存在剥离条件下颗粒物沉积过程的数值研究和实验验证

为了更加准确地模拟涡轮叶片表面颗粒物沉积的增长过程和分布状况,研究颗粒物沉积过程中粘附、剥离直至稳定平衡的规律,在经改进的颗粒粘附模型基础上考虑两种剥离形式,利用Fluent的User Defined Function (UDF)功能和网格重构技术,最终实现了熔融石蜡颗粒于带有气膜冷却的平板上沉积动态增长的过程。通过与相同条件下所得实验结果的对比,验证了所用模型的有效性和合理性。随后研究了是否加入剥离模型、气膜冷却吹风比、气膜孔射流角度等因素对沉积效果的影响。计算结果表明,考虑颗粒的剥离效应将减少颗粒物沉积的总量,尤其是在气膜孔后较短区域内;此外,吹风比的增加将使颗粒不易撞击壁面,已粘附的颗粒也更容易剥离从而降低沉积的厚度和质量;射流角度不断增大则使气膜覆盖效果变差,壁面温度升高,颗粒更易达到熔融状态沉积下来。研究发现该数值方法有助于更加精确地仿真沉积增长的过程,证实了吹风比和射流角度对沉积的分布和厚度有很大影响。当射流角度处于35°～40°时,可在一定程度上减少沉积。     

放电等离子烧结制备石墨烯增强7075铝基复合材料的 显微组织与力学性能

通过放电等离子烧结(SPS)技术制备了不同石墨烯含量的7075铝合金基复合材料,测试了石墨烯含量对复合材料力学性能的影响。结果表明,铝基复合材料的硬度、压缩强度、屈服强度均随石墨烯的加入而增加,在石墨烯质量分数达到1.0%时获得最大值;石墨烯与金属之间的界面为纯净的冶金结合,石墨烯与金属原子之间为原子扩散连接;SPS烧结过程中未形成有害的Al_4C_3相;随着石墨烯含量的进一步增加(达到3.0%～5.0%),铝基复合材料的力学性能反而会随石墨烯的增加而不断恶化,石墨烯含量的持续增加会使石墨烯片层间的团聚愈发严重,这是复合材料力学性能不断恶化的主要原因。     

分区扫描对激光沉积成形钛合金T型接头温度场与应力场的影响

从分区扫描可以有效降低激光沉积成形大尺寸结构残余应力的工程经验出发,采用热弹塑性有限元理论,建立可以模拟成形过程温度场与应力场的有限元模型,研究不同分区扫描方式对激光沉积成形钛合金T型接头温度/应力演变过程、监测点热循环曲线以及残余应力的影响。结果表明:热应力与残余应力最大值均出现在T型接头上缘条与基板接触的4个外角点上,与分区扫描方式无关;分区扫描对T型接头外角点与短边外面中点影响较小,对于内部节点、内角点与长边外面中点的热循环曲线及热应力曲线有一定的影响;分区扫描对残余应力分布影响较大,尤其是对沿指定截面残余应力分布规律与最大残余应力幅值有显著的影响。     

等离子异质增材过渡区的组织性能研究

采用等离子增材系统制备了不锈钢/高强钢异质增材构件,构件内部无气孔、未熔合、夹渣等缺陷。为研究异质过渡界面组织特征,采用了体视显微镜、金相显微镜以及扫描电镜等测试方法。测试结果表明,高强钢熔敷不锈钢时,会产生宽度为1.1mm的过渡区,但不锈钢熔敷高强钢就不会产生明显的过渡区。不锈钢/高强钢之间存在3种界面,Ⅰ型界面由不锈钢、高强钢以及熔合界面组成;Ⅱ型界面的熔合界面不明显,在高强钢和不锈钢被马氏体区分隔开来;将不锈钢、奥氏体铁素体混合区和过渡区定义为Ⅲ型界面。通过对界面处进行EDS分析,结果表明在I型界面,Cr和Ni含量会发生突变,但在Ⅱ型界面和Ⅲ型界面,成分变化较为缓慢,变化宽度分别为70μm和40μm。对界面区域进行显微硬度测试,测试结果表明硬度突变宽度与成分变化宽度趋势一致,从大到小依次为Ⅱ型界面Ⅲ型界面Ⅰ型界面。     

