气液混合流体动态体积弹性模量理论模型研究

体积弹性模量是气液混合流体的基本属性之一,但现有模型与流体压缩和膨胀过程中动态体积弹性模量的匹配度仍有待进一步提高。采用集中参数法,以完全空化模型为基础,结合改进的Henry定律和气体多变过程方程,确定气液混合流体动态体积弹性模量理论模型(Model1)。计算结果表明,由于压缩和膨胀过程中混合流体中自由气体的含量不同,动态体积弹性模量出现较为明显的"迟滞"现象,在相同压力下,压缩过程的计算结果均小于膨胀过程。由参数影响分析可知,不论是压缩过程还是膨胀过程,压力变化周期相同时,初始含气率越高,相同压力下的动态体积弹性模量越小;初始含气率相同且压力高于空气分离压时,压力变化周期越长,相同压力下的动态体积弹性模量越大,且当压力超过空气分离压的时间足够长时,气液混合流体所含空气完全溶解,体积弹性模量基本保持不变。将试验结果与Model1模型、三种稳态模型和另一种动态模型(Sakama模型)进行对比,在压缩与膨胀过程中Mode1模型与试验数据间的拟合优度分别为0.976 3和0.985 9,Sakama模型与试验数据间的拟合优度为0.969 7和0.952 1,说明Mode1模型与试验结果更接近...     

含气油液有效体积弹性模量理论模型研究

为准确预测含气油液在空气分离压下有效体积弹性模量的值,基于油液体积弹性模量定义和质量守恒定律,依据含气油液中气相成分随压力的变化过程,推导出含气油液有效体积弹性模量理论模型。数值计算结果表明：含气油液有效体积弹性模量理论模型B-p曲线与现有理论模型及实验数据拟合曲线基本吻合,验证了理论模型的正确性,特别是在低于大气压的极低压区,有效体积弹性模量预测值更加接近实际情况。分析了初始含气量、压力、升压时间对有效体积弹性模量的影响,结果表明：在低于空气分离压范围内,初始含气量增大,有效体积弹性模量减小;在一定范围内,升压时间增大,有效体积弹性模量小幅度增大。     

低液气比下混合润滑动压密封性能分析

针对小液滴均匀分布在气相中的两相润滑状态下的密封工况,建立气液混合物理模型,推导气液两相混合流体的等效黏度,建立气液混合润滑动压密封端面间的气液混合润滑Reynolds方程。利用MATLAB软件编写有限元程序求解气液混合润滑Reynolds方程,得到动压密封端面间气液混合流体的压力分布及密封性能参数,并分析在操作工况一定时,液气比对密封性能的影响。分析结果表明:在相同的膜厚下,液滴增强了端面流体动压效应;动压密封在运转过程中,端面密封间隙、摩擦功耗和质量泄漏率随液气比的增加而增加,体积泄漏率随液气比的增加而减少,而刚度随液气比的增加先增加后降低,存在最大值。     

低液气比混合润滑下的动压密封性能分析

针对小液滴均匀分布在气相中的两相润滑状态下的密封工况,建立气液混合物理模型,推导气液两相混合流体的等效黏度,建立气液混合润滑动压密封端面间的气液混合润滑Reynolds方程。利用MATLAB软件编写有限元程序求解气液混合润滑Reynolds方程,得到动压密封端面间气液混合流体的压力分布及密封性能参数,并分析在操作工况一定时,液气比对密封性能的影响。分析结果表明:在相同的膜厚下,液滴增强了端面流体动压效应;动压密封在运转过程中,端面密封间隙、摩擦功耗和质量泄漏率随液气比的增加而增加,体积泄漏率随液气比的增加而减少,而刚度随液气比的增加先增加后降低,存在最大值。     

声空化条件下传动液中空气析出与溶解过程的研究

传动液中空气的析出与溶解影响传动系统的控制精度。传动液起到传递动力的作用,本身会溶解少量空气,溶解的空气随着压力的变化产生溶解和析出过程,破坏了液流的连续性,造成传动性能的下降,甚至影响传动系统的使用寿命。为此,基于斜压流模型,引入气体析出与溶解的气泡模型,建立传动管内的气液两相流含气率模型,考虑空气质量分数和体积分数,得到空化流动相关方程式。采用特征线法和一维有限差分法求解,获得了气液两相流主要参数的变化,包括空气析出与溶解时间常数、压力和温度对含气率的影响,并研究了含气率对体积弹性模量的影响。结果表明：传动管内的传动介质压力越大,空化程度越少;空气析出速率越小,含气率越低。传动介质受压引起其温度的变化;在空化区域,温度变化较小。当传动管内压力高于空气分离压时,传动介质的压力和体积弹性模量随含气率增大而减小;当压力低于空气分离压时,发生空化现象,含气率增加较快,但对体积弹性模量影响较小。     

