高压环境条件下注浆模型试验系统设计

注浆工程常常在高地层压力、高水压力的地质环境条件下进行(如煤矿堵水或注浆加固工程)。为了研究高压环境条件下注浆浆液的渗流扩散特征,作者研制了可形成5MPa以上高压环境的注浆试验系统。该试验系统由四个功能模块组成,并可分为四个设备子系统。该试验系统的核心设备高压注浆模型试验装置中应用压力传导管解决了高压罐体内部监测设计所遇到的尺寸效应、传感器防腐、高压密封等难题。     

NY—1型高压毛细管式粘度计的工作原理与测试结果的数据处理

本文对自行研制的NY-1型高压毛细管式粘度计的工作原理及其测试结果的数据处理方法作了论述,指出这种粘度计可以测量润滑油在100MPa以内的粘度,通过测量和计算还可以求出润滑油的压-粘系数α值,并且能够在10—150℃内进行加热和控温,因而能够测量润滑油在较宽温度范围内的压-粘关系。     

弹尾弹射装置间隙密封的火药气体动力学

针对弹尾开孔安装用于侵彻数据回收的弹射装置后,存在的弹射间隙会使弹体内的测试装置受到火药气体侵蚀破坏的问题,设计了间隙密封结构,对流经间隙的火药气体进行了气体动力学的建模分析,并对密封结构进行了膛压和密封空腔压强测试。结果表明:火药燃烧产生的气体为可压缩性气体,在药室和收缩的间隙通道中为亚声速流动状态,而在扩张的密封空腔中为超声速流动状态;在弹底火药气体温度为2 166.5 K、密度为360 kg/m3、压强为242.9 MPa的条件下,经过密封装置的密封后,密封空腔内的残余气体压强为0.49 MPa。试验所得密封空腔内的最大压强为0.18 MPa,与模型计算结果基本吻合。     

大埋深粘土三轴高压卸载变形与强度特征

以取自山东巨野矿区埋深近 4 30～ 6 0 0m的深部粘土样为例 ,分析测试了土的常规物理力学性质参数。考虑该埋深土的天然应力水平及其在煤矿建井开挖中的卸载应力变化 ,在三轴伺服仪上 ,进行三向等压分别达 11MPa、12MPa、14MPa下的卸除围压、保持轴压的三轴高压卸载试验 ,分析了深部粘土三轴高压卸载变形和强度特点 ,得到了相关力学参数。成果丰富了土的高压卸载力学性研究 ,并为巨野矿区煤矿立井建设提供了工程地质基础参数     

深部砂土三轴高压卸载结构变化的CT研究

用取自山东巨野矿区埋深近 6 0 0m的深部砂土样,在三轴试验机上进行围压为 12MPa的三轴卸载试验,同时用CT装置探测试样在试验全过程中内部结构变化,并对纪录的CT图片进行了计算机图像分析处理,分析了深部砂土在高压卸载条件下变形和破坏结构性变化本质特点。     

磁性流体高压密封能力的计算与试验研究

本文根据磁性流体密封理论对磁性流体高压密封进行了密封能力的计算和试验研究,提出了单级与多级密封能力的计算方法,并且通过磁场的数值计算对密封能力进行了定量分析。所设计的多极-多级密封装置的密封压差可达1.4MPa。文章最后还对计算值与试验值之差异作了分析与探讨。     

考虑工作温度的封隔器橡胶密封性和可靠性评价

以Y344-142裸眼压裂封隔器为例,在120℃工作温度环境下,通过单轴拉伸试验、平面拉伸试验和等双轴拉伸试验,测定橡胶不同受力状态的应力-应变曲线,确定Mooney-Rivilin橡胶本构模型与材料参数。利用有限元方法,建立了封隔器密封结构分析模型,分析得出了Y344-142裸眼压裂封隔器在坐封力为82k N时,最大剪应力为6.68MPa,最大压应力为19.38MPa,最大接触应力为4.64MPa。提出了用压缩率、密封性系数、线压、面压评价封隔器胶筒密封性和可靠性的方法,该评价方法成功预测了樊154块封隔器的密封性能,在优化封隔器胶筒、判断失效形式上有推广意义。     

O形与C形组合密封圈的力学性能对比分析

建立了O形密封圈与C形组合密封圈的轴对称模型,分析了两种密封圈的静、动密封性能和过孔性能,并计算出了不同压力下密封圈的摩擦阻力。对比两种密封圈的性能,结果表明:O形密封圈适用于较低压力的静密封;高压静密封、压力超过15MPa时的动密封及过孔工况下,O形密封圈的使用需增加挡圈;因O形圈变形严重,局部应力较大,易发生疲劳失效,不适合用于高压下频繁运动和需要过孔的动密封工况;C形组合密封圈的摩擦阻力较小,在动密封和过孔的工况下表现出良好的性能。     

