磁驱动固体套筒实验模拟中的电流系数

采用不可压缩理论模型,对FP-2装置上开展的磁驱动固体套筒实验进行了模拟分析。模拟结果表明,无论是二维磁流体力学理论模型,还是其他不可压缩理论模型,回流罩结构磁驱动固体套筒的边界磁感应强度公式中都包含一个小于1的套筒电流系数。对不同套筒厚度、不同套筒半径条件下磁驱动固体套筒实验的电流系数进行了模拟,发现电流系数不仅与套筒内半径有关,还与套筒厚度有关;套筒内半径越大,套筒电流系数越小;套筒厚度越大,套筒电流系数越小。准确掌握磁驱动固体套筒电流系数的变化规律,可使磁流体程序从磁驱动固体套筒实验的后验模拟发展为精确预测,使磁流体力学模型真正具备正确设计和指导磁驱动固体套筒相关实验的理论能力。

我国生活垃圾填埋场水平衬里结构及全寿命服役性能分析

探讨了我国生活垃圾填埋场的水平衬里结构及全寿命服役设计方法,涵盖了渗滤液水头和特征污染物浓度负荷、水平衬里的污染阻隔机制及击穿时间计算方法,以及全寿命服役设计标准与流程。对比分析了我国3部国家标准(GB 16889—2024生活垃圾填埋场污染控制标准、GB 50869—2013生活垃圾卫生填埋处理技术规范和《生活垃圾卫生填埋处理岩土工程技术标准》)中的水平衬里结构选型和适用条件,并采用击穿时间计算方法对典型水平衬里结构的服役性能进行对比分析。结果表明,《生活垃圾卫生填埋处理岩土工程技术标准》针对我国城市生活垃圾厨余含量高和含水率高、填埋后渗滤液产生量大和导排层渗滤液水头显著超过30 cm的实际情况,明确要求开展水平衬里全寿命服役性能分析,并提出了适用于高水头负荷的双层复合衬里结构。GB 50869—2013规定的单层和双层水平衬里结构在高水头负荷条件下难以达到100 a的服役寿命,尤其是在填埋高度超过60 m的山谷型填埋场中,双层水平衬里结构的击穿时间约为80 a。《生活垃圾卫生填埋处理岩土工程技术标准》所推荐的双层复合衬里在相同条件下击穿时间超过100 a。

考虑热障涂层及冷却结构影响的某F级燃气轮机火焰筒数值研究

以某F级燃气轮机燃烧室火焰筒为研究对象,考虑热障涂层及冷却结构对火焰筒气动传热影响,基于流热固耦合方法对额定工况下的火焰筒进行了内部流场、温度场和应力场分析,并将数值分析结果与火焰筒实际损伤情况进行对比。结果表明:数值分析结果的火焰筒高应力区域与火焰筒实际损伤区域基本吻合,采用流热固耦合方法可以预测火焰筒实际损伤情况;不同位置的热障涂层陶瓷层隔热效果相近;基体和热障涂层陶瓷层在冷却结构附近的区域均为高应力区域。

NEPE推进剂/衬层界面固化反应机理的理论研究

推进剂/衬层界面是固体火箭发动机燃烧室中的关键结构。采用密度泛函理论(DFT)研究了硝酸酯增塑聚醚(NEPE)推进剂/衬层粘合界面的反应机理,评估了界面结构中不同组分之间的反应途径和过渡态结构,包括聚乙二醇(PEG)、甘油(GO)、三乙醇胺(TEA)、N,N,N′,N′-四(2-羟乙基)乙二胺(THEED)、甲苯二异氰酸酯(TDI)、异佛尔酮二氰酸酯(IPDI)和多官能度异氰酸酯(N-100);得到不同组分间反应路径的吉布斯自由能曲线。结果表明,TDI与PEG、GO、TEA和THEED之间的反应竞争性发生在第二步修饰反应,即第二个—NCO基团与端羟基的氢转移反应生成产物——聚氨酯;含羟基化合物中端羟基的增多有利于与2,4-TDI反应,但对2,6-TDI体系影响不大。此外,对比相关基元反应决速步的反应速率常数可知,2,4-TDI体系的反应速率常数大多高于2,6-TDI体系、IPDI体系和N-100体系,基元反应PEG+INT1较易发生,而基团反应N-100/THEED最慢发生。

