大口径宽波段高能激光发射窗口的设计与测试

由于大口径宽波段高能激光发射系统使用环境复杂、激光发射间歇时间长,晶体窗口难于满足使用要求,本文设计了一套用于发射系统的快门式机械窗口。该机械窗口由防尘罩压紧机构和防尘罩的驱动机构两部分组成。压紧机构通过丝杠、钢丝绳和同步带等传动方式实现单电机驱动多目标同步运动,利用柔性铰链补偿安装误差。采用柔索的非线性分析法和积分原理求解了防尘罩的风压载荷与锁紧机构所需的压紧力间的解析关系,通过逆推法建立了正压风载与电机负载扭矩间的解析表达式。根据电机的矩频特性计算了机构的转速范围和防尘罩能承受的最大风载。实际测试表明,电机输出扭矩达到0.34Nm时,防尘罩可以抵御10m/s风载作用,开启与关闭的最小时间稳定在3s左右,正压风载与电机负载间表达式的计算误差不超过15%,窗口的运行可靠,符合设备使用要求。     

大口径激光发射系统卷帘式密封结构优化设计

为满足某车载大口径高能激光发射系统密封要求,设计了一种采用卷帘覆盖压紧密封原理的密封结构,以密封窗口整体重量、一阶频率和卷帘中心挠度三者为优化目标,应用集成优化方法,依托ANSYS workbench软件平台对密封窗口结构尺寸进行优化,优化后的密封窗口整体重量为7. 25 kg,一阶频率为1 356. 8 Hz,卷帘中心挠度变形为6. 075 9mm。密封窗口轻量化效果明显,各项指标均满足设计要求。该密封窗口设计可为同类型大口径激光发射系统的密封结构设计提供思路和参考。     

双金属密封结构的有限元分析

本利用基于接触面的罚函数算法,通过有限元数值计算与方法对双金属密封结构进行了数值模拟分析,中模拟了双金属密封系统在装配和工作过程中的应力变化过程,仿真分析过程中考虑了设计变量,摩擦系数,工艺参数的影响,以双金属密封结构设计、装配有一定的指导意义。     

二轴转台激光发射芯部结构设计与分析

根据芯部发射结构的光学系统方案,设计了芯部发射组件的机械结构,运用UG软件建立了三维实体模型.利用MSC.Nastran软件建立了芯部发射组件的有限元模型,并对其进行了静力分析和模态分析.分析结果显示,结构组件在重力作用下的变形量满足设计指标,结构的一阶固有频率为162.39HZ.优于设计提出的100HZ要求,且有较大的刚度裕度.理论分析表明结构设计方案是可行的,同时为结构优化提供了参考.     

填料密封阻塞下气体螺旋密封的数值模拟研究

针对填料密封阻塞下的气体螺旋密封泄漏问题,利用多孔介质概念对填料密封阻塞下的气体螺旋密封做了计算流体力学(CFD)数值模拟,用多孔介质概念来类比填料密封泄漏的机理,建立了相应的计算模型,并分析了该方法的可行性。数值模拟的计算结果表明,在给定的泄漏量条件下,填料密封渗透率分别随着螺旋密封的螺旋角,螺旋结构与壁面间隙及螺旋结构本身的槽深增大而减小,成反比例关系。当螺旋结构的螺旋角,螺旋结构与壁面间隙及螺旋结构本身槽深增大到一定范围时,螺旋密封的效果大大降低,这时填料密封在整个密封装置中起主要的密封作用。该研究结果为填料密封作用下的螺旋密封设计提供了一定的理论基础。     

正压密封和干燥系统在潜污泵电机上的应用

本文主要介绍了污水处理厂潜污泵电机内湿度高的产生原因，以及潜污泵电机“防潮除湿”的解决办法。     

蜂窝密封的封严特性研究

对于蜂窝深度为3.0mm、蜂窝芯格尺寸(蜂窝六边形的对边距离)分别为3.2mm、1.6mm和0.8mm三种蜂窝密封,研究了在不同转速、压比下的封严特性。试验结果表明,三种蜂窝密封之中,芯格尺寸为1.6mm的蜂窝密封封严效果最好,说明蜂窝密封芯格尺寸的大小对其漏气量的影响并不呈线性规律。计算结果表明,蜂窝宽度与蜂窝深度比值适当时,能量耗散效果好,密封的漏气量较小。蜂窝宽度与蜂窝深度的比值偏大或偏小时,能量耗散效果差,密封的漏气量都较大。     

