变频二次脉冲微细电液磨料射流数控机床的改造及创新设计

【目的】变频二次脉冲微细电液磨料射流数控机床是一种全新的特种超精密微细加工数控加工万能机床,有着巨大的市场前景和经济效益,亟需扩大适用范围和应用领域。【方法】笔者融入电液束特种加工技术,增设脉冲电源,将目前的磨料射流技术中纯水与磨料混合变为碳酸钠电解液与磨料混合,改变系统加工原理,并进行了详细的技术分析,说明了改造后的技术亮点。目前,已经初步制造完成系统原理性样机一套,组装改造完成变频二次脉冲微细电液磨料射流数控机床一台,并进行了初步的加工试验。【结果】1)在使用过程中绿色环保,不会形成气体喷丸式的粉尘效应污染空气,也不会对操作者的呼吸系统造成危害;2)磨料的成分是普通的金刚砂或者棕刚砂,即普通硅酸盐,排放后不会造成对水体或土地的污染,可直接处理;3)电解液使用降解材料进行化学中和,生成无害物质后亦可直接排放处理。【结论】该数控机床应用范围更广、更灵活,不仅可以扩大普通数控机床在特种加工领域的加工范围,而且可以大幅度提高加工精度。项目的创新研发解决了工程实际问题,也填补了新时代中国高科技领域空白,具有重要价值与参考意义。

基于横向二次射流的水下推力矢量方法

提出一种基于横向二次射流的水下推力矢量技术,通过二次射流的横向速度场诱导主流发生偏转,建立了推力矢量偏角与流速偏角的数学关系,证明了通过主流偏转实现推力矢量偏转的有效性。通过数值计算方法分析了不同二次射流深度、不同二次射流/主流体积比及不同二次射流/主流速度比条件下主流偏转角度变化。结果显示:随着二次射流深度的增加,主流受到壁面阻碍作用增强,因而偏转角度减小。随着二次射流/主流体积比的减小,出口负压区所占比例减小,主流偏转角度增加,且当体积比减小到一定值后,负压影响可以忽略,主流不再随体积比而变化。主流偏转角度随速度比增加而增加,且在速度比一定的条件下,速度数值的变化对主流偏转没有影响。设计了一种主流为圆形射流的水下矢量推进器,对其数值分析结果揭示:当位于射流中剖面同侧的二次射流全部作动时,主流可以取得最大的偏转角度,且主流的偏转方向可以通过使不同的二次射流组合处于作动状态进行控制。

二次气射流角对涡轮叶间燃烧室的影响研究

为研究二次气射流角对涡轮叶间燃烧室的影响,设计了3种带有不同二次气射流角的涡轮叶间燃烧室模型,利用FLUENT软件的Realizable k-ε湍流模型、PDF燃烧模型、DO辐射模型和离散相模型对燃烧室的流动和燃烧进行数值模拟。结果表明:涡轮叶间燃烧室具有高效率(99.2%)的特点,增大二次气射流角可使切向动量分量增加、油滴蒸发变慢、出口温度场分布不均匀、总压损失增加。

具有多孔射流二次风的煤无烟燃烧锅炉炉内流场的数值模拟

采用标准k -ε双方程模型和SIMPLE算法对卧式煤无烟燃烧锅炉的炉膛冷态空气动力场进行了数值模拟 ,预报了炉膛冷态空气动力场的速度分布、压力分布。并对预测结果进行了定性的分析。

