高速冷态气流中煤油雾化现象的实验研究

研究煤油在超声速冷态气流中的雾化现象．利用下吹式超声速风洞产生超声速气流,煤油喷射采用高压氮气驱动,流场显示采用阴影和平面激光诱导荧光（PLIF）方法,改变来流总压和煤油喷射压力,得到了流场阴影照片和煤油荧光光强分布图像．结果表明：结合阴影和PLIF方法,是研究煤油在高速气流中雾化现象的较好方法,PLIF法可精确显示煤油液滴分布,阴影法可显示流场波系,为PLIF法提供补充;射流和来流的动压比越大,穿透深度也越大,射流更容易破碎和雾化,但同时也会诱导更强的激波,造成更大的总压损失;三维、非定常表面波是引起射流柱破碎的重要因素,较大的动压比会加速表面波的发展,增大表面波的振幅,较小的动压比会抑制表面波的发展．     

超声速气流中喷射角度对射流混合特性的影响研究

本文采用AUSMPW格式,求解全NS方程加SST双方程湍流模型,研究了超音速气流中横向喷射的流场.数值模拟给出了流场中由于射流喷射引起的附面层分离、马赫盘等现象,计算结果的壁面压力分布和试验结果吻合较好.在此基础上重点分析了喷射压力和喷射角度对燃料混合特性的影响.     

几种超声速横向射流方案混合特性的数值研究

本文首先发展了AUSMDV格式结合k-ωSST湍流模型的数值模拟方法,利用三维圆孔垂直喷氢实验算例验证了数值方法的可靠性.在确定质量加权平均总压和混合效率作为喷射方案性能评价标准的基础上,基于所发展的数值方法研究了不同喷射方案的混合特性.研究发现：超声速横向射流的近场混合主要由对流输运控制,而远场混合主要由质量扩散控制;圆孔喷射与狭缝喷射造成的总压损失相当,但圆孔喷射的三维绕流特性可使其导致更高的混合效率;圆孔喷射时,喷射角的变化主要影响射流近场的混合程度,喷射角120°为最优的喷射角喷孔间距与喷孔直径的比值增大时,可导致更高的混合效率,但也可相应带来总压损失的大幅增加;采用缩小喷孔面积而保证燃料质量流量不变的方法设计二级喷射方案时,其所引起的总压损失相比于单级喷射的增幅较小,而导致的混合效率增幅较大,因此二级喷射的混合性能优于单级喷射.本文的研究成果可为超燃冲压发动机燃烧室内燃料的喷射方案设计提供依据.     

自激振荡喷嘴的设计及其雾化性能实验研究

为了更好地解决呼吸性粉尘问题,根据雾化粒度越小越有利于捕集呼吸性粉尘这一研究经验,研制了自激振荡喷嘴。与常规内混式空气雾化喷嘴不同,该喷嘴设计了自激振荡挡板装置,通过增加雾滴破碎次数来达到进一步加强雾化效果的目的。采用马尔文激光雾粒测试系统,对自激振荡喷嘴的雾化性能进行实验研究,确定自激振荡挡板的最佳匹配方案为在距喷射孔7 mm处安置直径为2 mm的挡板。实验表明:相比常规内混式空气雾化喷嘴,自激振荡喷嘴的有效射程不变,雾化液滴的平均粒径降低了1/3,测得平均粒径DV50为13.85μm,而且雾化液滴粒径的分布更加均匀。     

基于均匀金属微滴喷射的3D打印技术

均匀金属微滴喷射技术是基于喷墨打印的原理,于20世纪90年代初提出并发展起来的一种3D打印技术.它是以均匀金属微滴为基本成型单元,依据零件形状特征逐点、逐层"堆积"而实现三维结构的快速打印技术,具有喷射材料范围广、无约束自由成形和无需昂贵专用设备等优点,在微小复杂金属件制备、电路打印与电子封装以及结构功能一体化制造等领域具有广泛应用前景.由于金属材料具有熔点高、易氧化、粘性和表面张力大等特点,与非金属材料喷射沉积有很大差异.本文分析了金属微滴喷射方式及其机理,概述了此领域国内外研究现状,并结合笔者研究实践,阐述了金属微滴喷射沉积需要解决的关键技术及实例,如微滴喷射装置开发、喷射成型参数优化等,并对该技术的重点研究方向进行了展望.     

