微造型活塞环表面的润滑性能数值分析

基于活塞环表面激光微造型的实际形貌,建立活塞环表面具有规则微观抛物面凹腔结构的润滑理论模型,采用变异多重网格法对理论模型进行数值求解,获取表面微观形貌几何参数对润滑性能的影响规律.结果表明:通过在活塞环表面造型,会产生明显的流体动压力.微观凹腔的面积占有率S.对膜厚及无量纲平均摩擦力的影响不明显,当S.从5%变化到60%时,无量纲平均摩擦力改变了18.6%.相反,微观凹腔的深度^,影响显著,存在的最佳深度为2～7 μm,当hp8μm时,无量纲平均摩擦力增大,膜厚变薄,且一个周期内的膜厚曲线变化不规则.     

激光微造型柴油机缸套的试验研究

采用激光微造型加工技术,在某柴油机气缸套工作表面上,加工出规则的交叉网纹型微观形貌.其表面评定参数优于传统平台网纹缸套,网纹沟槽清晰、分布均匀,网纹沟槽的深度和一致性增加,缸套表面平整,增加了承载面积.而装机试验表明,装配激光微造型缸套的柴油机工作正常,各性能参数稳定,缸套和活塞环之间摩擦学性能优于平台网纹珩磨缸套,发动机机油消耗比采用后者时降低了48.1%,活塞漏气量下降了49.2%.     

激光微珩磨缸套润滑耐磨性能理论分析

基于摩擦学理论和缸套／活塞环的润滑磨损特征，采用激光微造型技术，在缸套内表面进行规则微观几何形貌的造型。通过分析缸套／活塞环摩擦副的物理模型，建立了具有规则微观几何形貌特征的缸套内表面润滑理论模型，用变异的多重网格法进行了数值求解，并对微观几何形貌参数进行了初步的优化设计。研究结果表明，即使在两个平面摩擦副上进行简单的激光微凹腔造型，也能维持良好的动压润滑效果。同时得出，微凹腔的面积占有率为15％、深径比为0．5时，润滑油膜厚度增加了10％-15％，平均摩擦力减小了20％，润滑减磨效果较好。     

凹腔结构对氢气超声速燃烧影响数值模拟

基于开源计算软件OpenFOAM建立求解器,采用RANS方法,针对凹腔不同深度、长度、后壁面倾角对氢气在燃烧室中超声速燃烧进行数值模拟研究。分析比较了在燃料当量比为0.28时不同凹腔结构的速度场、温度场、燃烧效率和总压损失。结果表明:凹腔是燃烧室中主要蓄热和燃烧部分且不同凹腔结构的燃烧室流场边界层形状相似;凹腔长度影响燃烧室的总压损失,但是凹腔深度和后壁面倾角对其影响不大;凹腔的面积和长深比均可以影响燃烧室的燃烧效率,凹腔面积越大,燃烧效率越高,长深比为4.5左右时凹腔附近燃烧效率增幅最快。     

活塞环表面微坑电解加工技术的基础研究

研究表明摩擦副表面的织构可以有效地改善表面摩擦学性能,提出了采用阴极掩模微细电解方法在活塞环表面加工阵列微坑的加工工艺。试验研究了不同绝缘层厚度和加工电压对曲面微坑尺寸的影响。选用优化的加工参数,进行了曲面微坑电解加工试验,在活塞环表面得到平均直径为250μm,深度为10μm的阵列微坑。参照发动机中活塞环/缸套摩擦副的工作原理,采用该加工方法加工出表面面积率不同,深度不同的多个活塞环试样进行摩擦试验。试验结果表明,与光滑曲面相比,带有适当面积率和深度的阵列微坑的试样表面可以有效地降低摩擦因数,起到抗磨减摩的作用。     

激光加工微凹坑表面对缸套-活塞环摩擦性能的影响

研究了激光加工微凹坑对缸套-活塞环摩擦特性的影响,通过改变激光微凹坑参数,加工出具有不同微凹坑表面形貌的缸套试件,并对表面形貌进行了测量和表征,基于台架试验获取了试验过程中的缸套-活塞环间的摩擦力、温度和缸套磨损量等参数.将试验结果与表面形貌表征结果结合,研究表面形貌参数与摩擦学特性的关系.定量分析了三维表面形貌参数Sa、Sp、Sv、Vmp、Vmc、Vvv和Spc与摩擦学特性的关系,并给出了可以改善摩擦学特性的参数最佳范围,为表面形貌优化设计提供了依据.     

