双吸离心泵空化特性的试验及数值模拟

试验测量了一台双吸离心泵的能量特性和空化特性.基于RNG k-ε湍流模型和质量输运空化模型,探讨了质量输运空化模型中凝结项经验系数对数值模拟结果的影响,结果发现凝结项经验系数主要影响叶轮内空泡长度.在此基础上,修正了双吸离心泵空化流动数值模拟中凝结项经验系数的取值,计算得到的双吸离心泵扬程随进口压力变化曲线与试验结果吻合较好,验证了数值计算模型和方法的准确性和可靠性.双吸离心泵空化流动数值模拟结果表明:随着泵进口压力的降低,空化首先在叶片吸力面进口附近的低压区发生,之后沿叶片吸力面往叶轮流道中部发展,并向叶片压力面扩散;受双吸离心泵蜗壳非对称结构的影响,叶轮内不同流道的空化区域分布不均匀.     

空化螺旋桨非定常粘性流场特征分析

基于粘性多相流理论,在均匀入流条件下,利用混合网格和滑动网格数值求解非定常纳维-斯托克斯（N-S）方程和空泡动力学方程来预报螺旋桨尾流场压力、速度和蒸汽体积分数.螺旋桨片空化、毂涡空化、尾流场梢涡空化和压力等的数值计算结果与相关实验一致.预报的尾流场压力信号叶频和轴频等特征与螺旋桨模型及设定参数一致.叶频信号的衰减速度随着进速系数和空化数的减小而增加.梢涡空化对近尾流场压力波动具有重要作用.     

泄洪洞有压出口渐变段及工作闸门室体型优化

针对黄金坪水电站1号泄洪洞原设计方案有压出口渐变段顶板存在负压，在工作闸门小开度运行时工作闸门室底板出现大范围负压，容易引起空蚀等问题，根据水力学模型试验，提出通过增加有压渐变段长度、改变工作闸门室底板连接形式，对有压出口渐变段及闸门室体型进行优化。试验实测结果表明，优化后的有压段出口项板及闸门室底板在各种运行工况下均没有出现负压，闸门室底板水流空化数显著增加，提高了泄洪洞安全运行的可靠性。     

提高HIFU治疗效率的方法

本文从Pennes生物传热方程出发,分析了影响HIFU治疗肿瘤时靶区能量沉积的因素,然后从优化设计换能器、改变组织声环境和利用微泡增强空化损伤等方面综述了提高HIFU治疗效率的方法.     

表面凹坑阵列陷光结构的光学衍射特征研究

表面凹坑阵列结构具有良好的陷光特性,能有效地降低电池表面的光能反射和延长光在电池吸收层中的光程,因此在光伏领域,特别是在硅薄膜太阳能电池中具有良好的应用前景.本文采用理论分析与实验验证相结合的方法,对凹坑阵列陷光结构的光学衍射特征进行研究,并讨论了凹坑阵列结构的衍射效应对硅薄膜太阳能电池吸收特性的影响.研究结果发现,凹坑阵列陷光结构的深宽比越大,其衍射效率越好,越有利于光的均匀散射,越有利于电池对入射光的吸收和电池效率的提升.另外,凹坑阵列结构的衍射特性还与入射波的波长有关,入射波长越长,其衍射效果越好.本研究对于高效表面陷光阵列的设计以及高效衍射效率光栅的制备具有重要的参考价值.     

文氏管非定常空化流动可视化实验研究

结合高速摄影和脉动压力测量技术,在模拟发动机供应系统动力学边界条件的基础上,开展了某型文氏管非定常空化流动可视化实验研究.获得了空化区详细的内部结构和脉动压力数据,分析了空化区形态的变化和非定常特性.结果表明:随着空化数的降低,文氏管流场从初生空化、膜状空化,过渡至云状空化.在云状空化阶段,文氏管空化流场呈现出复杂的动态过程,空化区可以划分为附着型环向气泡膜和脱落型气泡云.附着型气泡膜作为一个整体,相对较为稳定,内部的压力波动很小.脱落型气泡云上存在大块云团的断裂、脱落和溃灭过程,产生明显的脉动压力峰,脉动压力在频域上表现为无固定频率的宽频带.空化区下游存在局部的高速逆向射流,驱动附着型气泡膜长度不断缩短和伸长,使得气泡膜的长度沿周向也出现明显的不一致.在云状空化阶段,文氏管下游系统出现了290～400 Hz范围的系统性自激振荡.     

