热轧带钢层流冷却过程中温度与相变耦合预测模型

建立了温度与相变耦合有限元模型,对带钢轧后冷却过程中带钢厚度和宽度方向的温度场进行了模拟计算.建模过程中,考虑带钢的各金相组织的密度、导热系数、比热容等物性参数为温度的函数,取各相的线性平均值用于计算.根据连续等温转变实验曲线,采用Avrami方程和Scheil可加性法则计算带钢相变潜热,实现温度和相变耦合求解.计算结果表明,带钢经过层流冷却后,沿厚度方向存在着一定的温差,带钢温度沿宽度方向分布不均匀,和现场实测结果吻合.     

水平圆管内油气两相流分层流向段塞流转变机理的实验研究

根据气液两相流一维波模型建立分层流向段塞流转变的判别准则,对水平管内气液两相流出现段塞流时的各相临界表观速度进行了理论预测,并对流型转变进行了分析.理论计算中,主要考虑了两相流体和管壁之间的摩擦和气液相界面之间的摩擦对流型转变的影响,并结合分层流理想化模型分析了发生流型转变时的临界参数.在内径分别为40 mm和50 mm的水平管道油气两相流实验系统中进行了流型转变实验,所获实验数据处理结果与理论计算结果进行了对比.对影响流型的管径、流速等因素的分析结果表明,该模型较好地预测管内分层流向段塞流的转变.     

Microstructure of premixed propane/air flame in the transition from laminar to turbulent combustion

In order to explore the flame structure and propagation behavior of premixed propane/air in the transi-tion from laminar to turbulent combustion, the high speed camera and Schlieren images methods were used to record the photograph of flame propagation process in a semi-vented pipe. Meanwhile, the super-thin thermocouple and ionization current probe methods were applied to detect the temperature distribution and reaction intensity of combustion reaction. The characteristics of propane/air flame propagation and microstructure were analyzed in detail by the experimental results coupled with chemical reaction thermodynamics. In the test, the particular tulip flame behavior and the formation process in the laminar-turbulent transition were disclosed clearly. From the Schlieren images and iron current results, one conclusion can be drawn that the small-scale turbulent combustion also appeared in laminar flame, which made little influence on the flame shape, but increased the flame thickness obviously.     

混合流态下带油腔滑动轴承静态特性分析

以带油腔的高速动压径向滑动轴承为研究对象,基于层流、紊流润滑理论,建立了层流、紊流同时存在于同一轴承油膜时的滑动轴承静态特性二维模型;分析不同轴颈转速下油膜内雷诺数、压力、温度的分布以及承载力、摩擦力、侧泄量等静态特性的变化;并将结果与无腔圆柱轴承和单一流态下的计算结果进行对比.结果表明:在动压滑动轴承流场计算中,必须首先正确判定油膜流态及计入温黏关系;由于油腔的存在,混合流态下油膜雷诺数、压力分布曲线呈现明显的阶梯性;与相同条件的无腔轴承相比,开设油腔会小幅降低承载力,但同时会减少摩擦和降低温升,综合性能较优.     

混合流态下高速动压滑动轴承热润滑性能

以有限宽高速动压径向滑动轴承为研究对象,基于层流和紊流流态下的雷诺方程、能量方程和温黏关系建立了混合流态时轴承静态特性分析模型;采用差分法求解控制方程组,分析某工况下滑动轴承油膜中雷诺数、压力、温度的二维分布以及承载力和摩擦力等特性参数的变化,并与单一流态下的特性结果进行对比。研究结果表明:不同偏心条件下油膜内流态分布明显不同,大偏心时流态变化复杂;按单一流态计算的静态特性和混合流态计算的结果相比偏差较大;高速轴承润滑性能分析时不能忽略流态的改变和热效应。     

激光工艺对45钢表面梯度熔覆层组织性能的影响

研究了激光熔覆功率、扫描速度和熔覆材料对熔覆层组织结构与耐磨性等的影响.结果表明:梯度熔覆层连续完整,无裂纹、气孔等缺陷,与45钢基体呈冶金结合状态.熔覆层显微组织特征为枝晶、等轴晶等多种形貌的快速凝固组织,由α-Fe,CrNiFe-C和Cr₇C₃等组成.熔覆层显微硬度呈梯度分布,表层硬度达7.48GPa,过渡层硬度达5.52GPa,分别是基体硬度的3.74和2.76倍.激光熔覆技术可显著提高45钢的耐磨性能.     

