一种基于数值计算的轴流压气机旋转失速稳定性模型——之一:理论模型及算法分析

本文提出了一个基于直接数值计算结果基础上的旋转失速线性稳定性模型,描述了如何从基本的Navier－Stokes方程出发,把轴流压气机流动稳定性问题转化为一个特征值问题的基本理论框架。对压气机不稳定边界的判断通过计算和检验特征值的方式来实现。本文给出了有限差分法和基于Gauss－Lobatto节点的谱配置方法两种数值离散的方式,并分析了这两种离散方式的收敛特性。     

超声速混合层液滴两相流动的大涡模拟

为研究超声速气流中液滴与气流的混合及液滴蒸发对混合的影响,采用大涡模拟(LES)方法数值仿真了超声速混合层内液滴两相流流场结构,气相流场采用亚格子(SGS)模型和切应力输运(k-ωSST)湍流模型,液相模拟采用轨道模型和单液滴蒸发模型。在混合层前缘入口处均匀持续地投放液滴,并在液滴入口处下方添加非周期小扰动,并观察液滴蒸发过程对该小扰动造成的影响。分析了入口小扰动在流场中不同的发展情况,发现液滴的蒸发过程使混合层厚度增加并加速混合层的发展,对气相流场扰动较强,可能导致流动失稳,对混合过程有很大的促进作用。     

气膜孔内置扰动条作用下的射流-横流流场

为改善气膜冷却效率,提出了在倾斜气膜孔前缘内置扰动条的结构。通过与典型的圆柱形气膜孔流场的对比研究,总结出内置扰动条对流场的影响规律。研究结果表明,在射流-横流流场中,内置扰动条减小了射流向主流的穿透,使反向旋转涡对向壁面靠拢,穿透顶点下移;扰动条使下游反向涡对的强度增大;随着吹风比的增大,气膜孔下游同一位置处的流向涡强度增大,这一方面增加了主次流的相互掺混,另一方面也增大了流体沿展向的相互掺混。     

非对称来流下隔离段动态压力特性

为了探讨非对称来流下矩形隔离段内动态压力特性,用直联实验方式以及动态压力测量技术进行了试验,并用统计分析方法分析了数据。实验结果表明,入口来流的非对称性对上下壁面压力脉动大小以及传播平均速度有较大影响,而对频率无多大影响。激波串区域内壁面压力脉动向下游传播比向上游传播衰减得快。在隔离段出口超声速条件下,观测到的压力脉动频率主要在70 Hz以下,而在出口亚声速条件时,压力脉动的频率不仅有70Hz以下的部分,而且还有100~200 Hz之间的部分。     

应力时效对Al-Cu-Mg-Ag耐热铝合金组织与性能的影响

采用硬度测试、光学显微镜、透射电镜等研究了时效过程中外加应力对A l-Cu-Mg-Ag合金组织与性能的影响。结果表明,在应力时效和无应力时效的条件下,合金组织中均发生了完全再结晶,时效过程中施加外应力没有改变合金再结晶晶粒的形貌,但对析出相有较大影响。在应力时效条件下,合金中θ′相和Ω相均沿某一方向呈择优取向析出,即有应力位向效应产生。应力时效能够促进θ′相的析出,而抑制Ω相的析出,合金的峰值硬度也有所降低。这可能是由于在应力时效初期引入了大量的位错,为θ′相的异相形核提供了有利的位置,从而使与θ′相具有相同化学成分的Ω相的析出受到抑制。这一点从时效前预拉伸(变形量为6%)能够使θ′相数量增多而Ω相数量减少,且硬度略有降低得到验证。在应力时效过程中,位错的存在不利于溶质原子的扩散,阻碍了原子团簇的形成,从而延缓了合金中强化相的析出。     

