油滴/金属壁面正碰撞的油膜动力学特性

为诠释轴承腔中润滑油滴与腔壁碰撞形成的沉积油膜流动铺展问题,采用流体体积(VOF)方法建立了油滴与金属壁面正碰撞的三维数值分析模型,在试验获得油滴与壁面静态接触角的基础上,通过数值计算,探讨了沉积油膜动态铺展和回缩过程,以及油滴直径和碰撞速度对沉积油膜铺展直径、特征厚度、铺展速度以及碰撞力等油膜动力学特性的影响。结果表明:沉积油膜在最大铺展直径时呈中心微凹的圆盘形状,进入回缩阶段后则蜕变为边缘薄中心厚的圆盘形状;沉积油膜的回缩速度和回缩阶段的碰撞力都非常小,其值接近于0,并保持基本恒定;随着油滴直径的增大,沉积油膜铺展直径、特征厚度、铺展速度以及碰撞力均增大;随着碰撞速度的增大,油膜铺展直径和碰撞力增大,特征厚度却随之减小。与相关试验结果的对比,验证了提出的数值分析模型的可靠性和正确性。      

细水雾喷头喷射压力影响灭火性能的实验

为了研究细水雾喷头在不同喷射压力情况下针对油盘火的灭火效果,采用正庚烷为火灾燃料,在4.6m×3.3m×4m(长×宽×高)的空间内,针对同一型号的细水雾喷头在不同喷射压力下进行了灭火实验,在实验过程中采用热电偶树和气体分析仪对火焰温度及火场氧浓度进行了测量,得到了不同喷射压力下细水雾灭火的影响规律,为细水雾灭火设计、检验标准制定及细水雾灭火产品的开发提供了相应的实验依据.     

油面距油盘沿口高度对细水雾灭火效果的影响

油盘火是细水雾灭火效果检验的标准实验火灾模型,为了确定细水雾针对油盘火模型的实验方法,采用正庚烷为火灾燃料,在长4.6m,宽3.2m,高4m的空间内,对油面距油盘沿口高度进行了灭火实验,在实验过程中采用热电偶树和气体分析仪对火焰温度及火场氧浓度进行了测量,得到了油面距油盘沿口高度对细水雾灭火效果的影响规律,为细水雾灭火设计、检验标准制定及细水雾灭火产品的开发提供了相应的实验依据.      

微量润滑条件下铣削速度对油雾浓度的影响分析

微量润滑（Minimum quantity lubrication, MQL）切削是现代机加工领域一种先进的准干式切削技术,但微量润滑切削过程中产生的切削油雾仍会影响切削现场的环境空气质量,危害切削场所人员的健康。应用重量分析法对切削现场油雾浓度进行检测,分析了润滑油用量、供气压力、喷射靶距、射流温度等不同微量润滑系统参数下铣削速度对切削现场油雾浓度的影响规律。研究结果表明,随着铣削速度的增大,油雾颗粒与高转速刀具发生激烈碰撞形成二次雾化,造成切削现场油雾浓度PM10与PM2.5均相应增大,但微量润滑系统参数不同,PM10与PM2.5随铣削速度的变化规律亦不相同。     

辐射与对流耦合加热下正十二烷液滴的蒸发特性

分别采用表面吸收与内部均匀吸收两种辐射模型结合液滴内部有限导热系数模型,数值研究了辐射-对流热环境中正十二烷液滴的蒸发特性.考虑了液滴与周围气流热物性以及液滴/气流相对速度的瞬态变化,获得了不同对流换热条件与辐射源温度下,液滴半径、温度及蒸发率的变化规律.比较了两种辐射吸收模型的预测结果差别,分析了热辐射对液滴蒸发的影响.结果表明,两种辐射吸收模型对液滴寿命预测结果的差别较小,但内部吸收模型能反映液滴表面的能量供给特点.当辐射源温度与对流气流温度相同时,热辐射对液滴蒸发的影响较小;当辐射源温度比对流气流温度高得多时,热辐射的影响很大.      