单螺杆挤出机处理秸秆的试验研究及数值模拟

分别采用试验法和数值模拟法进行了L9(34)正交试验,将螺杆转速、调节装置开度及销钉深度作为试验因素,经正交试验找出其对秸秆加工性能(机头压力、产量及功率)的影响规律,并将试验法与数值模拟法进行了对比分析。结果表明,3个因素对机头压力影响程度的主次顺序为调节装置开度>销钉深度>螺杆转速;3个因素对产量影响程度的主次顺序为螺杆转速>调节装置开度>销钉深度;螺杆转速对功率影响程度远大于调节装置开度及销钉深度;数值模拟法得到3个因素对机头压力及产量的影响程度顺序、优化组合及显著性水平均与试验法一致,且对功率的影响因素及其显著性水平也均与试验法一致。     

圆钢表面裂纹产生原因的遗传性试验研究

采用在铸坯表面钻孔的方法模拟铸坯划伤和针孔对圆钢表面裂纹的遗传性影响,运用金相检测、SEM等方法对工业试验样品进行了分析。结果表明,随着钻孔直径的增加,圆钢裂纹深度和长度都增加;随钻孔深度的增加,裂纹深度增加,而裂纹长度变化不明显。试验表明铸坯表面划伤和表面针孔是导致圆钢表面裂纹主要原因。     

高强化柴油机气缸套周围冷却水流动的数值模拟和试验研究

针对柴油机的冷却进行精确计算，必须对柴油机内部流场进行深入的三维数值模拟和试验研究。首先分析了柴油机冷却水流动的数值模拟计算方法，建立了某柴油机气缸套周围复杂水腔的三维实体模型，并采用FIRETM软件对水腔模型进行计算，得到冷却水在缸套复杂水腔内的三维流场；再运用流量压力测量法和流动显示法对透明气缸套水腔内的冷却水流动进行试验。对比分析结果表明数值模拟计算的冷却水流动方向和流量大小与试验测量和观察结果相一致缸套水腔改进后冷却水的流量和压力分布合理，水腔内微涡和流动死区减少，缸套穴蚀减轻，此数值模拟方法是合理的。     

分置式斯特林发动机热力性能的仿真

对斯特林发动机的压缩与膨胀过程进行了变质量系统热力学分析。利用等温模型分析法,引入流动阻力损失的计算模型,模拟了分置式斯特林发动机内部工质的压力等参数的动态变化规律。仿真结果表明：斯特林发动机在运行过程中压缩腔与膨胀腔的气体压力并不时时相等;提高发动机的转速和高温热源温度,可以增加发动机的输出功率。     

液滴在异形凹槽表面上运动特性的模拟

采用格子Boltzmann方法中的伪势模型对凹槽表面上液滴的运动情况进行了数值模拟。首先根据激光烧蚀金属表面后的痕迹提出了一种异形凹槽结构,建立了异形凹槽表面的二维模型;然后模拟了不同深度的异形凹槽表面上液滴的运动情况。模拟结果表明,异形凹槽深度越浅,液滴运动速度越快。最后在异形凹槽的基础上比较了前后沿不同结构对液滴运动特性的影响,发现将异形凹槽表面上凸起的前后沿改成直角结构会增大凹槽表面对液滴运动的阻力。     

三角形粗糙元的微通道内流动换热的模拟分析

应用蒙特卡洛直接模拟(direct simulation Mont Carlo,DSMC)方法数值分析具有三角粗糙元表面平行平板微通道内气体二维流动与换热.模拟表明:微通道内粗糙元对流动与换热有明显的扰动;粗糙微通道内的壁面速度滑移小于光滑微通道,并随粗糙元变大,速度出现更为严重的跳跃,甚至出现漩涡,增加了通道内的压力损失;随粗糙元变大,气体在壁面处滞留时间变长,增加了单位质量气体与壁面之间的换热.     

