内腔式非稳腔DF激光光束质量研究

激光光束质量是衡量激光器应用性能的重要指标之一,面向远距离光电对抗应用场景,本文开展了非链式脉冲氟化氘(DF)激光器非稳腔设计和光束质量提升技术研究。设计了3组不同放大倍率的正分支虚共焦非稳腔,搭建了凸面腔镜横向和轴向两种支撑结构的非稳腔实验装置,其中横向支撑结构内置循环水冷却通道。以86.5%环围能量定义激光光斑大小,选用β因子评价激光光束质量,比较两种支撑方式下的输出能量和光束质量。研究发现:相同条件下,轴向支撑结构的非稳腔输出能量较横向支撑结构高6%,但远场发散角较横向支撑大9%;水冷横向支撑结构虽存在部分能量遮挡,但其较好的热稳定性显著提升了激光光束质量。在M=2.25的横向支撑内腔式非稳腔条件下获得了光束质量因子β=1.83、发散角θ_(0.865)=0.63 mrad的激光光束。该条件下的激光单脉冲能量为2.34 J,激光脉宽为88.2 ns,峰值功率达到26.5 MW。

蛭石增强垫片加速寿命试验的最高温度应力水平确定研究

研究高可靠性垫片的寿命通常采用加速寿命试验,而加速寿命试验要求失效机理一致,因此合理地选择垫片最高应力水平尤为重要。以蛭石增强垫片为研究对象,进行温度加速退化试验,建立了垫片的幂律退化模型,基于Arrehenius方程和激活能原理得到了失效机理转变的温度区间;在给定失效阈值前提下,对伪寿命数据服从Weibull分布进行假设检验,确定了垫片最高温度应力水平为1123 K。对退化过的垫片进行压缩回弹试验,结果表明,当退化温度高于1123 K时,垫片的压缩回弹性能明显下降,进一步说明最高温度应力水平为1123 K的合理性。

基于密封特性的弹簧金属C形环结构参数优化

C形环在密封过程中存在低应力区,这些区域难以保证密封可靠性,因此研究C形环密封特性时,需要分析有效接触应力和区域。选取外径为318 mm的C形环为研究对象,利用等效壁厚代替螺旋弹簧丝径,建立C形环等效模型,通过压缩回弹试验验证了模型的合理性。利用有限元方法研究银层厚度、包覆层厚度以及等效壁厚(弹簧丝径)对C形环密封性能的影响。结果表明:银层表面有效接触宽度随着银层厚度、包覆层厚度的增加而增大,有效接触应力随银层厚度、包覆层厚度的增加而减小,等效壁厚的增加可同时增加有效接触宽度和有效接触应力。采用正交试验对C形环的结构参数进行优化设计。结果表明:银层厚度和等效壁厚对有效接触应力和有效接触宽度影响显著。C形环最优设计方案为银层厚度0.2 mm,包覆层厚度0.5 mm,弹簧丝径3.1 mm,泄漏率试验结果表明,优化后C形环具有更好的密封性能。

多试件垫片加速寿命试验装置试验垫片预紧应力误差分析

垫片是螺栓法兰连接系统的核心部件,对垫片寿命进行预测可提高连接系统的可靠性,而减小垫片寿命评价装置试验误差则可提高垫片寿命预测的准确性。以柔性石墨缠绕垫为例,研究多试件垫片加速寿命试验装置的法兰和垫片厚度偏差、加载的同轴度偏差和垫片安装偏差对垫片上应力分布的影响,得到在不同温度和预紧应力下的载荷比,确定试验装置所允许的最大偏差;揭示温度和预紧应力大小对试验垫片预紧应力误差的影响,提出控制预紧应力误差的方法。结果表明:预紧应力误差都随着温度的升高而减小;法兰和垫片厚度偏差引起的预紧应力误差随着预紧应力增大而减小;试验装置加载的同轴度偏差和垫片安装偏差引起的试验垫片的预紧应力误差随着预紧应力增大而增大。以试验垫片预紧应力误差1%为指标,得到法兰和垫片之间的厚度偏差应控制在-0.02~0.005 mm之间,试验装置加载的同轴度偏差应不大于0.33 mm,试验垫片的安装偏差应不大于1.24 mm。对于其他种类垫片,也可以通过提出的方法确定法兰和垫片之间的厚度偏差、试验装置加载的同轴度偏差、试验垫片的安装偏差的范围。

