电荷作用对均质-非均质凝结流动的影响

基于Fletcher成核理论及均质-非均质凝结双流体模型,讨论了电荷作用对凝结流动的影响,结果表明:有无电荷影响时,成核率计算公式精度均较高,流场参数的计算结果与实验结果吻合良好,相对误差不超过5%,表明所建的均质-非均质凝结双流体模型具有较高精度.不带电时,加入颗粒半径为5nm颗粒前后流场过冷度差别较小,加入颗粒半径分别为8nm和10nm颗粒后过冷度峰值虽分别降低2K和7K,但均导致自发凝结向下游迁移.当颗粒带电荷量为Q=1e,加入颗粒半径为5nm颗粒情况下对减小成核自由能障、增加非均质成核率的作用最为明显,这一作用在颗粒半径为8nm时较弱,颗粒半径为10nm情况下最弱.当带电量增加至Q=3e时,加入颗粒半径分别为5nm和8nm颗粒情况下峰值过冷度与均质凝结相比分别下降10K和6K,且较明显地抑制了自发凝结发生.      

空气湿度对跨声速压气机叶栅气动性能的影响

为了解空气湿度变化对高负荷跨声速压气机叶栅气动性能的影响,采用吹风试验和数值模拟相结合的方法,开展了空气湿度对跨声速叶栅性能影响研究。结果表明:空气湿度对叶栅气动性能的影响程度与叶栅自身的工作状态有关,在高进口马赫数和大攻角工作条件下,空气湿度会弱化叶栅的增压能力,增大流动损失。空气湿度对跨声速叶栅气动性能的影响与湿空气中的非平衡凝结相变现象有关,湿空气凝结放热会对流场产生加热作用,从而引发额外的压力损失,且影响区域主要集中在成核率较高的叶栅通道内。     

激波管内膨胀气流导致汽—液瞬态相变的测量方法

建立激波管装置,用以产生一维非定常的膨胀气流。描述膨胀气流的流场分布以及由此导致的水蒸汽自发成核、相变、凝结的物理过程。实验装置中,设置两个通道探测瞬态相变的信息:动态压力传感器探测膨胀气流的压力变化和光电倍增管探测水蒸汽从成核直至生长成液滴(凝结)所产生的光散射辐射强度。两种信息都由FFT(CF-910)分析仪采集记录,得到膨胀气流的压力曲线,显永过饱和度的变化;得到散射光功率曲线,立定不同蒸汽分压下液滴的相对增长速率。     

矩方法及其在水凝结研究中的应用与发展

矩方法(Method of Moments,MOM),又可以称作内部坐标矩方法,通过求解液滴尺寸分布函数对内部坐标的各阶矩的输运方程,反映粒子数量及尺寸分布的演化。在各种有关伴随凝结流动的数值方法中,矩方法兼顾了计算效率和液滴分布信息,因此被广泛应用于水凝结的研究。本文首先介绍了经典矩方法,综述了矩方法的最新发展。然后应用经典凝结矩方法,研究了伴随同质凝结的Prandtl-Meyer膨胀流动问题,计算发现随着来流水蒸气饱和度的提高,凝结诱导的激波由定常状态向非定常状态转变,出现自激振荡现象;进一步,将经典凝结矩方法推广到异质凝结领域。通过引入"瞬间活化"假设,简化了异质成核模型,将此方法应用到伴随异质凝结的激波管问题中,进行了参数研究,加深了对异质凝结和流动相互作用的认识;最后针对经典矩方法无法处理相间相互作用的问题,将经典矩方法中的矩方程改写为基于液相平均速度的形式,发展了一套考虑相间质量、动量、能量交换的矩方法,应用此方法研究了伴随同质凝结的旋涡运动问题,分析了旋涡中凝结的产生过程,以及凝结与流动相互作用对液相分布的影响,计算结果显示了凝结生成的液滴在离心力作用下离开旋涡中心的现象。     

