,为更精确地模拟端面间隙流场提供了一种新方法。在高压工况下,压力变化对气体密度影响较大,变密度方法能够更加真实地反映其流场。此外还应考虑温度变化对气体密度的影响。     

非牛顿流体在气液搅拌槽内强制流动传热特征研究

为了确定非牛顿流体气流搅拌流动传热特征，对气体有效分散区域（载点）提出了无因次准数关联式，并就两种不同叶轮搅拌的通气管外传热系数作了比较。     

Theoretical model for removal of volatile organic compound (VOC) air pollutant in trickling biofilter

Low concentration VOC waste gas and effluvial gas, emitted from the organic chemical plant, coal chemical plant, latex regeneration plant, paint spray booth, etc., have greatly polluted the at-mosphere and harmed people抯 health. The recovery of low concentration VOC waste gas is val-ueless and its treatment is very difficult and expensive. Therefore, the treatment of VOC waste gas is one of the difficult problems in environmental protection. The biological treatment technology of VOC was…     

不同工艺参数对金刚石薄膜齿轮制备的影响

金刚石薄膜是最具潜力的微机械结构功能材料之一,但其极高的硬度和化学稳定性使其难以被加工成型。本文采用反应离子刻蚀方法对金刚石薄膜进行了微齿轮结构的制作研究,制作出了厚度为5gin,模数为0．003的金刚石薄膜齿轮。实验结果表明,镍钛合金薄膜和光刻胶层作为金刚石薄膜刻蚀掩模,可以获得表面平滑、轮廓清晰、侧壁陡直的金刚石薄膜图形;O2及与Ar的混合气体对佥刚石薄膜图形化的刻蚀主要工艺参数如射频功率、工作气压、气体流量及反应气体成分等均对刻蚀速率和刻蚀界面形貌产生不同程度的影响。刻蚀中,当工作气压12Pa及气体流量50sccm稳定时,射频功率与刻蚀速率呈线性变化,但射频功率过高（大于135W）则掩模刻蚀生成物沉积在金刚石薄膜表面而发黑;对于给定的工艺条件下,金刚石薄膜的刻蚀速率并不强烈依赖于混合气体中氧气的含量。     

考虑能量方程影响的燃气管道流动特性分析

采用特征线法对高压燃气长输管道非稳态流动的数学模型进行了数值求解,考虑能量方程和城市用气规律,对燃气管网非稳态流动问题从理论上进行了分析,解决了由于忽略能量方程所带来的计算精度低的问题,编制出了用户负荷随时间变化时,压力、温度、流量沿管线分布的动态模拟程序,并给出了计算实例。     

二维无旋超音速扩散对称流动控制方程及其特征线方程和相容性方程

通过改变止推气体轴承等间隙的流道结构,对变气膜厚度圆盘止推气体轴承中二维无旋超音速扩散对称流动控制方程进行推导,得出其特征线方程和相容性方程,对所得特征线方程和相容性方程用等间隙气膜内一维超音速流动的解析解进行验算。结果表明,当内点间距合适时,特征线法数值求解与解析解结果十分接近,推导的特征线方程和相容性方程正确。     

微型涡喷发动机燃烧室全覆盖气膜冷却

为了延长微型涡喷发动机燃烧室的使用寿命,针对燃烧室壁面高温区进行全覆盖气膜冷却研究. 在KJ-66微型涡喷发动机试车实验的基础上,比较实际燃烧工况下,排布方式和燃烧室外环的扩张孔对气膜冷却效果及燃烧室整体性能的影响. 结果表明,在实际微型涡喷发动机模型中,顺排的平均综合冷却效率低于叉排,但对壁面的综合降温效果优于叉排. 随着扩张孔出口直径的增大,气膜冷却效果逐渐改善,但会影响燃烧室出口温度分布的均匀性. 由于燃烧室后排冷却孔的影响,二次流射入主流会发生偏转,提升了气膜的冷却效果. 整体而言,全覆盖气膜冷却在实际燃烧工况下对燃烧室壁面有着很好的冷却作用,扩张型气膜孔能够有效改善燃烧室外环的气膜冷却效果.