喷射成形12 mm厚La62Al15.7(Cu,Ni)22.3块体非晶合金的制备

用喷射成形工艺成功地制备出了总体直径为380mm、最大厚度为12mm，中心区域半径（最大厚度区域半径）为150mm的盘状La62 Al15.7（Cu，Ni）22.3块体非晶合金。DSC实验检测其玻璃转变温度（Trg）以及过冷液相区（△Tx）均比采用甩带法或铜模吸铸法制备的同成分非晶合金高。利用ANSYS有限元方法模拟了沉积坯温度场的变化，结果表明在合理控制喷射成形工艺参数的情况下有可能制备出更大尺寸的La62Al15.7（Cu，Ni）22.3块体非晶合金。     

气动膜片式多材料微液滴按需喷射技术研究

微滴喷射是通过产生微米级的液滴实现微量流体精确分配的技术之一,是一种不同于传统减法制造的非接触式、数据驱动的加法式制造技术,代表了现代制造工艺新的发展方向.本文提出了可用于多种材料的气动膜片式按需喷射技术并构建了用于在线观测并分析液滴形成过程的基于延时触发的图像在线采集系统.利用该装置,进行了微液滴喷射的一致性分析,研究了设备结构参数及控制参数与液滴大小及喷射速度的关系,并分析了粘度及表面张力对流体喷射过程的影响.此外,制作了直径约为160.5μm的Sn63Pb37焊球和与基底接触面直径约为346.94μm的光固化胶胶滴阵列图型.实验表明,该气动膜片式按需喷射系统结构简单、可靠性好、耐受高温,可用于包括聚合物、低熔点胶材、高熔点金属的多材料微液滴喷射,在微电子和微系统封装、三维打印、有机半导体器件制作以及生命科学与化学分析等制造领域具有较大的发展潜力.     

加热丝上过冷池沸腾汽泡射流现象及其模拟

实验观察分析直径25及100 mm微细铂丝上过冷池沸腾微小汽泡射流现象, 利用高速摄影和PIV技术获取汽泡周围射流形态及流场, 发现小尺寸汽泡具有明显的顶部射流, 大尺寸汽泡则可以在汽泡两侧出现多股射流. 通过分析汽泡界面相变换热以及热毛细力效应(Marangoni), 建立了近壁面汽泡计算模型并数值模拟汽泡周围流场, 模拟射流结构及喷射强度等与实验结果一致吻合. 分析证明, 热毛细效应引起汽泡界面快速流动并带动周围液体形成射流; 汽泡直径对于射流结构有重要影响, 决定着汽泡射流多样性结构.     

压电驱动自耦合射流流动和换热特性实验研究

采用三维粒子图像测速仪、热线风速计和红外热像仪对狭缝喷口自耦合射流的流动特征和冲击靶板的对流换热特征进行了实验研究．结果表明，在紧邻喷口的法向距离内，涡对周期性地生成、破碎和融合，在某个法向距离上形成较为稳定的连续性射流；随着自耦合射流的发展，呈现在喷口短轴方向急剧向两侧扩展、而在喷口长轴方向先收缩后缓慢扩展的流动特征．激发器存在两个谐振频率，使得自耦合射流的速度和涡量比较大，其中高频谐振频率效果更好；实验得到的两个谐振频率在数值上与理论分析有一定差异，低频谐振频率相对差值更大．与常规射流冲击冷却相比，自耦合射流冲击作用下的靶面对流换热系数同样具有随冲击间距增大而先逐渐增大、后逐渐衰减的变化趋势，但最佳冲击间距值却明显高于常规射流，而且自耦合射流的作用范围大，表明自耦合射流具有强的夹带能力和穿透能力．     

高黏度微量喷射系统的实验研究

在微电子封装技术发展过程中, 封装用胶的分配技术正从接触式向非接触式过渡, 尤其是作为非接触式分配技术代表的微滴喷射技术的出现, 使高精度按需分配成为可能, 而高性能的封装用胶一般具有较高的黏度, 采用传统的非接触式分配技术并不能满足其黏度特性要求. 本文通过研究, 提出了一种机械式高黏度流体微量喷射系统, 其核心是通过阀杆相对于阀座的运动, 带动并将一部分流体从喷嘴中挤出. 通过实验研究发现, 影响该系统喷射质量的主要因素包括阀杆的行程、气缸驱动压力、弹簧预压、供料腔背压以及流体工作温度等. 本文在研究中采用0.2 mm不锈钢喷嘴, 得到了最小直径为0.35 mm的胶点.     