新型二氧化铅电极处理硝基苯废水

采用高压塑片的方法制备了一种PbO2电极,用X衍射、扫描电镜、火焰原子吸收分光光度法对该电极性能进行了考察,并探讨了该电极降解硝基苯的机理和工艺条件.结果表明,该电极与普通石墨电极相比,CODCr去除率更高,电解5 h CODCr去除率最高可达65%.由于PbO2电极具有较高的析氧电位,在阳极极化下,PbO2电极表面易生成.OH,这是其电解效率高的主要原因.该电极电解硝基苯的最适条件:ρ(硝基苯)为501.5 mg/L,电极间距为3 cm,溶液pH为7.利用该电极处理含磷酸盐和氯离子的硝基苯废水效果尤为突出,但由于阴极的还原作用,电解过程中硝基苯不能被完全氧化.

基于MOP的低比转速离心泵优化设计研究

针对传统低比转速离心泵效率偏低的问题,提出一种实现低比转速离心泵快速和智能化优化方法。以IS 80-50-250型低比转速离心泵为研究对象,采用叶轮机械设计软件CFturbo提取叶轮子午流道和叶片型线控制点参数;利用最佳预测元模型(MOP)和梯度算法得到优化后的参数和三维模型;对优化前、后的水力模型进行CFD数值计算,通过试验验证了数值计算的准确性,并分析优化前、后水力模型性能和流态,验证了优化方法的可行性。结果表明:在设计工况下,通过优化方法得到优化泵的效率与数值计算得到的效率高度一致,说明该方法可以实现离心泵的优化设计,优化后泵的效率提升了2.86%,扬程提高了2.08 m,优化效果较为显著,且优化后泵内部流动得到了较为明显的改善。研究结果对提高离心泵的水力性能具有借鉴意义。

离心泵内部非定常压力场的数值研究

为研究离心泵内部压力随叶轮旋转的变化,采用FLUENT提供的滑移网格技术对设计工况下离心泵内的非定常流动进行了数值计算,分析了离心泵内部非定常流动的规律。结果表明:离心泵内部流动的非对称特性和非定常特性明显;离心泵出口和叶片进口压力的波动对离心泵性能影响较大;在蜗壳中部截面S2和蜗壳出口截面S3上,静压的波动主要受叶片和蜗舌相对位置的影响,而动压的波动主要受叶片和截面相对位置的影响;两截面上沿蜗壳径向静压增大,动压减小;沿蜗壳周向静压随圆周角的增大而增大,而动压略成下降趋势。该分析为研究离心泵内流现象,降低离心泵的汽蚀、振动和噪声提供了有益的借鉴。

微波无极灯光解模拟CS_2废气

利用自行研制的微波无极灯对模拟二硫化碳废气进行光解.结果表明,微波无极灯光解CS2的效率随其初始浓度的增加而降低;停留时间是影响CS2转化率的重要因素;体系中水汽的增加有利于光解效率的提高.当管道气体流速为0.2 m/s,初始浓度约100 mg/m3,湿度约40%时,微波无极汞灯光解CS2的效率可达75%以上;微波无极碘灯对CS2的光解效率亦达到50%以上.同时探讨了CS2光解的反应机理,主要是紫外光直接光解和.OH自由基氧化的共同作用.

