超声珩磨区考虑煤油蒸汽冷凝与蒸发的空化泡动力学分析

为了更深入地探究超声珩磨区空化泡的动力学特性,以煤油为磨削液介质,考虑煤油蒸汽的冷凝与蒸发建立了功率超声珩磨下的单空化泡动力学模型。利用4阶龙格库塔法对不同工作条件(珩磨压力、珩磨头回转速度和往复速度、磨削液粘性、超声频率)下的空化泡泡壁运动规律进行了数值模拟与分析。研究表明：较高的珩磨压力、珩磨液粘性以及超声频率会抑制珩磨区空化效应的产生,而珩磨头回转速度与往复速度的变化对空化效果影响极其有限。     

超声珩磨作用下磨削液空化泡的共振频率

为揭示超声珩磨加工过程中磨削液空化泡的共振特性,首先利用VHX-600ESO显微镜对油石表面的磨削液进行了微观测量试验,得到了共振状态下的空化泡.基于空化泡的动力学理论,推导出了超声珩磨作用下磨削液中空化泡的共振频率方程.数值模拟了水和煤油中空化泡初始半径、磨削液静压力、气泡内含气压、磨削液温度对空化泡共振频率的影响.通过讨论磨削液中空化泡的振动位移,验证了超声频率与空化泡共振频率的匹配关系.结果表明,水中的空化泡要比煤油中更容易发生共振,这是导致粗珩选择水溶液而精珩选择煤油的一个重要原因.      

水听器法测量功率超声振动珩磨空化声场分布

为了直接、简便地研究功率超声振动珩磨作用下的空化效应,对其声场建立数学模型,采用水听器对功率超声振动空化声场参数进行了定点测量,对数学模型所得到的仿真结果进行验证。为了研究流体介质中超声空化声场的分布情况,采用水听器法对不同功率与不同种类液体介质中的辐射超声场进行了多点声压测量。通过对比试验数据分析发现,声波沿换能器截面方向成对称分布,沿换能器轴向方向随距离的增加而衰减;不同种类的液体介质也会影响声压的分布以及空化效应的强弱。该方法可以直观的评价超声振动珩磨作用下的空化声场的强度和分布情况,对后续研究超声珩磨的空化泡动力学行为以及对超声振动珩磨装置的优化设计具有一定的实际应用价值。     

单双泡空化噪声计算分析

基于由单双泡动力学方程和Lighthill方程创建起来的单双泡空化噪声模型,通过Matlab语言编程计算,分析了水中空化泡的初始半径、双泡间距、声压幅值、超声频率、双频超声等因素对空化噪声的影响.计算及分析结果表明:在相同的初始条件下,单双泡的空化噪声曲线有不同的形态,双泡产生的空化噪声远大于单泡;对于单泡,空化泡的初始半径、声压幅值、超声频率、双频超声对空化噪声均有影响,其中空化泡初始半径和声压幅值的影响最为显著,在双频条件下,两声压分量幅值相等时单泡空化噪声达到最大.对于双泡,初始半径和声压幅值对空化噪声影响很大,而超声频率和双频超声对空化噪声的影响几乎可以忽略.     

超声空化气泡运动方程的求解及过程模拟

考虑液相的动力粘度、表面张力和溶剂的蒸气压对空化泡运动特性的影响,建立了超声作用于均相液体中空化泡运动的动力学模型,并用MATLAB工具对建立的普遍化的模型方程进行了数值求解和过程模拟.探讨了超声在水介质中传播时超声的频率、功率和空化泡的初始平衡半径对空化泡运动规律的影响以及声压幅值和液相主体温度对空化泡崩溃时的泡内温度和压力的影响,为超声的空化效应在化工过程中的研究和应用提供了基础理论依据.     

镁合金熔体中超声空化泡行为的数值模拟

以超声空化理论为基础,应用Matlab软件对Rayleigh-Plesset方程进行了数值模拟计算,主要研究了不同超声条件(超声频率、声压幅值和空化泡初始平衡半径)对镁合金熔体中空化泡行为的影响,并且探讨了声压幅值和熔体主体温度对空化泡崩溃时的泡内温度和压力的影响.结果表明,较低的超声频率和熔体主体温度、较高的声压幅值以及小于或等于共振尺寸的空化泡初始平衡半径有利于超声空化效应.     

超声空化影响因素的数值模拟研究

在超声空化理论基础上,应用Matlab语言,对影响超声空化的各种液体物理参数及声场参数等进行了数值模拟,分析了空化泡崩溃时间与崩溃时泡内最高温度和最大压力的关系.结果表明,空化泡初始半径越大,需要的阈值声压越小;较低的温度和较低的超声波频率能使空化泡产生变得容易;声压幅值较高的超声波能使空化泡运动加剧;空化泡崩溃所用时间随空化泡内蒸汽压增大而变长;空化泡发生崩溃瞬间泡内的最高温度随气体比热比的增加线性增大,崩溃时泡内最大压力随气体比热比增大而减小.这为超声空化效应的研究和实际应用提供了基础理论依据.     

