热致液晶聚合物微纤与短切玻璃纤维原位混杂增强的聚碳酸酯复合材料

聚碳酸酯 /热致液晶聚合物 (TL CP) /玻璃纤维三元体系经过注塑成型 ,TL CP在加工过程中原位形成直径在1μm以下的微纤结构。同时 ,由于 TL CP具有剪切变稀的流变性能 ,使得三元体系的加工性能比聚碳酸酯 /玻璃纤维二元体系有所改善 ,玻璃纤维的折断率降低 ,玻璃纤维在加工流动方向上的取向增加 ,从而得到既具有优异力学性能又有良好熔融加工性的聚碳酸酯原位混杂复合材料。

喷嘴入口条件对微液滴生成的影响

利用数值计算的方法对微液滴的喷射过程进行研究.描述在1个完整周期内液滴的形成发展,并通过系统改变速度周期、平均速度、速度幅值、壁面接触角的对比模拟试验,对液滴喷射与液滴形成阶段的流动特性进行分析;在不同惯性比重下探究均匀、稳定液滴的形成区域.结果表明:雷诺数Re、弛豫时间CH、速度脉动幅值ZF对液滴喷射行为特征有显著影响,而且在一定条件下可以形成均匀稳定的液滴;通过减小Re,CH,ZF这3个量纲一化参数,可以获得较小的液滴喷射速度,但当Re<9时,在喷嘴出口处将无法形成液滴;疏水性壁面(润湿角θ=175°)液滴的断裂时间比亲水性壁面(润湿角θ=10°)迟.

磨料水射流冲击材料壁面的模拟与试验

为了在小尺度范围内揭示磨料水射流的作用机理,对工作压力为250 MPa时磨料射流在靶距为3.0 mm处的断面上的射流中心、射流外缘以及两者平均速度进行计算.利用有限元软件对不同厚度的钢板在上述3个速度下进行冲击计算.结果表明:边缘处由于磨料速度较小,对钢板的冲击产生较小的形变,钢板表面出现微小的破坏,磨料被反弹;磨料速度在平均速度附近时对钢板的冲击使钢板出现较大的形变,且表面的破坏较明显,此时磨料颗粒嵌入到钢板内;在射流中心处由于磨料的速度较高,直接将钢板穿透,钢板的形变量比边缘处磨料作用时的更小.在相同条件下进行试验,利用光学轮廓仪对实际切割断面的粗糙度进行显示以验证模拟结果,模拟结果与试验结果基本吻合.

磨料水射流偏摆切割模型及试验

为研究水射流切割特性,提高切割效率,使用量纲分析法建立偏摆切割的切深模型,并针对偏摆切割的切割特性进行试验研究.基于模型计算结果和试验数据分析了主要工艺参数特别是偏摆角度对切深和断面质量的影响.结果表明,模型能够较好地预测切深,偏摆切割可以起到加大切深和减少断面斜条纹的作用,可使切深增大的有效偏摆角范围随压力升高而扩大,最佳偏摆角度随进给速度增大而增大,随靶距提高而减小.

热致液晶聚合物微纤与碳纤维对聚醚砜的混杂增强

热致液晶聚合物微纤与碳纤维对聚醚砜的混杂增强张洪志王育立何嘉松（中国科学院化学研究所工程塑料国家重点实验室北京１０００８０）关键词热致液晶聚合物，碳纤维，混杂复合材料由两种或两种以上纤维增强同一种基体所得到的混杂纤维复合材料，不仅保留了单一纤维...

超高压水射流流场预测涡粘模型分析

选用3种简单常用的双方程湍流模型,分析不同湍流模型计算结果的精度。通过调节模型参数,将模拟数据与相同条件下激光多普勒试验数据进行逼近,提出了应对高压射流的最佳的粘度系数。结果表明,标准k-ε模型计算结果随着Cμ值的改变,大致呈线性关系;RNG k-ε模型计算结果对Cμ值更为敏感;湍动能峰值出现在射流半径之内,则影响下游射流速度的变化趋势,反之,则影响射流速度大小。此项工作对复杂物理过程进行了合理简化,可用于缩短超高压水射流技术的CAE设计周期。

双增压器增压系统中压力波动的分析

超高压系统中压力波动的存在,严重影响了"水刀"的切割质量,降低了系统零部件的使用寿命。本文基于单增压器系统压力波动的研究,分析了双增压器系统中的压力波动,并通过MATLAB中的动态仿真工具软件包SIMULINK对其进行仿真。由仿真图可以看出,双增压器超高压系统中的压力波动不但与工作压力、增压比、蓄能器容积、换向时间有关,两增压器之间的延迟时间也是其重要的影响因素。通过对双增压器系统压力波动的分析,为以后双增压器超高压系统的改进设计提供了参考。

基于光强测量毛细超高压水射流集束性的实验研究

准确划分射流集束段和雾化段是研究射流集束性的前提.设计了一种基于光强定量测量集束性的方法.基于该方法对具有尖锐边缘孔口和类流线型出口流道的喷嘴,在超高压喷射条件下形成的水射流结构形态进行分析,并与直柱型出口流道喷嘴射流对比分析.结果表明:光强测量法能够比较准确地划分射流集束段和雾化段,区分雾化段中核心区和气液混合区;毛细超高压水射流的集束性在雷诺数影响下由喷嘴孔口结构、出口流道结构的综合作用决定;在一定雷诺数范围内,具有尖锐边缘孔口和类流线型出口流道的喷嘴有良好的集束性,当雷诺数达到1.8×104～ 1.9×104时,射流集束段长度趋于恒定;喷嘴出口流道结构通过气流调节,对射流集束性的影响在高雷诺数下可以忽略,空气动力扰动在高雷诺数下对射流集束性影响程度显著降低.

