微量水蒸气条件下低温表面结霜过程的实验研究

为研究微量水蒸气在低温表面上的结霜过程,搭建了低温表面微量水汽混合湿氮气的可视化结霜实验台。实验对比了常规湿度和微量水汽含量条件下,-180℃冷表面上常温氮气流中水蒸气结霜过程和形态,研究了不同微量水汽含量以及环境压力对低温结霜特性的影响。结果表明:相比于常规湿度条件下冷凝-冻结机制主导的结霜过程,微量水蒸气(体积分数71×10^(-6))在低温表面主要通过凝华机制生成微小冰晶沉积在冷表面,形成不均匀分布的无明显枝干的霜晶,随后形成平整疏松的霜层。凝华机制主导的霜层生长过程主要体现为霜层厚度的增大,而密度无明显增大。在微量水蒸气条件下,随着水汽含量由1.53×10^(-6)升高至500×10^(-6),霜层逐渐增厚并伴随着霜层形态由平坦均匀薄层向簇状霜团转变,增大的接触面积使霜层生长速率加快。环境压力由109 kPa升高至190 kPa时,增大的水蒸气分压本质上是由水蒸气绝对含量增加引起,霜层生长加快,表面的不平整程度会升高,霜晶形态更丰富。随时间推移,同一时刻不同环境压力下霜层厚度的差异逐渐增大。最后拟合了适用于低温表面上微量水蒸气条件下的无量纲霜层厚度关联式,整体误差在±20%以内。

低温跨声速风洞设计中的真实气体效应研究

风洞以低温气体为介质运行时,气体会表现出热力和热值的不完全,风洞回路气体流动参数计算需要考虑低温真实气体效应。计算给出了氮气介质在温度100~323 K、压力100~450 kPa范围压缩性因子和比热比的变化规律,并通过将等熵膨胀系数引入一维完全气体流动方程,发展了低温跨声速风洞气流流动参数计算分析模型,获得了跨声速风洞高速运行时气流液化温度和压力的组合边界包络线。对比分析结果表明:在低温跨声速风洞的运行压力(115~450 kPa)和温度(110~323 K)范围内,基于等熵膨胀系数计算得到的气体流动状态参数的理论计算值与气体真实物理解的偏差小于1%,完全可满足低温跨声速风洞工程设计需求。

氧碘化学激光器直线分段扩开型扩压器实验研究

研究了不同几何外形参数对直线分段扩开型氧碘化学激光器(COIL)扩压器性能的影响,实验结果表明:光腔上下壁扩开全角8°时,选取4°超扩段扩散角可获得较好的压力恢复和隔离光腔流场的能力;超扩段增加2 mm竖隔板可降低光腔后部壁面静压,且截止反压提高约12%;在相同腔压下,10°截角唇口的截止反压比直角唇口和1/4圆弧唇口截止反压高出约7.6%;超扩段入口四壁增加人工粗糙带能明显改善光腔壁面静压的分布,并有效提高扩压器效率。

附面层抽气扩压器实验研究

针对气动和化学激光器现有超声速扩压器的不足,提出一种新型式的扩压器———附面层抽气扩压器。以常温空气为介质,通过改变扩压器附面层抽吸能力、混合室隔板长度、扩压器出口反压及主进气流量等条件进行试验。结果表明:该型式扩压器在一定条件下可以有效隔离光腔流场,改善壁面压力分布,且其长度尺寸可比常规扩压器缩短约25%。

大型暂冲式风洞调压阀设计与特性实验

暂冲式风洞依靠上游的压力调节阀控制风洞运行压力,调压阀的压力调节性能和精度决定了风洞的压力控制精度。环状缝隙型式的调压阀可获得线性或近似线性的调节特性,且具有阀后气流对称性好、调节范围宽、阀芯移动过程中阻力变化均匀等优点,适合用于风洞调压。为了进一步增大调压阀的流通能力,可采取双阀并联调压的方式。给出了某大型暂冲式风洞主调压阀的型面设计方法和性能预测,并给出了性能实测结果。介绍了环状缝隙调压阀的调压型面的工程计算方法、压力调节性能曲线计算方法,最后给出了调压阀实测性能结果。测试结果表明:大型环状缝隙调压阀性能实测结果与理论预测吻合良好,为了匹配大流量下的压力调节要求,采取双阀并联调节的方式可提高风洞运行截止压力,方法可行。

