航天高压氦气节流效应分析

通过经典气体状态方程和经验公式法推导计算了航天高压氦气节流过程的焦耳-汤姆逊系数,并将计算与实验结果进行了对比.计算结果表明:航天领域高压氦气在节流过程中产生热效应,经典VDW和R-K气体状态方程计算氦气焦耳-汤姆逊系数误差较大,经验公式法计算氦气焦耳-汤姆逊系数精度较高;根据氦气焦耳-汤姆逊系数经验公式,积分求解了氦...     

高压容器泄漏中发生的焦耳-汤姆逊效应研究

压缩天然气的海上运输技术由于其经济效益而即将走向商业化。在运输船上的压强高达25 MPa的压力容器是其设计的重点。破前漏准则是维护压力容器完整性的一个重要方法。然而,在压力容器泄漏中发生的焦耳-汤姆逊效应所导致的裂纹周围金属温度的降温可能会影响到破前漏准则的有效性。对在压力容器的泄漏中发生的焦耳-汤姆逊效应做了相关的试验研究。因氩气不易燃烧且具有与甲烷相似的焦耳-汤姆逊系数而被选作试验气体。设计一个全新的用于压力容器泄漏试验的焦耳-汤姆逊测试系统。根据美国机械工程师学会(American Society of Mechanical Engineers,ASME)锅炉和压力容器规范设计和加工一个试验用的压力容器。采用液氮断裂方法在一块测试板上制作一个与自然裂纹相似的贯穿裂纹。在30℃的环境温度和9.1 MPa的最大内部压强下,测试板外表面沿裂纹方向测得的最低温度是12.5℃,沿裂纹对角线方向测得的最低温度是7.9℃,裂纹出口处得到的氩气的温度是-9.2℃;测试板内表面沿裂纹方向测得的最低温度是15℃,容器内部裂纹附近测得的氩气的温度是-7.1℃。试验结果表明,在整个测试过程中,测试板内外表面的温度沿裂纹不同方向的变化趋势基本上一致。     

半球面气体轴承动态特性分析北大核心

以半球面螺旋槽气体轴承为研究对象,建立供气切向角可变的轴承非线性动态润滑分析数学模型,采用偏导数法推导扰动压力控制方程,并在广义坐标系下进行保角变换和斜坐标变换,结合导数积分法与有限差分法,建立扰动压力控制方程的差分表达式,推导气体轴承动态刚度和阻尼系数与扰动压力之间的表达式,采用VC++6.0进行数值计算,在不同偏心率下研究供气压力及供气切向角对气膜动态特性系数的影响。结果表明:偏心率、供气压力增大,部分刚度、阻尼增加;供气切向角度增大,部分刚度、阻尼减小。     

半球面气体轴承动态特性分析

以半球面螺旋槽气体轴承为研究对象,建立供气切向角可变的轴承非线性动态润滑分析数学模型,采用偏导数法推导扰动压力控制方程,并在广义坐标系下进行保角变换和斜坐标变换,结合导数积分法与有限差分法,建立扰动压力控制方程的差分表达式,推导气体轴承动态刚度和阻尼系数与扰动压力之间的表达式,采用VC++6.0进行数值计算,在不同偏心率下研究供气压力及供气切向角对气膜动态特性系数的影响。结果表明:偏心率、供气压力增大,部分刚度、阻尼增加;供气切向角度增大,部分刚度、阻尼减小。     

弹性均压槽空气静压轴承静特性的影响因素分析

为了研究影响弹性均压槽空气静压轴承静态特性的因素,基于气固耦合原理,建立弹性均压槽空气静压轴承的耦合控制方程,采用有限差分对控制方程进行离散求解,分别研究供气压力、均压槽宽度和节流孔直径对弹性均压槽空气静压轴承静态特性的影响。结果表明:供气压力、均压槽宽度和节流孔直径对弹性均压槽空气静压轴承承载力和刚度的影响较大,供气压力越大,轴承的承载力和刚度也越大,但刚度最大时的工作气膜间隙越小;均压槽宽度越大,轴承刚度最大时的工作气膜间隙越大;节流孔直径越小,轴承刚度越大。实验结果和理论计算结果基本一致,验证了数学模型和理论方法的正确性。     

基于FLUENT的静压气体轴承节流孔系数研究

在通过求雷诺方程来研究静压气体轴承的特性时,通常假设节流孔系数为常数0.8,这可能会影响雷诺方程求解的精度。结合FLUENT软件和雷诺方程提出一种静压气体轴承节流孔系数的求解方法,该方法通过对比FLUENT和雷诺方程计算得到的质量流量求解节流孔系数;分析气膜厚度、供气压力、节流孔直径等参数对节流孔系数的影响。结果表明：节流孔系数随着膜厚的增加先增大后减少,随着供气压力的增大而减少,随着节流孔直径的增大而增大,但节流孔系数对轴承半径和节流孔长度的变化并不敏感。采用该节流孔系数求解雷诺方程得到的轴承承载力,与FLUENT计算得到的承载力结果基本一致,验证了该方法的正确性与可行性。     