广州绕城高速公路某施工段膨胀土石灰改性

本文通过对广州绕城高速公路某施工段膨胀土的石灰改性试验，从化学作用、化学-物理作用两个不同的角度分析了膨胀土石灰改性的作用机理，阐释了石灰改性对击实试样和静压成型试样胀缩性能的影响，从无荷膨胀率、有荷膨胀率、收缩率、缩限、胀缩总率的变化，确定了改性施工中的石灰掺量，可为后续的膨胀土地区施工提供依据和参考。     

空气中逸散水蒸气传热及相变过程的行为研究

针对航母舰载机蒸汽弹射器滑道逸散水蒸气的传热与凝结现象,建立空气/水蒸气/凝结水三流体的流动、传热及相变过程数学模型。其中具有描述水蒸气复杂过程热力学行为的IAPWS模块以自定义程序并入模型中,利用Eulerian-Eulerian模型加入质量传递、能量传递和动量传递方程来实现水蒸气流动过程中传热传质问题的研究;在质量传递模型中加入液滴成核和生长理论模型,研究水蒸气的凝结过程。结果表明:在流动过程中,空气-水蒸气-液态水三流体混合,温度逐渐趋于一致;进气道入口压力越低,发动机对水蒸气的吸入量越大;伴随空气流动的水蒸气温度不断下降,并且会因有凝结现象发生;随着空气来流速度的增加,水蒸气的吸入量也会呈现先增加后下降的趋势;随着水蒸气流速的提高,水蒸气进气量上升,空气所占比例有所下降,但仍然是主导地位。      

海上湿气对翼型气动特性的影响初探

研究高湿度空气对风力机翼型气动性能影响对海上风力机翼型优化、提高发电效率具有重要意义。首先采用组分输运模型数值计算湿空气条件下翼型升阻力特性,其次在组分输运模型基础上,考虑湿空气中水蒸气的凝结,建立用户自定义函数定义凝结体积源项,求解输运方程。对湿空气流过翼型表面气动性能的初步研究发现：升阻力系数随湿度变化而改变,不考虑凝结时,升阻力系数随湿度增大而减小,当发生凝结时,升力系数增加。翼型表面前缘点附近凝结流量最大,翼型表面凝结流量随湿度增大而增大,温度越高,凝结流量越大。     

主流速度对微细管式预冷器结霜和抑霜特性的影响

基于不同的实验工况,对微细管式预冷器分别开展了结霜和抑霜的地面实验研究,具体的实验工况为：主流的温度和湿度值分别为50℃和1.8 g/kg;主流速度分别为10、20、30 m/s。在不同主流速度的抑霜实验中,向主流中喷射的无水甲醇-水的质量比均为1.0。结霜和抑霜的地面实验结果均表明,主流速度对微细管式预冷器的结霜和抑霜特性均有显著的影响,且增大主流速度,能够明显地减少霜层在预冷器微细管束壁面外侧的凝结和累积量。在抑霜实验中,由于向主流中喷射了质量比为1.0的无水甲醇,预冷器微细管束的壁面温度显著增大,且抑霜效果得到明显改善,自由来流的压力损失系数亦明显下降,且预冷器的换热率显著增大。此外,随着主流速度逐渐增大,自由来流的压力损失系数急剧增大,而凝结在预冷器微细管束壁面外侧的霜层覆盖面积明显减小,这表明增大主流速度有利于抑制霜层在预冷器微细管束外侧壁面上的凝结和累积。     

凝结相变对低温风洞雷诺数试验的影响

为了研究凝结相变对低温风洞雷诺数试验能力的影响,基于Fluent软件建立了气-液两相凝结流动模型,相变模型采用考虑非等温效应修正的经典成核理论和Gyarmathy液滴生长理论;针对不同来流压力和不同试验雷诺数工况条件,对氮气绕流NACA 0012翼型进行了数值模拟。模拟结果表明:随着来流温度的降低,翼型附近区域气体膨胀越过气态饱和线并达到过冷状态,进一步降低来流温度则会在宏观层面上观测到凝结相变对当地流场的改变,与无凝结相变的流场相比,释放的潜热加热气流导致马赫数降低及压力系数的改变;在确保不破坏翼型气动性能试验的前提下,充分利用气体过冷区域来降低来流压力以此减少驱动功率和液氮喷入量是可行的,或者保持来流压力不变提升低温风洞的试验雷诺数。     