基于剪切散斑干涉的固体推进剂内部缺陷识别

基于激光剪切散斑干涉技术搭建的高精度实时无损检测系统,对固体推进剂进行了负压加载条件下内部缺陷检测,对比分析了衬层界面脱粘和基体孔洞2种不同类型缺陷的表面散斑干涉条纹图和归一化离面位移值,利用剥离实验和有限元数值模拟,分别分析了不同类型缺陷的固体推进剂界面粘接强度和表面离面位移的差异。结果表明,相同加载条件下,衬层脱粘引起的包覆层表面归一化离面位移明显大于基体孔洞缺陷所引起的离面位移,达到了1~2数量级。本研究为固体推进剂衬层脱粘和基体孔洞缺陷的无损检测提供了重要的研究途径。

赤泥渗滤液对GCL多尺度孔隙结构及防渗性能影响

赤泥渗滤液会对赤泥堆场使用的土工合成黏土衬垫(Geosynthetic Clay Liner, GCL)防渗性能造成负面影响,易产生渗滤液渗漏风险,严重威胁地下水和土壤环境安全。为了从多尺度孔隙结构角度揭示GCL对赤泥渗滤液的防渗机理,通过柔性壁渗透试验获取GCL对赤泥渗滤液的渗透系数,利用XRD试验分析蒙脱石晶体结构和质量分数的变化,描述固液相互作用,并开展压汞试验和氮气吸附-脱附试验,定量探究渗透液体对GCL中膨润土多尺度孔隙结构的影响。结果显示,具有高离子强度的赤泥渗滤液可以压缩GCL中膨润土的扩散双电层厚度,抑制渗透膨胀过程,进而导致作为渗流通道的集合体内和集合体间孔隙(渗流孔隙)体积增大,GCL渗透系数大幅增加;强碱性的赤泥渗滤液能溶解具有吸水膨胀性的蒙脱石,生成非膨胀性的次生矿物。通过降低膨润土膨胀性能和堵塞孔隙作用可改变膨润土多尺度孔隙结构,进而影响GCL渗透系数。天然钠基GCL的防渗性能好于人工钠化GCL,这是因为前者蒙脱石质量分数较高,具有更好的膨胀性能,相同赤泥渗滤液渗透后,天然钠基GCL依旧可以保持较小的渗流孔隙体积。具有更高离子强度和更强碱性的赤泥渗滤液会因剧烈的固液相互作用,导致渗透后的GCL具有较大的渗流孔隙体积和较高的渗透系数。

二维弹塑性磁流体力学数值模拟

为了研究物质弹塑性对磁驱动实验运动过程、不稳定性发展等的影响,在MDSC2程序的基础上,增加了弹塑性模块,研制了包括弹塑性的磁流体力学程序,并进行了弹塑性项影响的数值模拟和分析。数值模拟表明:没有初始扰动时,弹塑性项几乎不影响套筒内外半径的运动轨迹;有初始扰动时,弹塑性项对磁驱动固体套筒的Rayleigh-Tayor不稳定性有明显的抑制作用。

FP-1 直接驱动套筒内爆技术研究

在ＦＰ－１装置上已成功地进行了３．９４ｇ固体铝套筒的内爆实验，加载电流达２．３ＭＡ，理论预估内爆速度最大可达２．０ｋｍ／ｓ。同时，具备了相对应的零维、一维流体力学模拟计算能力，可以有效地配合实验工作的开展。

垃圾填埋场沿底部衬垫系统破坏的稳定性分析

为研究垃圾填埋场沿底部衬垫系统破坏的稳定性,将填埋场分为主动楔体、被动楔体和垃圾坝三部分。对它们进行极限平衡分析,建立平衡方程,求解填埋场的稳定安全系数。考虑条间力的变化,可以计算填埋场的最大、最小安全系数Fmax和Fmin,采用平均安全系数Fave来代替真实安全系数Ftrue,研究发现,Fave和Ftrue的最大相对误差不超过5%。Fmax随着城市固体废弃物内摩擦角φsw的增加逐渐增大,而Fmin随着内摩擦角φsw的增大并不改变;Fmax、Fmin和Fave都随着垃圾坝高度H2和底部摩擦角δDA的增加逐渐增大,垃圾坝对填埋场的稳定性有较大影响。

