冷喷涂材料改性研究中超音速冲击射流流场数值分析

针对冷喷涂材料表面改性技术研究中，超音速冲击射流流场存在激波、分离流等复杂的物理现象，采用扩展压强校正法求解用紊流模型封闭的可压缩湍流平均N—S方程组，利用交错网格系统抹平迭代过程中的数值振荡．并通过高分辨率的离散格式进一步改善校正法的激波捕获效果，对冷喷涂工艺中的超音速冲击射流流场进行了详细的数值模拟，可为冷喷涂实验及机理研究提供重要依据．     

Dependence of magnetic field just inside the magnetopause on subsolar standoff distance: Global MHD results

The subsolar magnetopause is the boundary between the solar wind and the Earth’s magnetosphere,where reduced solar wind dynamic pressure is equal to the magnetic pressure of the Earth’s outer magnetosphere.We use a global magnetohydrodynamic (MHD)model to estimate the ratio f of the compressed magnetic field just inside the subsolar magnetopause to the purely dipolar magnetic field.We also compare our numerical results to a similar work by Shue,which used Time History of Events and Macroscale Interactions during Substorms(THEMIS)data.Our results show that the ratio f is linearly proportional to the subsolar magnetopause standoff distance(r0)for both the northward and southward interplanetary magnetic field,properties consistent with Shue but with a smaller proportionality constant.However,previous theoretical studies show that f is nearly independent of the subsolar standoff distance.The global model results also show that f is smaller for the southward Interplanetary Magnetic Field(IMF)under the same r0,and that the proportionality constant for the southward IMF is larger than that for the northward IMF.Both conclusions agree with statistical results from observations by Shue.     

双流体模型模拟喷涂飞行区内的速度分布

文章基于双流体模型,并采用ANSYS/CFD多组分传输包分析了颗粒群与压缩气流相互作用下喷涂飞行区内的速度分布。结果表明,双相流的速度分布与单独压缩气流的速度分布大致相似,即在开始的一段喷涂距离内速度降低很快,随后趋于平缓;而在相同的喷涂距离下,与喷涂轴线的夹角越大,其所对应的速度越小。但在喷涂入口处,双相流速度分布具有一段明显的加速段。     

喷雾冷却中射流出口高度和高温钢板表面温度对换热系数的影响

利用有限元耦合场数值模拟计算方法进行了高温钢板纯水喷雾冷却的模拟,研究了射流出口高度和钢板表面温度对换热系数的影响.模拟结果表明:在其他参数不变的情况下,随喷射距离(在200～500 mm范围内)的减小,换热系数总体呈增加趋势;随钢板表面温度(在1050～1 200 K范围内)的增加,换热系数总体呈减小趋势.     

Experimental study on the effect of additives on the heat transfer performance of spray cold plate

The spray cold plate has a compact structure and high-efficiency heat exchange, which can meet the requirements of high heat flux dissipation of multiple heat sources, and is a reliable means to solve the heat dissipation of the next generation of chips. This paper proposes to use surfactants to enhance the heat transfer of the spray cold plate, and conduct a systematic experimental study on the heat transfer performance of the spray cold plate under different types and concentrations of additives. It was found that among the three surfactants, sodium dodecyl sulfate (SDS) can improve the heat transfer performance of the spray cold plate, and at the optimal concentration of 200ppm, the heat transfer coefficient of the spray cold plate was increased significantly by 19.8%. Both the n-octanol-distilled water and Tween 20-distilled water can reduce the heat transfer performance of the cold plate using multi nozzles. In addition, based on the experimental data, the dimensionless heat transfers correlations for the spray cold plate using additives were conducted, and the maximum errors of dimensionless correlations for using additives were 2.1%, 2.8%, and 5.4% respectively. This discovery provides a theoretical analysis and basis for the improvement of spray cold plates.     

