短时微重力环境下的浮力-热毛细对流

在NMLC落塔中,以大Pr数硅油作为实验介质,对短时微重力环境下矩形液池中的液面变形和浮力热毛细对流进行了初步的实验研究.观测了气液自由界面的变形过程,确定了重定位时间,并验证了毛细爬升的两个特征时间;通过实验发现楔形结构和挡板对于液面控制有一定的作用,但是要想获得更好的控制效果,还需要采取其它措施使内角处不满足Concus-Finn条件;运用PIV方法得到了液体内部对流速度场,观察到了在重力水平突变和液面大变形的条件下浮力热毛细对流的转变过程.     

磁场对双层流体热毛细对流发展的影响

三维数值模拟了零重力时水平温度梯度作用下,B2O3封闭液与InP熔液组成的非混合双层流体热毛细对流的发展过程.研究了不同方向磁场对这种热毛细对流发展的影响,结果显示,在x,y,z三个方向磁场的作用下,流型结构发生明显变化,热毛细对流得到不同程度的抑制且温度分布趋于均匀,所加z方向磁场对热毛细对流的抑制效果最好.施加Bz=0.15 T～0.2 T之间某一强度的z方向磁场能够产生足够强的抑制作用,当磁场强度大于0.2 T时流场会发生数值上的不稳定.     

两层液体Bénard-Marangoni对流的界面张力效应

采用PIV技术对两层流体Bénard-Marangoni对流进行了实验研究,得到了不同厚度比下的速度场,分析了界面张力在各种对流模式中的作用.和Rayleig-Bénard对流的三种临界对流模式相比,由于界面张力对上下层浮力对流的不同作用效果,使得更复杂的临界对流模式在Bénard-Marangoni对流体系中出现;在实验中首次观测到三层涡胞结构等现象.     

利用PIV方法测量半浮区液桥热毛细对流的速度场

利用PIV法对硅油液桥热毛细对流的定常速度场进行了实时测量。为了便于测量,液桥上桥端面采取了铜环中嵌透明材料的方法,从液桥的顶部进行观测。当液桥上下桥有温差时,热毛细对流出现;本实验对于不同上下桥的温差,对液桥横剖面内的速度场分别进行了测量,研究外加温差对于流场速度分布的影响;并且在液桥中取了几个典型横截面进行测量,以期对大Pr数液桥的定常速度场有比较全面的定量测量。此外,实验结果也可作为数值模拟计算结果的验证。     

两层液体Benard—Marangoni对流的界面张力效应

采用PIV技术对两层流体Benard—Marangoni对流进行了实验研究,得到了不同厚度比下的速度场,分析了界面张力在各种对流模式中的作用。和Rayleig—Benard对流的三种临界对流模式相比,由于界面张力对上下层浮力对流的不同作用效果,使得更复杂的临界对流模式在Benard—Marangoni对流体系中出现;在实验中首次观测到三层涡胞结构等现象。     

动载下热防护系统典型组件防热有效性研究

在给定热环境及动态随机载荷条件下,对某航天飞行器大面积热防护系统进行了力热耦合及随机振动分析,得出在该条件下的块间开缝位移.随后建立缝隙内的热传导模型,并依据开缝位移值,分析了它对大面积背温的影响.同时,还研究了在不同参数对防热有效性的影响规律.     

复合材料红外热波检测影响因素的模拟研究

采用有限元数值模拟的方法,在三维瞬态红外热波检测数学模型的基础上,分别对复合材料缺陷直径、缺陷厚度、缺陷埋深、材质、热流密度、热激励时间以及对流换热系数等影响因素进行了红外热波检测的模拟,分析了以上各影响因素对温差和对比度的影响。结果表明:在以上影响因素中,缺陷材质对检测参数的影响最大,之后依次为缺陷埋深、热激励时间、热流密度、缺陷直径、缺陷厚度,其中对流换热系数对检测参数的影响最小,几乎可以忽略。     

融化过程自然对流影响作用的实验研究

采用实验的方法对相变材料融化过程中自然对流的影响进行了研究,获得了自然对流作用下的融化速率与平均Nusselt数的准则关系式.结果表明,与纯导热模型相比,自然对流作用加速了融化的进行,建立导热-对流耦合传热模型对于准确预测融化过程具有一定的必要性.     