丁羟推进剂粘接体系中的组分迁移

用浸泡增重法研究了衬层、绝热层对DOS和T27的吸收能力,用气相色谱仪研究了HTPB推进剂/HTPB衬层/EPDM绝热层粘接体系中DOS、T27和GFP的迁移。结果表明,HTPB衬层和EPDM绝热层对DOS和T27的吸收能力很强;粘合剂的极性增大或交联密度升高,衬层对DOS、T27的吸收能力下降,但粘合剂的极性增大,对衬层与HTPB推进剂的界面粘接性能不利;在HTPB推进剂/HTPB衬层/EPDM绝热层粘接体系中,DOS、T27或GFP的迁移平衡浓度为粘合剂相的平衡浓度。

膨胀波纹管在大牛地气田定向井段的应用

为了将Φ149.2mm膨胀波纹管用于封隔大牛地气田定向井段易坍塌地层,采用有限元模拟和室内试验相结合的方法,分析了膨胀波纹管的外径、最大等效应力和最大等效塑性应变随井眼条件和膨胀压力变化的规律。室内研究结果表明,Φ149.2mm膨胀波纹管满足大牛地气田定向井段应用的要求。Φ149.2mm膨胀波纹管在大牛地气田PG22井和DPT-112井进行了应用,成功封隔了定向井段煤层和泥岩互层等复杂地层。其中,PG22井中封隔段长为109.00m,井斜角59.72°~73.69°。膨胀波纹管在大牛地气田定向井段的成功应用,表明膨胀波纹管具备封隔大斜度井中复杂地层的能力,为提高井下作业安全提供了一种新的技术手段。

HTPB／TDI衬层与NEPE推进剂的界面反应机理

采用富立叶变换红外光谱(FTIR)和全反射红外光谱(FTIR/ATR),研究了半固化的HTPB/TDI衬层表面的活性基团以及不同的—NCO基团与不同羟基的反应速率。结果表明,半固化的HTPB/TDI衬层表面含有大量的—NCO基团;HTPB/TDI衬层和NEPE推进剂粘合剂相的—NCO基与—OH的交叉反应速度较NEPE推进剂的固化反应速度快得多。HTPB/TDI衬层与NEPE推进剂界面的化学反应机理是粘合剂相中—OH基和—NCO基的交叉反应,其中衬层中TDI分子的—NCO基与PEG分子的—OH基的反应速度稍快于NEPE推进剂中N100分子的—NCO基与HTPB分子的—OH基的反应;在界面区域,HTPB/TDI衬层与NEPE推进剂通过氨基甲酸酯键形成化学粘接。

NEPE推进剂粘接体系中的组分迁移及影响

采用高效液相色谱(HPLC)和等离子发射光谱(ICP),并结合粘接强度的变化,研究了NEPE推进剂粘接体系中组分的迁移及对粘接性能的影响。结果表明,NEPE推进剂中的硝酸酯和稳定剂向HTPB/TDI衬层中的迁移量,随氨基甲酸酯硬段含量的升高而增大;硝酸酯的迁移对衬层的粘接贮存性能无明显不利影响,但显著降低了HTPB/TDI衬层的力学贮存性能;NEPE推进剂中TPB的单向迁移降低了衬层/推进剂界面的粘接性能,稳定剂的单向迁移显著降低了界面的粘接贮存性能。

衬层预固化程度对衬层/推进剂界面粘接性能的影响

研究了壳体粘接式固体火箭发动机装药中衬层的固化程度对推进剂和衬层间界面粘接性能的影响,采用红外光谱技术对衬层固化过程中微观结构的变化进行了表征,初步探讨了衬层固化程度影响界面粘接强度的机理。结果表明,衬层固化0~8h,-NCO含量迅速下降,衬层与推进剂界面的粘接强度随衬层固化时间的增加而增大;固化8~40h时,衬层中的-NCO含量下降速度减小;衬层与推进剂界面的粘接强度随衬层固化时间的变化不大。