喷射成形技术的研究发展及展望

喷射成形作为材料领域制备近终型坯件的高新技术,具有快速凝固一次成形的优点,目前已在发展新型合金、实现复杂构件净成形等方面显示出巨大的潜在经济和社会效益。本文着重从喷射成形学术思想提出,发展,技术特点以及应用方面作一概述。     

制备血管支架表面涂层超声波喷涂工艺研究

本文从理论推导、流体力学仿真、喷雾粒径检测分析以及支架喷涂试验四个方面研究超声波喷涂技术并成功应用于血管支架喷涂工艺的优化.首先基于超声波雾化物理模型推导建立超声雾化粒径方程,其次利用计算流体动力学模拟超声雾化微观过程,定义超声雾化过程的三种雾化模式：亚雾化模式、理想雾化模式以及射流雾化模式,并建立了超声雾化临界振幅方程以及理想雾化模式下的雾化体积和功率方程.然后设计超声喷雾粒径检测实验,研究功率、气体压力、表面张力等工艺参数对雾化粒径的影响,结果表明超声波喷雾运动过程中少量粒子碰撞合并,但喷雾质量总体稳定,粒径尺寸在10m左右.在粒径尺寸分布方面,利用Rosin-Rammler分布拟合超声喷雾粒径均匀度指数在7.11～11.48之间,相比传统喷雾技术雾化均匀性、可控性大大提高.最后,在上述研究基础上制定血管支架超声喷涂工艺参数并进行了优化,消除了常见的血管支架涂层表面各种缺陷,为制备性能优良的血管支架表面涂层提供了理论和技术支撑.     

三维平面转捩射流中的拟序结构

对具有中等雷诺数Re=5000的三维湍流转捩射流中的拟序结构进行了直接数值模拟,并把流场统计结果跟相关的实验数据进行对比,以验证数值算法的可靠性。其中对控制方程组的空间离散采用有限容积方法,时间积分采用低存储的、三阶精度的Runge-Kutta积分格式。重点研究了三维拟序涡结构的空间演化过程及其相互作用,发现三维展向涡的演化模式与二维射流中的相似。展向涡结构受到三维不稳定性的影响,从而会诱发流向和横向涡结构的形成。当展向涡结构出现混合破碎时,流向涡管和横向涡管也开始断裂破碎,流场中形成混合排列的小尺度结构。最后对展向、流向和横向涡结构间的排列关系进行了分析,探讨了各种涡结构间的相互作用。     

传感技术引人注目的新兴分支——声表面波技术

本文简要地叙述了传感器与传感技术的重要性和发展现状，指出微传感器是当今世界的发展潮流。声表面波传感器是微型物性型传感器的一个分支。由于它所特具的众多优点和广泛的应用前景，引起了世界各发达国家科技界、产业界的极大兴趣，成为近十年来研究的热点之一。本文着重叙述了声表面波传感器的主要特点以及它在各个领域中已经和可以预见的应用，从而可看出它将在信息产业中所起的重要作用。     

基于激光多普勒技术测量研究二甲醚-柴油混合燃料喷雾速度和粒度分布规律

利用激光多普勒技术,对含15%和30%二甲醚的二甲醚-柴油混合燃料以及纯柴油的稳态喷雾的速度和粒径进行了测试,得到了相应的速度矢量图、轴向和径向速度以及喷雾索特平均直径的轴向和径向分布的比较曲线.试验结果证实了二甲醚-柴油混合燃料射流存在气爆雾化作用,且在喷孔附近,混合燃料喷雾具有较大的径向速度,在喷嘴远端,径向速度值的大小和变化率均较纯柴油的喷雾小,粒径分布范围随着增大,而粒径分布趋于均匀,在射流轴线上,轴向速度的衰减趋势则大致相似.随着燃油内DME含量由15%增加到30%,喷雾锥角和射流出口速度均增加,喷雾粒径则减小.     