离心式血液泵外特性及内部剪切应力研究

为研究运行参数对泵性能及剪切应力的影响,采用高速摄像技术对泵内流动进行拍摄,并对泵内剪切应力状况进行数值模拟。建立血液泵内部流动可视化试验方法,揭示了泵的外特性随叶轮转速及血液流量的变化规律,同时阐明了泵的结构及运行参数对泵内剪切应力的影响。研究结果表明:泵内高剪切应力主要集中在蜗舌及叶片尾部,降低转速和增大流量都能够有效降低泵内剪切应力;试验所得流体运动轨迹与模拟结果相一致,且外特性误差在6.9%以内。

高功率TEA CO_2激光器的双波长免调切换结构

为在一台激光器上切换输出10.6/9.3μm两种波长高能激光,采用输出镜镀膜选支方法获得了9.3μm单谱线输出,其脉冲能量与原10.6μm波长基本相当。设计出双波长密闭免调切换输出结构,利用有限元分析软件MSC.Patran/Nastran对该结构的切换移动平台组件进行了静力学、热应力及热力耦合分析,并基于Matlab软件,运用最小二乘法对分析得到的位移变形量拟合出输出镜镜面绕坐标轴的偏转角度。分析计算得到结构的最大应力为101 MPa,镜面的最大变形量为6.95μm,镜面绕3个坐标轴的倾斜角度分别为0.07″,2.92″,0.009″。对研制出的实物装置进行发射试验,检测到两波长切换发射的指向性相对误差为8.7″。结果表明,该结构能够满足免调切换输出两种波长激光的性能参数要求。

离心泵压水室内部定常和非定常流动PIV测量

为研究离心泵压水室内的流动特性,利用PIV技术在内同步和外同步模式下分别测量了其内部的定常和非定常流场,详细分析了压水室内部流动现象和流动规律。结果表明,压水室内速度沿轴向分布均匀,随圆周角增大而减小;在叶轮和压水室的交界处,存在清晰的速度分界线;受蜗舌的分流作用,部分流体回流入叶轮流道,扩散管入口处速度显著降低;压水室内部周期性非定常流动规律明显,第VIII断面上,速度的大小和波动幅度沿径向均呈减小趋势,周向速度的波动与叶轮流道内部高速流区的位置有关,而径向速度的波动主要受叶片干扰和哥氏力的影响。研究结果为压水室设计以及离心泵内部流动的试验研究提供了借鉴。

离心泵内部流动高速摄像测量及误差分析

为了提高离心泵内部流动测量的精度,阐述离心泵内部流动高速摄像系统,研究主要拍摄参数的确定方法,分析速度误差产生的原因以及泵内速度误差的大小,提出控制误差的方法,对离心泵内部流动进行了高速摄像测量。结果表明,选择合适的拍摄距离和拍摄频率,提高图像的分辨率和判读点的识别精度,能有效控制速度误差。分析叶轮和蜗壳内的流动时,应选择合适的图像判读间隔,以协调点输入造成的误差和弧弦差造成的误差,当拍摄频率为2 000帧/s,判读间隔为6幅时,可达到最小误差0.41%;分析泵进口和出口直管段内的流动时,可忽略弧弦差造成的误差。叶轮半径从0.125 m减小到0.02 m时,测量误差从0.41%增加到2.48%,随着叶轮半径的减小,测量误差增大。在分析不同叶轮半径位置处的速度时,为了减小测量误差,应选择不同的图像判读间隔。研究结果可为提高旋转机械内部流动测量精度提供参考。

离心泵内部流场测量系统设计及测量方法研究

离心泵是工业生产过程中的重要设备。离心泵内部流场的测量对优化泵的结构,提高泵的效率,减小泵工作时产生的噪声具有重要的意义。设计、构建了一套多功能离心泵性能试验台,该试验台能够满足泵内非定常流动非接触测量和离心泵外特性测量的需要。介绍了离心泵特性测定的方法和步骤,探讨了应用PIV(Particle Image Velocimetry)测量离心泵内部流场的关键技术及其主要试验参数的确定方法。

利用ABAQUS/Explicit进行三辊弯板机板材成形数值模拟

用于板材成形模拟的有限元方程的求解方法主要有隐式积分和显式积分两种。对于复杂的三维变形分析,如板材成形,隐式方法需要很长的计算时间,而利用显式方法,计算时间大为缩短。利用ABAQUS/Explicit通用有限元程序对三辊弯板机板材成形过程进行了模拟,模拟结果对板材成形的生产实践具有很好的指导意义。

