FFU内部结构优化的数值模拟和试验

采用数值模拟和试验相结合的方法对风机过滤单元(fan filter unit,FFU)的内部结构进行了优化.利用CFX软件获得内部流场分布,对比模拟结果与实测结果,发现误差在可接受范围内,证明了模拟结果的可靠性.基于节能和均匀送风的原则对FFU的内部流场进行了分析,提出了优化方案.对造成漩涡的流道突扩结构进行了修改,通过模拟发现漩涡明显消失,流动更加顺畅.重新设计了导流装置,解决了导流板出口的切线方向的速度远大于其他区域的问题,实现了均匀送风.改进了实际设备,并用FFU性能测试台进行了测试,结果表明:优化之后的FFU出风更均匀,静压更高,在高风速工况下空气动力效率也得到提升.     

整体静压箱在济南奥体体育馆中的应用

静压箱是一种传统的通风设施,一般用于室内温度、湿度、洁净度和气流分布均匀有精确要求的空调风系统中,它既可用来减少通风、空调系统中的噪声,又可获得均匀的静压出风,减少动压损失。在实际的通风系统和空调的风系统中,常常会遇到通风管道方变圆、圆变方等各种情形,采用静压箱作为管件来连接他们,就能大大地简化系统,提高通风系统的综合性能。     

快速高效地板辐射供暖特性影响因素的数值模拟

数值计算了夏热冬冷地区不同的结构层厚度、地暖管导热性能以及超导模块特性对快速高效地板辐射供暖特性的影响。结果表明:当地暖进水温度为318 K、室内初始温度为279 K、开启地暖10 min后,结构层厚度从0 mm增加到15 mm时,室内温度最高相差13. 2 K;地暖管导热系数从0. 4 W·m~(-1)·K~(-1)增加到3. 6 W·m~(-1)·K~(-1)时,室内温度最多相差6. 4 K;比较是否铺设导热模块两种情况,相同供暖时间下,最大相差13 K。为了综合评价快速供暖的影响,提出室内温度不均匀系数,并发现当结构层厚度δ5 mm、地暖管导热系数λ1. 2 W·m~(-1)·K~(-1)、有超导模块工况下,室内平均温度在289. 6～296. 5 K之间,温度不均匀系数在3. 77×10~(-3)～5. 89×10~(-3)之间,有较好的室内温度舒适性和均匀性,可以满足快速供暖需求。     

C型地铁列车次风道出风均匀性研究

利用数值模拟方法研究了C型地铁列车次风道内的空气流动特性和出风均匀性.研究结果表明:扰流板铅直宽度、混合腔前端斜隔板以及隔板孔洞与出风口的相对位置是影响风道气流组织的3个重要因素.因受尺寸限制和不合理内部结构的制约,C型地铁列车不能很好地实现静压送风,从而可能导致不合理的速度分布和出风的不均匀性.     

小尺度空间自然降雨的均匀性分析

为了给降雨发生装置的均匀性指标提供参考,依据模拟降雨均匀性的测试方法,进行了1 m×1 m小尺度自然降雨的均匀性实验和风对自然降雨均匀性的影响实验,并对各项指标进行了评估。结果表明:在小尺度范围内,自然降雨过程的空间均匀性较好,4个均匀性指标之间具有较好的一致性,其中均匀度系数CU≥98%,降雨面离差系数C≤0.02,降雨不均匀系数η≥0.96,降雨比值系数α≥1.03;风会导致测试区域内降雨量测量值偏小,但是其对小尺度空间降雨事件的均匀性影响较小,因此,消除风的影响对自然降雨的小尺度空间均匀性的提高并不显著,但是能够显著减小测试点的随机偏差。     

静压箱特性的研究

基于静压箱是通风管网中一种特殊的连接件.通过对其消声、阻力、均压等性能进行研究表明静压箱的消声性能除与噪声的频率、静压箱的扩张比、静压箱的长度等参数有关以外,还和它与通风管道的连接方式关系密切;要增强静压箱的均压效果,在负压通风系统中,静压箱的长度大于静压箱断面积平方根的1.5倍.在通风系统或空调风系统的复杂连接处采用静压箱连接,且进风管插入静压箱内,既可减少通风阻力,又可降低通风系统的噪声,提高了通风系统的综合性能.图1,表2,参6.     

