CVI反应器内部气体流场的有限元模拟及优化设计

采用有限元计算方法,研究了CVI反应器内部的流场特征.对于形状简单的构件,构件的放置方式和阵列对气体的流动状态具有显著的影响.与横向阵列相比,纵向阵列能充分保证构件沿其长度方向流场均匀性,减小回流现象;在反应器中,随着纵向阵列试样数量的增加和分布均匀性的提高,气体流动速度增大,流场均匀性提高.减少反应器内部的自由空间,是提高流场品质和化学气相沉积效果的关键.基于减少反应器内部的自由空间的原则,针对杯形复杂构件,提出了通过加入与其几何形状相适应的导流板工装,有效避免了在构件内部和外部形成回流区,实现流场的优化设计.     

优化CVI反应器气体流场的可视化研究

ＣＶＩ（化学气相浸渗）反应器内气体的输运对基体的沉积速度与沉积质量有重要的影响。用一套结构简单、可操作性强的气体流动可视化设备，对底部进气的等温等压ＣＶＩ反应器内气体流场进行了模拟研究，得到如下结论：在气体入口处采用涡流器与多孔整流器，能消除中心射流并减小上部回流区域，扩大反应器的有效使用空间；使衬底与气体主流方向成一定的夹角，能有效阻止气体边界层的分离。     

C/SiC复合材料微结构的显微CT表征分析

利用显微CT表征了采用化学气相渗透法(CVI)制备的3D C/SiC复合材料的三维结构,评价了显微CT的微结构表征能力.结果表明:显微CT能够有效地分辨C/SiC复合材料的织构形貌、材料内部缺陷(孔隙和SiC基体密度差异).通过重构孔隙的三维结构,揭示了CVI过程预制体内部存在沉积气体滞留;通过重构孔隙壁的形貌,揭示了...     

厚壁C/ C 复合材料分区CVI 制备工艺研究

以整体毡为增强体,丙烯和糠酮树脂为前驱体,采用分区CVI法和树脂浸渍/固化、炭化相结合的工艺制备了厚壁C/C复合材料,用CT机和偏光显微镜观察了材料的微观结构,并进行了热力学性能测试,结果与热梯度CVI法进行了对比.研究结果表明:分区CVI法制备的热解碳为光滑层结构,整体密度均匀,与热梯度CVI工艺相比,总CVI增密效率提高了近一半,特别是沉积后期,表现出明显的优势.同时,轴向压缩强度提高了28.5％;径向压缩强度提高了33.6％.线胀系数相当.通过研究认为,分区CVI法能很好的提高材料的增密效率和增密均匀性,降低成本,且材料最终具有优异的热力学性能.     

尺度效应下均压槽结构对空气静压轴承自激振动的影响

空气静压轴承表面的均压槽结构能有效提高轴承的承载特性,但气膜内由于湍动能变化引发流场振动,形成非线性的自激涡振,影响系统的动态稳定性.为了提高空气轴承的稳定性,基于静压气体润滑理论和稀薄气体动力学基本原理,建立空气静压轴承的气膜流场数学模型;通过数值模拟和实验测试相结合,分析了直槽、环槽、复合均压槽在不同均压槽截面形状...     

CVI工艺对CVI—SiC基体及C/SiC复合材料性能的影响

通过SEM和XRD分析研究了在不同条件下反应生成的SiC基体的微观结构和组分。结果表明，反应温度对沉积SiC晶体的取向有很大的影响，温度在1100℃以下沉积SiC为单一取向(111)(2θ≈35°)面，温度在1100℃以上，沉积SiC主要有两种取向(111)面和(220)(2θ≈60°)面，还有少量的(311)(2θ≈70°)面。不同条件下生成的SiC晶粒的堆积方式有所不同，这直接影响了SiC基体的性能，从而影响了其复合材料的性能。此外反应气体流量也对SiC基体和复合材料性能有很大影响。本文进行了沉积温度和气体流量对SiC基体性能影响的研究，优化了CVI—SiC工艺。     

带隔板的高速旋转圆筒内流场的数值研究

一、引言 气体离心法是当前能以工业规模生产浓缩铀的一种新方法,它因具有分离系数高、建厂规模灵活以及耗电量小等优点而受到普遍的重视。分离理论表明,离心机内UF_6气体的流动状况对分离性能有决定性的作用。但到目前为止,流场的实验研究尚有相当的困难,因此用理论分析或数值研究的方法来探讨高速旋转圆筒内的流场有重要的实际意义。     