上桥泵站改造泵装置模型试验研究及现场测试

针对上桥泵站的经常运行净扬程，以装置效率最优为准则，同时兼顾流量和空蚀性能，优选了适合于上桥泵站更新改造的水力模型350ZMB-3．8。针对上桥泵站的具体情况，提出在保留原进出水流道、原电动机和原导叶的基础上只进行换泵的技术改造方案。针对该方案，对上桥泵站模型泵装置的能量特性和空蚀特性进行了全面的试验研究，确定了改造方案的可行性，试验结果与改造后的现场实测结果吻合较好。技术改造前后的现场实测结果表明，在经常运行扬程附近并满足设计流量要求的情况下，改造后较改造前泵站的效率提高了16％，改造效果显著。     

尾迹撞击平板诱发旁路转捩前期拟序结构的实验研究

通过水槽氢气泡流动显示和PIV实验研究了圆柱尾迹与平板前缘发生直接撞击后平板边界层旁路转捩特性,包括边界层旁路转捩前期拟序结构演化及其对流场统计特性影响.结果表明,尾迹撞击平板后能在平板上表面近壁区生成尺度较小展向涡;这些展向涡或者是尾迹涡被平板前缘切割后在近壁区残留部分,或者是由过前缘尾迹涡所诱生成.近壁区展向涡生成使边界层内流向速度脉动最大值在早期即出现快速增长.另一方面,尾迹对平板撞击作用主要体现在圆柱尾迹中发辫涡结构在流经平板前缘时被撕裂,受RDT机制作用在流向上被迅速拉伸形成近壁区流向涡.其后取代展向涡与条带一起成为近壁区主要流动结构,使流向速度脉动最大值出现二次增长.实验中转捩前期近壁区流体同时感受二维动和三维动,使转捩进程相比于尾迹与边界层不发生直接撞击时更加快速.     

基于欧拉模型的淹没射流冲刷数值模拟

采用Eulerian双流体模型对二维淹没射流作用下的无粘性沙床冲刷进行数值模拟,水沙两相间以及沙粒之间的相互作用通过动量交换和相间作用力体现.分别针对Aderibigbe等人的轴对称实验和本文设计的平面二维实验进行计算,动态平衡状态下冲坑剖面形态的计算结果与实验结果吻合较好.分析结果表明：不同冲刷强度下射流水体速度场具有不同的特征;沙粒受水体作用力、重力和沙粒间的摩擦力的综合作用,在沙粒的密度、直径、孔隙度等参数均相同的条件下,水体作用力决定沙粒的运动方式,从而影响冲坑的最终形态;孔隙度是影响冲坑形态的重要因素,在本文的研究范围内,随着孔隙度的增加,孔隙水的流速增大,冲坑深度增加.     

极间柔性多孔物充填型活动掩膜电解加工微坑技术

针对常规掩膜电解加工极难在非平面工件上高效制取表面织构的难题,在设计开发出进液、排液、导流等功能结构合为一体的特殊工具阴极的基础上,本文提出一种极间柔性多孔物充填型活动掩膜电解加工微坑技术,数值仿真并优化设计了极间流场,试验分析了掩膜厚度、极间电压、压紧力、脉冲参数等核心工艺参数对微坑几何特征及其分布特性的影响.基于优选工艺条件,分别在不锈钢平面与圆柱面上加工出几何特征尺寸分布较均匀的微坑阵列.极间柔性多孔物充填型活动掩膜电解加工对平面与曲面工件均能展现出较强的表面织构制备能力和适应性.     

C+Ti双注入钢中纳米抗腐蚀相的形成和抗腐蚀特性

C+Ti注入样品经过腐蚀和点蚀后用透射电子显微镜发现了抗腐蚀的丝状纳米相. 多重电位扫描法研究表明这种相具有抗腐蚀和抗点蚀特性,其腐蚀电流密度下降10～26倍. X射线分析表明这种相为直径10～30 nm的FeTi和FeTi₂相,这种相密集的镶嵌在注入层中,其长度大约为150～320 nm. 腐蚀后用扫描电子显微镜观察到密集的丝状的抗腐蚀和抗点蚀的纳米结构. 这种丝状纳米相是金属碳化物,这些相构成了具有优异抗腐蚀特性的钝化层.     