密封环挠性安装形式对干气密封动态追随性的影响

基于气体润滑理论,并通过小扰动法建立了螺旋槽干气密封微扰膜压控制方程,在高速高压条件下获得了气膜动态特性系数;基于动力学相关知识,在考虑转轴轴向振动的情况下,利用气膜轴向动态刚度和阻尼系数分别求解了静环挠性安装、动环挠性安装和两环均挠性安装的干气密封挠性环运动方程.在不同轴向激励振幅、激励频率、挠性环质量、弹簧刚度和辅助密封圈阻尼下分别研究了三种典型结构干气密封动态追随性并进行了对比分析.结果表明:当轴向激励频率较高或挠性环质量较大时,静环挠性安装干气密封在刚受到外界激励时膜厚突变相对严重,动态追随性较差;在轴向激励频率较低且挠性环质量较小时,静环挠性安装干气密封相比动环挠性安装干气密封表现出更好的动态追随性;在三种密封环挠性安装形式中,两环均挠性安装干气密封动态追随性最好,且具有绝对优势.     

螺旋槽结构参数对干气密封动态特性的影响研究

基于气体润滑理论,并通过小扰动法建立了螺旋槽干气密封微扰膜压控制方程,在高速高压条件下分析了螺旋槽结构参数对气膜动态特性系数的影响规律;基于动力学相关知识,在考虑动环轴向振动和角向偏摆的情况下建立了挠性安装静环运动方程,分析了膜厚的扰动行为,同时在考虑轴向和角向气膜扰动的共同作用下,提出以端面膜厚最大扰动量峰值和扰动稳定时间作为表征密封动态追随性的参数,并以此作为目标函数对螺旋槽结构参数进行优化.结果表明:在不同的高压条件下,当槽台宽比κ取0.9~1.5,槽坝比δ取1.8~2.4,螺旋角φ取18~24°,槽深h_g取6~8μm时,螺旋槽干气密封具有较好的动态追随性;在动态特性系数中主动态刚度对密封动态追随性的影响最大.     

HKD-1型航空润滑油特征剪切应力及有效粘压系数确定的研究

在球盘式拖动力试验机上,对HKD-1型航空润滑油进行拖动力测量,给出了根据拖动力试验曲线的非线性上升段确定润滑油有效粘压系数和特征应力的方法,对HKD-1型航空润滑油在试验条件下的粘压系数和特征应力进行分析,并建立了其计算公式.结果表明:特征应力和有效粘压系数的求解方法简单合理,其计算公式的拟合精度较高,可为轴承动态特性设计提供计算依据;随着接触压力、入口油温和滚动速度增加,HKD-1型航空润滑油的特征应力增大,其粘压系数减小;滚动速度对特征应力和粘压系数的影响小于接触压力和入口油温.     

引入温-粘及压-粘关系式的油膜工作性能数值分析

为了研究温-粘及压-粘效应对液体静压支承系统中油膜工作性能的影响,本文以大尺寸液体静压支承转台为研究对象,建立了三维立体油腔模型,采用有限体积法,模拟计算了引入温-粘及压-粘关系式时,油腔内部流体的承载力及温升变化情况.计算结果表明,温-粘特性及压-粘特性在很大程度上影响油腔内的承载能力和湿升.引入了温-粘及压-粘关系...     

Feasibility of laser-induced plasma spectroscopy for measurements of equivalence ratio in high-pressure conditions

In this paper, experimental results obtained with laser-induced plasma spectroscopy to retrieve local compositions are presented for an ambient pressure up to 5.0 MPa in a still cell. Well-controlled mixtures of gases are introduced and plasma is obtained with the fundamental emission of a pulsed Nd:YAG laser. Simultaneously, plasma shape and spectrally resolved data are taken with a temporal resolution down to 2 ns. First, the temporal evolutions of a high-pressure nitrogen plasma are analyzed as function of spark energy. It is shown that plasma changes orientation from an elongated shape parallel to the laser line to a perpendicular one in a very short time. Results are reported for both spatial and spectral variations. Afterward, the effects of increased carbon concentration are discussed in both shape and spectra. It is seen that strong intensity due to the atomic carbon emissions appear for the high-pressure case. From those experiments, calibration strategies are proposed to get equivalence ratio under high-pressure conditions with a ratio of carbon versus nitrogen and oxygen. The delay between plasma and measurements is set to 2,000 ns and the signal is integrated for 5,000 ns, so as to yield a good signal to noise ratio and a good sensitivity of the technique to changes in mixture fraction. Calibration curves are reported for equivalence ratio up to 1.00 and for pressure from 1.0 to 5.0 MPa. It is shown that typical uncertainties are limited to 7.5% regardless the equivalence ratio in a single shot approach using a spectral fit procedure, whereas it accounts to two times more in a more classical peak ratio approach. Increasing the pressure tends to increase the precision as lower pressure had higher uncertainties.     

