交错式迷宫密封的动力特性分析

本文针对交错式迷宫密封的结构特点,提出了一种全新的多控制体模型,从流体力学的基本方程出发,建立起一组描述气体流动的偏微分方程,并将其在静态解基础上线性化,从而导出了这种密封的动力特性计算公式,该方法具有简单、方便、实用的特点。计算结果与国外文献所给出的实验结果基本吻合。     

迷宫与蜂窝密封的流场及动力学性能分析

为了研究转子振动与转子密封之间的相互作用及影响,本文对两种环形转子密封的流动特性以及其所对应的转子的动力学特性进行了数值计算。首先提出了一种计算转子动力学参数的数值方法,可以求解转子的振幅和振频。之后这些参数可以作为非稳态条件应用于流体数值计算中。数值分析的结果表明,转子的振动能够降低密封的性能并且引起额外的转子气体力。通过深入的分析证实了该气体力总是趋向于降低转子的自激振动,并且随着压差的增大这种效应更加明显。关于上述现象在两种转子密封中的异同在本文中给出了说明。最终得出结论:适当结构的迷宫、蜂窝密封或者其二者的组合是完全有可能降低转子自激振动带来的负面影响的。     

小流量离心压缩机轮盖迷宫密封的一种改进型式

对某小流量二氧化碳离心压缩机上的迷宫密封添加了逆向辅助密封齿,分别从辅助装置的高度和安装位置两方面对密封性能的影响进行了三维黏性数值模拟分析。结果表明,添加逆向辅助密封齿对密封的性能有很大的改善:齿高厚比为9时,其泄漏损失系数较基本密封齿型的密封结构下降45%;齿偏移量与厚度比值为4时,其泄漏损失系数较基本密封齿型的密封结构下降47.6%。     

齿尖磨损对迷宫密封泄漏特性的影响研究

采用FEA和CFD相结合的方法对直通型迷宫密封齿尖磨损引起的封严性能退化规律进行了研究,利用已有的实验数据对数值方法的有效性和精度进行了验证,获得了迷宫密封磨损后的几何形状,分析了齿尖磨损对迷宫密封泄漏量和流场结构的影响机制。结果表明：在动静碰磨过程中,密封齿尖会出现显著蘑菇化变形。接触换热系数h_rot和对流换热系数h_air对磨损形状影响显著。当转子向齿尖侵入0.4 mm,泄漏量增大了82.4%。磨损导致齿尖下游腔室静压降低、总压升高、动能耗散作用降低,携流效应增加。     

倾斜迷宫气封齿对密封性能及稳定性的影响

迷宫气封是大型旋转机械中的重要部件,其结构形式不但影响机组运行的经济性,还对机组运行的安全性有着重要的影响.本文以基于有限精确差分格式的非定常全三维粘性流场模拟技术为基础,采用k～ε紊流模型,分别研究了某超临界机组高压段动叶顶部气封齿在倾斜30°、60°、90°、120°和15O°情形下迷宫气封的密封性;并将三维非定常密封流场与弹性转子作为一个系统,研究了不同倾斜角度下转子系统的稳定性,得到了一些对超临界及超超临界机组的设计具有重要参考价值的研究结果.     

基于Bulk-Flow模型的迷宫密封泄漏模型适用性研究

本文基于单控制体等熵过程Bulk-Flow模型发展了直通式迷宫密封泄漏特性快速预测方法,并开发了相应的计算程序。通过与不同几何参数和运行工况条件下的实验结果对比,对72种泄漏模型开展了泄漏特性预测适用性研究,结果表明:采用Neumann泄漏方程、Chaplygin流量系数、Hodkinson-Modified(压比低于4.5)或Hodkinson(压比高于4.5)动能输运系数、Swamee Jain切应力系数的泄漏模型具有最佳预测精度,对泄漏量的平均预测误差约为5%。论文工作为Bulk-Flow模型在迷宫密封设计和泄漏特性分析中的应用提供理论参考。     

周视光电观瞄设备动密封的摩擦力矩分析

在结构设计解决周视光电观瞄设备的动态密封问题后,动密封所带来的摩擦力矩就成为周视光电稳定的重要制约因素。通过对3种典型应用动密封原理的周视光电观瞄设备分析研究,着重分析了动密封的摩擦力矩对结构、稳瞄精度的影响,并结合实际工程应用给出3种动密封形式所对应的摩擦力矩分析和估算方法,提供给稳瞄和结构设计人员,以期对后续稳瞄系统设计有所帮助。最后在同一周视转台上,对3种动密封进行了试验验证并进行分析计算,得出磁流体是解决周视光电设备动密封较好形式的结论。     