碱液刻蚀的多晶硅不同晶面微结构实验研究

多晶硅碱液刻蚀技术一直是多晶硅太阳能电池研究的关键性技术之一.在普通的碱刻蚀液中加入一种添加剂,在温度78~80°C之间刻蚀多晶硅表面20min,用SEM观察多晶体硅表面结构.在多晶硅表面上首次观察到了碱液刻蚀出的密集均匀分布的陷阱坑,只是样品不同晶面上的陷阱坑形貌稍有不同.[100]晶面上主要由纵横交错的致密的小硅山脉构成,小硅山脉之间存在长长的峡谷式的陷阱坑（沟）;[110]晶面上密布大量的畸变三角形陷阱坑或矩形坑（洞）;[111]晶面则分布蚯蚓状的陷阱坑.用积分反射仪测量了样品表面光反射率,在400~900nm波段平均反射率下降到20.5%.实验研究表明：添加剂能调节碱的刻蚀特性,经过添加剂调剂的碱液能在多晶硅表面刻蚀出具有良好陷光效应的绒面,添加剂调节的碱液刻蚀技术是一种有前途的多晶硅制绒技术.     

表面镀金微球电动旋转操控

表面为良导体微球的电动旋转研究是一项对无标记生物传感器开发等领域具有重要意义的新技术,未见相关报道.采用化学镀金方法,分别在直径为15和25μm的聚苯乙烯微球表面包裹一层厚度约50 nm的金膜,并将此表面镀金微球作为研究对象,进行电动旋转实验研究.实验结果表明,低频段（100 Hz~100 kHz）表面镀金聚苯乙烯微球作与电场反向的电动旋转运动,且相同条件下,对应最大旋转速度高于表面未修饰聚苯乙烯微球.以行波交流电渗及诱导电渗理论为基础,对表面镀金聚苯乙烯微球的电动旋转现象进行定性分析,并通过纳米荧光粒子实验表征镀金微球周围的流体流动现象,验证了定性分析的合理性.推导了行波交流电渗导致的表面镀金聚苯乙烯微球的电动旋转速度公式,并与实验结果进行对比分析,二者具有较好的一致性.     

弹体高速冲击载荷下钢筋混凝土的破坏行为实验与细观数值模拟

钢筋混凝土在土木工程与国防领域具有广泛而重要的应用,且存在明显的尺寸效应,有必要进行大尺寸侵彻实验研究其在高速冲击下的动态响应.本文开展了100 mm大口径卵形弹高速侵彻钢筋混凝土靶的实验,并对靶体的破坏模式、侵彻深度和开坑直径进行了详细分析.由于钢筋的加入导致混凝土具有更为复杂的非均质性和各向异性,各组分的变形、破坏和相互作用对混凝土力学特性产生重要的影响.基于Voronoi技术提出了一种钢筋混凝土三维细观快速并行建模方法,解决了骨料大规模投放以及钢筋和骨料交叉检测的难题,并结合KC模型对实验工况进行了细观数值模拟,得到了靶体和钢筋的破坏模式、弹体侵彻深度以及弹道偏转,实验结果与数值模拟结果吻合良好,说明该细观模型能够有效和准确地预测钢筋混凝土的破坏行为.     

阿吾拉勒铁矿带矿化蚀变信息提取研究

以新疆西天山阿吾拉勒铁矿带为研究对象,利用ETM+遥感数据对该地区的矿化蚀变信息进行提取,提出采用“剔除干扰因素+主成分分析+最优密度分割”法与波谱角制图法相结合的蚀变信息提取方法,并将提取出的蚀变信息用已有的地质、化探和航磁资料来验证,采用综合方法预测成矿靶区.结果表明,无论是在蚀变信息提取的可靠性上,还是在新成矿靶区预测的科学性方面都取得了很好的效果,为该地区的矿产资源进一步开发利用带来了重要的技术支持,为研究矿床成因提供了重要的帮助.     

利用优化材料的凸起光栅标记提高莫尔条纹图像的对比度

在基于莫尔条纹相位匹配的纳米压印对准方案中,因阻蚀胶引入引起压印对准标记光栅副间隙介质的改变,使得莫尔条纹图像的对比度下降,恶化了压印对准精度.针对这一问题,本文提出了利用优化的标记材料来制备凸起光栅标记从而提高莫尔条纹图像对比度的方法.该方法为提高莫尔条纹图像对比度,通过FDTD(有限时域差分)软件,对玻璃模板及硅片基底上采用的光栅标记材料及光栅副间隙进行了优化计算,在采用常规压印阻蚀胶(折射率为1.6)、压印模板与基底间间隙为200nm、且光栅标记为凸起时,优化光栅标记材料为:玻璃模板上光栅标记为折射率2.0的ITO;基底下光栅标记为折射率2.7的Cr.实验结果表明:在光栅副的间隙介质分别为折射率1.6的阻蚀胶和折射率1.3的水时,采用优化材料的凸起光栅标记(周期为6和6.1μm的光栅副)得到的莫尔条纹图像的对比度与原标记相比分别提高了11.92%和4.66%.     