TA2/Ni+Nb中间层/1Cr18Ni9Ti扩散焊接头的组织与性能

采用50μm纯Ni箔+10μm纯Nb箔复合中间层,在焊接温度840℃,880℃和920℃,压力4MPa以及保温时间60min的工艺下,对工业纯钛TA2和1Cr18Ni9Ti不锈钢进行了真空扩散焊实验,测试了接头的抗拉强度,并利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)和X射线衍射(XRD)对接头的组织结构、元素分布以及断口形貌和相组成进行了分析。结果表明:Ni+Nb复合中间层的存在成功阻止了Fe,Ti互扩散,实现了TA2与1Cr18Ni9Ti的可靠连接,接头的拉伸强度达到261MPa,该强度主要受剩余Ni箔控制,且焊接温度的变化对其影响不大。接头所生成反应层自不锈钢一侧起分别为FeCrNi固溶体、剩余Ni,Ni3Nb,剩余Nb以及TiNb魏氏体。     

采用Ti-Zr-Cu-Ni真空钎焊Ti_3Al/Ti_3Al和Ti_3Al/GH536接头组织及性能

采用Ti-Zr-Cu-Ni在960℃/1min、960℃/10min和960℃/60min三种规范下真空钎焊Ti3Al/Ti3Al,在960℃/5min和960℃/20min两种规范下真空钎焊Ti3Al/GH536。实验结果表明,随着保温时间的延长,Ti3Al/Ti3Al接头宽度逐渐增加,且剪切强度呈现递增趋势,递增幅度在10MPa左右,接头主要由Ti3Al,NiTi2,CuTi3等化合物相组成,其中NiTi2,CuTi3等脆性化合物的分布对接头性能影响较大;在Ti3Al/GH536接头中由于Fe-Ti,Ni-Ti等脆性化合物分布相对较多,导致出现纵向裂纹,960℃/5min规范下的平均剪切强度为86.4MPa。     

盐雾环境对复合材料修复铝合金板疲劳性能的影响

采用单向碳/环氧复合材料补片真空袋压工艺单面修复含中心裂纹铝合金板,进行0-1700h盐雾梯度腐蚀试验,测试并对比分析了各腐蚀时间结点上试件修复前后的疲劳性能,从疲劳寿命、疲劳临界裂纹长度和Paris公式材料常数(C和m)的变化三个方面考察不同盐雾腐蚀深度对铝合金裂纹板修复前后的疲劳性能差异。结果表明:碳/环氧补片胶接修复铝合金板能大幅度提高疲劳寿命,且未经修复的裂纹板在腐蚀1700小时后疲劳寿命下降53.8%,而修复板仅为38.6%。修复板疲劳裂纹临界长度acr大于未修复裂纹板,且随盐雾腐蚀时间延长,裂纹板和修复板acr变化不大,可作准判据使用。由试验数据得到的不同腐蚀时间上试样的材料常数C和m随腐蚀时间延长而减小。利用Paris公式可较好拟合铝合金板疲劳寿命及Paris区内的疲劳裂纹扩展行为,但疲劳寿命预测值与实际值的差异由未经腐蚀时的5%左右增大到腐蚀1500h时的10%左右。     

计及套圈变形的薄壁角接触球轴承性能分析

为了准确计算柔性支承轴承负荷分布,以外圈孤立点支承薄壁角接触球轴承为例,建立了三维有限元分析模型,考虑外圈受载后弯曲变形对滚动体负荷分布的影响,分析不同工况下轴承负荷分布,寿命及刚度等性能的变化规律,并将有限元法的计算结果与拟动力学法及实验结果进行分析比较.结果表明,有限元方法计算结果与实验结果更为接近.      

二维翼型结冰数值计算

翼型结冰计算是随着结冰时间步长变化的准定常过程,因此在每个时间步长后都要更新各个模块的计算工作,如此反复直到达总结冰计算时间.在各模块计算中,分别采用了泊松方程法生成网格、求解雷诺时均方程计算流场、拉格朗日追踪法求解水滴轨迹、基于Messinger模型计算冰形、采用变距滤点法重构边界.引入动态链接库技术将各模块集成为结冰计算平台,并将三种冰形(楔形冰、槽状冰及混合冰)计算结果与国外软件及试验数据进行了对比.