温度-荷载耦合场下机场跑道剩余寿命评价模型

针对道面板在飞机荷载与温度耦合场复合作用下的道面寿命问题，首先，通过试验准确测量基于道面板深度的温度分布情况，得出了不同厚度道面板最大温度梯度推荐值，确定了仿真温度场加载参数。然后，在大量仿真试验分析的基础上，开展土基模量、道面板厚度和温差因素对道面板内应力的敏感性影响分析，建立温度应力与温差相关性关系模型，并通过实例验证其有效性。最后，在道面板临界荷位处进行飞机与温度耦合仿真加载试验分析，结果表明温度梯度和飞机荷载共同作用下产生的耦合应力小于温度翘曲应力和荷载应力的叠加之和，两者相差4.93%。基于荷载和温度耦合作用下的应力损伤累积原理，计算道面剩余容许作用次数，构建耦合场下道面剩余寿命评价模型，并进行实例应用。     

45钢喷射电镀Ni层激光重熔温度场数值模拟及参数优化

研究了45钢喷射电镀Ni层激光重熔温度场的分布规律,考虑了热物性参数、对流换热、相变潜热等随温度变化的因素,应用ANSYS有限元分析软件,建立了连续移动三维瞬态激光重熔喷射电镀Ni层温度场的计算模型.为了在喷射电镀Ni层激光重熔过程中获得表层质量较好,且尽量厚的硬化层,利用建立的模型,通过选择合适的激光加工工艺(激光功率、扫描速度和光斑半径),获得了较为理想厚度的硬化层.     

叶片数对垂直轴风力机结冰分布影响风洞试验

风力机叶片表面结冰会降低其气动性能和发电效率。本文研究了旋转状态下叶片数对垂直轴风力机叶片表面结冰分布的影响;搭建了利用自然低温的结冰风洞试验系统;测试了3种叶片数（1、2、4）、3种尖速比（0.2、0.6、1.0）条件下的叶片结冰分布情况。结果表明:在不同尖速比下,叶片数对垂直轴风力机叶片表面结冰分布规律影响显著,叶片内外表面的结冰总体呈现非对称分布特点;随着叶片数增加,叶片表面冰层厚度呈先增后减的变化趋势;在叶片前缘弦长10%区域内,冰层厚度增幅显著大于叶片其他部位;随尖速比增大,叶片前缘冰层厚度显著大于叶片其他部位,叶片前缘内外表面的冰层厚度差值呈递增的变化趋势。研究结果可为风力机叶片防/除冰技术提供参考。     

高超声速对流环境下冷点效应对圆箔式热流传感器测热特性的影响研究

在高超声速对流环境测量气动加热时，圆箔式热流传感器表面温度往往低于被测物体表面温度，这种表面温度的不连续会影响边界层流动，使热流测量结果产生偏差。针对高超声速对流条件下的钝头-平板模型，采用数值模拟方法研究了传感器表面局部低温引起的"冷点效应"形成机理以及对表面热流的影响。结果表明:被测物体表面壁焓H_w与恢复焓H_re的比值H_w/H_re越高，"冷点效应"越明显；传感器表面温度T_w2与被测物体表面温度T_w1的比值T_w2/T_w1越小，"冷点效应"越明显；来流雷诺数Re对"冷点效应"影响较小。在马赫数Ma=18的来流条件下，研究分析了冷点效应对传感器测量结果的影响，结果表明:冷点效应使测量结果偏高1.25倍，复现了热流预示结果与试验结果的差异。     

KrF激光对高速飞片的驱动特性研究

利用诱导空间非相干技术平滑的KrF准分子(248nm)激光驱动带有烧蚀层的平面靶,研究激光空间均匀性对产生完整飞片的影响,结果表明激光不均匀性在2%以下,能够产生完整的高速飞片,且完整飞片能够维持20ns以上不破裂;当激光不均匀性达到5%,激光引入流体力学不稳定性种子应很强,冲击波在靶内输运过程中不稳定性不断发展增强,到靶背时强到足以使飞片解体甚至气化,不能产生完整的飞片。为了获得尽可能高的飞片速度,采用激光与烧蚀层参数不匹配方法,使冲击波对飞片作多次加速。利用功率密度为1012 W/cm2的KrF激光与含50μm Kapton烧蚀层的5μm铝飞片作用,得到速度约10km/s的高速飞片,与模拟结果吻合得很好。     