管内振动壁面射流流场的数值模拟

采用动网格技术和k-ε两方程湍流模型,通过求解二维非定常不可压雷诺时均NavierStokes方程,对局部壁面振动的管内射流流场进行数值模拟,分析局部振动壁面的振幅和频率对流动的影响.结果表明,射流孔下游壁面静压随振幅、频率的增加而增加;射流孔附近静压在126°相位角降到最低.射流孔的平均流量随振幅的增加而减小,随频率的增加而增加;流量波动随振幅、频率的增加而增大,高频率对主流的影响更加明显.     

翼型低Re数小攻角非线性非定常层流分离现象研究

层流分离泡是低速低Re数流动的典型特征,存在强的非定常和非线性效应.其对翼型气动力特性带来的影响突出表现在三个方面:(1)升力系数下降,阻力系数增加,升阻比快速下降;(2)小攻角气动力系数非线性效应;(3)中等到大攻角气动力非线性静态滞回效应.本文在针对E387和SD8020翼型层流分离效应开展数值模拟,并提出不同于经典层流分离泡的后缘层流分离泡的研究基础上,进一步采用非定常数值模拟和水洞PIV流动显示试验结合的方法,以SD8020翼型为对象,更深入细致的研究了翼型低Re数小攻角时均化及非定常的层流分离流动结构和压力系数分布的非线性流动特性和演化规律.数值模拟和水洞PIV试验所获得的时均化和非定常流动结构吻合一致,验证了本文结果的正确性.主要结论简述如下:(1)PIV试验验证了所谓低Re数长层流分离泡是一系列大尺度周期性脱落的层流分离涡的时均化结果,并不存在稳定的长层流分离泡;(2)试验证明了低Re数对称翼型小攻角范围,确实存在不同于经典长层流分离泡的时均化后缘层流分离泡,两种层流分离泡的外部形态、内部结构和演化规律存在显著差异.本文详细刻画对比分析了两种层流分离泡的流动结构及其差异;(3)数值模拟和水洞试验表明两种时均化层流分离泡所对应的非定常分离涡结构和压力系数分布也存在显著差异.正是由于这两类层流分离涡结构之间的演化造成了对称翼型低Re数小攻角升力系数非线性;(4)初步分析表明,后缘层流分离泡对应的非定常分离涡结构在分离点附近基本保持稳定,类似死水区,直至后缘点附近出现类似于卡门涡街的非定常分离.长层流分离泡对应的非定常分离流动则在分离点附近就表现出显著的非定常特征,生成一系列独立,并不断向下游发展、移动、对并、脱落的非定常层流分离涡.由此,造成这两种流动结构之间突变的机理和根源可能在于分离点附近分离区流场的失稳.     

边界条件对SK型静态混合器层流流场的影响

以SK型静态混合器为研究对象,针对入口流速按平均速度均匀分布和按实际速度抛物线分布两种边界条件,运用流体力学计算软件对层流状态下管内速度分布进行对比研究。计算结果表明,两种不同边界条件对混合器入口半个混合元件内的流体速度分布有较大影响,最大相对偏差可达67.7%,而对半个混合元件以后的流体速度分布影响不大,最大相对偏差仅为7.37%,对径向速度影响要大于轴向速度和切向速度。     

掺氢对二甲醚预混层流燃烧特性的影响

利用定容燃烧弹试验和化学反应动力学数值模拟相结合的方法,研究了不同氢气掺混比下的二甲醚-氢气-空气预混层流火焰特性,分析了氢气掺混量(掺氢比)对二甲醚预混层流燃烧速度、绝热火焰温度以及火焰中主要活化自由基的影响。试验结果显示:随掺氢比的增大,混合气体的层流燃烧速度、绝热火焰温度逐渐增大,且在掺氢比小于80%时增大幅度较小,在掺氢比大于80%时,增大幅度较大;掺氢比较小时,混合燃料燃烧初期,火焰中会有一定量的氢气生成,说明混合燃料燃烧过程中,二甲醚会被优先氧化分解,在掺氢比较小的混合燃料燃烧过程中二甲醚的氧化分解占主导地位;随掺氢比的增大,火焰中自由基的浓度逐渐增大,大掺氢比时H自由基浓度增大幅度更为明显,H自由基浓度随掺氢比增大的剧增导致层流燃烧速度的剧增。