多层喷射沉积耐热铝合金管坯热流分析(Ⅰ)--雾化过程热流分析

建立了多层喷射沉积制备管坯的雾化过程热流模型，并对耐热铝合金熔滴在雾化飞行过程中与雾化气流的动能和热能交换进行了计算和分析．计算结果表明：①小直径熔滴在飞行过程中的平均冷却速度较大，其凝固可以在较短时间内完成；②不同直径熔滴飞行过程中的平均冷却速度均随飞行距离的增加而减小；③在0～0．2m的雾化距离内，直径为10～220μm的耐热铝合金熔滴平均冷却速度可以达到10^4K／s以上．     

喷射沉积Si-Al合金的数值模拟结果与分析

采用热辐射修正，模拟了喷射沉积Si-Al合金的凝固过程，研究了熔滴的速度、热交换作用系数、温度、熔滴冷却速度及固相分数与沉积距离的关系，讨论了辐射相修正前后熔滴的温度和固相分数的变化以及雾化压力和沉积距离对固相分数的影响．     

海面动量,热量及水汽通量的浪沫效应：Ⅱ.数值计算及结果比较

本文是“海面动量、热量及水汽通量的浪沫效应”的第２部分。文中根据本课题第１部分方程组及初值化等改写所得方程组，对不同初始滴径和垂直速度的飞沫，在不同背景风场和温度场的情况下，计算飞沫入海距离、速度、滴径和滴温，以及估算飞沫出入海面所携带的动量、热量及水汽量等的变化量。计算结果所作比较说明了飞沫在海气相互作用中的重要作用。     

PZT溶胶液静电雾化雾场模拟

通过对商用计算流体力学软件FLUENT进行功能扩展，实现了空气流场、空间电场和离散雾场多场耦合过程的数值模拟．由实验数据确定雾滴的滴径和电量，采用拉格朗日模型计算雾滴在重力、空气阻力、外部电场力及雾滴间相互库伦排斥力作用下的运动轨迹，并得到雾滴的速度与其空间分布密度，由此计算雾滴在衬底上的沉积通量．     

大功率LED荧光粉涂覆中流场分布的数值研究

采用计算流体动力学(CFD)与数值模拟方法研究大功率发光二极管(LED)荧光粉喷涂过程中荧光粉胶的流动传输和雾化过程,建立了三维荧光粉流场模型与数学模型,用于描述两种不同的喷涂枪外部荧光粉胶流场的速度分布,最后通过喷涂实验验证了仿真结果与实验结果的一致性.研究表明:在不建立雾化过程模型的情况下,采用数值模拟能准确预测LED荧光粉喷涂过程中荧光粉微滴的轨迹和速度分布;在相同喷涂距离内,荧光粉微滴直径越小、速度越快,小荧光粉微滴加速和减速的距离就更短.     

环境结冰试验中液态水滴传热特性

航空发动机环境结冰试验时,使用二元喷嘴将纯水雾化成液态水滴,液态水滴喷出后与发动机进气发生传热过程,到达发动机进口前需达到过冷状态,从而在发动机进口处结冰。研究了液态水滴与主气流间传热过程,建立了液态水滴运动方程和传热方程,编制了液态水滴传热特性分析软件,并研究了不同参数对液态水滴过冷位移的影响,计算了军用和民用航空发动机环境结冰试验时的最短喷雾距离。结果表明:液态水过冷位移与液态水滴直径的平方以及气流速度基本呈线性关系;在1.6 m喷雾距离下,液态水滴能达到过冷状态,且和气流两相温差不超过2℃。     

FGH95合金雾化熔滴凝固热学参数数值计算

运用等效热容法对等离子旋转电极雾化（PREP）FGH95高温合金熔滴在冷却凝固过程中的凝固热学参数进行了数值计算，给出了雾化熔滴在凝固过程中固液界面前沿的温度梯度及固液界面移动速率随固相分数的变化关系以及熔滴冷却速率和凝固时间随熔滴尺寸的变化关系。     

高聚物熔滴形成与断裂过程的数值模拟

为了探究高黏度流体在机械撞针式微液滴喷射头作用下形成液滴及断裂的过程，采用计算流体力学软件模拟了聚丙烯熔滴的形成过程。结果表明，熔滴形成时要经历颈缩、伸长及断裂等过程，在各种力的综合作用下形成拖尾状液滴，与低黏度液滴在形态上存在显著差异。另外还分析了锥面张角、熔腔间隙、喷孔直径及喷孔长度对熔滴体积的影响，从而为微喷头的结构设计提供参考。     