大直径双锥密封主要结构参数的研究

对封口内径为3 200 mm的大型氨合成塔双锥密封进行了结构设计.通过数值模拟,研究了双锥环锥角以及双锥环与平盖问的径向间隙对密封的影响,提出了大直径双锥密封有效性评判准则,得到了该双锥密封的最佳结构参数.依据该结构参数制造的某大型氨合成塔双锥密封结构自投入使用以来,运行良好.     

收敛锥面型静压密封流场数值分析

为研究静压式机械密封端面几何形状(收敛面宽度、收敛角度)和工作参数(转速)对密封性能的影响,使用简化的二维模型对收敛锥面型密封端面流场进行数值模拟。计算结果表明:随着收敛面宽度的增加,端面开启力、泄漏量和液膜轴向刚度都相应增加,并在宽度较小的范围内增加趋势较为明显,增大到一定程度后趋于恒定;随着收敛角度的增大,端面开启力和泄漏量同样逐渐增大,并在角度增加到一定程度后趋于不变,而轴向刚度呈现先增大后减小的变化趋势,并在很小的角度范围内变化就很明显,因此为了达到一定的液膜刚度,须控制收敛角在有效尺寸范围内(为0.03°～0.05°);密封面相对转速的变化对密封性能参数影响较小。     

大口径水压试管机端面密封形式研究

分析了大口径水压试管机用外径密封、内径密封以及端面密封的优缺点以及适用范围,研究了影响端面密封试压效果的因素,即端面密封材料硬度对于试压效果的影响、端面密封模具设计摆角对试压效果的影响、轴向压力对端面密封试压效果的影响等。     

大口径快速密闭窗口的设计及测试

针对大口径宽波段高能激光发射系统使用环境复杂、激光发射间歇时间长,晶体窗口无法满足使用要求等情况,为发射系统设计了一套快门式机械窗口。该机械窗口采用聚氯乙烯(PVC)薄板作为防尘罩,利用弹簧和密封环组成半固定式滑槽,采用步进电机驱动。利用圆形薄板的大挠度变形原理,建立了防尘罩挠曲变形量与正压风载间的非线性微分方程;以中心挠度为摄动参数用摄动法求解微分方程,获得防尘罩挠曲变形量与风压载荷间的关系,并进一步求出电机的负载扭矩。由于电机的输出扭矩是一定的,为了使防尘罩抗风载能力达到最大,利用电机负载与防尘罩挠曲变形量间的解析关系式进一步优化了防尘罩的弯曲刚度。实际测试结果显示,防尘罩挠曲变形量的求解误差不超过15%;当防尘罩弯曲厚度为0.8mm时,防尘罩可以抵御12m/s风载作用,电机负载扭矩为0.34Nm;开启与关闭的最短时间小于3s,窗口运行可靠,符合设备使用要求。     

基于Fluent的螺旋槽干气密封数值模拟与分析

笔者从计算流体力学出发,使用GAMBIT对模型进行网格划分,用世界著名的CFD软件Fluent对螺旋槽干气密封进行了数值模拟分析,并与权威的试验值进行比较,验证了所用方法在螺旋槽干气密封研究中应用的可行性和可信性。     

高温管式膨胀系统的计算机模拟

对2400kg／h高温管式膨胀系统,采用“小滑移”模型,并利用ANSYS／FLOTRAN CFD进行了数值模拟,得出整个模型流场的温度、速度及气固两相的分布,与实测值吻合较好。结果表明,提出的“分离考虑法”很好地解决了含水率和温度对烟丝混合气体变物性参数的交叉影响,得到的烟丝混合气体物性参数是正确的,可用于大输送量高温管式膨胀系统的计算机数值模拟。     