循环流化床二次风射流及床料粒径对流化特性的影响

NOx的生成控制与流化床流化特性及气固流动有关,而冷态试验能更直观地反映气固流动状态和流化效果,因此冷态试验的研究结果可为流化床脱硝反应热态试验的参数选取提供参考。前人研究大多使用窄筛分床料颗粒,且较多针对传统的墙式布置二次风,鲜有学者综合研究中心布置二次风的穿透性能及其对炉膛流化特性的影响。因此,在循环流化床冷态试验台上,研究了中心布置二次风和宽、窄筛分的床料对流化特性的影响,采用无量纲剩余温度、物料循环流率和表观颗粒体积分数来定量描述二次风穿透性能、物料循环效率和颗粒浓度的分布。结果表明:喷射高度附近的颗粒浓度会随二次风射流增大而增大。二次风喷射高度为15 cm时,在35 cm以下的密相区,二次风占比越大,颗粒浓度的增长越明显。增大二次风占比、提高二次风射流的速度、提高二次风射流的喷射位置等可以有效提高二次风射流的穿透性能。其中,当二次风喷射高度距炉膛底部5 cm处,射流穿透率为0.4;喷射高度为15 cm时,射流穿透率为0.84;当喷射高度继续上升10 cm后,射流穿透率达到1.0。造成这个现象的原因是越靠近炉膛底部,床料颗粒的浓度越大,二次风所受的阻力急剧增加。随着窄筛分床料的平均粒径减小,炉膛整体的压降上升,且压降会在炉膛更高位置趋于平稳,物料循环流率也随之提高。这说明更多的颗粒能够随流化风的扬析被带到炉膛外,进入分离器参与炉外循环。与窄筛分床料不同的是,床料组分中,细颗粒占比也决定了宽筛分床料的炉膛压降、颗粒浓度分布和物料循环流率等参数。细颗粒占比越高,炉膛压降和物料的循环流率越大。宽筛分中,平均粒径大的床料颗粒浓度分布和物料循环流率不一定小,这是由于试验风速下,<300μm颗粒更易随流化风的扬折作用,被携带至炉膛出口。这部分细颗粒占比越高,造成颗粒浓度分布和物料循环流率越大,而粗颗粒更倾向于聚集在炉膛底部。

循环流化床二次风射流的研究现状

结合我国的能源和环境的现状,通过论述循环流化床研究的发展历程和优点,主要阐述了循环流化床为二次风射流研究的主要问题和国内外循环流化床二次风射流的研究成果,最后描述了循环流化床二次风射流研究的前景和存在的问题。

化学反应热对二次流矢量影响研究

推力矢量控制(TVC)是控制固体火箭发动机推力大小和方向的关键技术。本文研究了喷管中主流和射流之间发生反应产生的热对射流推力矢量控制效果的影响。应用涡耗散概念模型(EDC),通过总包反应建立化学反应模型,对主流还原性燃气与氧化性射流的反应进行数值计算,并与不发生反应的工况进行对比。应用欧拉-欧拉气液两相流模型-离散项模型,在单液滴蒸发模型的假设下,将液滴运动方程和能量方程进行耦合,求解主流燃气与二次液滴的汽化与氧化混合反应过程。在小流量比条件下,由于氧化反应的放热,反应工况的侧向控制力提升了10.5%,推力矢量角提升为10.8%,有效改善了推力矢量控制效果。当液滴直径处于40~60μm,矢量控制效果最佳;由于液滴温度的变化范围有限,不会对矢量控制效果产生显著影响;速度对于矢量控制效果无显著影响。与气相射流系统相比,液相射流系统对矢量控制效果产生负面影响,推力矢量角减小3%~5%,因此,在工程应用中应用液相系统更为合适。

偏导射流阀前置级流场计算与分析

根据射流盘处的结构和液流的实际运动情况,综合考虑射流过程中能量转化过程,提出了偏导射流放大器的二次射流模型,得到偏导射流阀前置级紊动射流的速度分布和时均动能变化,进一步研究了阀芯在中位条件下接收口的压力特性。结果表明了该模型具有合理性,为偏导射流阀的进一步研究提供了理论依据。

“限流沿”形状与位置对柴油喷雾平板撞壁射流影响的研究

采用标准κ-ε湍流模型及PISO算法对平板上设置BUMP的柴油喷雾撞壁混合过程进行了模拟计算,并与用片状激光诱导荧光(PLIF)法取得的试验结果进行了对比,二者基本吻合。试验和模拟计算结果均表明,撞壁射流在遇到"限流沿"(BUMP)后会剥离壁面,形成二次空间射流,减少壁面燃油堆积量,且随二次撞壁距离增大,在BUMP和射流撞壁点之间的厚度大约为1～2mm的燃油高浓度区的面积逐渐增大。计算结果还表明,在平壁上设置BUMP后,在二次射流附近的低压区逐渐形成一个卷吸空气的"双涡结构",此"双涡结构"对形成稀混合气有重要作用。BUMP的形状不同对形成二次空间射流及稀混合气的作用也不相同,在实际应用中应对其进行优化和合理匹配。