缸套表面分区差异织构的润滑摩擦性能研究

基于某4缸机开展了缸套分区织构的数值模拟计算,确定分区差异织构的设计方案,即在缸套上止点附近区域内加工面积占有率为10%的微凹坑(半径为25μm、深度为8μm),而在行程中部区域加工面积占有率为5%的微凹坑(半径为25μm、深度为8μm);利用摩擦磨损试验机进行缸套-活塞环基础摩擦学测试,验证了缸套分区差异织构的可行性和适用性;采用激光微织构手段加工了4种不同缸套织构方案,开展发动机台架性能试验.倒拖试验结果表明:在缸套上止点区域加工面积占有率为10%凹坑织构,同时在活塞行程中部加工面积占有率为5%凹坑织构的缸套分区差异织构方案,能够降低整机摩擦损失,具有良好的润滑减摩效果.     

绝缘子表面积污规律的数值模拟研究

为了研究输电线路悬挂绝缘子表面的积污规律,本文以XWP2-160型绝缘子为研究对象,利用计算流体力学方法,对大气中的污染物颗粒在绝缘子周边的运动和沉积进行数值模拟,分析了风速、质量浓度、颗粒粒径对绝缘子表面积污速率和区域的影响。研究结果表明,模拟结果与实验结果具有较好的一致性,所建立的数学模型能够较好地反映绝缘子表面的积污规律;绝缘子表面积污密度随风速的增加而增加并且增速逐渐增大,上表面与下表面积污密度的比值随风速的增加逐渐减小;绝缘子表面积污密度与质量浓度呈线性增加关系;不同粒径的颗粒在绝缘子表面的沉积区域呈现出不同的规律;绝缘子上表面,0~20μm颗粒的沉积数目几乎不受粒径影响,大于20μm颗粒的沉积数目随着粒径的增加而增加并且增速逐渐增大;绝缘子下表面,0~20μm颗粒的沉积数目随粒径增加迅速下降,20~50μm颗粒沉积数目回升,50~100μm颗粒沉积数目下降,一直100μm时接近于零。     

柴油机缸套表面织构协同润滑效应

为研究织构间协同润滑效应,基于平均Reynolds方程及微凸体接触方程,建立缸套表面织构混合润滑理论模型,模拟不同凹腔、沟槽织构布置方案的润滑性能.通过重点分析流体动力润滑及混合润滑区域的油膜压力分布来阐述织构间的协同润滑机理,由此对发动机单个工作循环的油膜厚度变化这一表象特征进行说明,并解释量纲为1的摩擦力及摩擦平均有效压力这两个摩擦性能指标的变化.研究表明:表面织构间存在的协同润滑效应能使润滑油从高压油膜区域向低压油膜区域流动,从而降低油膜压力峰值,增加瞬时油膜厚度,强化油膜承载能力;织构间协同润滑效应改善缸套-活塞环摩擦学性能,体现为在流体润滑区域降低油膜压力梯度,在混合润滑区域减少微凸体接触;与沟槽相比,凹腔更能发挥织构间协同润滑效应.     