球面螺旋槽动静压气体轴承动态特性分析

以半球螺旋槽动静压气体轴承为研究对象,建立球面动静压混合气体轴承的非线性动态润滑计算分析数学模型,采用偏导数法推导出扰动压力控制方程;在广义坐标系下,采用有限差分法对扰动压力控制方程离散化,推导出扰动压力的差分表达式;推导出半球螺旋槽动静压气体轴承刚度和阻尼系数与扰动压力之间的关系表达式;采用VC++6.0编制程序,数值计算出三维微气膜的瞬态扰动压力分布、非线性气膜力及动态刚度系数和动态阻尼系数。研究转速、偏心率及供气压力对气膜动态特性系数的影响规律,结果表明:随着转速、偏心率及供气压力的增大,气膜刚度和阻尼系数均有不同程度的变化。     

带浅腔的空气静压轴承节流孔出口处流场计算与分析

为了进一步揭示具有浅腔的空气静压轴承节流孔出口处气膜流场的影响因素和规律,建立空气静压轴承节流孔出口处的物理模型,采用Laminar、k-ω以及k-ε3种模型对空气静压轴承节流孔出口处气膜流场区域的NS方程进行数值计算,分析气膜间隙和供气压力对节流孔出口处气膜流场的影响。结果表明：空气静压轴承在节流孔出口处存在压力陡降现象,在气膜浅腔与气膜间隙交界处的陡降更为明显,这对精密运动机构和精密测量设备的精度和稳定产生一定影响;3种计算模型的计算结果有较好的一致性,Laminal模型和k-ω模型数值计算结果更为接近;随着空气静压轴承气膜间隙和供气压力的增大,其节流孔出口处的压力陡降和马赫数剧升幅度也随之增大。     

基于非等温条件的空气静压轴承润滑问题研究

改进了传统空气静压轴承的润滑模型,建立了考虑温度影响的空气静压轴承润滑模型,并给出一种该模型的数值解算方法,即利用FEMLAB的多物理场功能,将气体的状态方程作为耦合的桥梁,求解参数形式的雷诺方程和能量方程;将质量流量守恒条件作为判断收敛的条件,利用MATLAB迭代,从而完成最终的求解计算。通过实验研究验证了模型和解算方法的正确性,结果表明:气体通过节流孔后温度降低,在精密和超精密的应用场合将会引起结构非常显著的变形;并且供气压力越大,和(或)节流孔的直径越大,温度降效应越明显。     

运行参数对静压气体轴承动力学特性的影响

基于MATLAB编程,利用有限差分法耦合比例分割法求解Reynolds方程,获得静压气体轴承的压力分布;采用偏导数方法,获得静压气体轴承扰动状态下的润滑方程,求解其动态刚度系数以及动态阻尼系数。针对双排孔供气、每排8孔均布的气体轴承模型进行数值计算,分析在特定结构尺寸下静压气体轴承的运行参数(供气压力、转速、偏心率)对其动力学参数及稳定性的影响。结果表明:静压气体轴承的主刚度和主阻尼系数随供气压力及偏心率的增加而增大,主刚度随着转速的增加而增加,主阻尼系数随转速的增加而减少;低频扰动更易使气体轴承发生失稳,适当提高运行偏心率可以提高轴承稳定性。     

空气静压轴系支承的数值分析

采用有限差分技术,对精密轴系中的径向和轴向空气静压轴承进行了数值分析。主要针对有多个供气孔的径向轴承的复杂流场,沿周向展开承载曲面以雷诺方程为气体润滑的控制方程。同时根据质量守恒原理,制定出每个供气孔出口压力边界条件逐轮修正的迭代路线,计算出不同偏心率和供气压力下的压力分布、承载能力及流量。该技术成功地用于轴系支承精确设计并制造出精密模块化主轴轴系。     

管带式冷凝器中空气参数影响的试验研究

通过汽车空调器风冷管带式冷凝器中空气参数影响试验,本文得到了空气侧空气放热系数和流动阻力的准则方程。针对SANTANA车用空调KJS0-49系统中冷凝器,进行了进口空气质量流速和温度对冷凝器性能的定量分析。最后,利用所得的准则方程对其他型号管带式冷凝器进行验证,换热器性能预测是准确的,为系统仿真研究和设计计算提供依据。     