采用不同航空煤油反应机理模拟模型燃烧室两相燃烧流场

基于火焰面模型,采用两个不同的航空煤油化学反应机理(Kundu反应机理和亚琛反应机理),对模型燃烧室内三维两相燃烧流场进行了数值模拟,比较了两个反应机理燃烧流场计算结果的异同,并结合充分搅拌反应器模型进行了分析。通过与实验结果的比较,初步考察了两个反应机理模拟实际燃烧室燃烧流场的能力。结果表明:在给定工况条件下(工况1,马赫数0.160,来流温度537 K,总油气比0.004 8,常压;工况2,马赫数0.155,来流温度523 K,总油气比0.0100,常压),两个反应机理均能准确预测模型燃烧室的温度场和CO2排放量;亚琛反应机理在工况1时,可准确预测NO排放量,在工况2时,预测值高于实验值,而Kundu反应机理预测的NO排放量在两个工况下均与实验值差别较大。     

真实气体效应对Ma10级进气道流动的影响

为了探究高马赫数超燃冲压发动机高速飞行时真实气体效应对进气道流场的影响,仿真获得了不同气体模型下Ma10级进气道流场结构和性能。结果表明:进气道主流流场温度较低,不足以触发空气的离解反应,反应仅发生在边界层内,但反应程度较低,远未达到化学平衡状态,除了边界层温度及热载荷特性,其流场结果则更为贴近冻结流流场,因而化学非平衡模型与热完全气体模型的进气道通流流场结构和性能基本一致。而真实气体效应导致边界层特性的不同,对进气道起动特性产生影响,吸热离解反应通过对进口分离包的抑制和增大进口马赫数将进气道的再起动马赫数从9.8降低到9.4。在对进气道在宽速域应用中的钝化设计研究发现,真实气体效应虽然对前缘钝化进气道流场的压力分布和性能无明显影响,但是其能起到整体降低壁面热流的作用,不仅钝头处的热流降低了1MW/m2,通道内的热流也整体降低了0.1MW/m2。     

超声速来流中燃料喷注与凹腔相互作用流场分析

利用基于纳米粒子的PIV (Particle image velocimetry)速度测量系统研究超声速流场中不同喷注Ma的横向喷注与开式凹腔内气体相互作用的流场,主要研究了相同喷注总压下横向喷注穿透的影响因素,分析了喷注动压比影响凹腔内气体和喷注相互作用的表现形式。通过研究发现,喷注动压比为6～8工况下由于凹腔内气体出现大范围回流使得凹腔前缘局部空间出现回流区,影响凹腔上部局部空间剪切层的形成,有效降低喷注与凹腔内气体之间流体的速度,增强了喷注CVP (Counter-rotating vortex pair)对凹腔内气体的卷吸效果;超声速喷注与凹腔混合研究中,喷注出口欠膨胀程度是必要的考虑因素;相同喷注总压条件下,低Ma数更有有利于喷注展向扩展及穿透,以及和凹腔内气体的混合。     

基于逆向设计的飞机货舱烟雾等效方法

在飞机货舱烟雾探测的适航符合性验证中，为尽可能降低验证试验风险，通常需要采用烟雾发生器产生的模拟烟雾来代替真实火灾烟雾进行飞行试验，但研究表明两种烟雾在造成烟雾探测器响应时间方面存在较大差异，必须通过改变烟雾发生器边界条件来实现与真实火灾烟雾的等效，然而，通过传统"试错法"寻找能够实现两种烟雾等效的边界条件将耗费大量时间资源。采用逆向设计的方法，首先在火灾动力学模拟（FDS）软件中分别建立烟雾发生器模拟烟雾与真实火灾烟雾数值模型，并在Isight优化软件中将FDS进行集成，通过构建使两种烟雾等效的目标函数，采用多岛遗传算法（MIGA）对烟雾发生器边界条件进行一次性逆向求解，从而避免了传统"试错法"造成的资源浪费。对逆向计算的结果进行了试验验证，逆向求解得到的边界条件能实现烟雾发生器模拟烟雾与真实火灾烟雾的等效，该结果可直接指导飞机货舱烟雾探测的适航符合性验证工作。     

发烟机动力装置的试验研究

简要介绍了发烟机及其动力装置,研究并改进了ＷＱＪ－１型小型航空发动机,使之成为满足发烟要求的动力装置。确定了该发动机在新状态下的参数及结构,进行了发烟机的雾油发烟实验,得到了雾油发烟对发动机的影响及影响程度。实验结果表明：将ＷＱＪ－１型小发动机改为发烟机动力装置是可行的。对发烟机的型号研制和扩展小型航空发动机的使用范围有积极促进作用。     

A combined application of micro-vortex generator and boundary layer suction in a high-load compressor cascade

