音波管长度对射流振荡器性能的影响

为了研究音波管长度对射流振荡器振荡性能及激励响应特性的影响,采用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,简称CFD)数值模拟的方法,在不同操作参数下对优化结构进行对比分析.结果表明,射流振荡频率和射流附壁切换周期都随着音波管长度的增加而减小,且当音波管长度相同时,在大膨胀比下和大操作压...     

可倾/固定密封内流体激振力计算与试验比较

提出可倾式密封减小密封内气流激振力的理论,其本质在于通过密封块的自适应摆动从而改变流场.利用ANSYS CFX建立可倾密封流固耦合分析模型,计算时应用动网格的方法来实现密封块的自适应摆动.计算并比较了两种形式密封内气流激振力随入口压力、转子偏心以及转速的变化情况.结果表明,随着三个参数的增大,密封内气流激振力均普遍增大.在所有工况下,可倾密封气流激振力均小于固定密封气流激振力,两种密封气流激振力的差值随三个参数的增大而增大.设计密封汽流激振力的试验装置,应用传递函数法识别了密封气流激振力,通过共振的方法提高了识别精度.试验证实了计算得到的现象.对于现代超临界、超超临界机组,两种密封内气流激振力的差别预计会更大.     

管网液压激振系统动态仿真与试验研究

针对传统的平面二维振动筛参振质量大、湿分性能较差及工作效率较低等问题,提出了一种能够使管网产生可控的多点激振和多自由度振动的新型液压激振方法。开发了基于管网激振的液压激振测试系统;建立了基于AMESim的仿真模型;研究了溢流阀设定压力、转阀换向频率对激振压力及激振油缸活塞杆振幅的影响;采用位移传感器、信号调理器及数据采集卡对液压激振系统进行了振动测试,并对振动信号进行了滤波处理。研究结果表明:激振压力随系统压力的增大而增大,随转阀换向频率的增大而减小;活塞杆振幅随系统压力的升高而升高,随换向频率的增大而减小;试验测试振动曲线与仿真曲线较好吻合,揭示了液压激振系统转阀换向频率、系统压力与油缸振幅之间的耦合关系,表明该液压激振参数的可控性,以及使管网产生可控的多点激振和多自由度振动的可行性;基于AMESim的管网液压激振系统模型能真实反映系统的动态特性,可为液压激振系统的设计与分析提供一种新途径。     

气液脉冲两相流耦合激振数值模拟与试验

提出了一种气液耦合激振方式,通过控制气路和液路交替产生的高压脉冲两相振荡流,利用其产生的激振力实现对液压系统管道内壁的污染物去除。首先,建立了高压脉冲两相流动力学模型,开发了气液脉冲两相流试验系统,利用Ansys Fluent模块进行数值模拟与仿真分析;其次,湍流模型采用k-ε二方程模型,气液两相流采用流体体积函数(volume of fluid,简称VOF)模型,用Simple算法对双流体控制方程组进行迭代求解,对气液脉冲两相振荡流的压力场、速度场及流态进行了分析;最后,采用压力变送器和数据采集卡对气液入口处不同流体压力下管道中部的混合流体激振压力进行测量,对实测压力信号进行滤波,并与数值模拟进行对比。分析表明:混合流体激振压力随着进气口和进油口流体压力的增大而增大,变化趋势与数值模拟基本吻合;在气液交替混合过程中,随着通气时间的增加,混合流体激振压力逐渐增大。数值模拟和试验研究揭示了气液脉冲两相流的动力学特性,为气液两相流激振的可控性提供了理论依据和试验基础。     

旋转配流激振控制阀开槽参数的交互作用试验研究

提出一种旋转配流激振控制阀,为研究阀芯开槽参数交互作用对激振控制阀输出压力的影响,基于Fluent多参考系滑移网格方法,对激振控制阀的输出压力进行仿真,利用试验测定方法对仿真结果进行验证;采用二次回归正交试验法、中心复合试验法,建立开槽参数与输出压力的显著不失拟回归模型,通过方差分析得到开槽参数影响输出压力的显著性差异,获得开槽参数交互作用的响应曲面,讨论开槽参数交互作用对输出压力的影响趋势。研究结果表明：试验空间内,当开槽长度提高4 mm、开槽宽度提高2 mm、开槽深度提高4 mm时,激振控制阀输出压力分别增大8.3%、25.1%、22.3%,开槽参数对压力的影响程度由大到小依次为开槽宽度、开槽深度、开槽长度,开槽宽度与开槽长度、深度的交互作用对激振控制阀输出压力的影响最显著。     