低速下水滴撞击固体表面运动模拟

以水滴撞击飞机部件造成结冰问题为背景,运用level set界面追踪方法,把不可压黏性方程组中的表面张力用level set函数表示,并利用2阶变密度投影算法求解二维不可压Navier-Stokes方程组,数值模拟了低速下的水气界面追踪问题.为了能够处理密度比为1000的水气界面问题,在界面处引入了一定宽度的光滑过渡带宽,进而消除了由于界面两边大密度比引起的数值震荡,由此较为成功地模拟了大水滴在不同表面张力时撞击平板后的形态变化及其运动轨迹.数值实验结果表明本算法可以有效地处理界面处密度比和黏性很大的不可压多相流问题.考虑界面处的表面张力,本算法可模拟不同表面张力下的界面运动变化.      

小几何特性小孔径细水雾离心喷嘴的数值模拟

针对最大流量原理法在设计小几何特性小孔径细水雾离心喷嘴方面的不足,采用Fluent软件中的多相流混合模型,模拟了包含蒸气和水两相的喷嘴内部流动,得到了流量、喷雾锥角等宏观参数,并和实验测量数据以及理论计算值进行了对比,分析了不同结果产生的原因;同时,还对喷嘴内的气液两相体积分数、轴向与切向速度、压力分布等流场特性参数进行了分析,着重论述了与理论模型之间的差异以及相应的机理.数值模拟方法考虑了液体的粘性和壁面摩擦力等因素,较好地反映了喷嘴内部的流场特性,为小几何特性小孔径细水雾离心喷嘴的设计提供了借鉴.      

均匀金属微滴打印大高径比金属针肋及其形貌预测

散热器是航天器热控系统的核心部件,采用金属微针肋阵列结构的散热器具有优良性能,能够极大提升散热效率。但微小金属针肋结构有大长径比、弱刚度的特点,切削或铸造等传统成形方法存在切削受力变形、难以填充型腔或脱模等不利因素,使得微针肋阵列高径比受到制约。本文提出均匀金属微滴3D打印直接成形大高径比金属微针肋方法,研究了基板温度、液滴沉积温度与液滴最终形貌的关系,建立了沉积液滴形貌以及微针肋轮廓预测模型,实现了针肋形貌的预测。在相应参数下以锡铅合金为材料进行了微滴打印试验,打印出直径为394μm、高径比超过100的金属微针肋,为将来航天器用高效微针肋散热器的3D打印新途径奠定了基础。     

高温高压环境下煤油液滴蒸发过程实验研究

应用高速摄影系统和图像处理技术研究了煤油液滴在温度473~773 K、压力1.0~4.0 MPa静止气体环境下的蒸发过程,得到了环境温度与环境压力对煤油液滴特性的影响规律。实验结果表明:环境温度低于573 K时,煤油液滴蒸发D2曲线不符合d2定律;环境温度高于673 K低于773 K时,液滴直径变化与d2定律吻合。环境压力对液滴蒸发的影响与环境温度密切相关,环境温度低于473 K时,随着环境压力的升高,液滴蒸发速率变慢;环境温度高于673 K时,随着环境压力的升高液滴蒸发速率加快。     

考虑遮蔽区影响的旋翼三维水滴撞击特性计算新方法

针对直升机旋翼三维黏性流场特有的复杂环境,建立了一种基于欧拉法的旋翼三维水滴撞击特性计算的新方法。首先,在旋翼桨叶嵌套网格的基础上,发展了一套用于预测旋翼绕流流场的计算流体力学(CFD)模拟方法。然后,为克服传统直升机旋翼二维水滴撞击特性计算方法的不足,充分考虑旋翼流场的三维效应,在嵌套网格中基于欧拉法求解旋翼三维水滴撞击流场。其中,为解决尾流等区域的密度脉冲现象所引起的稳定性和收敛性问题,提出并建立了遮蔽区扩散模型。该模型通过判断遮蔽区变量,在计算域中动态生成遮蔽区域,并随迭代步数逐渐扩散。最后,通过与NACA0012翼型及国外UH-1H桨叶的试验和计算结果的对比,验证了旋翼三维水滴撞击特性计算新方法的可靠性,并进行了温度和水滴当量直径(MVD)对旋翼三维水滴撞击特性的影响分析。结果表明:遮蔽区扩散模型的加入,使二维情况的计算时间减少了22%,并增加了三维情况的计算稳定性,显著提高了旋翼三维水滴撞击特性的计算效率;沿着旋翼桨叶展向位置增大的方向,旋翼桨叶剖面水滴撞击范围有所增大,最大水滴局部收集系数呈先增加后减少再增加的变化趋势,其变化幅度接近50%;旋翼桨叶表面的水滴撞击区域和水滴局部收集系数随水滴当量直径的增加而增加。