基于有限元法空气加热炉炉温控制系统研究

针对一类新型空气加热炉系统,对炉内温度场进行有限元分析,利用Fluent软件进行数值模拟,根据仿真结果合理布置加热炉内壁的加热管位置,确定加热功率及单位面积的热流密度,达到温度场均匀性的要求。通过现场试验验证数值模拟结果的正确性,取得了较好的效果。     

计算机建模仿真软件在汽车内燃机设计中的应用

<正>内燃机涉及流体力学、材料力学等多学科,数值模拟技术可以通过数值模拟和仿真内燃机燃烧、气体流动、热传递等过程,准确预测内燃机的燃烧过程、性能参数和排放特性,节省大量试验成本和时间。数值模拟技术可以对不同物质形态进行耦合模拟,利用多目标优化算法,通过设置合适的目标函数和约束条件,可以得到最优的内燃机设计方案,实现内燃机的综合分析和优化设计。数值模拟技术还可以创建虚拟样机,通过三维建模和仿真,快速评估不同设计变量的影响,提前发现并解决潜在问题,从而减少实际试验的次数和成本。得益于以上优点,数值模拟技术在内燃机设计中得到广泛应用,成为内燃机设计开发必不可少的工具。     

带有横向微沟槽的矩形紧凑式通道换热器内超临界液化天然气工质换热强化特性模拟研究

提出了一种用于超临界液化天然气换热的微小通道换热器整体性能提高的被动式强化技术并进行了数值模拟验证和设计优化。在普通的矩形微小通道内利用3D激光打印技术在壁面加工横向圆弧形微沟槽以强化换热能力。首先对圆弧形微沟槽的槽深、槽宽和相邻两槽道中心距等几何尺寸进行了优化计算,然后讨论了在使用强化技术后工质温度在跨越临界温度的120K-250K范围内的换热强化和流动特性,进一步考察了工质温度、质量流量（雷诺数）和进口压力对换热系数（努塞尔数）、摩擦因子和综合效益系数的影响。此外,通过微沟槽附近的局部流动特性分析强化换热机理,数值模拟结果表明带有横向微沟槽的紧凑式换热器的综合换热效益得到30%左右增加,显示了优异的换热强化综合效果     

土壤中微纳米颗粒提取表征及迁移能力研究

通过现场取样获得试验所需土壤,利用超声—离心法提取土壤中的微纳米颗粒并对其表征,通过室内砂柱试验,研究不同注入速度(6、10、14 mL/min)和不同注入浓度(0.5、0.8、1.0 g/L)对土壤微纳米颗粒在饱和多孔介质中迁移的影响,运用COMSOL Multiphysics多物理场仿真软件模拟土壤微纳米颗粒在饱和多孔介质中的迁移情况,并对比分析了试验结果与模拟结果。结果表明,超声-离心法可以有效地提取出100 nm左右的土壤微纳米颗粒;注入速度越大和注入浓度越小的土壤微纳米颗粒在饱和多孔介质中的迁移能力越强,且出口处的最大相对出流浓度最高达到0.96;注入速度比注入浓度对土壤微纳米颗粒在饱和多孔介质中迁移能力的影响更加显著;数值模拟中采用的模型模块和基本参数合理,且COMSOL Multiphysics模拟软件可以很好地模拟微颗粒的运移规律。     

MULINBUMP复合燃烧系统多次脉冲喷油控制参数的优化研究Ⅰ:发动机参数优化模拟平台的建立

在MULINBUMP复合燃烧系统多次脉冲喷油控制参数的优化过程中,利用一种高效全局智能寻优方法--微种群遗传算法,并结合发动机三维数值模拟程序KIVA,建立起一个发动机多参数优化模拟平台.为提高模拟精度对标准的KIVA程序进行了改进,引入KH-RT雾化模型、层流和湍流多莺特征时间尺度燃烧模型、Hart和Reitz传热模型以及Hiroyaau和Nagle碳烟排放模型来模拟柴油机多次脉冲喷雾、燃烧、壁面传热及排放过程,同时增添改进的Shell自燃模型来模拟着火过程.计算结果表明,采用改进的KIVA程序计算的喷雾贯穿距、缸内压力、着火时刻、燃烧放热率以及NOx和碳烟排放更接近试验结果;用改进的KIVA程序能够较好地模拟柴油机多次脉冲喷雾和燃烧过程,为进一步利用三维数值模拟计算来指导多脉冲喷油控制参数的优化奠定了基础.