冷喷涂制备功能涂层工艺中两相射流数值模拟研究

在材料表面改性新技术——冷喷涂工艺中,喷嘴出口射流流场的特性对喷涂介质参数、涂层性质有重要影响．为此通过适当的工程简化,以不同材料、直径的固体颗粒,对圆喷嘴超音速流场进行了两相射流流场的数值模拟计算,得到了流场的压力和速度分布．结果表明：大密度颗粒与大直径颗粒受流场影响趋势相同;材料密度较大时,颗粒直径应相对取小,材料密度较小时,颗粒直径应相对取大些,喷涂效果最佳;若喷涂气体为空气时,最佳颗粒直径应在1～10μm．     

GDI汽油机喷雾模型的改进和数值模拟

缸内直喷式 (GDI)汽油机可以大幅度提高汽油机的燃油经济性 ,而合理的混合气浓度分布是 GDI稳定工作的关键。该文在 KIVA- 3V原代码程序的基础上建立了 GDI的汽油喷雾和混合气形成的数值模型 ,并对不同喷射条件下的汽油伞喷方案进行了数值模拟。模拟结果说明 :混合气浓度对燃油蒸发模型物性参数计算有较大的影响 ,混合气浓度梯度修正的蒸发模型能更好地模拟汽油的蒸发过程 ;通过引入 Rosin- Ramm ler燃油粒子质量分布和改进的液滴运动阻力模型使模拟计算结果与高压旋流汽油喷雾的试验结果更加吻合。     

LPG喷雾特性的试验及数值模拟

在定容室内,采用高速摄影技术对液态LPG喷雾的宏观特性进行了研究,并与柴油进行了对比.试验结果发现,在相同喷射条件下,由于LPG较好的蒸发和雾化特性,其喷雾贯穿距离较柴油的短,喷雾锥角较柴油的小.采用KIVA3V2和KHRT破碎模型对LPG和柴油的喷雾特性进行的模拟计算结果表明,在喷雾初期贯穿距离的计算值和试验值符合较好,而在喷雾后期,由于高速摄影不能记录喷雾前端细微油粒的运动,喷雾贯穿距离的计算值和试验值之间存在一定的偏差.通过计算还发现,LPG喷雾的索特平均半径rSMR比柴油的要小;喷雾体外围液滴的rSMR比喷雾体中心的要小.     

脉冲冲击波有效作用距离影响因素模拟分析

利用数值模拟方法,分析储能、作业次数、弹性模量、地应力对重复脉冲冲击波有效作用效果的影响。结果表明:低储能时无法致裂储层,以解堵为主,高储能时可以使储层产生微裂缝提高渗透率;随着作业次数的增加,冲击波有效作用距离不断增加至最大值,此后再增加作业次数,有效作用距离基本不变;地应力对有效作用距离影响比较明显,随着地应力的增加,有效作用距离呈对数规律减小;在地应力较小、弹性模量较大时,随着作业次数增加有效作用距离增大,但试验表明作业次数增加会使储层软化,减小弹性模量,降低冲击波作业效果;当地应力较大时,弹性模量和作业次数对有效作用距离基本无影响,因此重复强冲击波对弹性模量大、地应力小的储层解堵、增产、增注效果较好,且存在一个合理的冲击波作业次数。实际应用时应根据储层参数选井,优化冲击波作业参数。     

惰性气体泄爆实验与数值模拟

对惰性气体在3种不同压力下的泄爆进行了实验,并分别获得了流场图像、实验中气源出口截面的气体静压与周围环境静压之比分别为1．2、2．0和2．5。同时应用改造后的高阶精度MUSCL差分格式,对泄爆流场进行了数值模拟,将计算结果和实验结果对比后,发现两者吻合。根据射流动力学理论,分析了产生这种波系结构和流场压力变化的原因。当压力比为1．2时,波系为驻波形式;随着压力比的增加,射流波系中出现激波结构;当压力比达到2．5时,流动变为高度欠膨胀,波系中的激波在强度和直径上得到了加强。结果对进一步研究可燃性介质的泄爆过程,提供了可供参照的图像和数据。     