中间相对推进剂/衬层粘接系统力学性能的影响

为研究固体火箭发动机推进剂/衬层粘接界面层的作用特点,以推进剂/衬层粘接试件为例,采用二维粘弹性有限元方法,探讨不同中间相厚度、模量、泊松比时粘接系统的结构响应。结果表明:中间相模量越大,推进剂的应力集中现象越显著;随着中间相厚度的增加,推进剂的应力集中程度明显减弱;中间相的泊松比对粘接系统的应力影响较小。研究结果为界面设计提供依据。

材料强度对电磁驱动固体套筒内爆过程的影响

电磁驱动柱形固体套筒内爆加载技术是高能量密度物理实验研究的重要加载方式。由于固体金属具有一定的结合强度,需外加载荷达到特定阈值才会发生塑性流动,且在内爆过程中塑性做功会耗散部分电磁力做功而变成金属材料的内能,进而对固体套筒的内爆过程产生影响。通过弹塑性力学平面轴对称问题的解,给出了套筒发生塑性流动时外加电流(即屈服电流)与套筒参数的关系。利用考虑材料强度的零维不可压缩模型对铝套筒的内爆过程进行模拟,并分别与简单零维模型和实验数据进行对比,结果发现当电流峰值远大于(20倍于)屈服电流时,金属材料强度的影响甚微;而当峰值电流只数倍于屈服电流时,金属材料强度的影响便不能忽略。

活塞环-缸套液固二相润滑研究

基于平均流量模型、微凸体接触模型及颗粒承载模型,引入微米尺度颗粒的粒径、质量浓度、硬度和摩擦副表面形貌参数等,提出了一种液固二相润滑下活塞环-缸套润滑模型。并以此为基础分析了颗粒的承载、摩擦力和二相流体的摩擦功耗。研究表明:由于颗粒的增黏和弹、塑性变形,液固二相润滑剂的承载能力比纯油有所提高;固体颗粒的作用在活塞行程的不同位置是动态变化的;随着颗粒直径、浓度的增加,颗粒分担的负荷和产生的摩擦力、以及二相流体的摩擦功消耗都有所增加;颗粒直径的增加,使颗粒在更广的行程范围承载和产生摩擦力。

电作用量在磁驱动固体套筒内爆设计分析中的应用

磁驱动固体套筒内爆作为标准柱面冲击/准等熵汇聚压缩加载方式,在流体动力学、材料物性和聚变能源等领域具有广泛应用前景.在特定加载条件下,套筒飞层材料、半径和厚度的选择决定了套筒内爆力学行为,而电流烧蚀限制了所能选择的参数范围.通过薄壁套筒假定引入作为动力学参量的电作用量概念,利用不可压缩零维模型给出了低线电流密度下薄壁套筒尺寸优化设计方法和套筒飞层材料选择的原则;将修正后的电阻率-电作用量模型嵌入自编的一维弹塑性磁流体力学程序SOL1D进行模拟计算,分别与FP-1装置及ZR装置上的实验结果进行比对,表明在大径厚比和低线电流密度加载下,利用电作用量估算内爆速度及利用电爆炸丝实验获取的各阶段电作用量判断套筒物理状态是有效的.

白炭黑特性对丁羟衬层力学性能的影响

研究了沉淀法白炭黑在HTPB/TDI衬层中的补强效果及白炭黑的分散性、表面羟基含量和类型、空隙容量等对丁羟衬层力学性能的影响。结果表明,沉淀法白炭黑是HTPB/TDI衬层体系良好的补强填料,补强效果分为物理补强和化学补强两部分,化学补强效果取决于表面孤立态羟基及其相对含量,物理补强效果取决于分散性;白炭黑的空隙容量是综合评定白炭黑在HTPB/TDI衬层中补强效果的有效参数。

冷却液流动均匀性对缸套热变形的影响研究

对某一高压共轨柴油机的冷却液流动特性和缸盖、缸套关键点温度进行了台架测试,为热分析提供边界条件;建立了缸盖-缸套-冷却水-机体流固耦合模型,应用流-固耦合传热方法,研究了冷却液流动均匀性对缸套热变形的影响,并优化了机体分水孔和缸盖上水孔的流动特性。结果表明:优化后的水套,各缸冷却不均匀性系数平均减小了9.78%;缸盖水套最高温度下降了8.64%,缸套最高温度下降了2.03%,缸套热变形最大值减小了1.10%。