往复式增压器的运动特性分析

增压器作为超高压水射流切割机的"心脏",其运行参数直接决定了整台设备的性能.基于牛顿第二定理和水的压缩性公式,建立了不同行程时间段增压器内部的运动微分方程,并通过MATLAB软件对其进行了数值求解.由分析可知,系统油压是增压器运动的重要影响参数,增压器在3个不同的阶段具有明显不同的运动特性,整体呈现先作加速度不断减小的加速运动,接着作加速度不断增加的减速运动,最后作加速度不断减小的减速运动的规律.在行程中出现的最大速度,也远远大于整个行程的平均速度.将理论分析结果与试验结果进行了比较,证明了理论分析的合理性.

原位混杂增强热塑性复合材料

提出原位混杂复合材料的结构模型，以聚醚醚酮（ＰＥＥＫ）及聚碳酸酯（ＰＣ）为基体进行原位混杂复合．对所得的热致液晶聚合物（ＴＬＣＰ）微纤与宏观纤维混杂增强的ＴＬＣＰ／碳纤维（ＣＦ）／ＰＥＥＫ和ＴＬＣＰ／玻璃纤维（ＧＦ）／ＰＣ原位混杂复合材料的加工流变学、几何学与力学特性进行了研究．

高压磨料水射流切割中材料破坏机理的分析

高压水射流切割是一种冷态切割技术,相比其他加工方式具有其独到的优势。对高压水射流切割试样的实验研究,用扫描电镜对切割断面进行观测,分析了高压水射流对材料的破坏方式。研究表明,射流对固体材料的破坏方式主要有两种:塑性破坏和脆性破坏,脆性破坏区的表面质量优于塑性破坏区。对水射流的破坏机理分析表明,射流对表层金属的硬化作用,导致了在起始阶段内,材料呈现脆性破坏,电镜扫描图上呈现层片状剥离的形貌,切割面相对光滑。在射流能量耗散之后,不足以实现表层硬化,磨料的磨削"、犁耕"使断面粗糙度上升。

自由圆湍射流不稳定性与界面拟序结构研究

采用两相流动的大涡模拟对自由圆湍射流的流动不稳定性及界面拟序结构进行了数值模拟。通过计算探讨了射流液体的不稳定性机制。研究了喷嘴入口速度及入口扰动对射流近场区的不稳定性和涡结构特性的影响。研究中,对雷诺数在10 000~80 000内施加不同强度扰动后的射流流场进行了系统的模拟计算。结果表明：射流入口速度及外部扰动对射流的稳定性有重要的作用,随射流速度和扰动强度增加,其未扰液核长度下降,表面波尺度减小,射流近场区产生更为丰富（长度尺度多、涡旋强度范围大）的特征涡旋结构;从射流的时均流场看出,在相同雷诺数不同扰动强度（或相同扰动强度不同雷诺数）下射流时均速度沿中心轴线衰减率基本类似;随雷诺数增加,射流对周围流体的正卷吸作用加强,沿流向的径向扩散更为显著。

毛细喷孔超高速水射流的脉动及破碎

水切割射流的动力学特性的诸多方面尚未得到认识和理解。本文对毛细喷孔产生的超高压水射流展开可视化研究,分析了常规压力及超高压条件下毛细水射流的液体破碎机制并对超高压毛细射流的脉动现象进行了讨论。常规条件下的毛细射流遵从经典的破碎模式;在超高压条件下,射流完整段呈瑞利模式,完整段以下呈雾化破碎模式,射流集束性呈现周期性变化。结果表明,传统理论不能够表达小孔径时超高速毛细水射流的破碎特性;喷孔内部流动情况如流动分离及空化成为该条件下射流破碎和脉动的重要原因。

400MPa超高压水射流结构的分析研究

在超高压水射流切割过程中，射流结构是设备工作效率及损耗程度的决定性因素，本文针对400MPa范围内超高压水射流结构进行了数值模拟及实验研究，得到了相关因素对其具体影响。结果表明：超高压水射流的流柬可分为几个特征各不相同的区域；射流的发散程度随着压力和宝石孔径的增大而增大；喷嘴形状对射流结构具有显著的影响，渐扩的锥形出口及倾斜的出口端面有助于增强射流的集束性；宝石孔内的空化直接影响了射流的形成；空化加剧了宝石的磨损，随着宝石孔入口的磨损程度提高，水射流趋于发散。