超声空化场的致热机制及其聚束喷射时的致热速率

分析表明,超声空化泡崩溃时的高温声冲流和高压冲击波是使塑料致热熔融的机制.采用圆锥形和圆柱形玻璃管对单束超声空化场聚束喷射时,致热速率明显加大,这是因为空化泡在声辐射压力作用下聚集于喷射空化场前峰区的密度得以提高,因而增强了空化集中的致热效果.     

超声空化场的致热机制及其聚束喷射时的致热速率

分析表明，超声空化泡崩溃时的高温冲流作高压冲击波是使塑料致热熔融的机制。采用圆锥形和圆柱形玻璃管对单束超声空化场聚束喷射时，致热速率明显加大，这是因为空化泡在声辐射压力作用下聚集于喷射空化场前峰区的密度得以提高，因而增强了空化集中的致热效果。     

超临界CO2流体中空化泡共振频率的分析

为了探索超声强化超临界CO2流体中空化泡的共振频率特性,根据Rayleigh-Plesset方程推导出了空化泡共振频率随空化泡初始半径、流体压力和温度的变化规律.结果表明:超临界CO2流体中空化泡的共振频率随空化泡的初始半径增大而减小;随流体压力的增大先减小后增大,在流体压力约为18 MPa时达到最低值;并随流体温度的升高而增大.在相同的初始半径下,超临界CO2流体中空化泡的自然共振频率高于其在水中的自然共振频率.超声波频率与空化泡的自然共振频率相近时,空化泡在一个声周期内崩溃所需的声压最低.     

轴向功率超声振动珩磨颤振系统的稳定性分析

内燃机缸套的功率超声振动珩磨加工中,超声珩磨加工系统的自激振动会严重影响缸套的表面加工质量.根据超声珩磨加工机理及动态珩磨厚度分析,建立了超声珩磨颤振系统动力学模型,基于再生颤振理论对超声珩磨颤振系统进行稳定性分析,推导出极限珩磨宽度和主轴转速的相互关系,运用MATLAB对其仿真分析,得出不同刚度、阻尼系数等系统参数和主轴转速、往复速度等加工参数对系统稳定性极限图的影响.分析表明:超声珩磨加工系统在主轴转速低于400 r/min时容易发生颤振;发生颤振的临界珩磨宽度为27 μm;具有较大刚度和阻尼比系数的超声珩磨系统的稳定性较高.     

超临界CO2流体中空化泡共振频率的研究

为了探索超声强化超临界CO2中空化泡共振频率特性,根据Rayleigh-Plesset方程推导出空化泡自然共振频率关系,分别考察了空化泡共振频率随空化泡初始半径、流体的压力和温度的变化规律。结果表明：超临界CO2流体中空化泡共振频率随空化泡的初始半径增大而减少。随流体压力的增大而先减少后增大,在流体压力约为18MPa达到最低值,随流体温度的升高而增大,在空化泡初始半径相同情况下,在超临界CO2流体中的自然共振频率要比水中的自然共振频率高。超声波频率只有与空化泡的自然共振频率相近时,空化泡在一个声周期内崩溃,所需的声压最低。     

磨削区气流运动特性仿真与实验研究

在对磨削区气流运动特性研究的基础上,应用FLUENT仿真软件建立磨削区有限元模型,仿真计算不同工作条件下磨削区气流的压力及速度分布特性.结合磨削加工实验,研究磨削区气流运动对工件表面完整性的影响并对仿真结果进行验证.研究结果表明,磨削区气流运动会阻碍磨削液有效进入磨削区.当磨削液喷入方位接近砂轮与气流运动的速度同向区时,可提高工件表面质量,磨削液的利用效果好,磨削过程绿色度得到提高.     

