失重状态下圆环形容器内液体的液面形状分析

航天器在外层空间飞行时处于失重状态,自由液面的张力直接影响其内部液体的静动力学特性。本文分析失重状态下圆环形容器内液体的静止自由液面形状,导出了液面形状的计算公式,并给出了液面位置与液体体积之间的关系式。     

液体在具有下凹型共底贮箱内的晃动特性试验研究

一、引言在大型多级液体火箭中,其第二、三级往往采用共底贮箱的结构形式。这样,贮箱内的液体晃动特性与箱底形状有着更密切关系。对具有椭球型箱底的贮箱,可参照[1]的研究结果,等效成液体的自由液面及体积相同的直圆柱平底贮箱来计算液体晃动频率等参数。对于上凸型共底贮箱,在液面为圆环形部分,可参照[2]的方法,把它等效成同样体积及同样自由液面的圆环形平底贮箱。对于下凹型共底贮箱,在液面为圆环形部分,由于贮箱内的液体运动不像上凸型共底那样,明显地受到共底的限制,因而不能直接引用[1,2]的结果。本文用试验研究方法,观察了下凹型共底贮箱内的液体运动特点,测定了液体晃动的一阶固有频率和相应的阻尼值。试验研     

运载火箭贮箱的消旋试验

本文讨论运载火箭双出口贮箱的消旋问题,提出了十字分隔板和圆板消旋器,并通过大模型试验确定其结构尺寸。试验中引入液面波高相似参数,以模拟液体晃动和增压气流对液面冲击的效应。贮箱液体剩余量测量采用称重法,其精度比液位观测法有明显提高。     

液体晃动试验数据处理的新方法

大型液体火箭在初步设计阶段就要求得到液体推进剂在贮箱内的运动特性,特别是液体运动的最简单、最基本的一阶等效力学模型及相应的阻尼值,以满足控制系统的稳定要求。通常,解决液体晃动问题的途径,是在贮箱内布置防晃挡板来提高液体晃动的阻尼和频率。为此必须通过多次晃动试验来选择挡板形状、尺寸和位置。     

液体压力激波加工技术研究

机械产品的零部件，通常需要通过成形与改性才具有所需形状及实用功能，本文提出了一种新型材料成形与改性加工的方法——液体压力激波加工。采用脉冲超声波聚焦技术，通过压电陶瓷激波发生器在液体介质中产生高能瞬时压力激波，对材料进行冲击，产生变形或表面改性。经过理论研究和试验验证，初步掌握了液体压力激波的产生、激波能量的控制和激波加工的动力学机制。这种加工方法具有能量可控性好、成本低廉和安全高效等优点，非常适合具有复杂结构和型面的中小零件加工，是一种颇具竞争力的先进制造技术手段。     

爆炸冲击波作用下液体抛撒初期射流形成的实验研究

通过采用Speedcam高速摄影仪拍摄了爆炸冲击波作用下装盛液体容器薄壁变形、破裂,液体射流形成、消失等过程;分析了装盛液体容器半径、装药量、壁厚、液体密度、装盛液体容器高度及装盛液体容器形状对液体抛撒初期射流的影响。     

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.     

球锥贮箱微重力试验研究

用落塔试验和相似准则，在较宽邦德数（Ｂ０＝１３－１００）范围内给出球锥贮箱准静态试验结果；得同重力环境下的挤出效率；对上述贮箱，还取得了较标准的敢界面产筝形状及液体完成重要位全过程的图象和时间数据。可供自旋稳定卫星在微重力环境下，管理液体推进剂参考使用。     

壁面带微结构管道内Cassie状态稳定性的实验研究

保持液体在微结构表面处于Cassie状态,是流动减阻的关键.首先利用MicroPTV分别测量了带微结构侧壁处于Cassie和Wenzel状态下的流场速度,表明Cassie状态下近壁速度提高至光滑表面的1.6倍,而Wenzel状态下近壁速度将减小.通过精细控制微管道的驱动压强,观察了液体在近壁由Cassie向Wenzel状态的转变,并测出C/W转变的临界压强值△pcr约10.9kPa,与Laplace理论预测值10.15kPa基本相符.考虑到Cassie状态失稳也会发生在液体进样过程中,实验还观察了微结构角点对液体进样的“锚定”作用,并初步分析了液体进样中自由液面在微结构表面保持Cassie状态的条件.     