某兆瓦级水平轴风力机叶片气动设计和性能评估

基于片条理论,建立了水平轴风力机的气动参数和性能计算模型,并考虑了叶尖损失、叶根损失、叶栅影响和重载荷下对片条理论参数的修正。以此为基础设计完成了某1.5 MW水平轴风力机叶片的气动外形,并对其气动性能进行了评估,结果表明该风力机叶片气动性能达到设计要求,具有较佳的风能利用系数和运转特性。

风力机翼型大迎角分离和动态失速的数值研究

通过求解非定常、不可压缩雷诺平均的Navier-stokes方程和SST k-ω双方程湍流模型,数值预测了LS0413翼型在0°～360°迎角范围内大尺度分离与失速流场特性。并对该翼型的动态失速特性进行了数值模拟,典型的正弦振荡计算结果表明:1)SST k-ω湍流模型能够较好地模拟翼型升力和阻力系数的迟滞环变化趋势;2)绕翼型的流场结构在轻失速和深失速下存在明显的差别。

暂冲式风洞大开角扩散段性能的实验研究

布置有多层孔板（丝网）的大开角扩散段通过参数的优化设计，可有效缩短暂冲式风洞启动时间，均匀进入稳定段的气流速度，并降低阀后噪声和气流脉动。针对某大型暂冲式风洞大开角扩散段设计关键技术开展专题研究，设计并进行了不同扩散段扩开角角度和中心体分流锥型式的组合实验，从压力损失、出口截面速度分布和降噪特性三个方面进行了对比分析。试验结果表明：试验件45°扩开角＋65°平底锥的压力损失相对最小，而增加导流尾锥的中心分流锥由于底部难以形成稳态的分离涡使得其压力损失明显偏大，其它试验件组合的压力损失值则相接近；各试验件出口截面的速压分布均呈现以中轴线对称分布的双驼峰趋势，且孔板的开孔率偏高时出口剖面速度分布相对更平滑；试验马赫数下的大开角段对气流噪声的消声量约为12～14dB，对频率在2kHz以上的气流噪声具有相对较强的消声能力，同时气流经过设置有多层孔板的大开角扩散段后，气流波动幅值明显降低，气流脉动得到有效地抑制。

金属烧结丝网在内场消声中的应用

利用试验手段研究暂冲式风洞稳定段内安装不同规格烧结金属丝网对风洞上游控制阀后气流噪声和湍流度抑制作用。试验结果表明:多层金属烧结丝网可在全频段内大幅度降低上游气流的噪声,最大可达21 dB;消声量与金属烧结丝网无量纲的压力损失系数成正比,压力降与金属烧结丝网层数呈现出非线性叠加的结果。另外发现烧结金属烧结丝网对气流速度脉动亦具有突出的抑制效果。例如,试验段马赫数Ma=1:5时,120目26层+160目26层组合烧结金属丝网出口气流速压脉动幅值减小为入口来流的18%,湍流度由11.7%降至3%。因此金属烧结丝网适合于暂冲式风洞的内场降噪。

大型低温高雷诺数风洞及其关键技术综述

随着航空运输业的发展,先进飞行器的精细化设计要求有飞行雷诺数下的气动数据为支撑。大型低温高雷诺数风洞(如ETW、NTF)是真实再现飞行器飞行状态流动特性的最佳地面试验设备。文中归纳总结了大型高雷诺数风洞的实现途径和风洞型式,分析了当前低温风洞的国内外现状,深入剖析了大型连续式低温风洞设计建设的关键技术及解决措施,对我国自行开展大型低温高雷诺数风洞的设计建设具有重要参考意义,并对成功建设我国大型低温高雷诺数风洞进行了展望。