分子凝结与凝结表面温度的关系机理研究

基于相关理论研究，并借助新近研究的“分子污染低温凝结效应设备”，就我国飞行器型号设计密切相关的分子凝结与凝结表面温度的关系机制进行了四个多月的试验研究，取得了相关的二千余个数据。在此基础上，结合相关的理论对数据进行了拟合和分析，得到了分子凝结与凝结表面温度广泛遵循的一般关系——指数关系。对型号设计具有重要的参考价值。     

铝硅共晶柱状晶凝固

 将强制凝固的理论和试验结果应用到铝硅共晶铸锭柱晶凝固过程,得到了共晶片间距同凝固速度、形核过冷间的关系。柱晶凝固时共晶片间距同平均凝固速度因子V~(-2/3)成正比,还同凝固时形核过冷密切相关,形核过冷增加使共晶片间距减小。文中讨论了影响形核过冷的诸因素和凝固组织均匀性问题。     

Phase-field Modeling of the Influence of Elastic Field on the Nucleation and Microstructure Evolution in Precipitation

A phase-field method was employed to study the influence of elastic field on the nucleation and microstructure evolution. Two kinds of nucleation process were considered:one using fixed nucleation probability and the other calculated from the classical nucleation theory. In the latter case, the simulated results show that the anisotropic elastic strain field yields significant effects on the behavior of nucleation. With a large lattice misfit between the matrixes and the precipitates, the nucleation process does not appear fully random but displays some spatial correlation and has a preference for the elastic soft direction. However, with a small lattice misfit, this bias does not look quite clear. On the contrary, in the case of fixed nucleation probability, the elastic field has no influence on the nucleation proc- ess. The lattice mismatch also exerts influences on the microstructure morphology: with lattice mismatch becoming larger, the micro- structure proves to align along the elastic soft direction.     

聚丙烯/纳米SiO2复合材料的结晶行为研究

纳米SiO2经过超声波分散后,用硅烷偶联剂和分散剂A组成的复合偶联剂体系进行表面处理,通过熔融共混法与聚丙烯混合制得聚丙烯/纳米SiO2复合材料.通过DSC分析,研究纳米SiO2对聚丙烯结晶行为的影响.研究发现,纳米SiO2在聚丙烯中起到异相成核的作用,使聚丙烯的结晶温度提高,结晶速率增大,微晶尺寸分布减小.非等温结晶动力学研究表明,不同降温速率下的成核机理基本不变.降温速率越快,单位结晶时间达到的相对结晶度越高.     

折叠球形气囊展开过程仿真

球形气囊展开和折叠过程复杂,采用实验手段研究其展开过程存在诸多不便。建立以单侧内折方式折叠的球形气囊数值分析模型,研究球形气囊折叠后充气展开的动态应用特性,比较相同充气条件不同折叠层数和相同折叠层数不同充气条件下气囊展开动态特性的差异;对影响气囊展开过程中体积和内压曲线变化的因素进行分析,分别讨论折叠层数、充气速率和充气量对球形气囊动态特性的影响。结果表明:单侧内折折叠次数增多会导致气囊内压最大值增大,应用时设定气囊折叠次数应考虑气囊材料最大内压承受能力;充气速率和充气量均会影响气囊展开的稳定性,充气速率的影响主要在充气及气囊展开初期阶段,而充气量的影响主要在充气完成后的自由展开阶段。     

