颗粒与高频感应热等离子体流相互作用的数值研究

通过颗粒对等离子体反影响的研究，可以有效控制颗粒在等离子体中的运动轨迹及其在高温区的停留时间，达到对颗粒有效加工的目的。本文通过对高频感应热等离子体流温度场与速度场和颗粒运动轨迹与加热过程进行选代计算，给出了颗粒加热与加速对高频感应热等离子体流反影响的一些数值模拟结果     

基于致动线模型的风力机尾流场数值模拟

本文基于致动线模型求解三维Navier-Stokes方程的方法,对NTNU的BlindTest1风力机尾流场进行了数值模拟。该方法避免了求解实际叶片的表面边界层,无需使用动网格,从而大大降低了网格量和计算时间,非常适用于尾流场的模拟。该文所有计算均基于OpenFOAM自定义的求解器ALMpisoFoam。推力和功率的计算值与实验值吻合得很好,验证了求解器的正确性。3个典型叶尖速比下的轴向诱导因子、湍动能和尾涡结构等也在文中进行了简要分析。     

淬火终冷温度对直接淬火配分超高强钢组织性能的影响

采用场发射扫描电镜、X射线衍射仪等设备研究了淬火终冷温度对直接淬火配分超高强钢组织与力学性能的影响规律。结果表明,随淬火终冷温度升高,抗拉强度先下降后升高,屈服强度则不断降低,冲击吸收能量和伸长率先增加后降低。直接淬火配分钢的组织由初生马氏体、新生马氏体和残留奥氏体构成。随淬火终冷温度升高,残留奥氏体含量先增加后降低,淬火冷却到260 ℃时残留奥氏体含量最高,为16%,试验钢具有最好的综合力学性能,抗拉强度超过1533 MPa,伸长率为16%,－20 ℃冲击吸收能量为26 J。淬火冷却到300 ℃,组织中出现了尺寸较大的块状新生马氏体,导致塑性和韧性降低。     

基于高阶谱方法与CFD计算的耦合模型在不规则波模拟中的应用

基于高阶谱(HOS)方法的势流造波模型可进行波浪的高效率非线性演化模拟,但由于忽略了黏性影响,在研究波浪与物体相互作用中,对于波浪破碎和边界层流场细节模拟等方面很难实现,而黏性波浪水池则有计算量大的局限性。该文建立了基于高阶谱(HOS)方法与CFD计算的耦合模型,外域波浪场依靠势流模型计算,而内域波浪场演化则通过求解Navier-Stokes方程获得,通过松弛区将二者结合,可以避免求解大范围的黏性波浪场而带来的巨大计算量,并且能在波浪与物体相互作用中考虑黏性影响。在对多种波浪类型的模拟以及网格尺度影响讨论中,黏势流耦合模型的适用性得到验证。并在多向不规则波的聚焦波模拟,以及基于势流基础上的大范围长时间演化下得到的极端海浪在CFD域内重构中,黏势流耦合模型都有其成功应用。     

前置导管节能效果数值计算与分析

前置导管作为一种典型的船舶节能装置,被广泛地应用于商船。该文分别对带前置导管与不带前置导管的JBC(Japan Bulk Carrier)进行带桨与不带桨数值计算,研究前置导管的节能效果。文中数值计算采用的求解器为上海交通大学基于开源代码平台Open FOAM与重叠网格技术自主开发的求解器naoe-FOAM-SJTU。该文通过试验值和CFD计算值对前置导管的节能效果进行评估,表明数值模拟结果与试验值吻合较好。     

Mo和Ni对高强无碳化物贝氏体钢组织转变与力学性能的影响

测定了不含Mo和Ni、含Ni和含Mo三种成分实验钢的CCT曲线,利用扫描电镜、透射电镜观察了连续冷却及轧后空冷条件下三种钢的显微组织变化,并对其力学性能进行了检测分析。结果表明:添加少量Mo和Ni能有效延迟高强无碳化物贝氏体钢CCT曲线中高温铁素体相变,降低Ms点,促进贝氏体相变。Mo和Ni的添加可使实验钢轧后空冷组织由铁素体+粒状贝氏体+M/A混合组织转变为无碳化物贝氏体组织(BF+AR),Ni对贝氏体板条的细化作用比Mo显著,但组织中会出现少量粗大贝氏体;Mo对轧后相变过程中粗大贝氏体的形成有一定抑制作用,可使获得的无碳化物贝氏体组织均匀性更好。Mo和Ni均可有效提高高强无碳化物贝氏体钢的力学性能,其中Ni对抗拉强度的提升作用强于Mo,而Mo则更有利于冲击韧性的提高。含Ni的2#实验钢抗拉强度比不加Ni和Mo的1#实验钢提高252MPa,含Mo的3#实验钢-20℃下冲击吸收功比1#提高11J。     

