热流环境下薄壁结构随机振动响应计算与疲劳分析

针对高速热流环境下薄壁结构随机振动应力响应变化规律与疲劳失效问题,进行了数值仿真计算与高温随机振动试验。通过对比仿真计算结果与试验结果发现模态误差小于28%,应力响应误差小于4%。结构疲劳失效时间误差小于3 430 s,验证了此仿真方法的可用性与准确性。使用该数值仿真方法,基于耦合的FEM/BEM（有限元/边界元）理论,通过Fluent软件模拟高速热流环境,实现了高速热流环境下薄壁结构随机振动应力响应的计算。获取了薄壁结构在不同振动量级与热流环境影响下动力学响应与疲劳失效时间。分析不同环境温度各流速下结构热随机振动应力响应及疲劳失效时间变化规律,并阐述造成这种变化的原因。完成的工作可对高速热流环境下薄壁结构热随机振动疲劳失效时间预估提供参考依据。     

乏油条件下直升机传动系统弧齿锥齿轮的瞬态温度场

基于传热学及摩擦学原理,建立了弹流润滑和边界润滑有机结合的啮合齿面摩擦热的数学模型以及乏油润滑条件下瞬态温度场的计算方法。给出了瞬态温度场分布云图以及温度时间变化曲线,并分析功率、转速对瞬态温度场的影响。结果表明：在5 min的乏油润滑过程中,主动轮在功率从866 kW增至2 000 kW时,其最大温度升高了657 ℃,而在转速从5 000 r/min增至20 000 r/min时其最大温度降低了8502 ℃。该研究结果为无油润滑条件下直升机主减速器弧齿锥齿轮的最佳侧隙设计奠定了基础。     

一种两管径式脉动热管的流动与传热特性

为提高脉动热管的传热特性,提出了一种两管径式脉动热管结构,并基于质量、动量和能量守恒方程发展了适用的物理和数学模型。这种两管径式脉动热管对蒸发段和冷凝段取不同管径,两者的比值定义为直径比,应用上述理论模型分析了直径比对脉动热管运动规律和传热特性的影响。结果显示:采用两管径结构,可以有效提升脉动热管的自激振荡机制,特别是直径比小于1时的情况。而从传热特性而言,相比于传统等管径式脉动热管(直径比等于1),采用直径比小于1的结构可以使脉动热管的热阻明显减小,采用直径比大于1的结构却反而使传热特性下降。     

传感器表面温度对热流测量的影响

高超声速飞行器热环境测量数据一直是防热设计和考核的基准数据,也是热环境计算方法的考核性数据,其准确性至关重要。针对热流测量中遇到的传感器表面和周边防热材料温度差异而导致的测量数据偏差问题,采用基于Navier-Stokes方程的自研程序开展了详细的气动热环境数值模拟,得到了不同温差条件下传感器表面热环境的分布规律,并根据场协同理论分析了局部热流变化的成因机理,研究了影响热流变化幅值的主要因素。结果表明：①当传感器和其周边材料的温度存在一定的差异时,导致该区域近壁面流场中的压力、密度等特征量梯度增大,改变了传感器当地的法向速度和温度分布,造成了局部热流的剧烈变化。②相同来流马赫数和高度下,来流攻角主要影响法向速度的分布,从而影响气动加热量,攻角越大,相同温差下加热量上升的幅度越小;来流总温主要影响法向温度梯度的分布,从而影响气动加热量,来流总温越大在相同温差条件下加热量上升幅度越小。所开展的研究工作可加深对传感器局部热环境分布规律的认识,避免对测量热流的误判,提升数据判断和分析的可靠性。     

气膜出流冷气侧气膜孔附近壁面换热特性

为对纯气膜出流冷气侧气膜孔局部换热特性进行实验研究。取气膜孔前后3倍气膜孔径范围为研究对象。通过改变来流雷诺数、气膜出流与来流流密比以及通道高度与气膜孔径比(小于1范围内),对气膜孔的“溢流效应”进行了研究。研究发现,气膜孔局部的换热均随来流雷诺数、气膜出流与来流流密比的增加而强化,随通道高度与气膜孔径比的增大而降低;孔后的换热要好于孔前的换热,各种通道高度与气膜孔径比下,孔后1倍孔径区域努塞尔数普遍比孔前提高大约20%以上;在气膜孔前后越靠近孔的地方换热越强。     

交错肋通道换热和流阻特性的研究

针对布有交错肋的涡轮叶片尾缘内冷通道进行了换热以及流阻的实验研究.实验结果表明, 变截面带肋通道的换热效果和流阻都高于等截面带肋通道.等截面通道和变截面通道相对于光通道而言Nu数分别提升了4-6倍和7倍, 但其流阻系数相应的也分别提高了400倍和600倍左右.变截面带肋通道的综合换热效果同样优于等截面通道.      

竹节形扰流元对流动与换热特性影响的数值研究

采用数值计算方法, 研究了扰流柱形状对通道中流体流动和换热的影响, 模拟了带竹节形扰流柱通道的流场.结果表明:相对于圆柱形扰流柱, 装有圆柱竹节形和椭圆竹节形扰流柱阵列矩形通道的压力损失系数分别为62%～77%和25%～27%, 而恒热流壁面的平均奴塞尔数分别降低了9%22%和22%24%.随着扰流柱排列间距的减小, 压力损失增加, 而改变扰流柱排列横向间距引起的压力损失的变化要比改变流向间距显著.      

微型热敏传感器的结构设计及仿真分析

 分析微型热敏传感器测量原理并针对其典型器件结构的热平衡模型，提出以微型热敏传感器器件各部分热耗散功率和器件信噪比系数为主要器件结构设计的结构仿真计算目标。然后，结合微型热敏传感器衬底空腔结构对器件性能影响较大的特点，分析计算衬底结构没有空腔、有空气腔和有真空腔3种情况下的器件各部分热耗散功率，验证了有真空腔的衬底结构信噪比系数最高。最后，以实际微细加工工艺条件为基础，计算分析衬底真空腔深度在2 μm，4 μm和6 μm 3种条件下的器件信噪比系数，完成对微型热敏传感器器件结构尺寸的优化设计。     

连续加热时γ-TiAl激光快凝组织及其性能的变化

为认识超塑扩散连接机理,研究了γ-TiAl基合金表层激光快速熔凝组织在连续加热过程中的相转变规律及硬度变化.结果表明,在以10℃/min连续加热时,γ-TiAl激光表面快速熔凝组织在750℃左右发生α₂→γ相转变,在860℃左右其组织由枝晶组织转变为细小的等轴晶组织,硬度值也出现了相应变化.上述细晶组织为合金的超塑扩散连接提供了良好的基础.     

变形Mg-Li-Al-Zn合金的组织与性能

根据Mg-Li二元合金相图及Al,Zn元素在合金中的作用,设计了一种新的β基变形镁锂合金(Mg-Li-Al-Zn),用光学显微镜和X射线衍射法对合金锻造、轧制和轧制退火态的组织及合金相进行了分析,结果表明该合金轧制退火态具有比较理想的组织.不同状态合金的拉伸性能表明,轧制退火态下合金具有最高的强度和屈强比,并具有较好的塑性.