逆向射流火焰稳定机理的研究

在实验的基础上，较深入地探索了逆向射流的火焰稳定机理。通过试验，建立了火焰稳定极限时主流速度Ｖｍ，逆向射流速度Ｖｊ，逆向射流与主流速度比Ｊ和燃料空气当量比Φ之间的准则关系；证实了临界区的存在及其在火焰稳定中的作用；测量了燃烧时流场中的温度分布状况。从流体力学及燃烧理论的基本概念出发，建立了逆向射流火焰稳定的临界区均匀搅拌反应器模型，并以此为基点，最终得到了与试验结果基本一致的逆向射流的火焰稳定准则     

喷射转发算法:一种基于Markov位置预测模型的DTN路由算法

典型的容迟网络(DTN)场景常表现出大延迟、易中断、高误码率等特点,其中高效节能的路由算法更是一个亟待解决的问题.现有方法主要是通过发送多个副本来提高数据传输的可达性概率,但网络开销很大.为了同时兼顾成功投递率、网络延迟和网络开销,文中提出了基于Markov位置预测模型的DTN路由算法(喷射转发算法).该算法根据节点经过路径的历史信息,用2阶Markov预测机制预测目的节点可能的位置,针对该位置进行多路径的贪婪转发,使包有方向地扩散,减少网络中包的副本数.采用多副本转发的混合发送模式,在保证成功投递率的基础上,有效地减少包副本数,弥补了使用单一模式时不能兼顾网络开销和成功投递率的不足.仿真结果显示,在小节点密度、节点移动速度较快的网络环境下,与spray and wait算法相比,喷射转发算法能有效地提高成功传输率,减小网络开销.     

合成射流控制圆柱分离及绕流结构的实验研究

在水槽中对合成射流控制圆柱分离及其绕流结构进行了实验研究. 射流出口为狭缝, 由圆柱前驻点向上游喷射. 实验表明: 与传统的将射流出口置于分离点附近或分离区内一样, 采用的合成射流布置方式对圆柱绕流分离同样具有很好的控制效果, 但控制机理不同. 在本实验采用的合成射流作用下, 圆柱绕流的前驻点前移, 在狭缝出口两侧形成一对旋涡. 当基于合成射流出口平均速度的雷诺数ReU约小于43时, 绕流在圆柱迎风面前形成闭合包线, 起到前缘修形的作用; 而在Re_U较大时则在圆柱迎风面前形成开式包线, 并使绕过圆柱的流体具有很强的湍流动能. 因此, 不论Re_U的大小如何, 合成射流都能改善圆柱绕流的分离状况. 对于圆柱背风面流动, 随着Re_U的增大, 后缘分离区逐渐减小, 在圆柱上游形成开式包线, 且大约当Re_U大于344时, 圆柱绕流可完全再附. 此时, 绕过圆柱的流体在后驻点附近汇合, 形成强剪切层, 诱导产生周期性向下游脱落的旋涡.     

用声表面波器件实现小波变换的研究

声表面波叉指换能器的指条重叠包络按照小波函数的包络设计时, 得到了声表面波叉指换能器脉冲响应函数等于小波函数, 从而制造出了声表面式小波变换器件. 提出了利用两只声表面波式小波变换器件构造小波变换重构器件的新方法. 对器件误差的来源作了分析, 并且提出了减小误差的方法.     

用静磁表面波器件实现单尺度的小波变换处理器

当静磁表面波器件的输入换能器的导条包络按照小波函数的包络设计时,静磁表面波器件的输入换能器的脉冲响应函数等于小波函数,从而制作出了静磁表面波式单尺度的小波变换处理器.首先,根据小波的包络函数,定义出了导条长度函数,然后,从该导条长度函数可以计算出输入换能器的各导条长度,最后,根据导条长度及导条宽度设计出输入换能器,从而实现了输入换能器的导条包络按照小波函数的包络设计目的.本文也给出了静磁表面波式单尺的小波变换处理器的插入损耗的补偿方法.当静磁表面波式单尺的小波变换处理器的输出端联接到放大器时,它的插入损耗能被补偿.