PIV测量用模型泵的设计及测量中的误差分析

PIV(Particle Image Velocimetry)是进行离心泵内部流场研究的重要手段。为了研究离心泵内部流动情况,在参考现有离心泵结构的基础上,设计了一台PIV测量用有机玻璃模型泵,并对模型泵的可拍摄性能和水力性能进行了分析,表明模型泵适用于PIV测量,且水力性能满足要求。同时,介绍了模型泵、片光和CCD相机的布置及流场拍摄方法,分析了利用PIV测量离心泵内部流场过程中的主要误差:系统误差、示踪粒子跟随性导致的误差和光折射导致的误差,并对减小或消除误差的方法进行了探讨。

温度波动对螺栓法兰连接系统垫片应力的影响

温度波动会造成螺栓法兰连接系统中垫片应力松弛,从而影响其密封性能。文章以DN80法兰接头为研究对象,通过ABAQUS软件建立了三维有限元模型,分析了温度波动对垫片应力的变化,研究了垫片与螺栓载荷变化的机理。结果表明,螺栓法兰连接系统在温度变化时存在着一定的温度滞后现象;当温度波动时,垫片应力随温度的降低而减小,随温度的升高而增大,波动结束后垫片表现出“内紧外松”的应力分布现象。在这一过程中,垫片的热膨胀与温度场的滞后性是垫片应力变化的主要因素。研究结果为螺栓法兰连接系统的进一步优化和改进提供了有力支持。

高功率TEA CO_2激光器气体循环系统的设计

阐述了气体循环系统对高功率TEA CO2激光器的重要作用,分析了系统参数、结构组成及其设计。以体积流量法确定放电区气体流速,采用对称式的结构布局,选用轴流压气机和板翅式热交换器,加入系统附加阻力以确定风机静压参数。研究出的气体循环系统,放电区气体平均流速84.8 m/s,流速不均匀度纵向4.2%、横向0.38%;光学支架振动加速度4×10-2m/s2,振动位移2.6×10-7m。在放电体积2.5×10-3m3、单脉冲注入能量276 J、放电脉宽150 ns条件下,实现了重复频率400 Hz均匀稳定的持续辉光放电,输出了高平均功率激光。

层次分析法在机械密封选型中的应用

运用层次分析法(AHP)对特定工况下的泵用机械密封进行模型化和决策分析。通过建立决策递阶层次,收集设置权重,采用综合评价方法得到了适用于该工况的机械密封型式。实例分析表明,系统的决策结果和传统选型方法得到的结果是一致的。

中波红外激光技术最新进展

3～5μm中红外波段激光源是近年来备受国内外关注的研究热点,本文综合评述了产生中红外波段激光的5种主要方法(CO2激光倍频技术、泛频CO激光技术、光学参量振荡器、氟化氘激光器、Fe2+∶ZnSe固体激光技术)的国内外发展现状,总结分析了各种方法的关键技术和存在的问题,指出了该技术的未来发展趋势。

叶轮切割形式对中比转数离心泵性能的影响

为了研究叶轮和叶片2种切割方法下不同切割角度对离心泵外特性的影响,采用FLUENT软件模拟了中比转数泵叶轮切割后的内部流动,并预测了相应的外特性;考虑切割角度、切割量和比转速的影响,对现有切割公式进行了修正。外特性预测结果表明,在相同切割量下,切割叶轮后的扬程降低量明显大于切割叶片后的扬程降低量;切割角度在0～10°范围内,正向斜切的效率高于正切和反向斜切;切割叶轮时的轴功率明显小于切割叶片时的轴功率;切割角度在10°～10°范围内,斜切的轴功率均低于正切的轴功率。内部流场分析表明,在相同切割量下,随着叶轮切割角度的增大,正向斜切明显减弱了正切时的涡流现象。无论正切还是斜切,切割叶片的效果优于切割叶轮。研究结果可为中比转数离心泵的叶轮切割提供参考。