风机过滤单元性能指标参考限值与初期设备优选

为填补风机过滤单元（fan filter units）的研究及标准中未提供设备最优选择方式的空缺,基于积累的大量FFU性能测试数据以及国内半导体行业的用户要求提出FFU各性能指标的参考限值,并提出利用层次分析法（AHP）将设备性能定性评估进行定量化求解,计算各指标所占权重,合理对FFU设备进行初期优选。总结测试数据发现,常规工况下风机过滤单元的性能逐年提升,表现为设备能耗显著降低、面风速均匀性更优、设备稳定性更强、噪声更小。各性能指标明确主观重要性后经层次分析法进行权重计算,能耗性能指数EPI权重最大,面风速均匀性权重次之,过滤器阻力等指标权重较小。结合FFU设备性能测试结果,利用层次总排序计算出权重占比最大的设备为最优设备。     

低功耗肖特基整流器件用200 mm高均匀性硅外延层生长工艺

200 mm硅外延片是肖特基器件的关键支撑材料,但是大尺寸硅外延层生长面临反应面积大、易受热流场扰动影响的问题,导致采用传统外延工艺始终未实现预期目标。利用Centura外延炉,在200 mm的硅单晶衬底上化学气相沉积(CVD)了结晶质量良好且高均匀性的外延层,外延层厚度不均匀性1. 0%,电阻率不均匀性1. 1%,无滑移线、雾等缺陷。实验利用光学显微镜、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、汞探针电容-电压测试仪(Hg-CV)等测试设备分别研究了外延层的表面形貌、厚度和电阻率等参数。通过精确调节外延炉内的热场和流场分布,结合设计附面层杂质稀释、基座浅层包硅等技术,解决了参数一致性与稳定性问题,实现了高质量200 mm的硅外延层。     

大尺寸中阶梯光栅铝膜均匀性研究

以内径1.1m的大尺寸中阶梯光栅镀膜机为例,设计了提高膜厚均匀性的修正挡板,并应用到了镀膜机中。在520mm×520mm的镀膜面积范围内,膜层厚度的均匀性误差从±6%降低至±0.96%,满足大尺寸中阶梯光栅研制的膜厚均匀性要求。     

方形散流器喉部对送风气流均匀性的影响分析

由于水平风管与方型散流器接管不当,导致气流进入散流器喉部扰动较大,从而使散流器四面出风不均匀,影响了室内气流的分布.以散流器四面出风的均匀性指标为研究对象,以数值计算为研究手段,结合实际工程测试数据,对不同风速下改进型散流器的气流分布进行了计算分析,提出了增加散流器喉部导流装置的高度以及在喉部设置角度可调的导流叶片的两种技术措施,并建立了相应的测试平台.测试结果表明,改进后的导流叶片更易平衡垂直于送风方向散流器出口两侧的送风量,从而较易保证散流器四面出风的均匀性,显著提高散流器整体的送风均匀性,较大地改善了室内舒适度.     

DPF孔道内流场及微粒沉积特性的数值模拟

通过Fluent软件建立了柴油机微粒捕集器(diesel particulate filter,DPF)计算模型,运用离散相模型模拟计算了孔道内部气体与微粒的流动,并针对不同壁面渗透率及滤饼层厚度进行了研究.结果表明:沿DPF长度方向,进气孔道内气流速度逐渐降低,排气孔道内气流速度逐渐增大,壁面渗流速度也逐渐增大;渗透率的增大会加剧DPF孔道内速度的变化,同时引起进气孔道内静压下降,但对排气孔道静压影响不大;微粒在DPF孔道内分布具有不均匀性,后端沉积较多而前端较少;随着滤饼层厚度的增加,微粒分布不均匀性逐渐降低,压降受DPF进气流速的影响则逐渐增大.     