同轴气流作用下压电驱动式微滴喷射行为的实验研究

为探究同轴气流对压电式微滴喷射过程的影响,自行设计并制造了设有同轴气流喷射槽的压电式微滴喷头,构建了微滴喷射与观测系统.采用双极性梯形波作为压电驱动波形,利用微滴喷射过程的可重复性,应用电荷耦合器件相机获取不同时刻的微滴图像;在此基础上,对同轴气流作用下压电驱动式微滴喷射行为进行了研究.结果发现:随着同轴气流强度的增大,微滴的延伸长度增加,其在喷嘴出口处的断裂时刻不受影响,在飞行过程中头部与尾部发生断裂的时刻延后;飞行微滴总体积略有减小,主液滴体积减小,而卫星液滴体积增大;主液滴与卫星液滴的前端速度和末端速度均有增大趋势,主液滴和卫星液滴末端速度的波动幅度与频率均有所下降;主液滴与卫星液滴形状都更趋于扁平,主液滴当量直径减小,而卫星液滴的当量直径则增大.研究阐明了压力波与同轴气流共同作用下微滴的喷射行为,揭示了同轴气流在微滴延伸、断裂和飞行过程中的作用规律,为同轴气流辅助式压电微滴喷头的设计提供了基础.     

基于PFM平均电流调节的脉冲MAG焊熔滴过渡控制

一脉一滴熔滴过渡形式是脉冲MAG焊熔滴过渡的最理想过渡形式。根据脉冲MAG焊一脉一滴熔滴过渡的要求，采用峰值阶段恒流和基值阶段恒流实现电源外特性，针对两阶段恒流外特性等速送丝条件下弧长的控制问题，通过PFM调节方式实现平均电流的调节，从而调节焊丝熔化速度，解决一脉一滴熔滴过渡过程中弧长的控制问题。试验结果表明所设计的PFM平均电流调节系统能实现良好的脉冲MAG焊一脉一滴熔滴过渡，焊接过程稳定，焊缝成型美观。     

不锈钢模具快速制造技术

为了解决低熔点材料电弧熔射成形模具使用性能差、寿命低等问题,提出电弧熔射成形制作不锈钢模具的方法.以不锈钢材料为研究对象,研究电弧熔射过程中输入参数对飞行熔滴温度和速度的影响,分析熔滴的扁平化过程,并对熔射层的硬度和孔隙率进行测试.实验结果分析表明,雾化气体压力直接影响熔滴的雾化状态,熔滴飞行温度、速度,以及成形质量.随着空气压力的增大,熔滴飞行速度提高,熔射层致密且氧化物质量分数减少,气孔率降低,显微硬度也大大提高.熔射模的预热温度直接影响着熔滴的扁平化状态,从而影响熔射成形质量.     

工艺参数对复合材料长桁预制体变形成型制件质量的影响

为优化复合材料机械变形成型工艺,利用自主设计制造的机械成型设备制备预成型制件,通过对制件外形尺寸及微观结构进行表征,研究了成型温度、成型速率及成型间距等工艺参数对机械变形成型质量的影响。结果表明：成型温度、成型速率及成型间距3个成型工艺参数对复合材料机械变形预制件的质量都有明显影响,且3个因素之间互相作用;采用本文的材料体系,在制备铺层方式为[0°/45°/90°/-45°]_4s的L-型制件条件下,较优的成型工艺参数为成型间距4.3~4.5 mm、成型温度45~60℃及成型速率3~5 mm/min;通过制件尺寸表征、纤维变形量测量、金相分析等方式可以有效表征机械变形成型制件的宏观及微观质量。     

微纳液滴的凝固及熔化特性研究

金属的凝固和熔化是金属材料成形过程中的重要相变过程.当大体积的金属熔体被弥散为尺度在微米乃至纳米的微小液滴时,金属的凝固和熔化均会由于材料自身尺度的减小,而在相变过程中发生显著的变化.这一过程涉及到基础科学问题的研究、样品制备及表征技术的开发等,对金属的最终组织和使用性能,也会产生显著影响.对本研究团队近年来在微纳液滴凝固及熔化特性方面的研究进行总结,同时对该研究领域未来的发展进行展望.     