光腔与扩压器的一体化优化数值模拟

采用数值模拟方法对化学氧碘化学激光器光腔通道、超声速扩压器一体化方案的优化展开研究,对扩压器的角度、构型、背压等参数对扩压性能的影响以及对光腔内流场的影响进行计算和分析。研究结果表明:传统的直接扩散型以及平直段+扩散段型的超声速扩压器,抵抗背压影响的能力较弱,且光腔出口处静压急剧升高,影响了光腔内的流场;通过在平直段+扩散段型的超声速扩压器的平直段部分,插入数片楔形体,可以将扩压器的工作背压提升33%以上,且可以有效地隔绝扩压器对光腔内流场的不利影响,从而使光腔下游的逆压梯度大大降低;同时,由于缩短了扩压器的长度,扩压器的总压损失明显降低,冷流状态下的总压恢复系数达到0.484。

多层烧结金属丝网在风洞中的应用

在跨超声速风洞中常采用在稳定段上游安装阻性消声器或谐振腔式消声器来降低暂冲式风洞主回路的主调压阀门、引射器或连续式风洞的压缩机等驱动风洞的动力源所产生的气流噪声强度,达到抑制这些噪声下传影响风洞试验段流场动态品质的效果。随着技术的不断更新特别是降噪技术的不断发展,采用多层烧结金属丝网作为一种新型的消声装置代替原有消声器成为可能。针对这种新技术是否能达到降低风洞气流噪声强度的目的,开展了试验研究方法,通过引导性试验证明,采用多层烧结金属丝网的消声效果优于常规的消声器,且出口气流品质得到较大改善,湍流度大幅度降低,可将这一技术运用到某超声速风洞中。通过性能测试,达到了预期目的,拓展了风洞的降噪技术。

跨声速风洞高速段一体化数值模拟研究

追求高亚声速经济巡航的民机、跨声速高机动特性的战斗机对高性能跨声速风洞的需求日趋紧迫,开展跨声速风洞高速段一体化数值模拟研究,对跨声速风洞设计具有一定的参考意义。通过非对称平板扩压器算例,初步验证计算方法的可行性,并对跨声速风洞高速段进行计算收敛评判方法、不同初始条件和槽壁扩张角等因素研究。结果表明:采用模型区前后两个监测点马赫数变化作为收敛判据,方法可行且模型区流场均匀;不同初始化条件对收敛结果总体影响较小,特别是各截面流场分布和槽道流动方向上,两者结果基本相同;跨声速状态槽壁扩张角0.3°得到的试验段模型区域流场品质较槽壁扩张角0.0°更均匀。

翅片椭圆管偏斜角对风洞换热器性能的影响

基于某风洞换热器结构,建立了翅片椭圆管换热器的三维模型。研究了翅片椭圆管的偏斜角α对换热器传热、压降特性及出口空气温度场均匀性的影响。由于换热器的当量直径较小,雷诺数Re的变化范围为3 500~5 200。数值模拟结果表明:椭圆管偏斜角的改变影响了换热管尾涡的流向,从而改变了换热器的性能;随着椭圆管偏斜角的增大,换热性能增大的趋势减缓,而压力损失增大的趋势逐渐加剧;当椭圆管偏斜10°时,换热器不仅具有较优的整体性能,而且具有较优的出口空气温度均匀性。

低温风洞运行压比相关性研究及应用

低温风洞流场参数快速精确控制需要建立驱动风扇功率与马赫数、雷诺数、压力和温度等运行参数间准确动态传递模型。以0.3 m低温风洞初步运行压比和状态参数测试数据为对象,归纳分析发现风洞运行压比与试验马赫数平方成近似线性关系,且相同马赫数下测试数据点分布与雷诺数成有序关系,基于该特性成功构造马赫数和雷诺数组合幂函数,并建立风洞运行压比与组合幂函数的线性关联式。结果表明在马赫数小于1.0和宽广雷诺数变化范围下该动态模型与测试数据具有良好的一致性。同时,利用空气动力学方程式也推导验证了该动态模型的理论正确性。该动态模型的建立使得风洞运行液氮需求和压缩机功率以相对简单的方式与试验状态相关联,将其应用于风洞前馈控制,必将简化风洞控制流程,缩短每个数据点的稳定时间,节约液氮消耗量。

