偏心组合桨搅拌槽内层流混合过程的数值模拟

目前,处理高黏流体和对剪切敏感介质的层流搅拌槽的报道并不多见。本文建立了描述双层组合桨搅拌槽内高黏非牛顿流体层流流动、混合过程的数学模型,利用Laminar模型、多重参考系法（MRF）和示踪剂浓度法对其流场特性、示踪剂扩散过程进行数值模拟,分析搅拌槽内轴向速度曲线、示踪剂浓度响应曲线和混合时间。结果表明：中心搅拌中间面将介质阻隔在各自的半层内运动,偏心搅拌介质作全局运动,轴向混合能力突出;转轴中心搅拌依靠上下半层浓度差的增大向下扩散,转轴偏心搅拌通过不对称结构扩散示踪剂,叶轮相对转轴偏心搅拌则利用叶片的不对称分布;距离加料点较近和较远的监测点浓度响应曲线因振荡和调整,混合时间较长,处于中间面的监测点拥有最短的混合时间。     

激光织构化不同材料表面对润湿性能的影响

采用激光微织构加工技术分别在SAF2507双相不锈钢和碳纤维增强聚醚醚酮(CF/PEEK)表面制备不同形状、面积占有率的微织构凹坑,通过润湿性试验分析时间、液滴体积、微织构形状与面积占有率、液滴种类对润湿性的影响。结果表明：液滴润湿材料表面过程中,固液接触角先随时间迅速减小,后保持在一个较为稳定的值;使用体积较大的液滴测量接触角时,液滴铺展的速度减缓,接触角的测量值变小;CF/PEEK表面的接触角随微织构面积占有率的增大而减小,SAF2507表面的接触角随微织构面积占有率的增大而增大;微织构面积占有率相同的表面,方柱形微织构表面的接触角小于圆柱形微织构表面,润湿效果更好;天然海水在光滑和织构表面的接触角均小于蒸馏水。     

凹坑形仿生非光滑表面滑靴副的动压润滑计算

通过建立凹坑形仿生非光滑表面滑靴副的全水动压润滑模型,采用CFD方法及正交试验法研究工况参数(膜厚、转速)及几何参数(坑形、面积率、深径比)对流体动压润滑性能和水膜承载力的影响规律。研究结果表明：凹坑表面产生的承载效应是其静压和动压分布的综合,其中具有凹坑形仿生非光滑表面的斜盘与滑靴相对运动而引起的动压效应起主要作用;工况参数和几何参数对水膜承载力的影响顺序为转速>膜厚>坑形>深径比>面积率;膜厚30 μm、转速3 000 r/min、面积率20%、深径比0.5的三角柱坑为最优水平组合。该研究结果可为高压海水轴向柱塞泵仿生非光滑表面斜盘的设计提供参考。     

双层组合桨中心及偏心搅拌三维流场的数值模拟

利用计算流体力学的方法,采用Laminar层流模型对双层六直斜叶交替组合桨在甘油与水的混合物中进行中心及偏心搅拌的三维流场进行数值计算,得到了组合桨以恒转速200r/min在搅拌槽内转动时所产生的3种不同流场结构,对比分析了速度矢量图、速度云图以及轴向、径向和周向速度分布曲线,为层流搅拌槽的设计和实际应用提供了依据。     

双喷嘴挡板电液伺服阀前置级流固耦合分析

分析双喷嘴挡板电液伺服阀前置级的动态流场,研究衔铁挡板组件受力发生偏转导致前置级流场发生变化,分析固定节流口、喷嘴、回油口处的流速、压力变化和功率损失,以及衔铁挡板组件、滑阀阀芯的位移及受力情况。该研究利用ANSYS软件,采用流固耦合分析方法对双喷嘴挡板电液伺服阀衔铁挡板组件及前置级流场进行分析,为双喷嘴挡板电液伺服阀的流场分析提供了一种更接近实际的分析方法,得到更为精确的分析结果,为模型结构参数及固体材料的选择提供一定的指导。     

水压马达仿生非光滑表面配流副摩擦磨损研究

为探寻低速大扭矩水压马达仿生非光滑表面配流副摩擦磨损性能,采用精密加工技术在碳纤维增强PEEK试样表面加工出不同形状的仿生非光滑凹坑,与316L不锈钢形成摩擦副,利用MMD-5A多功能摩擦磨损试验机在海水润滑条件下,对其在不同面积占有率下的摩擦因数、磨损率等参数进行测试,考察其凹坑面积占有率对摩擦副摩擦磨损的影响,利用OLYMPUS OLS3100激光共焦显微镜对磨损表面进行分析。研究表明:在海水润滑条件下,下试样CF/PEEK在磨擦过程中主要发生了犁沟效应和磨粒磨损,仿生非光滑表面的凹坑可以有效存储磨粒,减轻磨粒磨损,进而起到减摩效果。面积占有率为15%的圆锥形凹坑仿生非光滑表面更利于存储磨屑,因而摩擦因数最低,减磨效果最好。     

海水润滑条件下316L不锈钢与仿生非光滑表面CF/PEEK的摩擦学性能

为探讨高压海水轴向柱塞泵滑靴副的减阻抗磨机理,采用数控机床在CF/PEEK试样表面加工出不同形状仿生非光滑单元体,与316L不锈钢形成配副,对其在不同法向载荷下的摩擦因数、试样温度、磨损率等进行测试,并用激光共焦显微镜及扫描电子显微镜对磨损表面进行分析。结果表明:在海水润滑条件下,光滑表面配副以磨料磨损和粘着磨损为主,摩擦因数随时间稳定在0.05~0.09,试样温升大,磨损率大;非光滑表面配副可有效存储海水和磨屑,产生动压润滑效应、降低磨料磨损,摩擦以犁沟效应为主,摩擦因数稳定在0.02~0.06,试样温升小,磨损率小;随法向载荷的增加,由粘着效应所致CF/PEEK转移加快,摩擦因数和试样温度升高,磨损率降低且下降趋势逐渐减缓。     

不同润湿性CFR/PEEK表面在不同介质中的摩擦学性能

改变CFR/PEEK表面润湿性,利用HARKE接触角测量仪测量表面接触角,采用OLYMPUS OLS-3100奥林巴斯激光共聚焦显微镜扫描试件表面,获取真实二维照片和三维形貌图,采用MMD-5A标准摩擦磨损试验机在水、海水和液压油介质中进行摩擦磨损试验。结果表明：疏水(油)表面可以有效减小摩擦系数和磨损量,同一种润湿性试件在不同介质中的摩擦系数比较,疏水(油)表面在水介质中摩擦系数最小稳定在0.03左右,海水介质中为0.04左右,液压油介质中为0.1左右;磨损量比较,疏水(油)表面在水介质中磨损量最少为2 mg,海水介质中为7 mg,液压油介质中为1 mg;不同介质中,润湿性对摩擦系数的影响为水<海水<液压油。     

双层直斜叶及其组合桨搅拌槽三维流场数值模拟

采用计算流体力学的方法,对双层六直叶涡轮桨、双层六斜叶涡轮桨以及双层六直斜叶交替涡轮桨搅拌槽流场进行研究。利用Laminar层流模型对其在甘油与水的混合物中产生的流场进行数值计算,得到三种不同结构形式的双层桨以恒转速200 r/min在搅拌槽内转动时所产生的流场结构,对比分析轴向、径向和周向的速度矢量图、速度云图以及速度分布曲线,为层流搅拌槽的设计和实际应用提供了理论依据。