静压球面气体轴承工作特性数值分析

针对传统的主控雷诺方程推导过程中使用的连续性方程在静压气体轴承的节流孔处并不适用的问题,对雷诺方程进行修正。基于保角变换方法、牛顿迭代法、有限差分法和松弛迭代法对轴承气膜流场区域修正雷诺方程进行计算,得到在不同供气压力下节流孔分布锥顶角处气膜压力沿周向的分布,分析供气压力、径向偏心率和节流孔直径对静压球面气体轴承径向承载力、轴向承载力和耗气量的影响。结果表明：静压球面气体轴承的径向和轴向承载力受到静压效应和动压效应的耦合影响;供气压力越大,径向和轴向承载力越大,耗气量量越大;径向偏心越大,径向和轴向承载力越大,径向偏心率对耗气量影响很小;节流孔直径越大,径向承载力、轴向承载力和耗气量越大。     

制冷工质饱和温度的反算方程

根据对流体汽化潜热和饱和压力数据之间关系的分析,基于克劳修斯-克拉贝龙方程,提出了一个可由饱和压力直接计算制冷工质饱和温度的方程,并对5种常用工质给出了方程中的系数。在宽广的压力范围内,所提出的方程,有良好的计算精度。方程形式简单,使用方便,可供实际使用。     

气体静压节流器变形量的流固耦合数值分析

由于气体在气膜内部压力和温度的不均匀分布,将导致气体静压节流器的工作平面变形,在高精密和超高精密场合,这种变形不容忽略。采用ANSYS的单向流固耦合分析方法,研究了止推型气体静压节流器在不同供气压力、供气温度、气膜厚度、节流孔直径和节流孔长度下工作平面变形量的大小。研究结果表明:随着气膜厚度、供气压力和节流孔直径的增加,变形量增大;随着供气温度的降低,变形量增大;节流孔长度对变形量影响不大;在5个因素中供气温度是影响最大的因素。     

T型复合结构空气静压支承平台承载性能研究

为了深入研究空气静压轴承在径向和轴向复合工况下的承载性能和规律,设计并研制了一台T型复合结构空气静压支承平台装置。结合T型复合结构空气静压支承平台的三维模型,采用流体润滑理论和有限体积法对空气静压组合轴承与单独径向轴承进行了数值计算,研究了偏心率和供气压力以及转速等参数对空气静压轴承承载力和刚度的影响规律。结果表明：空气静压轴承随着偏心率和供气压力的增大其承载力呈逐渐增大规律;单独径向轴承的承载性能要优于组合轴承的承载性能。     

U型电热微驱动器温度分布方程模型

针对MEMS驱动器提出了一种基于焦耳热效应的多晶硅材料电热驱动方式。根据电热微驱动器的结构特性,建立了用于计算其温度的简化模型;利用傅里叶定律和能量守恒方程导出的导热方程建立并求解得到热臂、冷臂和柔性区上的温度分布方程。最后用ANSYS Multiphysics软件对驱动器进行热-电场耦合分析,结果表明驱动器上温度理论值与仿真结果保持一致,该温度分布方程可用于优化电热微驱动器设计并计算其热膨胀量、驱动位移及力矩。     

气体喷射压缩器变工况特性的理论研究

利用气体喷射压缩器几何结构参数、混合室动量方程、流动连续性方程、质量守恒方程以及气体动力函数等，补充推导出了工作压力变化对喷射系数、温度比变化对喷射系数的影响关系式，并以某一蒸汽喷射压缩器为实例，通过计算补充提供了工作压力、引射压力、工作温度、引射温度单因素变化时的变工况特性曲线，对于进一步掌握这些因素变化对气体喷射压缩器运行性能的影响规律以及对气体喷射压缩器的合理运行与调整很有意义。     

结构参数以及工质对静压气体轴承动力学参数的影响

基于MATLAB编程,通过有限差分法(FDM)耦合比例分割法获得压力分布;采用偏导数法(PDM)推导出扰动状态的润滑方程求得静压气体轴承的动力学特性参数;分析静压气体轴承的结构参数(供气孔数量、气膜间隙、节流方式)以及工质(空气和He)对其动力学特性的影响,以及动刚度和动阻尼系数随着各参数的变化规律。结果表明:气膜间隙、单排供气孔数以及工质的种类对直接刚度均有影响,但对阻尼一级交叉刚度系数影响较小;节流方式对直接刚度系数以及直接阻尼系数影响较大,对多交叉刚度系数以及交叉阻尼系数影响较小;固有孔节流的主刚度以及主阻尼系数大于间隙节流。     

半球面气体轴承稳态承载力分析

以半球面螺旋槽动静压气体轴承为研究对象,建立供气切向角可变的半球面动静压气体轴承润滑分析数学模型。在广义坐标系下对模型进行保角变换和斜坐标变换,结合导数积分法和有限差分法建立气膜稳态压力控制方程的差分表达式后进行求解域网格划分,并编程数值计算稳态气膜厚度和压力分布;利用Simpson公式对气膜周向与径向压力进行积分,得到气体轴承的稳态承载力;在不同偏心率和转速下研究了不同轴承参数(节流孔数和分布、供气压力、供气切向角)对轴承稳态承载力的影响规律。