不同电流密度对304不锈钢表面多孔铜层影响

在304不锈钢表面采用电沉积方法制备了多孔结构铜层,研究了不同电流密度对镀层微观形貌、厚度、孔隙率以及比表面积的影响。结果表明通过控制沉积电流密度能在304不锈钢表面获得颗粒状、树枝状和针状形貌的不同镀层;随着电流密度的提高而镀层厚度增大,但彼此不是线性关系,随着电流增加,镀层厚度增速变缓;镀层孔隙率随电流密度增加而增加,当电流密度达到6 A/dm~2后,镀层孔隙率维持在93%～96%之间;镀层比表面积随着电流密度的增加呈现先快速增加,然后缓慢增加趋势,10 A/dm~2条件下的镀层比表面积是4 A/dm~2的10倍。     

等离子喷涂成型钨基材料及薄壁构件研究

对小型固体火箭发动机喷管喉衬内衬用零烧蚀材料进行研究。采用大气等离子喷涂工艺成型难熔金属钨基薄壁构件,并进行材料性能表征。结果表明,等离子喷涂工艺成型钨材料经烧结、渗铜处理后,致密化程度提高,力学性能提升,压缩强度达750 MPa以上,通过试验条件为温度3 000～3 500 K、工作时间6.4 s、平均压强3.2 MPa的小型试验发动机热试车考核,材料烧蚀率为零。喷涂钨/烧结/渗铜材料可作为3 000 K条件下零烧蚀材料的候选。     

航天高强不锈钢LMD成形缺陷分析及控制

为明晰航天高强不锈钢激光熔化沉积成形过程基础科学问题,推动其在航天液体火箭发动机领域的应用进程,针对航天高强不锈钢LMD成形过程中常见表面焊瘤、气孔、熔合不良等缺陷的形貌特征及产生机理进行深入分析,并提出对应的控制措施:通过优化边框扫描速度促进熔覆道的流动变形,极大减少了成形件侧表面及倾斜面的焊瘤缺陷; 使用PREP方...     

离子推力器羽流钼原子沉积对卫星OSR片热控性能影响的仿真分析

离子推力器栅极组件中溅射出的钼原子随束流飞出,部分沉积在卫星光学太阳反射镜(OSR)表面,会对其热控性能产生影响。文章结合推力器与OSR片的相对位置,得到钼原子在OSR表面的分布;根据沉积厚度得到钼膜及复合膜的发射率和吸收比分布;根据OSR表面的热平衡方程,得到其温度分布,从而获得了钼原子沉积对OSR片热控性能的影响。结果表明:钼原子沉积引起OSR片的吸收比增加,OSR片温度升高最大为几十摄氏度,对温度变化较为敏感的设备应避免安装在推力器周围。     

NiCo/Cu多层纳米线的制备、表征以及磁化反转机制研究

采用电化学沉积在多孔氧化铝模板中制备了NiCo/Cu多层结构纳米线,并使用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)表征了纳米线的形貌和微观结构。透射电子显微镜的结果表明,通过控制阶梯电位时间,制备的铁磁层厚度为100nm,非铁磁层厚度为10nm。结合选区电子衍射技术(SAED)与X射线衍射分析技术(XRD),确定多层纳米线的晶格结构是面心立方(FCC)。在分析多层纳米阵列的微观结构之后,使用振动样品磁强计(VSM)测量磁滞回线。结果表明,随着Co含量的增加,多层纳米线的矫顽力升高。当多层纳米线中Co含量为10%和30%时,易磁化轴垂直于纳米线,当Co含量为70%和90%时,易磁化轴平行于纳米线。最后,对纳米线磁化翻转机制进行微磁学模拟分析得出,当外加磁场垂直于纳米线时,磁化反转机制是形核机制;当外加磁场平行于纳米线时,磁化反转机制是卷曲机制。     

轴流压气机级内污垢沉积影响的数值研究

采用三维数值方法,对具有一定典型性的真实压气机级NASA stage 35进行研究,通过与文献中实验数据的对比,校核了商业CFD计算代码的可靠性,得到的性能曲线与实验数据有较好的一致性;通过对污垢沉积引起的叶片厚度和壁面粗糙度的增加来模拟不同的污垢沉积程度对压气机级性能的影响。结果表明,增加壁面粗糙度将显著降低压气机级等熵效率和总压比,喘点和堵点的流量均有所下降,对稳定工作范围影响不大;增加叶片厚度大幅降低堵点流量而对喘点流量影响较小,使得压气机级的稳定工作范围明显减小;动叶壁面粗糙度的增加相比静叶对级性能的影响明显要大。