干凝胶法制备惯性约束聚变靶用厚壁空心玻璃微球

为实现惯性约束聚变靶用厚壁（5～10μm）空心玻璃微球（Hollow Glass Microsphere,HGM）的干凝胶法制备,从数值模拟和工艺实验两个方面研究了玻璃配方发泡剂种类和含量、炉内载气组分、压力和温度对厚壁HGM制备过程及其壁厚的影响.结果表明,针对厚壁HGM在炉内成球过程中停留时间短的特点,需要对玻璃配方以高表面张力和低高温粘度为目标进行优化设计,需选用分解温度高和分解速率慢的发泡剂,并对发泡剂含量进行精确控制.提高载气中氩气的体积比例有利于增加HGM的厚壁.由于载气压力可调范围有限,提高载气压力不能显著增大HGM的壁厚.升高载气温度将减小HGM的壁厚,但有利于提高HGM的品质和合格率.当载气中氩气的体积分数在80%～95%、载气压力在1.0×105～1.25×105Pa、炉温在1600°C～1800°C时,能制备得到壁厚5～10μm、直径200～300μm的HGM,其球形度、壁厚均匀性和表面光洁度较好,但合格率还有待进一步提高.厚壁HGM的抗压强度、抗张强度和对氘气的渗透系数都随着壁厚的增大而逐渐下降.     

低功率HIFU辐照离体牛肝后强回声出现的原因

目的 研究低功率高强度聚焦超声(High Intensity Focused Ultrasound,HIFU)辐照离体牛肝组织后即刻B超声像图中强回声出现的原因.方法 磁共振(Magnetic Resonance Imaging,MRI)引导的HIFU在50W声功率下分别辐照脱气后的离体牛肝组织10s,20 s,30 s…90 s(实际辐照时间),采用辐照10 s停1 s的方式.在辐照过程中,使用MRI的GRE_TMap序列采集HIFU焦域处的温度,并使用被动空化检测( Passive Cavitation Detection,PCD)系统采集来自焦域的声信号,在LabVIEW开发平台上编程对该信号进行快速傅里叶变换得到其频谱,以判断是否出现空化特征信号.辐照结束后,特离体牛肝组织切成1～2 mm厚的薄片,找到凝固性坏死的最大面,置于加热至37℃的TTC(2,3,5 -氯化三苯基四氮唑)染色剂中染色2min后取出照相.结果 HIFU以辐照10s停1s的方式辐照离体牛肝组织9次后B超声像图中出现强回声,焦域处的温度升高至89.46±2.48℃,PCD系统所采信号的频 谱中未见空化特征信号.切开并染色后的离体牛肝组织在第2次10s的辐照后就有凝固性坏死出现.结论 未达空化阈值的低功率HIFU照离体牛肝组织后即刻B超声像图中强回声出现的原因是焦域处产生的沸腾泡.     

适于光子集成及光互连的回音壁微腔半导体激光器

介绍了正三角形和正方形微腔的类回音壁型模式特性,以及与输出波导连接的正三角形和正方形定向输出微腔激光器.实验表明正三角形微腔激光器作为光探测器应用具有共振增强的响应特性.提出了采用两个定向输出微腔激光器与硅上光波导连接实现芯片上的光互连的设想.     

淡水龙虾螯的结构及力学性能的研究

本文用X射线衍射仪、场发射电子显微镜和能谱仪分别分析和观察了龙虾螯的微观结构和成份,并用纳米压痕仪和UMT-2摩擦磨损实验机测量了龙虾螯的硬度和摩擦学特性.结果表明：龙虾螯含有Ca,Mg,C,O和Na等元素,以非晶的矿物质相存在.在螯的表面存在微小凹坑和半圆微凸起,在凹坑内和微凸起周围有刚毛,刚毛上有小刺,呈非光滑表面.螯被分为上表皮、外表皮和内表皮,其外表皮层和内表皮层是由螺旋夹板层构成.螯的表面硬度和弹性模量分别为0.27和5.28 GPa.随着横截面距离的增大,龙虾螯的硬度和弹性模量逐渐降低,存在明显的力学性能梯度.当热处理温度低于200°C时,螯的硬度和弹性模量变化不大,随后逐渐增加.在水润滑条件下,螯/氮化硅摩擦副的摩擦因数大于其干摩擦下的摩擦因数.该研究为抗压复合材料和抗摩表面的设计提供仿生学依据.