基于纳米压痕试验的氢致双相不锈钢微力学性能变化

通过纳米压痕方法对氢致铁素体-奥氏体双相不锈钢中微观力学性能变化行为进行研究,试验选用2205双相不锈钢为研究对象,通过不同充氢时间下获得的铁素体相和奥氏体相的压痕载荷-位移曲线,分析了铁素体相和奥氏体相的纳米硬度变化规律。结果表明,铁素体相和奥氏体相的纳米硬度随充氢时间的增加而增加,表现出氢致硬化的现象,充氢3 h后两相的氢致硬化效果基本达到饱和状态,其中奥氏体相的氢致硬化程度明显高于铁素体相。研究结果揭示了铁素体相和奥氏体相氢致硬化规律的差异,并论证了纳米压痕方法在微观力学氢损伤方面的研究优势。

光伏材料切割废液中的Si和SiC旋流分离过程

太阳能硅片切割废料中的硅和碳化硅分离回收对于资源回收和环境保护具有重要的意义。根据硅和碳化硅微细颗粒易团聚且难用化学方法分离的特点,本文利用重介质微型旋流器分离技术,通过实验研究和数值模拟,探究进料流量和底流分率对重介质微型旋流器分离性能的影响。数值模拟采用CFD软件Fluent 6.3.26研究流场和颗粒运动轨迹,实验用微型旋流器直径为10mm,分离粒度分布为0.3~25μm的硅和碳化硅混合粉料。结果表明,硅的分离效率随着进料流量的增大先增大后趋于稳定,且当进料流量达到0.13m^3/h时,分离效率不再增大。不论介质是水还是重介质溶液,当底流分率增大时,旋流场内的轴向速度减小,而切向速度先增大后减小,硅的分离净化效率先增大后减小,当底流分率为0.6左右时,硅的分离净化效率达到最高值。旋流分离硅和碳化硅时,介质采用重介质溶液分离效果更好。

油水分离碟式分离机内油滴破碎与聚并过程的数值分析

现有油水分离用碟式分离机相关研究均忽略了液滴的聚并与破碎行为,以及其对内部流场和分离性能的影响规律,致使碟式分离机理论难以深化,严重制约着碟式分离机的发展及应用。为此,采用CFD-PBM耦合模型研究油滴在碟式分离机内的聚并、破碎行为以及该行为对分离性能的影响。结果表明入口油滴的粒径主要为8~40μm,而预分离区和轻相出口的油滴粒径在80μm以上,说明油滴在这两个位置主要发生聚并行为。在碟片间隙和底部流道,油滴粒径由预分离区的80μm降低至70μm左右,说明油滴在这两个位置主要发生破碎行为。将模拟所得分离效率与实验所得结果对比,发现其误差最大仅为5%,表明PBM模型可以较为准确地揭示油滴在碟式分离机中的聚并与破碎行为。通过研究发现油滴在碟式分离机中的确存在着明显的聚并与破碎行为,并且以聚并为主。研究结果不仅能为深入研究碟式分离机的分离性能奠定基础,也能为碟式分离机的结构设计提供理论指导。

交错挡板对跑道式光生物反应器流场的影响

为加强跑道式光生物反应器中流体在垂直方向流动以促进藻类光合作用,开发了一种连续交错挡板结构,并采用CFD软件研究了连续交错挡板对光生物反应器流场的影响。研究结果表明,增设挡板后,跑道式光生物反应器直通道区域内流体的垂直方向速度明显提升,垂直方向速度大于0.005 m/s的微藻细胞所占比例提高了38%~48%,微藻细胞的光暗循环周期缩短。流体的湍动能和涡量也分别提高了10%和60%左右。交错挡板强化了局部流动,提升了微藻细胞颗粒的上下循环流动效果,对于提高流体混合和促进微藻光合作用帮助较大。

外骨骼机器人膝部三铰点零件轻量化研究

为了满足康复训练外骨骼机器人的结构轻量化要求,提出了拓扑优化与响应面法相结合的结构优化方法,通过对某康复训练外骨骼机器人膝部三铰点进行了轻量化研究与多目标优化设计,利用拓扑优化工具对其零件进行初步优化,然后以质量、最大位移及最大极限应力为目标,以零件尺寸为设计变量,进行多目标优化设计。结果表明,在满足刚度和强度的前提下,2次优化后的三铰点零件质量减轻了26.14%,为康复训练外骨骼机器人的轻量化与实用性研究,提供了新的途径。

非接触式余弦转子泵及流场数值分析

为研究非接触式余弦转子泵内部流场变化情况,利用Fluent软件中动网格技术、RNGk-ε模型和PISO算法对非接触式余弦转子泵的内部流场进行非定常数值模拟。通过对泵进行模拟,得到了泵内部流场的变化情况,泵内部的压力从出口处到进口处逐渐递减,在转子间隙处出现最小压力;泵腔内速度随着转速的增大而增大,在转子间隙处出现最大返流速度。泵吸液腔中的涡旋随着转子间间隙和出口工作压力的增大而增大,数量也随着增多,致使泵工作效率降低。

