基于OpenFOAM的真实流体模型库及均相求解器开发

为了正确认识高压环境下的流体非理想性特征,及其对于低温射流喷雾过程的影响作用,将多种不同真实流体模型写入到开源CFD程序OpenFOAM仿真平台中,编译形成具有广泛通用性的真实流体热物理模型库;并将高压下真实流体特征的影响引入到压力修正算法中;开发出适用于描述超临界环境下低温流体流动过程的均相求解器。对高压下流体热物理性质的非理想性,以及超临界环境下的低温液氮射流喷注过程进行研究。结果表明:高压下的真实流体效应主要体现在低温区域,本文所建立的模型库可以在任意热力学状态范围内正确预测流体热物性;基于此模型库所开发的均相求解器可正确预测超临界环境下低温射流的详细流动特征和结构,而理想气体模型则会大幅低估射流核心区密度分布,中心线上误差高达68.9%;综合考虑计算精度和效率,PR EoS及相关模型更适合于这类超临界流动问题的求解;低温射流跨临界喷注中局部区域所发生的虚假沸腾现象会导致射流温升速率降低、体积膨胀速率加快;射流核心区压缩因子明显1,在数值仿真时必须考虑高压环境下的真实流体效应。     

高空模拟试车台动静架新型篦齿密封结构研究

航空发动机高空模拟试车台(简称高空台)动静架连接处存在气流泄漏或注入现象,导致低温试验时湿空气进入发动机,影响试验安全。针对该问题,根据理论分析和数值仿真,设计了一种基于中段进气的新型篦齿密封结构,建立了高空台动静架连接结构数值模型,分析了篦齿密封流场特性及泄漏特性。当进气口处于理想零泄漏状态时,控制口压力与进气口压力成正比;当控制口进气时,温度对封严效果基本无影响。本研究为减少高空模拟试车台动静架连接处主流道流量损失、提高试验安全系数,提供了一种新的高效密封结构。     

0.3 m低温风洞液氮供给系统研制

基于系统级的一维热流体模拟分析,建立了适用于研究分析0.3 m低温风洞液氮供给系统的数学模型,并开展了系统漏热、两相流及缓冲罐中液氮容积等流体动力学分析;在系统现有控制策略及试验数据的基础上,基于该数学模型开展了系统压力动态响应分析,获得了在阀门动态调节过程中管网压力的瞬态响应,计算结果与试验值的总体误差控制在10%以内。喷射压力一致化改造避免了阀间干扰,添加的回流管道消除了供给末端的两相流现象,使喷射压力控制精度达到1.1%,调节时间减少到23 s,实现了风洞总温快速安全调节和精确控制。     

低温等离子处理对PTFE表面性能的影响

采用He,O2为处理介质,对PTFE(聚四氟乙烯)薄膜进行了低温等离子体表面改性.分析了表面元素,测试了接触角和表面能,用原子力显微镜观察了PTFE表面形貌.研究表明:经等离子体表面处理后,PTFE接触角降低,表面能提高;经He处理后,水接触角由108°最低下降至82.4°,表面能由24.0mJ/m2到34.4mJ/m2;经O2处理,水接触角由108°下降到了80.6°,表面能为35.8mJ·m2.形貌观察表明,处理后的PTFE表面粗糙度明显增加,引入了含氧官能团.另外,得到较佳的处理参数:O2为处理介质、功率300 W.     

正压漏孔校准方法研究

以国内外正压漏孔校准装置及技术的发展现状为基础,研究了定容变压法、恒压变容法、动态比较法等正压漏孔校准方法,分析了这些方法的基本原理、装置构成和漏率测量范围,同时将它们的关键技术、实现的难易程度、优缺点等进行了比较和评价,并对我国正压漏孔校准技术的研究工作提出了建议。     

氟硅橡胶的低温拉伸性能研究

研究了FS6265氟硅橡胶的低温拉伸性能.FS6265氟硅橡胶随温度的降低,拉伸强度从30℃时的8.8MPa增大到-70℃时的29.8MPa.同时,拉断伸长率则先增加后降低,并且在-30℃时达到最大值:268%.但当温度低于-50℃时,拉断伸长率急剧下降,由150%降至-60℃时的29%,几乎失去了橡胶弹性.     

用于发动机羽流试验研究的液氦热沉设计

超低温大型卧式热沉采用液氦制冷,将在国内实现热沉表面温度低于10K,主要用于航天发动机羽流效应试验,同时兼顾卫星等热真空试验.热沉主体结构为卧式圆筒型,为减小热损失,液氦热沉去掉了骨架,外部装有液氮热沉,两者采用一体化设计,液氮热沉既做液氦热沉的防辐射屏,又做液氦热沉的支撑.为增大抽速,舱体封头端设计了可拆卸的羽流吸附泵.羽流试验时液氦热沉、羽流吸附泵通液氦制冷,液氮热沉通液氮制冷,各部分热沉单独供液.对此大型热沉进行了方案设计、参数计算,对热沉预冷及稳态工况时的液氮、液氦消耗量进行了估算,分析了羽流试验时热沉抽气速率随试验工质温度的变化关系,得出液氦热沉对氮气的抽气速率可以达到107L/s量级.      

液体火箭贮箱增压排液过程温度场数值研究

针对某液体火箭贮箱增压排液过程,采用二维数值模拟方法对其温度场进行计算.选用低雷诺数k-ε模型分析流体与固壁间的耦合换热,考虑到气液之间发生热质转移现象,编写了控制相变的用户自定义程序(UDF)并植入Fluent软件.采用文献实验数据对相同工况下的计算结果进行验证,对比结果表明所建立的二维模型能够有效预测气枕温度、壁面温度沿轴向分布规律.数值模拟结果发现:气体扩散器入口方向、入口面积对气枕温度、壁面温度的轴向分布影响较弱,而对靠近增压口附近的温度场影响明显.当增压气体竖直向下进入气枕时,贮箱上封头附近气枕温度较低,有利于保障安全阀的可靠运行.当增压气体水平进入气枕时,扩散器直径变大,贮箱顶端高温区范围相应扩大.      

亚微米晶NiAl-Al2O3复合材料的制备及其烧结-锻造短流程成形

以Ni粉和Al粉为原料,通过机械合金化和真空热压烧结制备了高致密的NiAl-5％Al2O3(体积分数,下同)复合材料,并利用烧结-锻造技术制成了该材料的前缘模拟件.机械球磨后,粉末颗粒充分细化,Ni和Al发生原位反应,并最终生成NiAl-5％Al2O3复合材料粉末.经1300℃真空热压烧结,获得致密的NiAl-Al2O...     

LD10高强铝合金真空扩散焊工艺研究

针对LD10铝合金真空扩散焊工艺，较详细地分析了焊接温度、压力和保温时间对接头质量的影响和作用。试验指出，焊前试件的表面清理是很重要的；接头的抗拉试验表明，不需加任何中间层金属，LD10铝合金的搭接接头抗拉强度系数大于80％．本试验条件下的最佳扩散焊工艺参数为：焊接温504℃；保温时间3h，焊接压力4MPa．