基于CFD和FEM方法的刷式密封传热特性研究

采用计算流体动力学与有限元分析相结合的方法,数值研究了压差和干涉量对刷式密封传热特性的影响规律。刷式密封的温度分布是通过求解基于Non-Darcian多孔介质模型的Reynolds-Avergaed Navier-Stokes(RANS)方程获得。刷丝与转轴的摩擦热量是通过摩擦系数、法向接触力和接触速度计算得到。刷丝与转轴接触力是通过对刷式密封非线性接触模型进行有限元分析计算获得。研究结果表明,在干涉量一定时,刷丝与转轴法向接触力随压差增大呈线性增加,刷丝的最高温度随压差增大而显著升高,但最高温度的上升趋势随压差增大而减缓;在压差一定时,刷丝与转轴法向接触力随着干涉量增大而略微增大,最高温度随干涉量增加而小幅上升。     

轮缘密封整周模型流动与封严特性数值研究

本文通过求解SST湍流模型以及三维Unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes (URANS)方程,研究了单级轴流透平轮缘密封整周模型的流动与封严特性。分析了不同冷气流量下的封严效率与压力波动的变化,并通过与仅保留静叶和仅保留动叶的简化模型比较,分析了动静叶对主流与盘腔内压力波动的影响。结果表明:盘腔内部封严效率存在周向波动但无明显周期性规律,主流与盘腔内的压力周向波动受动静叶的影响,存在明显的周期性规律,静叶下游压力波动周期数等于静叶数,动叶上游与盘腔内部压力波动周期数等于动叶数。     

阶梯槽交错双栅慢波结构高频特性理论和模拟

本文基于一种阶梯槽交错双栅周期慢波结构模型,获得了该结构中的电磁场分布公式.通过场匹配方法,求出了该结构的高频色散方程和耦合阻抗表达式.以W波段行波管用的阶梯槽交错双栅为例,利用本文公式和CST-MWS电磁软件比较计算了色散和耦合阻抗特性,分析了阶梯尺寸参数对高频特性(基模色散、+1次空间谐波归一化相速和耦合阻抗)的影响.结果表明,理论和CST-MWS软件模拟有很好的一致性;相对矩形交错双栅,改善了色散特性,拓展了基模带宽,同时具有足够大的耦合阻抗和适合工程应用的机械强度,在一定程度上可以弥补矩形交错双栅周期慢波结构的不足.     

陀螺进动特性的研究

本文基于陀螺进动原理,推导出陀螺进动时的角速度和自转角速度关系式,结合电磁感应原理和光敏电阻特性制作了陀螺实验装置,同时精确测出陀螺的公转周期与自转周期,进一步计算了陀螺的转动惯量,并用平行轴定理所得的计算结果验证了此装置的理论方法与测量结果的正确性.     

脊加载同轴交错圆盘波导的高频特性

提出脊加载同轴交错圆盘波导慢波结构,并用电磁场仿真软件HFSS对其色散特性和耦合阻抗进行了计算,分析了不同结构参数对其高频特性的影响。研究表明:脊加载同轴交错圆盘波导有较好的色散特性,它比非同轴结构的带宽有明显增加,同时可以降低慢波结构的相速,用作行波管慢波结构时可以降低工作电压。脊加载同轴交错圆盘波导是一种全金属结构,散热性能好,损耗低,在毫米波及亚毫米波段的行波管中有较好的应用前景。     

脊加载同轴交错圆盘波导的高频特性

提出脊加载同轴交错圆盘波导慢波结构,并用电磁场仿真软件HFSS对其色散特性和耦合阻抗进行了计算,分析了不同结构参数对其高频特性的影响。研究表明：脊加载同轴交错圆盘波导有较好的色散特性,它比非同轴结构的带宽有明显增加,同时可以降低慢波结构的相速,用作行波管慢波结构时可以降低工作电压。脊加载同轴交错圆盘波导是一种全金属结构,散热性能好,损耗低,在毫米波及亚毫米波段的行波管中有较好的应用前景。     