柔性电极电火花强化钛合金表面性能

采用旋转的柔性铜电极与钛合金表面在高频脉冲电源的作用下进行电火花表面强化,使空气中的氧等元素在放电形成的高温高压条件下与钛合金表面发生反应。结果表明:该试验条件下可以使钛合金表面硬度相对基体提高237%～399%;强化层厚度达到21～157μm;通过能谱分析(Energy dispersive spectrometer,EDS)及X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)分析表明,在钛合金表面生成了钛的氧化物等强化物质和钛与铜、锌等的合金;强化表面不存在明显的传统放电蚀除凹坑,但有明显机械刮磨涂覆痕迹,同时单脉冲放电能量被分散,使得表面粗糙度值的提高量较小且可控;在氢氟酸和硝酸混合溶液中,强化层具有较高的抗腐蚀能力,经过点面磨损测试表明,强化层表面耐磨性能相对于基体表面有显著提高。经强化,能够获得具有良好耐磨性、抗腐蚀性、表面良好的钛合金。     

电子设备用冷板散热特性的二维数值模拟

冷板是当前最常用的一种电子设备散热方式,虽然冷板的温度分布是个典型的三维导热型问题,但人们普遍关心的是冷板加热面、冷却面的二维温度分布情况。本文首先对单片冷板的散热特性进行了分析,在此基础上建立起相应的数学模型和微分控制方程组。通过将电子设备发热量、对流散热量及厚度方向上的导热量当成冷板的内热源,将复杂的三维问题简化为二维问题,并进行了数值模拟。计算结果与实验结果吻合良好,为复杂模型的简化计算提供了参考。     

离子镀TiN膜层扩散壁障作用的试验研究

利用离子镀方法在基体与耐热涂层之间予先沉积一层ＴｉＮ膜层，作为扩散壁障（中间阻挡层），进行了高温阻扩散试验研究，并应用光镜、电镜、Ｘ射线衍射仪及电子探针等手段对试样氧化区域进行了分析。结果表明，有ＴｉＮ中间层试样、其高温抗氧化性明显提高，ＴｉＮ层在一定温度范围内有良好的稳定性和阻扩散作用；在本试验范围内，ＴｉＮ中间层厚度增加阻扩散效果增强。     

蓄冰盘管冰层厚度测量及管外蓄冰性能实验

提出了一种新型简便的冰层厚度测量方法,该方法用测量冰层内温度分布的方法间接测量冰层动态厚度及冰层的相界面生长规律。对蓄冰盘管外结冰过程的实验研究表明,测量方法可靠,具有较高的测量精度;实验发现,蓄冰盘管外上部冰层生长较快,而下部冰层生长较慢,而在实验参数范围内管内乙二醇水溶液流量对冰层生长速度影响不大。     

高温工作下光纤探头热性能研究

为了用光纤对高温状态下的发动机叶片进行在线的振动测量,必须设计能耐高温的光纤探头。作为高温工作区与正常光纤的过渡接头。本文从理论上研究了接头在自然对流、热传导和热辐射的复合作用下探头上的温度分布问题,推导出了相应的计算公式。并且通过实验,给出了探头表面对6328A橙红激光的反射率随温度变化的曲线,以及高温壁板上垂直装置的杆件上的温度分布曲线。本文夹层气冷探头解决了高温探头的技术关键,即减少了自然对流中高环境温度和高温壁板的影响。     

水泥稳定碎石早期收缩应变有限元分析

为了得出水泥稳定碎石基层早期温度场以及收缩应变的变化规律,借助ABAQUS有限元软件,对水泥稳定碎石基层结构建立三维有限元模型,并与某已建公路试验路段的测量数据对比,确定模型的可靠性。结果表明:水泥稳定碎石收缩应变在7d后基本与温度负相关,温度降低,收缩应变增加;水泥稳定碎石基层厚度的变化对基层温度场和收缩应变的影响较大;基层层顶与层底的温度差随着厚度的增加逐渐增大;基层内的平均收缩应变随着厚度的增加逐渐减小。