基于钻头-岩石碰撞的激振冲击系统的非线性动力学研究

为了提升旋转冲击钻井过程中轴向冲击的辅助破岩效果,设计了一套用于测试钻头与岩石之间激振碰撞的试验装置,通过对钻头的激振频率、激振振幅和施加的静态压力3项可控参数的调节,研究了该激振冲击系统的动力学行为演化规律,且试验测试结果与数值模拟结果具有很好的一致性。通过进一步的分岔分析和相平面分析发现,由于激振冲击系统具有典型的接触非线性结构,其动态响应也呈现出复杂的非线性特征,钻头在与岩石发生激振碰撞后,主要保持单周期的振动状态,但随着控制参数的变化,钻头与岩石之间在一个激励周期内的碰撞次数会不断改变;此外,钻头的振动状态还会经由倍周期分岔转变为双周期振动,但最终又会经由逆倍周期分岔或者折叠分岔重新回到单周期振动状态。由于钻头的振动状态直接决定了其轴向冲击力的大小,因而会影响其破岩效率;因此,为了获得破岩效率最高的一周期一次碰撞的钻头振动状态,应该采用较高的激振频率和振幅,但应该避免较高的静态压力,因为它将触发钻头的颤振,反而降低其破岩效率。     

旋转式激振阀流场动态特性模拟及实验验证

提出一种旋转式激振阀,为分析激振阀旋转过程中阀口流场的分布特性,设计三种不同几何形状的阀口。基于半隐式连接压力方程计算模型,通过多参考系模型(MRF)网格滑移运动的方法对激振阀进行流场动态模拟,获得激振阀阀口的压力、速度、射流角及流量特性曲线。研究结果表明:随阀芯的旋转,激振阀的压力和流量呈先升高后降低的趋势,速度呈先下降后上升的趋势,射流角在60～120°的区间内逐渐上升;阀口形状对激振阀的压力、速度、流量有较大的影响,矩形阀口的压力、流量动态特性最佳。实验证明,激振阀流量曲线近似为正弦波,仿真方法与实验误差小于5%。     

自振射流装置结构及频率特性

自振射流频率特性包括低频脉动与高频振荡,其发生机理与应用条件均存在较大差异,而现有研究较少。基于流体网络理论建立数学模型,分别计算流体管网与喷嘴的声谐固有频率;基于信号分析方法,获取自振射流的全频谱结构,进而探讨射流装置结构与射流频率特性的关系。试验结果表明,一个完整的自振射流频谱由低频脉动和高频振荡两部分组成,但两者相差近两个数量级;自振射流的低频脉动通常由管网内流体扰动引发,当扰动频率与管网固有频率相接近时,低频振荡增强;其高频振荡由喷嘴出口处流体涡激振动引发,当涡振频率与喷嘴声谐固有频率相接近时,射流产生强烈的高频振荡;低频脉动射流不受喷嘴出口形状和外部环境参数影响,可应用于非淹没或低围压环境下,而高频振荡射流受喷嘴出口形状和外部环境参数影响大,可应用于围压条件下。研究成果揭示了射流装置结构与射流频率特性的关系,为自振射流装置结构设计及深海资源开采提供了技术支撑。     

基于软性磨粒流抛光超声波激振湍流强化的初步研究

在固-液两相软性磨粒流加工方法中固定的约束模块中存在湍动能和动压力的分布不均匀、加工时间偏长、加工效率偏低等问题,为解决以上问题,将超声波激振技术应用于固—液两相软性磨粒流加工中.针对超声波激振在液体中产生的压力场改变,在高幅和高频的交变压力场的激励下,分析了流场产生的周期性空化现象,建立了超声波激振与固—液两相软性磨粒流之间的关系;在软性磨粒流加工方法的基础上,提出了在约束流道中耦合超声波激振的方法,从而达到了扰动流场增强湍流强度的目的;在减少加工时间,提高加工效率和减少能耗上对新提出的方法进行了评价;通过大量的仿真,得到不同时刻约束流道内的压力、速度和湍动能分布图,并与定常流道内的压力、速度和湍动能分布图进行了对比.研究结果表明,超声波激振带来的压力场变化能够实现提高加工效率和加工质量的目的.     