同轴交错圆盘加载波导慢波结构高频特性的研究

采用多导体传输线分析方法, 对同轴交错圆盘加载波导慢波结构进行了理论分析, 得到了这种慢波结构的色散方程; 利用该色散方程, 得到的色散特性与HFSS仿真软件模拟结果符合良好. 分析了结构参数的变化对同轴交错圆盘加载波导慢波结构的色散特性影响. 结果表明: 增加内径和减小慢波结构的单位周期长度可以拓展慢波结构的带宽. 对同轴圆盘加载波导和同轴交错圆盘加载波导两种慢波结构的色散特性进行了比较, 结果表明: 采用圆盘交错加载方式可以减弱色散, 拓展带宽. 研究结果对同轴交错圆盘加载波导在毫米波行波管中的应用具有指导意义. 关键词： 行波管 同轴交错圆盘加载波导 慢波结构 色散特性     

孔型阻尼密封非定常气流激振特性的研究

采用自编理想气体两控制容积bulk flow计算程序及非定常数值求解方法,对孔型阻尼密封内的非定常气流激振特性开展了研究。利用实验测量得到的孔型阻尼密封转子动力特性系数,对两种两控制容积bulk flow方法、3种湍流模型的计算精度进行了考核。研究表明:本文的理想气体两控制容积bulk flow计算程序预测精度与等温bulk flow程序ISOTSEAL相近;非定常数值求解结果比bulk flow方法预测的结果更接近实验值;阻尼密封内湍流效应比较显著,但温度变化十分微弱,采用合理的湍流模型是提高孔型阻尼密封转子动力特性系数非定常求解精度的有效方法。     

运载火箭结构动特性分析工具的设计与实现

运载火箭的结构模型复杂,只有通过开发专用的仿真分析软件,才能高效、便捷的对其开展动力学特性分析。为保证工具建设的实用性,该软件基于航天领域应用广泛的Patran/Nastran软件进行二次开发。针对仿真分析流程,设计实现了运载火箭结构动特性分析工具,涵盖了建模与计算模块、结果后处理模块、模态筛选模块与模型修正模块,并提炼了其中的关键技术。经工程实践表明,工具可提升设计效率,且计算结果准确、通用性与扩展性强,在工程中具备良好的应用价值。     

密封界面微孔结构的三维分形重构技术与泄漏特性

基于分形粗糙表面的三维数值重构技术,对界面微孔结构的分形表征进行详细研究,并应用分形多孔介质输运理论构建界面泄漏机理模型,建立微观形貌与宏观泄漏率之间的理论关系式.用有限元分析法对单粗糙峰的接触变形进行模拟,获得最大孔径的变形位移,实现微观接触力学与微观泄漏模型的有效耦合.应用所提出的预测模型对金属垫片泄漏率进行计算,结果与已有实验结果相吻合.由预测模型可知,粗糙表面分形维数、特征尺度系数以及变形位移量对微孔几何结构影响显著,是影响界面泄漏率的关键因素.     

温度和压力对Au反射特性影响及动高压下的测温应用分析

基于金属电子气模型,进行了温度、压力对Au反射率变化影响的研究与分析。利用DAC装置开展了压力对Au反射率变化测量实验,以及激光加热的动态温升条件下温度对Au反射率变化测量实验,获得了探测光束波长为488 nm条件下,温度(室温至350 ℃)和压力(11 GPa范围内)对Au反射特性影响的实验结果。结果表明：在11 GPa压力范围内,与温度因素相比,压力对Au的反射率变化影响可忽略;Au对488 nm波长激光的反射率变化趋势为单调递增,变化幅值达约10%,且具有反射率与温度的一一对应特性。通过动高压加载下材料温度瞬态测量要求分析,认为基于Au在488 nm波长下的反射变化特性,可建立一种适用于动高压加载下低温段(低于1000 K)的瞬态测温方法,用于解决材料动高压领域的瞬态测温技术难点。     

温度和压力对Au反射特性影响及动高压下的测温应用分析

基于金属电子气模型,进行了温度、压力对Au反射率变化影响的研究与分析。利用DAC装置开展了压力对Au反射率变化测量实验,以及激光加热的动态温升条件下温度对Au反射率变化测量实验,获得了探测光束波长为488 nm条件下,温度(室温至350 ℃)和压力(11 GPa范围内)对Au反射特性影响的实验结果。结果表明:在11 GPa压力范围内,与温度因素相比,压力对Au的反射率变化影响可忽略;Au对488 nm波长激光的反射率变化趋势为单调递增,变化幅值达约10%,且具有反射率与温度的一一对应特性。通过动高压加载下材料温度瞬态测量要求分析,认为基于Au在488 nm波长下的反射变化特性,可建立一种适用于动高压加载下低温段(低于1000 K)的瞬态测温方法,用于解决材料动高压领域的瞬态测温技术难点。