模拟发动机工况下二甲醚喷雾燃烧实验及仿真研究

在定容弹内模拟发动机实机工况的高温、高压环境(920K,6.0 MPa),借助专用共轨系统产生100 MPa压力进行二甲醚喷射实验,通过定容弹内混合气体中的氧气浓度来控制二甲醚的燃烧,使用高速摄像机观察并记录二甲醚在超临界和亚临界条件下的喷雾及燃烧形态。基于实验结果,采用FORTE软件开发二甲醚喷雾燃烧仿真模型,其中耦合了二甲醚氧化还原反应动力学模型。实验和仿真结果表明,二甲醚在两种喷射条件下的喷雾贯穿距离无明显差异,而超临界条件下的液相贯穿距离较短;与亚临界条件相比,超临界条件下二甲醚喷雾着火时刻略早,火焰举升距较小,并且燃烧时释放出了更多的热量;仿真模型较好地拟合了二甲醚喷雾燃烧实验结果。     

喷雾重叠率对带钢冷却效果的影响

本文建立了双喷嘴气雾冷却系统的物理和数学模型,在固定单个喷嘴流量、压力、雾化角和喷嘴喷射距离的条件下,利用FLUENT软件对喷雾重叠率分别为0、25%、50%和75%时,雾化场中液滴分布、液滴速度以及带钢表面温度分布、带钢冷却速度进行仿真计算。数值模拟结果表明,当喷雾重叠率为25%时,雾化场内液滴的位置分布、带钢表面液滴的速度分布以及带钢表面的温度分布最为均匀,带钢冷却效果最佳;但与其他喷雾系统的特性参数相比,喷雾重叠率对带钢的冷却速度影响不大。     

基于RANS和LES湍流模型的二甲醚超临界喷雾数值模拟

分别采用RANS和LES湍流模型耦合KH-RT破碎模型对二甲醚超临界非燃烧喷雾实验进行数值模拟,研究两种湍流模型的适用性,并对比分析二甲醚亚临界喷雾和异辛烷超临界喷雾的发展过程。同时,基于LES湍流模型探讨了环境温度和压力以及喷射温度和压力的变化对二甲醚超临界工况下喷雾贯穿距的影响。结果表明,RANS和LES湍流模型均能较好地模拟二甲醚超临界喷雾,LES湍流模型的模拟结果与喷雾实验观察结果更吻合;与二甲醚亚临界喷雾相比,其超临界喷雾的雾化效果更好;在相同初始条件下,二甲醚超临界喷雾的雾化效果要优于异辛烷超临界喷雾;二甲醚超临界喷雾贯穿距随环境温度、燃油喷射温度和喷射压力的升高而增大,随环境压力的升高而减小。     

1450 mm冷连轧机多变量最优板形闭环控制策略研究与应用

为了提高冷轧带钢的板形控制质量,通过理论计算结合现场生产条件制定了板形闭环控制系统的控制策略。在此基础上,设计了板形闭环控制系统的系统结构,建立了以板形调控功效为基础的多变量板形闭环控制算法。给出了分步求解各个板形调节机构调节量的计算方法,既避免了通过求导方式进行全局最优化计算时产生的矩阵奇异无解的状况,又在最大程度上降低了工作辊弯辊等调节机构输出饱和的情况。在板形闭环控制系统的设计中,给出了板形调节机构的变增益补偿设定环节。开发的冷轧板形控制系统已用于1450冷连轧机的板形控制过程中,经现场应用表明,板形闭环控制系统具有较强的消差能力,为冷轧板带生产实现精确的板形控制提供了必要条件。     