几何质量特性的统计控制技术

采用常规控制图的基本假设是生产过程的输出变量服从正态分布。在实际生产中,虽然生产过程的某些质量特性（如形状与位置等几何质量特性）也呈现正态分布,但由于测量工具及这些特性自身的特殊性,测量数据通常呈现出以目标值为折叠点的折叠正态分布,这就无法应用常规的统计控制技术。为了解决这种情况下的质量控制问题,本文分析了形状与位置等几何质量特性测量过程中的特殊性,以及测量数据的分布规律,在此基础上,给出了评价工序能力的方法,构造了相应的控制图,并设计了相应的中文软件。实证结果表明：该软件既简单又实用,能适用于大部分形状和位置质量特性的质量控制问题。     

MAG焊旋转喷射过渡熔滴运动形态的相关分析

用高速影方法折摄了Ａｒ＋Ｏ２保护气体时旋转喷射过渡的过渡形态,建立了液尖－－液流速运动的相关分析模型,并由此分析了熔滴运动的动态变化过程和旋转参数。结果表明：在液尖－－液流束－阴极斑点组成的运动系统中,液尖的运动起主导作用,阴极斑点液尖、液流速的运动拖曳作用。作用于阳极斑点上的不平衡力,是影响熔滴旋转喷射过渡的重要因素。     

气液两相分层流剪切应力的不确定度分析

基于水平气液两相分层流的压力梯度、波状液层和气壁剪切应力实验数据,对两流体剪切应力进行不确定度计算,分析各不确定度分量对液壁和气液界面剪切应力结果的影响.由剪切应力可以直接计算分层流动量平衡方程的本构参数,对本构参数的关联作了合理的解释.气液界面剪切应力受液层高度和压力梯度的准确性影响较大,而液壁剪切应力却相反,和气液界面剪切应力最大程度相关.通过和实验数据对比发现,液壁摩擦因子无法像气壁摩擦因子那样可以用单相管流的指数型关系式来描述,而是应该结合气液界面摩擦因子建立一个基于两相各流体特征参数的有效关联式.     

生物体液在线光纤光谱仪的研制

介绍了一种直接检测生物体液的光纤光谱仪，根据光纤和毛细管的特性，作者设计了一种特殊的光纤探头，该探头可以直接插入生物体内，通过毛细管采集生物体液，并直接引入光路中，即样品不需进行任何预处理就可以直接测量。为了提高测量灵敏度，探头中的光纤采取分层排列以增加体液在光路中的路程，该探头可使测量过程简化并且实现在位监测。利用计算机的并行口输出脉冲以控制步进电机而动色耗棱镜转动，用光电位增管接收其光谱信号，     

利用自然低温的旋转叶片结冰风洞试验系统设计

为开展风力机旋转叶片结冰风洞试验研究,设计了一种利用寒冷地区自然低温环境的具有可变截面试验段的结冰风洞试验系统。该系统在原有常规结冰风洞的基础上改进了试验段,设置了喷雾区与非喷雾区,风力机叶片实验台可设置在非喷雾区内,而旋转叶片在转至喷雾区时进行结冰测试。为测试该系统的各项参数以及研究系统的可行性,对该试验系统的3个主要环境变量:试验段速度分布、温度分布和液态水含量分布进行了测试和标定。在此基础上,进行了绕轴旋转圆柱和叶片段的结冰试验,对2个系统下的无因次结冰面积及结冰形状进行了对比分析。结果显示该系统各项参数稳定,利用2个系统得到的结冰形状相似度高,结冰面积一致性较好,表明该系统可用于进行旋转机械结冰风洞试验研究。     

液固界面滑移研究进展

滑移边界条件是流体力学研究中一个悠久而重要的科学问题，在微纳流控研究中备受关注。近年来，对简单流体（如水）在光滑液固界面的滑移长度的量级逐渐取得共识，而对复杂流体在液固界面的滑移研究方兴未艾。本文综述了从简单流体扩展至复杂流体的研究过程中，滑移实验研究的新的测量结果以及理论描述方法。重点介绍了近期Charlaix教授课题组采用表面力仪测量高分子电解液的滑移结果，以从介观角度理解复杂流体在液固界面的滑移及其影响因素。     