多孔挡板影响液体晃荡冲击压力特征的研究

船舶波浪中航行激励液舱内液体晃荡产生的激振力会导致液舱结构局部失效,从而影响船舶运动姿态,而多孔挡板可以有效避免该问题。构建了大振幅水平激励试验平台以探讨冲击压力对频率的响应规律,分析了多孔挡板在不同激励频率下冲击压力的时域和频域特征,并从挡板结构和涡旋强度方面解释冲击压力特征产生差异的原因。结果表明,大振幅激励下的波浪翻卷、破碎等非线性特征会导致共振频率偏离固有频率;多孔挡板能够降低液体晃荡冲击压力的峰值与峰宽,且在一阶固有频率处压力峰值降低率更显著;多孔挡板不改变幅频中的主频成分,时频谱中仅有能量较低的低频成分;多孔挡板的固体结构阻碍行进波中大部分流体运动,剩余小部分流体通过孔隙会产生涡旋运动,从而耗散能量,减缓流体对液舱壁面的冲击。     

自激振荡脉冲射流频率特性实验研究

为了研究射流峰值压力频率和脉冲射流峰值压力以及自激振荡装置结构参数间的相互关系,运用流体网络理论建立了自激振荡装置相似网络模型,并完成了单腔室自激振荡脉冲实验。相似网络模型和实验结果表明:脉冲压力峰值频率不仅取决于系统的固有频率,还决定于系统的阻尼比;射流压力峰值频率随腔长的增大而减小,随泵压的升高而增大,存在一个最佳腔长使射流峰值压力最大;自激振荡装置具有低波滤通性,当来流脉动主频与自激振荡装置固有频率相近时,脉冲射流压力峰值最大。     

基于自激振荡脉冲效应的雾化喷嘴出口流道空化特性研究

喷嘴结构及射流运动参数对液体空化流动状态有重要影响。基于空化泡溃灭的雾化机理和自激振荡脉冲喷嘴出口流道空化过程,分析空化效应对自激振荡脉冲射流雾化效果的影响。依据自激振荡脉冲雾化喷嘴结构,分析射流来流速度和脉动压力对喷嘴出口流道空化效应的影响,提出利用来流雷诺数和脉动特征值表征喷嘴出口流道空化程度,并根据自激振荡脉冲喷嘴有限元分析得到喷嘴出口流道较好空化状态的来流雷诺数和喷嘴腔室长径比。研究结果表明:当来流雷诺数在2.14×10~5~3.05×10~5内逐渐增大时,自激振荡脉冲雾化喷嘴出口流道液相体积分数先减小后增大,相应的空化程度先增大后减小。雷诺数在2.44×10~5~2.75×10~5内可以使喷嘴出口流道形成较好空化效应,尤其在2.44×10~5附近时喷嘴出口流道出现最好的空化状态;脉动特征值与喷嘴出口流道处脉动压力幅值差成正比,随着自激振荡脉冲雾化喷嘴腔室长径比增大,脉动压力幅值差值先减小后增大。当喷嘴腔室长径比为0.60~0.70时,喷嘴出口流道空化状态较好。计算结果为自激振荡脉冲射流雾化喷嘴设计提供了理论依据。     

High frequency pressure oscillator for microcryocoolers

Microminiature pulse tube cryocoolers should operate at a frequency of an order higher than the conventional macro ones because the pulse tube cryocooler operating frequency scales inversely with the square of the pulse tube diameter. In this paper, the design and experiments of a high frequency pressure oscillator is presented with the aim to power a micropulse tube cryocooler operating between 300 and 80 K, delivering a cooling power of 10 mW. Piezoelectric actuators operate efficiently at high frequencies and have high power density making them good candidates as drivers for high frequency pressure oscillator. The pressure oscillator described in this work consists of a membrane driven by a piezoelectric actuator. A pressure ratio of about 1.11 was achieved with a filling pressure of 2.5 MPa and compression volume of about 22.6 mm(3) when operating the actuator with a peak-to-peak sinusoidal voltage of 100 V at a frequency of 1 kHz. The electrical power input was 2.73 W. The high pressure ratio and low electrical input power at high frequencies would herald development of microminiature cryocoolers.     

微型同轴脉管制冷机系统运行参数的优化及氢氦混合工质应用的试验研究

进行了微型同轴脉管制冷机系统运行参数的优化及氢氦混合工质应用的试验研究。系统运行参数的优化试验结果表明,不同的氢氦配比下,微型同轴脉管制冷机系统的最佳运转频率为15.5～17.2 Hz。随着系统平均压力的提高,最低制冷温度也随之下降,但变化幅度越来越小。气库小孔阀和双向进气阀均存在最佳开度,在试验系统中气库小孔阀最佳开度为70°,双向进气阀最佳开度为30°。同时,氢氦混合工质的试验结果表明,在其他运行参数不变的情况下,随着氢气摩尔分数的减少,系统最低制冷温度逐渐降低,当氢气摩尔分数小于20%时,系统最低制冷温度接近纯氦水平。在100～120 K温区,氢氦混合工质能提高系统的制冷量,当氢气摩尔分数为20%时,系统制冷量比纯氦时提高了13.5%～16.5%。     

