焊料微结构演化相场模拟研究和试验验证

电子封装焊料复杂的微结构特征与其宏观强度、硬度、蠕变和疲劳等性能密不可分,这些特征决定了焊料在承受热-力复杂载荷时的服役性能。为了深入揭示焊料的高温蠕变疲劳机理,必须紧密结合其独特的多尺度微结构特征,对焊料内复杂微结构的演化进行深入研究。本文构建了考虑热-力耦合作用下SnPb焊料的相场模型,并通过微结构表征试验及图像处理技术提取了焊料内部真实的微结构分布,将其作为相场模型的初始构型来模拟不同工况下SnPb焊料内部微结构的演化行为,并揭示了焊料内部微结构演化机制。最终,基于相场法的模拟结果和试验表征技术描述了焊料内部微结构与温度之间的定量关系,为建立具有物理机理的热-力复杂载荷下SnPb焊料宏观有限元本构模型提供了理论支持。

微型共轴双旋翼气动性能数值模拟与试验分析

为研究悬停状态下旋翼的间距对微型共轴双旋翼气动性能的影响,文中通过搭建试验平台对间距比h/r分别为0.32、0.38、0.45、0.51、0.58、0.65和0.75下的共轴双旋翼进行气动性能测试,以测量不同旋翼转速下所得共轴双旋翼的拉力和功耗对共轴双旋翼气动布局进行优化,试图找出具有最佳气动特性的共轴旋翼布局。另外,通过试验误差分析确定了相应的拉力系数、功率系数和功率载荷,且试验误差均小于2%。同时,为更直观得到不同间距下气流干扰对旋翼系统气动性能的影响,文中采用数值模拟得到了不同间距比下旋翼的流线分布和压力分布。最后,对比试验结果,综合分析旋翼间气动干扰的影响,最终得到间距比h/r为0.38时的共轴双旋翼具有最佳的气动布局。研究结果表明,悬停状态的共轴双旋翼可以通过改变间距大大提高气动性能,且同一间距下转速越大虽然旋翼间干扰越强烈,但此时开始出现耦合,使得系统的气动性能可能更好,同时,由于上下旋翼间的相互诱导,虽然转速较低时升力较小,但是功耗明显低于高转速,使得系统具有更大的功率载荷。

虹吸管道内流场数值模拟研究及分析

以虹吸式坐便器产品中的虹吸管道为研究对象,应用FLUENT软件对虹吸管道冲水过程中的气液两相流进行了三维数值模拟,研究了不同虹吸管道结构对虹吸性能的影响。通过改变管道结构参数(阻水段倾斜角度和爬坡段长度),分别对管道内流场进行对比分析,并依据数值模拟结果提出了虹吸管道结构优化设计的建议。模拟结果表明,虹吸管道结构直接影响虹吸性能,在管道内流场中,管顶驼峰处会产生明显的负压,影响虹吸起始时间;管道出口处均产生正压,且该处气液两相变化变得剧烈;适当缩短爬坡段长度,有利于延长虹吸持续时间;适当增加阻水段倾斜角度,有利于维持虹吸稳定。

虹吸管道气液两相流数值模拟

为了给节水型坐便器设计提供理论依据,运用Fluent软件模拟了虹吸管道内部气液两相流动态行为,采用VOF(Volume of Fluid)模型以及RNG k-ε模型,研究了管道内部结构对虹吸性能的影响。数值模拟结果展示了虹吸管道冲水过程中气液两相体积分数、压强以及流速的分布规律,并通过冷模试验验证了数值模拟的可靠性。分析表明:1)采用气液两相流数值模拟,能够有效地对虹吸管道进行仿真分析;2)管道内负压和流速的大小与虹吸的持续时间直接相关;3)喷射口高速流出的水流形成的负压为虹吸的形成提供初始条件;4)喷射口与出口间的压差及管道内负压越大虹吸越稳定。

共轴八旋翼飞行器气动特性三维数值模拟分析

以周向均布四组共轴单元组成的八旋翼飞行器为研究对象,采用计算流体力学的方法,通过商业软件FLUENT对整机飞行器进行数值模拟研究,得到旋翼附近流场的涡流粘度云图、压力云图和流线图.由结果分析可知,采用单相流模型及Spalart-Allmaras湍流模型可以有效地模拟该共轴八旋翼在工作转速下的气动特性.当旋翼旋转时,靠近旋翼壁面的流速明显变快,并在旋翼横截面曲率最大处达到最大值.由于上旋翼尾迹的影响,压差大的区域主要集中在旋翼桨尖附近,此时流线分布也表明共轴上下旋翼之间以及相邻共轴旋翼单元之间存在强烈的气动干扰,这部分干扰可能有利于提高整机升力.

小型旋翼气动特性研究

为研究小型旋翼的气动特性,运用CFD方法对旋翼的流场进行数值模拟,通过旋翼表面压力分布、速度矢量、流场流线以及升阻比来详细分析旋翼的流场分布特点和气动特性。设计试验系统并搭建气动测试实验平台,实际测量旋翼的拉力和功耗并验证数值模拟结果的可行性。研究结果表明,旋翼桨尖处压力最大且存在负压区域,桨尖压力梯度最大的地方逸出了桨尖涡。在雷诺数范围0.8×10~5~1.16×10~5内,旋翼翼型在雷诺数约为90 000时的升阻比达到最大。低转速下旋翼的功率载荷较大,在转速约为1 700 r/min时,旋翼的拉力较大同时功耗较小。