超高速自由液体射流的动力学研究

自由射流的稳定性一直是材料加工、能源利用领域的重要基础问题,超高压射流对稳定性研究提出了新的要求。从湍流的角度阐述了超高压射流流动的特殊性及相关研究面临的挑战。运用相位多普勒(PDA)技术,设计实验对射流横截面的动力参数进行测量。围绕速度、速度脉动及液滴直径分析了射流内部存在的流动现象并针对实验潜在的局限性展开讨论.结果表明:流向速度沿径向呈1/7幂次分布,破碎段速度均匀但核心区存在逆向浓度梯度;雾化段具有明显的核心、剪切层结构,流动参数呈轴对称分布.PDA解析的液滴尺寸仅为全部尺度的0.1%。

嵌入中心体诱发空化射流的实验研究

在喷嘴流道内嵌入中心体以诱发空化射流,借此来研究空化区形态及空化泡的空蚀作用.在不同相对直径条件下,研究自由射流条件下的射流流束宽度,进而判断射流流束的动态波动行为和能量分布特征.对自由射流和淹没射流,分别采用射流冲击固体壁面的实验方法,对被冲击固体表面的形貌进行图像分析。研究中将普通喷嘴与中心体喷嘴的射流现象进行对比.研究发现,中心体相对直径对空蚀程度影响较大,相对直径越大,空蚀程度越高;在淹没条件下的射流冲蚀固体壁面的效果优于非淹没条件,空化效应起着关键的作用;靶距是影响空蚀程度的重要参数,对于普通喷嘴和中心体喷嘴,射流效果与靶距之间的关系存在着差异,这些差异与空化现象密切相关.

中心体喷嘴自由水射流的波动与能量分布特性

在15MPa射流压力条件下,对一中心体喷嘴进行自由水射流实验。用高速数码摄像技术捕捉喷嘴出口附近的瞬态流束界面波动特征;用相位多普勒粒子分析技术(PDPA)测量充分发展的射流场中的平均速度、均方根速度及液滴粒径分布。研究表明,中心体喷嘴射流流束的界面波动明显,远离喷嘴出口,流束界面波动频率降低,但波动幅值增大;射流轴心线附近的均方根速度较小,自射流轴心线向流束外缘,均方根速度出现明显的双峰分布;在距中心体喷嘴出口一定轴向距离的射流断面上,轴心线附近的液滴平均粒径小,沿径向向外出现液滴平均粒径峰值;大于此距离,液滴平均粒径分布与普通圆柱水射流的液滴平均粒径分布情况一致。

微型超高压宝石喷嘴内部的空化与磨损

宝石喷嘴是影响超高压水射流切割系统工作效率的重要部件,而宝石内部的空化直接影响射流的形成,也是宝石磨损的重要原因之一。对400 MPa压力范围内宝石孔内部的空化两相流进行了数值模拟,阐述了射流在宝石内的形成过程,分析了长径比、压力和入口形状对宝石内空化的影响,并在相应压力下对宝石喷嘴的磨损进行了实验研究。结果表明:宝石内部的空化发展程度随着长径比的增大而减弱;在一定的长径比范围内,空化可以发展到喷嘴出口,并最终使射流的初始直径小于喷嘴直径,且在此条件下当压力升高时,射流的初始直径增大;良好的入口形线可以降低空化的发展程度;宝石入口的磨损较出口更显著,空蚀和高压水的冲蚀造成了宝石孔边缘形状的破坏,这种破坏随着压力的升高而加剧,选择合适的长径比是减少冲蚀磨损的有效途径。

水射流导引激光钻孔传热分析及数值模拟

水射流导引激光加工是一种新型的加工技术,结合了激光加工和水射流加工的优点,其中高速微水射流像"液体光纤"一样来导引激光束,具有更加优异的加工性能,更高的加工精度和质量。将钻孔过程分为三个阶段,基于有限体积法建立了水射流导引激光束对硅工件进行钻孔的传热模型,模拟了水射流导引激光钻孔过程中的热量传递,相变过程和动边界的传递过程。结果表明:工件上最高温度出现在壁面以下区域;射流在激光加工中有强冷却作用,明显减小了热影响区。

光谱法测量微射流表面波波长的实验研究

自由圆湍射流的稳定性分析依赖于收集射流界面演变的定量信息:射流表面微细结构。运用高速摄影及显微技术设计实验,对微孔圆柱液体射流表面波进行捕捉。讨论了高速摄影参数对射流捕捉能力的影响。运用谱方法对射流图像作后处理研究,对比分析了谱方法及其算法参数对处理结果的影响。基于所捕捉射流图像选用Burg法对射流表面波长进行测量,并对Burg法准确度进行了验证。实测数据表明:射流表面同时包含多个尺度表面波,且局部雷诺数越大表面波尺度范围越大;射流平均表面波长与基于喷嘴出口边界层厚度的雷诺数成反比;当雷诺数小于48.62时,射流表面波长沿流向,在4倍喷嘴直径范围内单调增加,但当局部雷诺数大于48.62时,波长的单调线性变化将被打破,沿流向呈现非线性波动。