含水量对汽轮机油润滑性能的影响

舰用防锈汽轮机油为抗氧防锈型汽轮机油,采用标准试验方法很难就水分对其润滑性能的影响进行有效评价。利用高频往复试验机和Timken试验机,用改进的试验方法考察了含水量对舰用防锈汽轮机油润滑性能的影响。结果表明：改进的试验方法试验结果区分性较好,可用于油水乳化液润滑机制的研究;水分降低了舰用防锈汽轮机油的润滑性能,当汽轮机油含水量超过0.5%时,汽轮机油的极压抗磨性能显著下降。     

有色噪声激励下非线性吸振器的能量传递

将双稳态振子作为非线性吸振器,建立了含非线性吸振器的主系统力学模型,给出了有色噪声激励下系统的控制方程并进行了量纲一化。借助数值仿真,研究了系统初值、调谐频率比、质量比、阻尼系数对主系统和非线性吸振器振动能量的影响规律。通过系统结构参数的逐步优化选择,获得了将主系统振动能量最小化并使非线性吸振器振动能量最大化的最优结构参数配置区间。     

外载作用下悬跨管道纵向振动响应研究

管道是油气资源运输的载体,其性能对作业安全影响巨大。在合理假设的基础上,通过建立悬跨管道的振动力学模型,建立并求解其运动微分方程,得到悬跨管道的纵向振动响应。管道在受冲击载荷作用时由于阻尼的存在其纵向振动响应幅值随时间逐渐减小;管道受一般外载作用下的响应可通过将外载视为作用时间段内冲击载荷的积分来处理;管道受简谐力作用时其振动幅度与阻尼比和频率比相关,当外激频率接近固有频率时振幅放大系数最大,当外激频率大于固有频率时,频率比越大管道的振幅放大系数越小。     

非定常来流对汽车气动升力瞬态特性的影响

采用大涡模拟与风洞试验相结合的方法,研究了非定常来流下汽车气动升力瞬态特性的变化规律,分析了来流速度脉动频率对气动升力的影响,讨论了对气动特性产生影响的物理机制。模拟计算结果表明：来流速度的脉动频率对升力系数有很大影响;来流以短周期脉动时,升力系数近似呈正弦规律变化;来流以长周期脉动时,升力系数先增大后减小,随后趋于平稳振荡。研究结果表明：尾部流场结构在很大程度上影响气动升力的大小和方向,速度脉动变化引起上下部压差变化进而导致升力变化。     

基于线性放大与非线性磁力复合增强的三稳态压电振动能量俘获机理与动力学特性研究

提出一种基于线性放大与非线性磁力复合增强的三稳态压电振动俘能器，实现在宽频范围内有效地采集低能轨道振动能量。将质量块和弹簧组成的线性放大机构置于三稳态压电俘能器与基座之间，调节线性放大机构与俘能器之间的质量比和刚度比，使三稳态俘能器获得较大的输入动能从低能轨道运动跳转到高能轨道运动，从而获得更高的输出性能和更宽的工作频带。利用能量法建立了描述该复合压电振动俘能器系统动态响应的非线性机电耦合数学模型；采用动态分岔图仿真研究了系统质量比和刚度比对压电俘能器动态输出性能的影响及其能量俘获机理。实验验证了理论结果的正确性。研究结果表明：合理调节系统质量比和刚度比，复合俘能器可以在低能轨道振动时获得更宽的工作频带和更高的发电能力。与传统刚性基座三稳态压电俘能器相比，实验获得复合压电俘能器的阱间运动频率范围由3～14 Hz扩大到2～21.5 Hz，从低能轨道振动跳转到高能轨道振动所需的激励加速度由13.5m/s²降至5.8m/s²。     

清污机器人工作机构电液伺服常值激励研究

研究一种抓臂式清污机器人工作机构电液伺服控制在常值激励下的响应。建立工作机构三维实体模型,使用ADAMS建立动力学分析模型,用MATLAB进行控制算法计算与激励信号施加,AMESim建立液压系统仿真模型。分别对工作机构的不同伺服缸组进行常值信号激励,观测工作机构的位移跟踪情况及液压力的变化。研究结果表明:联合仿真接口稳定,得到了工作机构位移响应与液压力变化情况;仿真的初始瞬时均出现了非稳态的振荡情况,并随着时间逐渐收敛至稳态;工作机构同时运动时,出现了一段近似正弦规律波动的液压力变化,在实际操作时应极力避免;仿真结果符合实际变化情况,为进一步改进信号激励、机械结构设计及优化、液压缸设计等提供了依据。