过冷水滴凝固机理及凝固组织特征

针对飞机过冷水滴结冰的精细化预测需求,基于相变热力学与相变动力学相关理论,采用示差扫描量热法（DSC）、结冰风洞试验及微结构测试相结合的方法,研究了过冷水滴凝固过程的热力学机理及凝固组织特征。基于示差扫描量热法,研究了冷却速率及形核条件对结晶凝固特性的影响规律;基于结冰风洞试验开展了不同温度条件下冰相的宏观形貌及微结构特征研究。结果表明,过冷条件及冷却速率是影响过冷水滴结晶速率及结晶完善程度的重要因素。降温速率越大,结晶速率常数增大、结晶速率相应提高。同时,结晶峰变宽,结晶初始温度向低温方向移动,过冷效应相对显著;反之亦然。过冷度及冷却速率对冰相的宏观及微观形貌均有着重要影响。过冷度越大则相同时间内冷却速率越大,晶体生长过程越不充分,晶体不规则程度相对较高,同时晶粒密度变大、尺度变小,冰相表观透明度相对降低;反之,过冷度越小,则晶粒密度变小、尺度变大,冰相表观透明度相对较高。异相形核条件对加速结晶过程有重要促进作用,晶种的存在可有效加速二次结晶的触发,使过冷效应显著减弱。相关研究可为飞机结冰速率、冰相物理特征及冰形宏观形貌的精细化预测提供参考。     

基于成核理论的水温对结冰黏附强度影响研究

飞机结冰会影响飞行安全,甚至导致严重的飞行事故。研究积冰与基底的黏附强度,可以为飞机防除冰系统的设计提供具体的指标要求。设计剪切黏附力测量实验平台,并利用该平台测量基底在不同冻结用水初始温度下的结冰黏附力;采集水/冰在冻结过程中的温度变化,并通过成核理论分析实验现象,着重研究冻结用水的初始温度对黏附强度的影响。结果表明：冻结水温初始温度的增加会促进冰晶成核,进而提高黏附强度。     

不同孔型对高超声速逆喷流气膜冷却影响

主要对不同孔型在不同质量流量下对高超声速逆喷流气膜冷却影响规律开展研究,得到不同孔型对气膜冷却效果的影响规律。采用CFD计算方法,对飞行高度为50 km,飞行马赫数为15条件下圆柱孔、收缩孔、扩张孔、收缩-扩张孔4种孔型开展研究。研究显示:小流量供气时,收缩孔和圆柱孔会出现长穿透模态(LPM)工作状态,扩张孔和收缩-扩张孔则不会出现;随着喷流流量的增大,喷流会从LPM转向短穿透模态(SPM),此时继续增大气膜喷流流量,并不会显著增大冷却收益。综合整个流域的变化,扩张孔在高超声速飞行器头部逆流喷流气膜冷却中是比较稳定可靠的气膜冷却孔。     

处理机匣对风扇稳定性影响的数值研究

在对驻室式处理机匣内部流动及扩稳机理进行数值研究叫基础上,采用数值模拟方法进一步分析处理机匣对风扇性能的影响。通过取消处理槽上方的驻室,提高了处理机匣对设计转速的扩稳能力。根据叶尖间隙内的相对速度分布和处理机匣内的回流量,分析了处理机匣的扩稳特性。研究结果表明：处理机匣产生扩稳作用的原因在于处理机匣能使转子叶尖进口气流加速,增加流体能量,从而抑制由叶尖泄漏流发展成泄漏涡．讲而改善流动环境。     

挂滴燃烧中的微汽泡行为和液滴跳动

利用高速显微摄像技术,观察研究了RP-3微尺度挂滴燃烧过程中,微汽泡的核化、生长、聚并和溢出的行为过程及液滴跳动现象.结果得出:①液滴中微汽泡产生的位置;②在蒸发初期时由微汽泡引起液滴体积的膨胀;③在燃烧中由汽泡行为导致液滴的跳动;④液滴燃烧的稳定(不爆裂)现象.分析了表面张力在挂滴燃烧过程中的作用,确定了挂滴稳定燃烧的临界条件下的临界特征体积在2.5~5.0μL.      

低膨胀高温合金膨胀系数的物理表征

测定了低膨胀高温合金的膨胀系数和饱和磁化强度随温度变化的曲线,并将实验结果与普通的高温合金及低膨胀合金进行了比较。提高低膨胀高温合金的低膨胀特性及使用的最高温度,应通过各种手段使合金具有一定的饱和磁化强度,但并非越高越好,同时应尽量减缓其随温度升高而降低的速度,并提高合金的居里点温度。导致合金低膨胀的原因之一是在正常的热膨胀过程中叠加了磁性行为的变化,从而引起负膨胀