干气密封力学系统动态性能及其影响因素间的交互作用分析

在考虑转轴轴向振动的情况下，基于气体润滑和动力学相关理论，建立了微扰膜压控制方程和挠性安装静环运动方程. 研究了介质压力、螺旋角对干气密封动态特性和瞬态响应的影响；定义了膜厚扰动的突变峰和周期峰，并以突变峰或周期峰最小作为动态性能的优化目标，基于完全析因设计法，开展了高参数螺旋槽干气密封动态性能影响因素间的交互作用分析. 研究结果表明:高速条件下，膜厚振动型态受介质压力影响较大，当介质压力较小时，气膜动态阻尼较小，气膜振动初始阶段易发生波幅逐渐衰减的振荡，而当介质压力增大到一定程度时较大的气膜动态阻尼使膜厚振动迅速衰减，振荡现象消失；高速高压条件下，除挠性环质量和弹簧刚度对周期峰的影响存在显著交互作用外，其余各影响因素对突变峰和周期峰均不存在明显的交互作用，可独立开展优化而不牺牲其结果精度.      

A ballistic compressor-based experiment for the visualization of liquid propellant jet combustion above 100 MPa

 This paper describes the components and operation of an experimental setup for the visualization of liquid propellant (LP) jet combustion at pressures above 100 MPa. The apparatus consists of an in-line ballistic compressor and LP injector. The ballistic compressor, based on a modified 76 mm gun, provides high-pressure (ca. 55 MPa) clear hot gas for the jet ignition. A piston (projectile) is fired toward a test chamber beyond the barrel’s end, and its rebound is arrested in a transition section that seals the test chamber to the barrel. The LP jet is injected once the piston is restrained, and combustion of the jet further elevates the pressure. At a preset pressure, a disc in the piston ruptures and the combustion gas vents sonically into the barrel. If a monopropellant is used, the jet injection-combustion process then resembles liquid rocket combustion but at very high pressures (ca. 140 MPa). This paper discusses the ballistics of the compression and compares experimental results to those predicted by a numerical model of the apparatus. Experimentally, a pressure of 70 MPa was achieved upon a 12.5 volumetric compression factor by firing a 10 kg piston into 1.04 MPa argon using a charge of 75 g of small-grain M1 propellant. Received: 16 December 1996/Accepted: 15 July 1997     

核主泵用流体动压型机械密封耦合模型与性能分析

以某型核主泵用流体动压型机械密封为对象,考虑密封环组件的接触和密封端面的流固耦合作用,建立了密封组件三维多场耦合模型,结合有限差分法和有限单元法,采用数值迭代技术进行了耦合场的计算.研究了高压下密封端面变形的特点和规律,分析了密封压力对密封性能的影响作用.结果表明:密封环端面产生径向收敛锥度和周向波度,高压侧密封深槽对密封端面周向波度的生成起重要作用,密封端面锥度的形成与密封环宏观结构密切相关.随密封压力的增大,密封端面收敛锥度和波度均增大,密封泄漏率增加,而端面摩擦系数减小.为在高压下形成较大的波度,建议将动压深槽加工在软质密封环端面上.     

二级高压驱动阵列弹珠同步弹射微型爆源的研制

针对当前大当量地下爆炸真空室模拟试验中爆源起爆方式高度依赖火药制品等问题，基于地下爆炸相似理论和二级气炮原理，自主研制了二级高压驱动阵列弹珠同步弹射微型爆源装置。装置利用二级高压气体驱动弹珠同步击碎玻璃球壳，释放球内高压气体，以模拟真实爆炸气体生成物的推出。整套爆源装置的发射参数:高压气室充气压力4 MPa，玻璃球壳内残余稳态气体压力约为3 kPa，能够用于0~20 kt当量地下爆炸成坑效应的真空室模拟。爆源适用性试验验证表明，该爆源装置的爆破机制和爆破效果满足大当量地下抛掷爆炸真空室模拟试验的功能需求，且具有较高的安全性、可控性和可操作性，为开展相关模拟试验提供了新的技术方法。