电站冷凝器壳侧气液两相流动和传热的数值研究

建立了电站冷凝器壳侧气液两相流动和传热的两流体数值模型，基于分布阻力方法建立气液两相的控制方程组，对Ｎ１１２２０—１型冷凝器进行了数值分析，计算表明液相对该冷凝器总体性能的影响不显著。计算结果与试验数据和单相模型的结果进行了比较，两流体模型计算的相对热流密度与试验值吻合良好，精度比单相模型有所改进。     

轴向柱塞泵低气压运行特性建模与试验分析

空化是影响液压系统动态特性的重要因素,为此开展了轴向柱塞泵低压环境下的工况研究。考虑气液两相混合油液的密度、体积弹性模量和黏度的影响,限制入口油腔的最低压力,建立轴向柱塞泵的压力流量模型,计算获得轴向柱塞泵在不同工况下的流量特性,并通过试验验证。研究表明:负载增大导致更严重的空化以及泄漏,并使容积效率降低;轴向柱塞泵在达到临界流量之后,转速提升只会加剧空化,而不能提升流量;最大容积效率出现在临界流量产生之前。为轴向柱塞泵低气压性能预测提供了理论支撑。     

限矩型液力偶合器气液两相环流特性仿真

为了研究限矩型液力偶合器内部气液两相分布规律和转矩特性,以YOX500型限矩型液力偶合器为分析模型,采用流体体积法VOF(Volume of fluid)两相流模型,Realizable k-ε湍流模型和压力隐式算子分裂（Pressure-implicit with splitting of operators, PISO）压力耦合算法对不同充液率、不同工况下的偶合器内部流场进行瞬态模拟。结果表明：随着转速比的降低,偶合器内部环流逐渐由小环流变为大环流,80%充液率的条件下,泵轮叶片吸力面与压力面上的气液两相分布与试验结果基本一致,证明了该方法的有效性。在高转速比时,转矩特性与试验一致,低转速比时误差较大,该方法不再适用。     

砂轮/工件楔形区流体动压力的建模与实验验证

基于Navier-Stokes方程和流体流动的连续性方程,建立了浇注式供液方式下,考虑砂轮、工件表面粗糙度的砂轮/工件楔形区流体动压力数学模型。在平面磨床上进行了流体动压力的实验研究,结果表明,实验中测量的动压力值与相同条件下模型理论值基本吻合,理论模型可很好地预测粗糙表面间楔形区压力场的分布;考虑粗糙度的楔形区流体动压力的理论曲线是不光滑的;楔形区流体动压力随着砂轮速度的增加、最小间隙的减小而增大,最大压力峰值分布在砂轮、工件最小间隙区域,且在该区域压力梯度变化明显。     

气液脉冲两相流耦合激振数值模拟与试验

提出了一种气液耦合激振方式,通过控制气路和液路交替产生的高压脉冲两相振荡流,利用其产生的激振力实现对液压系统管道内壁的污染物去除.首先,建立了高压脉冲两相流动力学模型,开发了气液脉冲两相流试验系统,利用Ansys Fluent模块进行数值模拟与仿真分析;其次,湍流模型采用k-ε二方程模型,气液两相流采用流体体积函数(v...     

硬脆性材料用柔性磨具研磨的加工表面粗糙度建模

通过分析磨粒与工件表面的作用过程,建立了硬脆性材料柔性磨具加工表面粗糙度的理论预测模型.以橡胶结合剂金刚石研磨盘为柔性磨具、蓝宝石衬底为工件,在不同弹性模量、磨粒浓度、磨粒粒度和研磨压力下开展研磨试验,将不同研磨条件下的表面粗糙度试验值与理论预测值进行比较,发现试验结果与理论模型预测结果的趋势一致,且预测误差为7.71...     

CMP过程磨粒压入芯片表面深度的影响因素分析

根据芯片/磨粒/抛光盘三体接触当量梁的弯曲假设,建立了更加准确合理的CMP过程磨粒压入芯片表面深度的理论模型。新模型包含了更加丰富的信息,包括磨粒的直径、磨粒的浓度、磨粒的密度、抛光盘的弹性模量、芯片的表面硬度,特别是磨粒的浓度和密度的影响,在前人的模型中往往被忽视。最后对理论模型进行了试验验证,结果表明,理论预测规律与试验结果基本一致。     

模具异型腔内超声空化特性的仿真研究

为进一步研究超声波对模具异型腔内气液混合相的作用,有效提高抛光效果,本文基于CFD,应用软件FLUENT6.3建立模具异型腔内超声抛光的模型。运用k-ε模型、气液两相流空化模型,模拟计算出模具异型腔内抛光介质在低压区的分布以及空化气泡的形成区域及其形成机理,确定了一定的空化现象的发生将有助于提高超声波抛光的精度。     