大型连续式高速风洞热交换器设计关键技术研究

随着大型连续式高速风洞运行功率和精细化测试要求的提高,对风洞热交换器性能提出了越来越高的要求,集中体现在换热压损性能、温度场均匀性和气流扰动特性3个方面。结合近年研究成果,对大型连续式高速风洞热交换器设计中的关键技术及研究成果进行了综述。分析了风洞热交换器的需求特点,总结了影响各种性能的主要因素。介绍了高效低压损设计技术、温度场均匀性控制技术和气流扰动控制技术,给出了热交换器换热效率和压力损失综合权衡的设计原则,阐述了换热芯体排列方式、冷却水流量及进水方式、热交换器段截面形状等对温度场均匀性的影响,以及来流条件和热交换器结构对气流扰动的特性。

乳白玻璃餐具表面强化方法的研究

笔者针对乳白玻璃餐具表面强化指标提升的方法进行研究,通过多配方调整和制备工艺的改进,在制品表面强化指标提升的同时,确保耐热性、表面维氏硬度等指标相对稳定并符合质量要求。本项目研究对于产业化的乳白玻璃餐具生产和改进,具有一定的参考价值。

日用玻璃陶瓷装饰花面热转印设备的研究

笔者通过对日用玻璃陶瓷外观装饰方式方法的改进和创新,特别是热转印设备的研究以及设备的结构,通过设备各部件的动能作用以及设备的运行实例的介绍,为日用玻璃陶瓷以及日用陶瓷行业产品装饰的创新和研究提供了新的思路。

二价金属氧化物对锆熔块釉析晶的影响

实验在二价金属氧化物间采用等摩尔量相互取代的方式,研究了其对锆熔块釉析晶的影响。结果表明锆熔块釉中ZrSiO_(4)的析晶,首先是在低温段釉熔体析出t-ZrO_(2)或其他含锆晶相,然后在高温段由t-ZrO_(2)与熔体中SiO_(2)成分反应生成ZrSiO_(4),或以t-ZrO_(2)和其他含锆晶相为晶核促进ZrSiO_(4)的生长。二价金属氧化物影响了锆熔块釉熔体的析晶过程,从而析晶特点产生差异。其中CaO能使釉在低温阶段析出Ca_(2)Zr(Si_(4)O_(12))晶相以促进高温下析出ZrSiO_(4)。虽然MgO能促进釉熔体在1050℃之前析出大量的t-ZrO_(2),但会降低高温段生成ZrSiO_(4)的化学反应效率,从而釉中ZrSiO_(4)的析出率低于20%。SrO使釉熔体在1050℃之前析出少量的t-ZrO_(2),导致ZrSiO_(4)的析出率也较低。BaO会抑制釉熔体析出t-ZrO_(2),从而导致含量较高的釉中几乎不析出ZrSiO_(4),甚至釉层透明。ZnO不仅能促进釉熔体在1050℃之前析出大量的t-ZrO_(2),还能促进高温段生成ZrSiO_(4)的化学反应,从而釉中ZrSiO_(4)析出率大于90%。

玻璃陶瓷餐具抗热震性在线筛检方法

笔者介绍了日用玻璃陶瓷餐具抗热震性在线筛检方法。在日用玻璃陶瓷餐具的生产线上,增设产品抗热震性筛检装置,包括加热单元、冷却单元和干燥单元,形成热冷交换环境。产品通过热冷交换环境后,抗热震性欠佳的产品,外观显示出破裂等现象,以便被识别检出。这种模仿产品使用过程环境和形式检验针对抗热震性的方法,能大幅度降低出厂产品在使用过程的质量问题,是产品生产和检验方面质量控制的一种有效方法。