In the current study, the effects of a combined application between micro-vortex generator and boundary layer suction on the flow characteristics of a high-load compressor cascade are investigated. The micro-vortex generator with a special configuration and the longitudinal suction slot are adopted. The calculated results show that a reverse flow region, which is considered the main reason for occurring stall at 7.9° incidence, grows and collapses rapidly near the leading edge and leads to two critical points occurring on the end-wall with the increasing incidence in the baseline. As the micro-vortex generator is introduced in the baseline cascade, the corner separation is switched to a trailing edge separation by the thrust from the induced vortex. Meanwhile, the occurrence of failure is delayed due to the mixed low energy fluid and main flow. The synergistic effects between the micro-vortex generator and the boundary layer suction on the performance of the cascade are superior to the baseline at all the incidence conditions before the occurrence of failure, and the sudden deterioration of the cascade occurs at 10.3° incidence. The optimal results show that the farther upstream suction position, the lower total pressure loss of the cascade with vortex generator at the near stall condition. Moreover, the induced vortex with a leg can migrate the accumulated low energy fluid backward to delay the occurrence of stall.     

射流旋涡发生器控制大折转角扩压叶栅二次流

将射流旋涡发生器引入到某折转角为60°的扩压叶栅端壁二次流控制中,研究了射流方向和射流总压对扩压叶栅气动性能及栅内流动的影响.结果表明:当射流旋涡发生器侧向倾角为0°时,仅采用不足扩压叶栅进口流量0.5%的射流流量,即可显著减少栅内损失.射流旋涡有效阻碍和推迟了通道涡发展,在下洗侧将主流流体卷入端壁附面层内,而在上洗侧将低能流体带入主流中,从而减少了角区低能流体聚积,减弱了吸力面的分离流动.当射流进口总压采用与扩压叶栅进口相同的总压时,总压损失减小21.5%,且射流进口总压越大,其控制效果越明显.      

涡产生器倾角对换热器内流动与换热特性的影响

为优化涡产生器强化传热的性能,通过改变三角翼式涡产生器的倾角,数值分析了倾角变化对板式换热器通道内流动与换热特性的影响,倾角变化范围为-30°～30°。获得了不同倾角下通道内的纵向涡、涡量分布,换热及阻力特性。结果表明涡产生器倾斜方向对流动与换热的影响不同,存在最佳的涡产生器倾角-10°,使得换热通道内涡产生器强化换热的性能最优;改变倾角可进一步提高涡产生器的强化传热性能,不同倾角对应努塞尔数和热性能评价因子间的最大差值分别达到8.9%和5.7%。     

一个扩压叶栅角区流向涡的物理模式

 本文采用烟显示和三维流场测量的方法,研究扩压叶栅角涡的物理模式。试验结果揭示了角涡发生、发展程中的流动形态和结构特点,以及角涡与叶面附面层相互作用的物理过程。在这个物理模式的基础上讨论了角涡引起高流动损失的物理机制。     

空气涡流器的机理实验

 本文首先用实验表明了空气涡流器可以改善未分离和分离的附面层,其效果可与金属涡流器相比美。而后用荧光微丝法找到空气涡流器后的涡,并找出了涡的轨迹与强度随射流速比、射流侧射角等的变化情况。最后通过水洞中的观察,初步弄清了空气涡流器涡的形成的机理。本文对空气涡流器的设计理论基础进行了一一些探索。     

横截面形状对超声速磁流体发生器性能的影响

通过三维数值模拟研究了不同横截面形状的磁流体(MHD)发生器的热、电磁流动特性,发生器入口采用超声速来流条件,旨在应用于磁流体旁路超燃冲压发动机推进系统。数值模拟采用低磁雷诺数下磁流体五方程模型,通过熵条件格式和超松弛迭代(SOR)法联合算法分别求解Navier-Stokes方程组和电势方程。研究表明在电极壁面上电场、电流以及洛伦兹力等电磁场参数呈周期性变化,由于电极端点效应,电磁场参数在电极端点出现周期性的极值,而在管道中心电极端点效应对电流影响并不大,沿着流向电流保持连续变化。对不同管道横截面形状的发生器的数值模拟表明:由于涡电流和二次流效应的影响,形状参数较小的发生器焦耳热较为严重,二次流较弱;而形状参数较大的发生器焦耳热较小,二次流增强。因此,当形状参数α=0.8时可获得较好的焓提取率和电效率。     

流动显示技术及其在流体力学研究中的应用

本文概要地介绍流体力学研究中常用的流(?)显示技术及其发展状况。对流动(5)显示在研究表面流态和空间流(?)特征方面的作用,做了简要说明。在强调常规流(?)显示技术解决飞行器设计中气(?)问题重要性的同时,介绍了几种发展中的流(?)显示方法,及其与现代光学、计算机图象处理技术相结合,在流体力学实验中的广阔应用前景。对当前普遍有兴趣的剪切层结构、分离流与旋涡、激波边界层相互干扰、非定常流,以及大攻角情况下复杂流场特性等流(?)显示问题,也做了一些探讨。