直升机防除冰系统人工结冰试验

为掌握结冰条件下直升机旋翼、发动机、进气道防除冰系统的性能规律,在不同液态水含量和大气温度下,开展了地面和悬停两种状态直升机人工结冰试验,研究旋翼、发动机、进气道防除冰系统在结冰环境中的相互影响。研究发现:受旋翼旋转影响,右发进气道较左发更容易结冰;发动机低功率状态下,防冰性能较差,状态升高后,防冰性能改善;旋翼结冰导致发动机状态升高,使进气道表面温度较无结冰时仍有上升。同时,旋翼上周期性的"结冰-脱除",导致发动机参数振荡,振荡周期受环境条件影响不大,而振幅与液态水含量近似呈线性关系。     

毛细流动聚焦的实验方法及过程控制

作为一种基于毛细流动制备微纳尺度液滴的技术,毛细流动聚焦（Capillary flow focusing）在工程领域具有重要应用。回顾了基于吹气式和吸气式核心装置的毛细流动聚焦实验方法,展示了完整的测试平台,介绍了施加外部激励控制流动聚焦射流破碎的实验方法。同时,给出了同轴界面的拍摄方法,可获得清晰的内外层流体界面图像。在对流体锥形收缩阶段的研究中,探讨了几何参数与流动控制参数对流体锥形的形态与稳定性的影响。在稳定锥形下,研究了流动控制参数对液体射流直径、扰动波长及复合射流界面耦合的影响,并基于光的折射定律,对复合射流外层界面透镜效应所导致的内界面失真进行了修正。在对激励作用下射流破碎的研究中,考察了射流长度随振幅的变化,建立了尺度率关系,探讨了频率对生成液滴的单分散性及粒径的影响规律,为在实际应用中可控制备单分散性微液滴提供了理论与技术支持。     

激波驱动液体轴对称抛撒的实验研究

设计了利用垂直激波管实现液体轴对称抛撒的实验装置,通过高速摄影技术获得不同驱动压力下气液界面不稳定性发展直至发生首次破碎的时间序列。实验结果表明,马赫数的增大导致初始扰动波的波长减小和扰动波数的增加,且尖钉发生破碎并与气流混合的程度更为剧烈。实验液体发生首次破碎的位置基本不随驱动压力的升高而改变。液体前锋的加速度曲线呈现出前期基本不变,后期迅速增大的趋势。     

反射激波作用下重气柱界面演化的PIV研究

在水平激波管中采用PIV方法研究了反射激波作用下SF6重气柱界面的发展演化。采用射流方法形成SF6无膜气柱界面,并以乙二醇作为示踪粒子。利用连续激光片光源结合高速摄影相机对流场进行显示,得到了反射激波作用下SF6气柱界面的发展过程。结果表明,入射激波的冲击会在界面上产生反向旋转的涡环结构,而反射激波的作用会在界面上产生与初始涡环旋转方向相反的次级涡环结构。此外,对反射激波作用后的流场图像进行PIV后处理,获得了流场连续的速度场和涡量场。获得的环量与已有的理论模型进行比较,取得了较好的一致性,也验证了本文实验方法的可行性。     

航天飞机再入大气层最优轨迹

本文研究航天飞机再人大气层最小气动加热的最优轨迹。文中考虑了地球自转的影响和气动加热、动压、过载对再入飞行的限制。在地心非惯性坐标系中,采用球面速度坐标系建立运动方程。再入点的运动参数是在惯性计算系中给出的,故地心非惯性系的再入参数是经过惯性计算系到非惯性计算系的转换而获得的。文中最优轨迹的性能指标采用气动加热量的最小值,最优轨迹的求解方法采用非线性规划法,即将控制变量参数化,把泛函的极值问题转变成函数的极值问题进行求解,因而可以利用函数优化方法的标准程序进行计算。本文在性能指标中引进了罚函数,并采用Powell方法求解无约束的最优化问题。文中进一步用运动参数描述控制变量,这不但便于初值的选择,而且还便于考虑一些参数变化规律的要求。本方法使用方便,计算结果稳定可靠。