轧后冷却工艺对Si-Mn-Cr-Ni-Mo低合金超高强钢组织和性能的影响

设计了一种以无碳化物贝氏体为主要组织的1500 MPa级Si-Mn-Cr-Ni-Mo系超高强度钢,对比研究了实验钢轧后经空冷、先水冷至550℃后空冷和先水冷至450℃后空冷3种冷却工艺的显微组织和力学性能。结果表明:实验钢轧后直接空冷获得无碳化物贝氏体+少量M/A组织,先水冷后空冷得到无碳化物贝氏体+少量马氏体组织。组织中对性能尤其是韧性性能有显著影响的残留奥氏体薄膜的形貌和分布随冷却工艺的变化而变化,空冷冷却残留奥氏体薄膜分布在贝氏体铁素体板条间,先水冷再空冷冷却残留奥氏体薄膜不仅存在于贝氏体铁素体板条间,在板条内部也可以观察到少量细小的膜状残留奥氏体,分割贝氏体铁素体板条,起到了细化晶粒的作用,有益于实验钢力学性能的提升。先水冷至550℃后空冷,实验钢的抗拉强度可达1600 MPa,-20℃冲击吸收功为28 J,具有最优的综合力学性能。     

超高强贝氏体钢的回火组织与力学性能

观察并研究了250 ～ 600℃区间回火对超高强贝氏体钢组织与力学性能的影响.结果表明:随回火温度升高,抗拉强度不断降低,屈服强度先升高后降低,伸长率和冲击功则呈先升高后降低然后再升高变化规律.250 ～ 350℃回火,残留奥氏体分解速率缓慢,抑制了板条合并粗化,组织为板条贝氏体+稳定膜状残留奥氏体,析出相粒子尺寸细小,具有良好的强度和塑韧性.特别是在350℃回火时,板条内部有ε碳化物析出,以及位错移动所形成的位错胞状亚结构细化了晶粒,使其具有最佳强韧配合.450℃回火,残留奥氏体大量分解导致组织内部出现链状分布的渗碳体,引起回火脆性.600℃回火,残留奥氏体几乎全部分解,部分区域发生再结晶,塑性和韧性提高而强度明显降低,析出物明显粗化.力学性能的非单调变化归因于钢在回火过程中,既包括板条贝氏体和位错亚结构的回复、再结晶软化过程,也包括残留奥氏体分解与析出相的强化机制.     

直接Q&P处理超高强钢的组织与力学性能

为了改善超高强钢的塑韧性,采用轧后直接淬火到马氏体区等温配分的工艺,研究配分时间对中碳低合金超高强钢组织和力学性能的影响规律。结果表明:在260℃等温配分处理,钢的组织包括初生马氏体、新生马氏体和残留奥氏体,在等温过程中还有碳化物析出和等温马氏体形成。在等温配分过程中,碳由马氏体向奥氏体扩散处于主导地位,残留奥氏体含量不断增加,新生马氏体量减少,塑性和韧性提高。等温配分后期,由于碳化物不断析出消耗碳原子,导致扩散到奥氏体中的碳原子减少,残留奥氏体体积分数增加缓慢。析出相粒子在等温过程中没有明显长大,起到了抵抗马氏体软化的作用。等温60 min具有良好的强度和塑韧性能,抗拉强度1546 MPa、伸长率为15.3%,-20℃冲击功为27.5 J。     

浸深比对半浸桨水动力特性影响的数值分析

为了分析自然通气状态下浸深比对半浸桨水动力特性的影响,通过求解RANS方程模拟标准模型841B的流场同时结合VOF方法和滑移网格技术建立了可靠的数值方法,并应用该方法研究了不同浸深下SPP-1桨的水动力特性。分析了不同浸深下半浸桨的敞水性能、力的脉动特性以及尾流场特性。研究结果表明:半浸桨的通气状态与浸深比、进速系数密切相关。在非全浸工况下,推力和扭矩均是随进速增加先增加后减小;全浸工况下与常规桨类似。浸深与通气状态对半浸桨受力的脉动特性影响很大。浸深增加,尾流场更加均匀。尾流场中速度分布在自由液面处发生突变。