高压弯管冲蚀失效分析及数值模拟

油气田水力压裂作业时,高压管汇的弯头、三通等连接件部位由于承受上百兆帕的压力以及携砂液的高速冲蚀作用,应力集中及冲蚀破坏十分严重。对典型的高压管件失效样品进行失效分析,分析其宏观形貌特征和微观形貌特征。结果表明:压裂工况下高压弯头的主要失效模式为固体颗粒的小角度高速切削模式。对高压弯管冲蚀磨损进行数值模拟,得到高压管汇弯管内液相及固体粒子的流动规律,压力、速度变化规律以及冲蚀磨损的分布规律。数值模拟结果与现场回收的失效样品分析结果一致,验证了分析方法的正确性。     

热、气、固耦合流动数值模拟在管式膨胀系统中的研究

应用相似理论和合理的相似比,得出6400ks／h高温管式膨胀设备的结构模型。采用“小滑移”模型,并利用ANSYS／FLOTRAN CFD对其进行了数值模拟,得出整个三维模型流场的温度、速度及气固两相的分布,与2400ks／h高温管式膨胀设备实测值吻合较好。     

上游弯管对超声波流量计精度影响及整流设计

针对上游弯管流场变化对超声波流量计测量精度的影响,利用CFD对测量管道内部流场进行数值仿真模拟,并设计整流器改善由弯管导致的明显的二次流和涡流等情况,以减小超声波流量计测量误差。研究对象为基于时差法的DN15超声波液体流量计,流量范围在0.1～1.5 m~3/h内,上游弯管与流量计之间测试直管段距离为2～20D。对比超声波流量计加装整流器前后测量误差,通过实验结果验证,未整流时流量计随着直管段越短测量误差越大,安装的整流器可以改善管道内流场的速度分布,将直管段长度缩短为10D,提升超声波流量计测量误差满足在±1.5%以内,验证了数值模拟的正确性,对工程实际应用具有一定指导意义。     

脉冲激光焊接Hastelloy C-276合金的熔池流动传热特性分析

基于流体动力学方程和传热方程建立了三维瞬态模型,用于研究脉冲激光焊接0.5 mm厚Hastelloy薄板时熔池的流动行为及传热特性.应用Fluent软件,采用有限容积法(FVM)求解控制方程,用SIMPLE算法处理速度与压力的耦合.引入Pe来衡量焊接熔池中对流传热与传导传热的相对强弱,并以此分析焊接熔池的传热特性.结果表明:沿焊接方向,焊接熔池的流动速度随着离熔池中心距离的增加先增加后减小;在给定试验条件下,熔池流动速度在离熔池中心0.2 mm左右时出现最大值,且沿焊接方向前方稍大于后方,而后迅速减小为零;焊接熔池中对流的存在使得焊接熔池熔深较小而熔宽较大;最终的焊接形貌由对流传热与传导传热相互作用而成.对焊缝形貌的数值模拟结果与实验结果进行了比较,计算结果与实验结果吻合较好.此模型可为脉冲激光焊接Hastelloy C-276薄板时熔池流体流动行为的分析提供理论依据.     

激光分析仪用于电捕焦油器安全监控系统

论述了基于可调谐半导体激光吸收光谱技术的激光分析仪的工作原理、仪器结构及突出优势。介绍了在焦化企业的应用。     

覆膜砂SLS过程激光能量分布模型的建立及应用

针对具有新光束的CO_2激光器,建立了铸造覆膜砂SLS过程的激光能量分布模型,在该模型中,综合考虑了新型激光光束的光强分布特点,实际扫描过程中激光与覆膜砂的相互作用,以及扫描速度对激光能量输入的影响等因素。采用Ansys对覆膜砂SLS过程的激光能量分布模型进行计算,利用热像仪对覆膜砂选择性激光烧结过程的表面温度进行测定。经对比计算结果和测温结果,模拟计算与实际测温结果吻合良好。根据模拟计算结果所确定的工艺参数,实际制造出了具有较高精度的三维实体。覆膜砂SLS过程激光能量分布模型为激光快速成形工艺的计算机分析及优化奠定了基础。     

喷射清洗设备中喷管的设计与研究

首先介绍了干冰清洗和高压水射流两种工业物理清洗的原理及机理;其次,论述了喷枪的核心喷管的设计理论;接着,编制了喷管型线设计计算程序,并用该程序给出了一个算例结果;再次,用FLUENT软件对上述算例进行了数值模拟;最后,对程序计算和数值模拟这两种结果进行了比较分析.