扩缩板对静电除尘器颗粒脱除影响

提出了一种具有扩缩板结构的线板式静电除尘器,并运用数值模拟方法研究了在不同电压、进口气速和颗粒粒径条件下,扩缩板不同排列方式对电场强度分布、气流场、颗粒轨迹和收尘率的影响,并与平行板式静电除尘器进行比较。结果表明,扩缩板扩展了收尘极的表面积,增强了收尘极附近电场强度,并随其高度的增加,电场强度和影响范围随之增大,因其产生的低速涡旋有助于延长颗粒的滞留时间,利于颗粒脱除。总体上,带有扩缩板结构的静电除尘器收尘率优于平行板式静电除尘器。

旋流泡罩流体力学性能研究

传统塔设备存在雾沫夹带甚至液泛,为此提出了旋流泡罩,其基于旋流聚结和离心沉降原理减小雾沫夹带。利用CFD数值模拟探究旋流泡罩的流体力学性能,包括压力降和相分离性能。采用出、入口平均粒度之比的聚结效果来评估相分离性能。首先用压力降试验数据来验证模拟的可靠性,用RNG k-ε模型来处理湍流,用双欧拉模型来处理气液两相流,并用PBM模型考虑液滴的聚结破碎,来探究旋流泡罩进气量对压力降的影响,进气量、进气中液滴体积分数和粒度对聚结效果的影响。结果显示,随进气量的增加,旋流泡罩压力降增加;在研究范围内,聚结效果随进气量的增大而增加,而后趋于平缓;聚结效果随进气中液滴体积分数的增加而提高,随进气中液滴粒度的减小而提高。

HD低温蒸发系统中填料蒸发器传质传热的分析

通过研究系统中填料蒸发器的蒸发传质传热过程以及两相流动特性,采用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)中离散相与连续相耦合的方法来模拟规整填料内部通道的蒸发传质传热过程,实现了填料蒸发器中两相传质传热的过程以及液滴流动的可视化,为研究气液两相在规整填料内的流动提供了一种模拟方法。通过与实验结果的比较,最终选用RNG k-ε湍流模型来分析规整填料内部气液两相传质传热以及流动情况。数值模拟研究了规整填料板间距对填料内部气液两相传质传热以及液滴运动影响,发现随着板间距的增大,填料内部压力降逐渐降低,出口空气中水蒸气的含量不断减小,液滴蒸发速率降低,液滴进出口质量差减小,气相出口温度逐渐降低,蒸发传质传热效率降低。随着气速的增大,出口空气中水蒸气的含量不断减小,液滴蒸发速率增加,气相出口温度降低,气液两相传质传热效率降低。

基于多截面试样对316L不锈钢高温蠕变特征研究

通过多截面试样蠕变实验方法对316L奥氏体不锈钢600℃蠕变行为进行研究,并基于多截面蠕变实验结果,结合复合时间硬化蠕变本构模型、反向有限元方法以及神经网络方法,建立了316L奥氏体不锈钢蠕变本构模型。该蠕变本构模型预测的蠕变曲线与标准蠕变实验方法得到的蠕变曲线吻合。多截面蠕变实验方法能够通过单根多截面蠕变实验获得多载荷下的蠕变实验结果,从而提高蠕变实验效率。

齿轮泵液压径向力精确计算及仿真分析

针对外啮合齿轮泵齿轮轴变形、轴承磨损严重的问题,根据齿轮全齿廓曲线在液压场中不同区域的受力情况及齿轮所受液压径向力随转角的变化,基于Matlab软件的自适应Gauss-Kronrod公式对齿轮受力进行数值积分,得到齿轮所受液压径向力的精确计算值。与现有文献上的计算方法相比,本文的计算结果更接近于实际,可为解决外啮合齿轮泵的径向力、提高齿轮泵的寿命提供参考。

基于Fluent动网格技术三维莱洛泵流场分析

为进一步加深对新泵莱洛三角泵的研究,通过fluent数值分析软件,选用RNG k-ε湍流模型,运用动网格技术对泵转子内部进行三维瞬态流动数值计算,准确得出泵内部流场分布。同时对转子螺旋角分别在30°和60°的情况下比较泵转子内部流动特性,表明转子螺旋角对泵内部流场的影响。结果表明,当泵转子螺旋角为30°时,转子所承受的最大压力值变大,但压力梯度的分布有所改善,转子所承受的压力更为均匀。当泵转子螺旋角为60°时,泵出口处的流速分布更为平缓。