混合动力车电池模组冷却结构优化

通过对混合动力车电池箱并行结构的改进,改善了原有并行通风结构的进风不均匀性,达到对电池模组前后表面冷却的目的.按照进风形式和流道结构的不同,设计了楔形、梯形和圆孔挡板3种进风结构,圆孔挡板结构均匀进风效果最佳.对圆孔挡板结构进行冷却维度改进,设计了平行冷却和垂直冷却2种方式.结果表明:双流道、垂直冷却结构较优,在中低放电倍率和环境温度小于30℃的情况下,出口流速为6m·s~(-1)、电池间隙为4~6mm时散热效果最佳.     

基于计算流体力学的总静压复合探针设计及试验分析研究

针对航空发动机及燃气轮机内流场压力测试探针尺寸小、测点多、高精度、高可靠性的要求,基于CFD(Computational fluid dynamics)仿真分析手段,根据圆柱绕流的特点,对不同直径的探针进行了气动性能分析,研究其表面压力分布规律,根据CFD分析结果确定了总静压复合探针设计方案并加工了试验件,试验件的风洞校准试验分析结果表明：在来流无偏角的情况下,Ma0.2到Ma0.6的范围内,Φ10 mm探针静压孔角度在±50o时、Φ12 mm探针静压孔角度在±47.5o时、Φ14 mm探针静压孔角度在±45o时,测量误差在±1%以内,可满足一般试验的精度要求。另外,在满足探针±1%的测量误差的前提下,Φ10 mm探针静压测量不敏感角在马赫数0.2～0.5范围内,可达到±18o;在马赫数0.6时,能达到±15o。Φ12 mm和Φ14 mm探针静压测量不敏感角在马赫数0.2～0.4范围内,可达到±18o;在马赫数0.5时,能达到±12o;在马赫数0.6时,可达到±3o。探针的总压测量误差在马赫数0.2～0.6、±15o的偏转角度范围内可达到±0.3%的发动机测试要求。     

π形梁厚膜压阻式加速度传感器研究与设计

介绍了一种新型的基于陶瓷基片加工工艺的π形梁15 000 m/s2厚膜压阻式加速度传感器.在加工过程中采用厚膜工艺与梁加工成型工艺,从而保证了梁结构的完整性.分析了该传感器的结构参数和灵敏度,同时介绍了其工艺流程及封装后的测试结果.基片尺寸为15 mm×6 mm×1 mm,其中敏感质量块尺寸为6 m×6 mm×1 mm,梁尺寸为3 mm×6 mm×0.3 mm.经初步测试,在采用12 V电源供电时灵敏度为0.002 4mVs2/m左右,响应频率为1.29 kHz.     

地板送风静压层内气流的数值模拟与送风特性实验

采用计算流体力学(CFD)技术,对地板送风静压层的空气流动进行了数值模拟,并进行了典型的实验来验证计算结果.通过对计算结果与实验结果的比较,说明对于地板送风静压层内空气流动的CFD模拟,采用0 1 m的网格划分间距、标准k ε湍流模型是合理的.实验和计算结果一致表明,对于高度为170 mm的地板送风静压层,地板送风口的速度和送风量分布受到入口射流的影响,处于不同位置的地板送风口,其速度分布不同,有的均匀,有的速度值相差10倍.由数值模拟的地板送风静压层内空气流动特征,可展示和分析地板送风静压层的以上送风特性.     

