船舶柴油机比例模型实验的理论基础与技术挑战

采用相似比例模型实验进行新型船舶柴油机研发可以极大地节约研发时间、成本及能源。本文回顾了柴油机燃烧相似性理论的发展历程,总结了实现燃烧相似性的三种单值条件相似法则,重点阐述了喷雾混合气形成过程相似性理论与实验验证的最新研究成果,同时指出船舶柴油机相似比例模型实验亟待攻克的技术挑战。建立柴油机喷雾燃烧相似性理论体系有助于制定科学合理的相似比例模型实验规范,推动船舶柴油机研发实现快速发展。     

基于平均扩展速率的裂纹扩展模型

不同于基于线弹性断裂力学（LEFM）的经典裂纹扩展模型,基于平均扩展速率的裂纹扩展模型通过形式简单的经验公式来描述随机载荷谱下单位飞行小时的平均裂纹扩展,该模型将随机谱当作"当量常幅谱"处理,模型中仅有两个特征参数,反映了所有复杂的载荷顺序效应及其他影响。基于该模型,进一步提出速率类比法则,可基于试验谱下扩展速率对未试验谱下扩展速率进行合理预测。首先介绍了基于Frost&Dugdale公式和基于Paris公式的平均扩展速率模型的内涵及参数推导方法,然后通过典型机身框关键部位模拟件在多种随机谱下的疲劳试验数据对平均扩展速率模型和速率类比法则进行试验验证。经对比分析,推荐使用基于Paris公式的平均扩展速率模型。经验证,采用基于Paris公式的模型和速率类比法则,可实现随机载荷谱下裂纹扩展速率和寿命的高精度预测。同时,速率类比法则的准确度与理论参数推导时选取的经典LEFM模型有关。平均扩展速率模型和速率类比法则为外场飞机单机寿命监控提供了一种可靠的疲劳寿命预测方法。     

燃气流过有机玻璃圆管内的数值模拟

为了掌握燃气流过有机玻璃圆管的降温情况,以设计出可以实现所要求的燃气出口温度的控温装置,通过建立管内壁热降解瞬态热传导数学模型,得到移动气固交接边界计算网格的速率时间形。基于STAR-CD软件,通过编写用户子程序模拟出管中流体平均体积温度与管内壁面温度之差沿轴向的时间形。在气流与固壁之间的热流量沿轴向一致的条件下,通过加入降解退移速率的第三类热边界条件方程,求解出不同时间管内壁面轮廓沿轴向变化情况,模拟值与试验结果基本吻合。     

抽拉速率对Ti-47.5Al-2Cr-2Nb-0.2B合金的定向凝固组织的影响

采用亚快速定向凝固装置成功地制备了Ti-47.5Al-2Cr-2Nb-0.2B合金定向凝固试样,观察了不同凝固速率下的固液界面形貌、过渡区和稳态区凝固组织.实验结果表明,在2μm/s抽拉速率下,合金界面以胞状界面形态生长,全片层组织(γ+α2)取向与生长方向成0°和45°的夹角,合金凝固时的领先相为β相.在100μm/s凝固速率下,合金界面以枝状形态生长,全片层组织方向与生长方向的夹角为90°,领先相从β相转化为α相.通过将合金中Cr和Nb元素的含量折算成Al的含量,计算Ti-48.3Al合金中α和β相界面生长温度,发现凝固速率达到180μm/s时,领先相可由β相转变为α相,理论计算结果支持实验中的相选择转变过程.     

微型客车后视镜气动噪声仿真分析与控制

采用大涡模拟(LES)对某微型客车的瞬态外流场进行仿真分析,应用Lighthill-Curle声类比理论,采用FW-H声学模型,预测其车外气动噪声特性.对后视镜局部造型进行优化改进.最后进行了实车道路实验,测试了60～120 km/h整车噪声,测试结果表明,通过改进后视镜的造型整车噪声有了明显降低,且最大降幅为1.2 dB.      

环件惯性摩擦焊过程中轴向缩短量的数值模拟

建立了GH4169合金环形件惯性摩擦焊接过程的热力耦合有限元模型,计算了不同工艺条件下惯性摩擦焊工件的轴向缩短量,分析了初始转速、焊接压力和转动惯量对轴向缩短量的影响规律,计算了整个惯性摩擦焊接过程中摩擦副的轴向缩短量和轴向缩短速率,并做了相应的试验验证,计算结果和度验结果吻合较好.     

置氢Ti-6Al-4V合金超塑变形行为

研究了置氢Ti-6Al-4V合金的超塑变形行为.结果表明,氢可以增强动态回复和动态再结晶效应,使真应力-真应变曲线表现出相对稳定的流变应力;置入适量的氢可以使峰值流变应力降低58%,从流变应力的角度出发,相当于使应变速率提高几倍或使超塑变形温度降低约50℃;随氢含量的增加,延伸率呈下降趋势,超塑拉伸断口由延性断口转变为脆性断口.     

含Sc的超高强Al-Zn-Cu-Mg-Zr合金的晶间腐蚀和剥落腐蚀行为

研究了含钪Al-Zn-Cu-Mg-Zr合金的晶间腐蚀和剥落腐蚀行为.结果表明:合金在过时效状态下具有最低的晶间腐蚀与剥落腐蚀敏感性;随着时效时间的延长,其晶间腐蚀与剥落腐蚀敏感性逐渐降低;在EXCO溶液中进行的极化曲线测试也表现出相同的趋势.合金发生晶间腐蚀与η'和S'相的析出与分布紧密相关.随着时效时间的延长,η'和S'相不断析出并向平衡相η和S转变,进一步聚集长大,一方面减少了晶间腐蚀的阳极通道,另一方面减小了沉淀相与基体之间的开路电位,从而使晶间腐蚀和剥落腐蚀的速率降到最低.     

固液发动机固体燃料瞬态退移速率

为了研究固液混合火箭发动机中固体燃料退移速率在发动机工作过程中的变化特性,基于固液混合火箭发动机的工作特点,利用燃烧流动与固体区域传热耦合计算以及动网格技术,建立了固液混合火箭发动机固体燃料瞬态退移速率预示的数值模型,并对某带预燃室、补燃室以及扰流环结构的模型发动机进行了研究。计算结果表明,固体燃料热解表面的温度以及退移速率随着发动机的工作逐渐降低;在同一时刻沿发动机轴线燃料热解表面上各点的退移速率以及温度不同;扰流环可以提高它后面局部区域固体燃料的退移速率以及表面温度。     

过氧化氢水溶液在自分解过程中的温升特性研究

针对过氧化氢水溶液在自分解过程中分解放热引起的温升进行传热分析,建立数学模型,求解得出随着浓度、比热容、分解速率以及散热等因素下的温升变化规律。其结果可以为过氧化氢溶液的储存、输送以及推进燃烧控制提供重要的理论依据,为进一步掌握过氧化氢热化学机理提供理论基础。