离心泵密封失效的模糊综合评价

由于影响离心泵密封失效的因素多且存在模糊不确定性,基于模糊理论,应用AHP建立离心泵密封失效的评价模型,确定了离心泵机械密封失效的评价指标体系,对某单位离心泵机械密封失效情况进行实际评价得到综合评价结果,确定失效等级。研究结果为提高离心泵使用寿命提供了理论依据,有助于提高维修人员对密封失效状况的判断能力。

基于竹子结构的装载机动臂仿生轻量化设计

受竹子内部结构的启发,在研究典型的轮式装载机构型特点及其动臂静力学分析、有限元仿真的基础上,设计了仿生动臂结构,并在正载插入、正载掘起、偏载插入、偏载掘起4种极限工况下,分别对原动臂与仿生动臂进行有限元分析。结果表明:仿生动臂满足强度要求,并且比原动臂的质量减轻了17.03%,实现了装载机动臂的轻量化。

蜂窝菱形组合免充气轮胎性能分析

以菱形与蜂窝六边形结构式免充气轮胎为基础,提出菱形为主体的蜂窝菱形组合结构式轮胎,应用有限元仿真软件对蜂窝和菱形不同数量配比的10种组合轮胎的承载能力、接地性能、疲劳寿命及滚动状态进行了分析,将各结构轮胎的仿真结果进行了对比。结果表明,菱形结构与蜂窝结构数量比为偶数时轮胎各项性能较好,且比例为1∶4(蜂窝数量∶菱形数量)时,其综合能力最佳。

影响高黏度齿轮泵容积效率因素分析

应用Gambit,Fluent软件对高黏度齿轮泵参数化模型进行仿真模拟,探讨了介质黏度、转速、压差、齿顶间隙对高黏度齿轮泵容积效率的影响。得出:介质黏度较高时,高黏度齿轮泵的容积效率比较稳定、波动不大;齿轮低速运转时的容积效率较高。从结构参数、运动参数两方面为改善高黏度齿轮泵的容积效率提供了依据。

非接触式余弦转子泵力学性能分析

提出了一种新的转子型线,以余弦函数曲线作为转子型线,并给出转子型线的极坐标方程和直角坐标方程。运用理论推导出非接触式余弦转子泵运输流体过程中产生的液压力,进一步提出减小液压力的措施,提高转子泵使用寿命。结合FLUENT对余弦转子泵进行数值模拟,验证理论分析的正确性。数值模拟结果表明较大的进出口压差导致转子间隙处回流速度增大,效率降低。

用于硅片切割废液Si和SiC分离旋流器的锥角影响研究

根据太阳能硅片切割废砂浆中Si(0.3~5.0μm)和SiC(5~25μm)颗粒细、易团聚以及密度均大于水等特性,利用重介质微型旋流器内强大的超重力场和剪切分散作用来分离Si和SiC。通过CFD软件Fluent 6.3.26数值模拟,探究锥角对重介质微型旋流器的流场及分离性能的影响,并用试验验证模拟的可靠性。结果表明,旋流器柱段长度一定时,同一截面高度随着锥角的增大,静压力和准自由涡切向速度增大,内旋流轴向速度减小,径向速度增大,湍流强度显著增强,压力降增大,而且锥角为8°时,牛顿分离效率达到最大值86.4%。旋流器长径比一定时,同一截面高度随着锥角的增大,静压力、切向速度和轴向速度均减小,径向速度增大,湍流强度略微增强,压力降缓慢减小,牛顿分离效率随着锥角的增大而减小,锥角8°时的分离效果较好。根据压力降和牛顿效率,定长径比变锥角与定柱段长度变锥角相比可得到更好的性能。

用于预测多层滤网压降的高效数值模型

为了快速精确预测介质通过多层滤网的压力降,建立了一种基于嵌套等概率随机方法的二维简化模型,对高度复杂的三维几何结构进行了合理的降维处理,在提高计算精度的基础上,大幅节省了计算资源。以20~120层滤网为例进行了计算流体力学(CFD)分析和风洞实验验证。结果表明,相比一般等概率随机模型,嵌套等概率随机的处理方法使模型在拓扑和物理上都更贴近实际,从而使计算结果具有更高的精度,对多层滤网压降特性的预测误差不超过5.0%。

一种描述颗粒沉积现象的Monte Carlo算法

为了提高Monte Carlo算法在求解颗粒群平衡方程时的计算精度和效率,发展了一种基于异权值Monte Carlo(DWMC)算法的快速Monte Carlo(F-DWMC)算法,该算法在处理颗粒沉积事件时采用确定性方法,能够更加快速准确地求解颗粒的沉积行为。文章选定了两种存在理论分析解的工况(分别考虑颗粒重力沉积和布朗扩散沉积行为)对F-DWMC算法进行了验证,获得了多分散颗粒物系统的颗粒尺寸分布函数曲线,计算结果与理论分析解吻合较好,并且与DWMC算法相比,F-DWMC算法具有更高的计算精度和效率。