GTEM小室交叉极化特性及三维场均匀性FDTD分析

采用时域有限差分法评价了1 GHz以内吉赫兹横电磁波(GTEM)小室的交叉极化特性和三维场均匀性.根据IEC 61000-4-20标准,采用9点网格法分别对测试区的1/3和1/2内导体高度区的场分布特性进行了宽频带分析,并以测试区中心截面的名义场强为参考评估了沿纵向的场均匀性.计算结果表明:在1/3内导体高度区,三维场均匀性满足6 dB限制,但工作频率超过一定频带后,交叉极化分量满足小于主分量6 dB要求较为困难;随频率和测试区的增大,交叉极化特性和场均匀性下降,但较易满足放松要求.经实验证实计算结果准确可靠.     

多室薄壁箱梁腹板弯曲剪力流计算及截面参数分析

基于薄壁杆件结构理论,推导出多室薄壁箱梁腹板弯曲剪力流的计算公式,将其应用于钢箱梁剪力流的计算,并与有限元分析结果及已有文献中的计算结果相比较,同时分析了有无悬臂板、悬臂板厚度、梁高、腹板厚度、底板厚度和箱室宽度对腹板剪力流分配的影响。结果表明,所推导的公式具有较高的精度;腹板厚度、悬臂板厚度及箱室宽度为多室薄壁箱梁腹板剪力流分配比的主要敏感参数,梁高与底板厚度为次要敏感参数;在桥梁结构受力分析中,为简化计算而不考虑悬臂板,会降低边腹板的荷载分配比,导致横隔梁的设计安全系数下降。     

叠层模板电沉积中沉积均匀性的实验研究

为了改善叠层模板电沉积技术(LTE)中沉积层的均匀性,以减少辅助工序的工作量,采用直流电流、正脉冲电流和换向脉冲电流3组电流配置进行对比实验,对电流参数包括换向脉冲的脉宽、频率,工作时间、关断时间以及电流密度作了调整和优化.通过对宏观厚度和微观形貌的测量,发现:换向电流配置条件下,模板沉积层具有较好的均匀性, 换向脉冲电流的应用可以有效减少LTE工艺的加工难度和加工时间.文中还就换向电流对沉积层整平修饰的作用机理进行了理论分析,并采用优化的换向电流参数制备出了一批截面为20mm×20mm、厚度为4mm的铜质金属实体,证明了该技术的可行性.     

低功耗肖特基整流器件用200mm高均匀性硅外延层生长工艺研究

200 mm硅外延片是肖特基器件的关键支撑材料,但是大尺寸硅外延层生长面临反应面积大,易受热流场扰动影响的问题,导致采用传统外延工艺始终未实现预期目标。本文利用Centura外延炉,在200 mm的硅单晶衬底上化学气相沉积(CVD)了结晶质量良好且高均匀性的外延层,外延层厚度不均匀性<1.0 %,电阻率不均匀性<1.1 %,无滑移线、雾等缺陷。实验利用光学显微镜、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、汞探针电容-电压测试仪(Hg-CV)等测试设备分别研究了外延层的表面形貌、厚度和电阻率等参数。通过精确调节外延炉内的热场和流场分布,结合设计附面层杂质稀释、基座浅层包硅等技术,解决了参数一致性与稳定性问题,实现了高质量200 mm的硅外延层。     

提高进气道冲压阻力测量精度的方法

为提高发动机飞行推力测量精度,对进气道冲压阻力测量计算方法进行了研究。鉴于进气道测量耙总压静压测点不遵循等环面分布,采用数值插值法获得等环面中心点的总压静压值,计算表明:靠近壁面的实际测点与其对应的等环面中心点之间的总压静压差异明显,总压最大差值为1. 0 kPa,静压最大差值为0. 73 kPa。分析了附面层厚度、分区域计算累加法、全区域计算平均法对流量、流速、冲压阻力的影响,结果表明:附面层造成的空气流量最大误差值可达1. 94 kg/s,差异较明显;采用分区域计算累加法与采用全区域总压静压平均值计算的空气流量差异小。采用分区域计算累加法与采用全区域总压静压平均值计算的冲压阻力最大差值仅为0. 09 kN,差异很小,两种方法在推力直接确定中都具有应用价值。