直齿内齿轮冷精锻成形工艺研究

文章系统研究了直齿内齿轮冷精锻成形工艺,并在原有工艺的基础上提出了改进后的新工艺,分析了内齿轮在冷精锻过程中金属的流动规律,得到了保证轮齿充满模具型腔的合理坯料尺寸;运用数值模拟方法,研究了冲头入口角、摩擦条件和模具关键过渡圆角的改变对内齿轮成形过程中工作载荷、有效齿长、模具寿命、金属流动和等效应变的影响,为生产实践提供理论依据和技术指导。     

高温下正十二烷喷雾及燃烧数值模拟研究

耦合RANS湍流模型、KH-RT破碎模型及SAGE燃烧模型,运用CFD数值模拟平台,对正十二烷在高温定容状态下的喷雾及燃烧现象进行研究。首先进行喷雾模型的标定与验证,确定了适合模拟的最小网格尺寸,然后分析若干边界条件对于正十二烷喷雾着火的影响规律。结果表明,环境压力对正十二烷喷雾尖端平均推进速率的影响程度不大;随着环境温度的升高,正十二烷喷雾的气相贯穿距不断增大,液相贯穿距呈现下降趋势,但变化并不明显;随着环境温度、环境氧浓度的升高,正十二烷喷雾滞燃期在不断地缩短,着火位置越来越靠近喷嘴。     

爆炸压涂碰撞速度对铜涂层性能影响研究

研究了碰撞速度对爆炸压涂铜涂层性能的影响,首先利用SPH无网格法模拟了爆轰驱动飞板的加速过程,计算出了飞板碰撞速度-炸高曲线.然后,在三种碰撞速度下进行了铜粉-铜板爆炸压涂实验,碰撞速度分别为700 m/s、900 m/s和1 100 m/s.通过对试样进行宏观观察、光学显微观察和显微硬度测试,得出碰撞速度为900 m/s时铜涂层的质量最佳.其铜涂层由8层颗粒组成,厚度达到300 μm,显微硬度为114HV,接近冷轧铜板的显微硬度.     

方管铝型材喷水冷却温度场模拟及影响因素分析

为了解决方管铝型材冷却不均的问题,利用有限元分析软件Fluent,对方管铝型材喷水冷却的温度场进行了三维瞬态数值模拟,分析了方管铝型材特征点的温度场变化规律,研究了挤出成形速度、喷嘴纵向间距及喷嘴横向间距对方管铝型材冷却温度场的影响.结果表明:挤出成形速度和喷嘴纵向间距对方管铝型材纵向温度场影响明显,而喷嘴横向间距对温度场的影响主要表现在横向上.采用最大的挤出成形速度、最小的喷嘴纵向间距和80mm的喷嘴横向间距可以得到较均匀的冷却温度场.     

木材干燥室内部风速场的数值模拟与优化

为了改善木材干燥室内部风速场的均匀性以提高干燥质量,对材堆到侧墙距离为0.30 m,风机风速分别为2.0、3.0、4.0 m/s的工况下木材干燥室内部风速场,采用Fluent进行数值模拟与分析,得到风速分布最佳时的工况。此外,在最优风速场工况下,通过改变材堆到侧墙距离(0.25、0.30、0.35 m),对试验结论进行验证。结果表明:对于顶风式木材干燥室,选择风机风速为3.0 m/s、材堆到侧墙距离0.30 m时,木材内部风速场最均匀,采用Fluent得到的模拟值与实际值相差不大。通过Fluent方法对木材干燥室内部风速场进行数值模拟,可有效优化风速场的均匀性。     

起动孔对涡流室柴油机影响的数值模拟研究

应用数值模拟方法，对吊钟型涡流室柴油机的起动扎进行研究，分析对比了起动工况下有、无起动扎对涡流室内流场及燃油喷雾过程的影响．起动扎的开设，对整个涡流室内的主涡流形态影响不大，而对燃油喷雾过程则起促进作用，从而改善了涡流室柴油 机的冷起动性能．