双液滴垂直碰撞等温壁面过程分析

采用VOF方法模拟了多孔介质中垂直放置的2个正庚烷液滴垂直撞击壁面的过程,研究了韦伯数、雷诺数、壁面尺寸及圆心距等因素对双液滴碰壁现象的影响,分析了双液滴碰壁过程液滴碰壁、液滴间相互碰撞、相溶、铺展形成附壁液膜、形成皇冠形空间液膜及液膜破碎等过程的动力学特性.分别对比了只改变其中1个参数的情况下,皇冠型空间液膜高度和附壁液膜高度的变化.结果表明:在其他参数不变的情况下,分别增大We,Re,d0/H以及减小d0/s,飞溅的二次液滴数量明显增多,皇冠型空间液膜高度都有不同程度的增大,对附壁液膜高度也有不同程度的影响.     

Colloidal ordering from phase separation in a liquid-crystalline continuous phase

Some binary mixtures exist as a single phase at high temperatures and as two phases at lower temperatures; rapid cooling therefore induces phase separation that proceeds through the initial formation of small particles and subsequent growth and coarsening. In solid and liquid media, this process leads to growing particles with a range of sizes, which eventually separate to form a macroscopically distinct phase. Such behaviour is of particular interest in systems composed of an isotropic fluid and a liquid crystal, where the random distribution of liquid-crystal droplets in an isotropic polymer matrix may give rise to interesting electro-optical properties. Here we report that a binary mixture consisting of an isotropic fluid and a liquid crystal forming the continuous phase does not fully separate into two phases, but self-organizes into highly ordered arrays of monodisperse colloidal droplet chains. We find that the size and spatial organization of the droplets are controlled by the orientational elasticity of the liquid-crystal phase and the defects caused by droplets exceeding a critical size. We expect that our approach to forming monodisperse, spatially ordered droplets in liquid crystals will allow the controlled design of ordered composites that may have useful rheological and optical properties.     

基于成形过程的闭塞式冷锻工艺优化

针对闭塞式冷锻工艺复杂、单纯在某个成形阶段优化金属填充性和成形力无法使工艺参数达到最佳值的问题,提出了一种基于成形过程的冷锻工艺多目标优化方法.结合有限元模拟技术和正交试验方法,在闭塞式冷锻基本成形阶段使金属填充性达到最佳,实现金属填充性的优化,获得相应的工艺参数组;然后采用目标函数值拟合优化方法研究了飞边槽高度与凸模下压量之间的关系,通过控制飞边槽高度使成形力在最终填充阶段达到最小,实现了成形力的优化,在保证金属填充性最优的前提下获得了新的使成形力最小的优化工艺参数组,实现了金属填充性和成形力的分过程优化,优化得到的工艺参数组与物理实验数据一致.研究结果表明,所提出的方法充分考虑了闭塞式冷锻工艺的成形特点,能更简便、更准确、更合理地实现闭塞式冷锻工艺的参数优化.     

液-液循环流化床传热与制冰特性数值模拟

提出一种新型的液-液循环流化床动态制取流体冰方法,该方法采用水在另一种非相溶载冷液体中雾化形成细小水滴,水滴的运动主要受载冷液体的携带作用,水滴在循环流化床内流动过程中两相直接接触换热,水滴冻结实现制取颗粒流体冰目的.针对水雾化成水滴后循环流化床内水滴、载冷液体、冰颗粒所构成的三相系统,基于欧拉-拉格朗日方法,建立了颗粒轨道模型,模型考虑了相间能量、动量耦合.根据所建立的模型,对循环流化床内的多相流动与传热过程展开研究,获得了循环流化床运行参数对制冰过程的传热量和制冰量的影响规律,所得结果为定量预测液-液循环流化床传热与制冰性能及运行参数的合理选取提供了理论依据.     

液-液循环流化床制冰过程的(火用)分析

采用水与另一种非相溶载冷流体直接接触换热结冰的液液循环流化床是一种新型动态制取流体冰方法.针对该方法建立了研究床内多相流动与传热过程的数值模拟平台,以热力学第二定律为基础提出了液液循环流化床制冰过程的火用损失计算模型.采用数值试验方法探讨了水滴直径、载冷液体入口温度和速度对系统的制冰能力和火用损失的影响.研究结果发现,减小水滴直径和入口温度可以不断提高循环流化床的制冰能力,但减小入口速度的作用有限,而减小水滴直径是兼顾制冰能力和过程火用损失的最有利途径.     

瑞风商务车托架零件冲压成形过程的数值模拟

文章在分析覆盖件成形过程数值模拟的关键技术的基础上,采用数值模拟方法对瑞风商务车右托架零件的拉延成形过程及不同工艺参数对成形结果的影响进行了研究;针对模拟结果中工件出现的缺陷,提出了初步的工艺改进方案,为板材成形工艺设计和生产实践提供有效的理论指导。