客车气制动系统输出压力模型的研究

通过对气制动系统制动过程的分析,针对气制动系统中制动总阀及制动气室的工作状态,引入了物理建模的方法,建立了正常状态下的客车气压制动系统制动气室输出压力特性的模型。为验证该模型的准确性,采用四阶龙格-库塔方法,对所建立的模型进行了计算仿真,得到制动气室的输出压力曲线。与此同时,在与仿真相同的条件下利用整车气制动模拟试验台对制动气室的输出压力进行了测试,仿真结果与试验结果吻合性较好,表明所建立的客车气制动系统制动气室的输出压力模型能够较准确地描述制动气室输出压力变化特性,为气制动系统的理论研究提供了依据。     

多喷嘴气—液两相喷射过程的试验

近年来国内外学者在气—液喷射技术方面开展了大量的工作,但这些研究采用的工作蒸汽主要是干饱和蒸汽和过热蒸汽,关于湿蒸汽的研究较少,然而在实际工业中,相当一部分低压蒸汽是具有一定干度的湿蒸汽。为此,设计以湿蒸汽为工作蒸汽试验台,采用一种多喷嘴结构的汽液喷射器作为试验元件,对气—液两相喷射过程进行试验研究,得到不同蒸汽干度下,喷射器内的压力变化及蒸汽压力和低温水温度对喷射器内气、液两相混合均匀程度的影响。结果表明,蒸汽干度未明显影响混合室内的压力分布规律;水喷嘴出口处压力和混合室圆柱段入口处压力均在某蒸汽压力时达到极小值,且该蒸汽压力值大于喷射器的最佳蒸汽压力;提高蒸汽压力或增大低温水温度有助于混合室内气、液两相流体混合均匀。     

考虑流体体积模量变化的M-EHA非线性动力学模型

为能够准确预测超磁致伸缩电静液作动器(M-EHA)的动态输出特性,提出一种考虑流体体积模量和密度变化的非线性动力学建模方法。采用Jiles-Atherton磁滞模型对超磁致伸缩材料的本征非线性进行描述,并通过整流阀振动方程、流量方程、管路压降方程和液压缸动力学方程对流体整体传动特性进行建模。为研究流体体积模量和密度变化的影响,将流体有效体积模量处理为压力的函数,并结合电液模拟理论研究了管路中流体的可压缩性、惯性以及黏性对于M-EHA输出性能的影响,最终建立了其非线性动力学模型。采用4阶龙格库塔法对模型进行迭代求解,并结合试验对比分析,研究了驱动频率、偏置压力以及负载与作动系统输出性能之间的关系。研究结果表明,作动系统输出性能随驱动频率呈双峰变化趋势,且随着偏置压力增加,峰值频率上升,在2.6 MPa偏压时,达到最佳输出水平,为高性能M-EHA的设计开发与优化奠定了理论基础。     

基于双流体动力学的微流体分配新技术

根据驱动原理将非接触式微流体分配技术分为间接驱动和直接驱动。现有技术采用间接驱动原理,通过驱动介质与静止流体的动能交换实现流体的运动,完成分配过程。新技术采用直接驱动原理,根据气液两相流理论,将气体和液体射流同时引入混合腔,在一定的气液流速比范围内,气体和液体射流自发在混合腔内形成气液两相断塞流,可获得均匀间隔、流型稳定的液滴和气泡,气液两相均具有体积一致的特点,可实现不同黏度液体的高频率、微体积的精确分配。     

共注成形充模流动的理论模型和模拟

在共注成形多相分层流动充模成形的机理研究基础上,通过采用通用的Hele-Shaw模型和流体体积技术,推导出用于描述共注成形多相分层流动充模过程的理论模型,并提出了一种稳定有效的求解理论模型的数值方法,还模拟了材料流变性能参数和过程参数对共注成形的影响,建立了这些参数与层间界面和前沿移动界面形貌的关系。模拟研究结果与一些文献的试验结果有较好的吻合。     

挤压油膜阻尼器内气液均相流模型

在挤压油膜阻尼器内气穴现象实验研究的基础上，本文对挤压油膜因气穴现象而发生物理特性的变化进行了讨论。以气液均相流模型作为挤压油膜的近似描述，导出了上述模型的密度和粘度与油膜压力之间的关系式。分析了当挤压油膜采用这一可压缩模型时，其压力分布的描述更能与实际接近，对阻尼器的力学特性的预测有重要的参考价值。     

利用模型预测和优化多相各向异性TiB_2增强钢复合材料的力学性能

基于Mori-Tanaka均匀化方法及Eshelby等效夹杂理论建立了解析计算模型,用以预测多相各向异性TiB_2增强钢复合材料的力学性能,并系统研究了增强体的长径比、体积分数和取向对复合材料横向和纵向弹性模量的影响。结果表明:建立的模型可以准确预测多种不同金属基复合材料的弹性模量;大的长径比可以显著提高TiB_2增强钢复合材料的纵向弹性模量,且只造成横向弹性模量少量损失;增强相体积分数与弹性模量呈正相关;纵向弹性模量随着增强体排列方向与载荷方向之间夹角的增大而先增大后减小。