充液格栅结构抗射弹冲击数值模拟研究

为研究充液格栅结构抗射弹冲击性能,基于经验证的充液箱体抗射弹冲击动力学建模方法,建立典型充液格栅结构抗射弹冲击有限元模型,分析射弹初速度、充液比例、流体液面压力以及流体黏性等对冲击过程中射弹速度衰减变化规律、形成的空腔形态以及流固耦合作用下格栅结构前、后壁板变形的影响。结果表明:射弹动能损失与充液比例基本没有关系,但与射弹初速度、液面压力和流体黏性与射弹动能损失正相关;后壁板的变形程度大于前壁板的变形,壁板变形程度与充液比例、射弹速度和液面压力正相关;射弹冲击下,充液比例越高、射弹初始速度越高、液面压力越高、流体黏性越大,充液格栅结构越容易发生失效。     

声空化泡动力学及其测量

在评述当前声空化研究领域的最新进展基础上, 报道在声空化泡动力学理论和实验方面的研究结果. 首先, 考虑了实际非球对称声场驱动下的空化泡运动, 提出了一个非球形气泡动力学模型, 数值计算给出一种新的稳定的非球形振荡解. 然后, 设计了双路Mie散射系统, 对空化泡运动的球对称性进行了实验检测, 发现在低声压驱动的大气泡中存在明显的不同方向的非同步振荡. 作为一个推论, 得到了空化泡非球形振荡的证据. 并且完成了非球形振荡和驱动参数、液体参数的相关性测量, 具体参数包括驱动超声的幅度、频率, 液体的表面张力系数、黏度、含气量等. 最后, 介绍了数字移相频闪照明拍摄技术, 实现对稳态声空化泡的直接拍摄测量, 时间分辨率提升到20 ns, 相比已有的200 ns的时间分辨率, 提高了一个量级.     

泡群内气泡振动特性分析

本文从均匀球状泡群内气泡非线性振动方程出发分析了驱动声压幅值、声波频率和液体环境对空化气泡振动特性的影响.数值分析结果表明:超声波驱动下的非线性振动气泡存在不稳定响应区,不稳定响应区主要分布在声波频率小于5 0 kHz的低频区和平衡半径小于1 0μm的微泡尺寸范围;平衡半径为3μm左右的空化微泡有较强的声响应能力和不稳定性,在特定的液体和声环境中,极易受到扰动生长为平衡半径更大的气泡;驱动声波频率一定的情况下,随着驱动声波压力的增加,气泡的非线性共振频率降低,声场中气泡的共振尺寸减小;平衡半径大的气泡空化阈值低,更容易引起空化效应.液体内溶解气体浓度影响空化进程以及空化声压阈值,溶解气体浓度越低空化阈值越高.     

超临界CO2流体中超声空化阈值的研究

为了研究超临界CO2流体中超声空化产生的可能性,根据超声空化阈值的基本理论和超临界CO2流体的物态数值,研究了超声空化阈值随空化泡初始半径、流体压力和温度的变化规律．结果表明：超临界CO2流体中超声阈值声压PB、阈值声强IB随空化泡的初始半径增大而减少;对超临界CO2流体,当压力较大或温度较低时,更容易产生空化;在空化泡初始半径相同的情况下,超临界CO2流体中的理论空化闽值比水中的理论和实际空化阈值均要低．     

快速点磨削磨削液射流特性及喷嘴极限位置研究

快速点磨削是一种新型高速/超高速磨削加工技术,由于砂轮极高的线速度会在砂轮周围产生高速旋转的空气带,对磨削液注入磨削区产生阻碍作用,降低磨削液进入磨削区的比率,因而会对磨削过程和加工的绿色度产生影响.在对磨削液喷射过程的射流结构与特性分析的基础上,对圆形紊动射流速度分布场进行了解析与仿真.根据等压力原理,建立了磨削液能够冲破高速空气带而进入磨削区所必需的喷嘴出口速度模型.通过射流核心区速度的分析,建立了磨削液喷嘴极限位置的工程计算公式,并给出了快速点磨削实验机床磨削液供给参数的设计实例.     

空化噪声特性实验研究

利用不同类型的轴对称头体和ＮＡＣＡ１６０１２翼型做了一系列空化噪声实验,得到轴对称头体在不同空化数及不同速度下的空化噪声谱及翼型在不同的攻角下的空化噪声谱．这一系列的噪声谱表明,各种轴对称头体的空化噪声总声级随空化数的减小而升高,但噪声谱形具有明显的相似形;翼型在片空化、泡空化和云雾空化状态下所辐射的噪声谱存在明显的差别．噪声总声级的变化较为复杂,由泡空化状态转换到片空化状态,空化数虽然减小,但总声级会突然降低．针对翼型在泡空化状态下所辐射噪声谱的特征,利用单空泡溃灭理论进行了尝试性的解释和说明．     

实际气体的单泡超声空化动力学方程及其数值分析

本文在RPNNP方程的基础上,应用范德瓦耳斯方程和实际气体的绝热方程,修正了RPNNP方程,得到了实际气体的单泡空化动力学方程.通过简化该方程,运用4-5阶Runge-Kutta数值方法,以双原子气体和单原子气体为研究对象,分析了实际气体条件下,范德瓦耳斯常数、对单泡超声稳态空化、瞬态空化动力学过程的影响,在此基础上得出了具有一定意义的结论.