可压缩修正的k-ε模型在喉部射流推力矢量喷管中的应用

对标准的k-ε双方程湍流模型进行了可压缩性修正,并数值研究二次流矢量喷管中二次流不同入射角度时,二次流入射质量比对矢量偏角、推力效率的影响.通过比较实验数据,发现可压缩修正的k-ε双方程模型较标准k-ε模型、单方程湍流模型具有更好的计算精度.数值研究结果发现,二次流在获得较大的矢量偏角同时,系统推力效率降幅较小;当二次流入射角度为150°时,系统具有最大的矢量偏角.

空气射流冷却圆锥热沉的传热特性分析

采用数值模拟的方法,选择Transition SST湍流模型求解Navier-Stokes方程,研究了空气单孔射流冷却不同夹角圆锥体热沉的传热特性,结合流动特点分析了不同位置的传热差异.结果表明:引入圆锥凸起,极大强化了驻点附近的传热效果;小夹角圆锥热沉的平均换热性能比平板热沉好,且夹角越小,传热强化效果越好.在圆锥底部边缘,先后出现流动分离和二次射流,导致传热被先削弱后增强.

一种新型双射流双喉道控制矢量喷管的数值模拟

双喉道控制矢量喷管具有良好的推力矢量性能。为了进一步提高双喉道控制矢量喷管的性能,提出一种双射流双喉道矢量喷管的设计概念。在喷管的第二喉道处上壁面增加一个射流通道,给主流提供径向速度的同时也降低推力损失,既能增大推力矢量角,又能获得较大的推力系数。对该喷管二次射流设计参数进行数值模拟,结果表明:二次射流流量比、入射角度都会对喷管的内部流态造成直接影响,从而影响推力矢量角、推力系数。由此方法得出的最佳推力矢量性能为:最佳推力矢量角为16.5°时,相对应的推力系数为96.7%。

截顶M型药型罩几何参数对射流形成的影响

用有限元显式动力分析程序Autodyn,对截顶M型药型罩在压垮过程中出现的射流多次碰撞现象进行研究,通过改变顶部结构几何参数,对比分析参数对射流汇聚产生的影响,探讨射流碰撞使射流加速的原因。将M型顶部结构截去一部分构成截顶M型药型罩,压垮过程可分为顶部、轴线射流汇聚两部分。结果表明:在足够的碰撞压力下,瞬时二级药型罩结构被压垮,产生速度更高的二次射流,且药型罩顶部高度增大显著提升经多次汇聚后的射流头部速度。顶部结构参数:顶部倒锥角θ、截顶高度h、截顶宽度d的最佳取值分别为60°~90°、8~13 mm、约10 mm。

“BUMP燃烧室”内混合气形成的多维数值研究

用CFD多维数值分析软件对BUMP燃烧室内柴油喷雾的撞壁混合过程进行了模拟计算,并与用PLIF法取得的试验结果进行了对比,二者基本吻合。试验和模拟计算结果均表明,撞壁射流在遇到BUMP后会剥离燃烧室壁面,形成二次空间射流,扩大撞壁射流与空气的空间混合体积及混合速率,出现与周围空气迅速混合的闪混现象,燃烧室壁面燃油堆积量下降。计算结果还表明,BUMP的位置、高度、形状和角度不同对形成二次空间射流及稀混合气的作用也不相同,在实际应用中应对其进行优化和合理匹配,以便降低柴油机的NOx和碳烟排放。

“Bump燃烧室”内新概念稀扩散燃烧混合气形成机理的研究

基于自行研制的实验装置 ,用片状激光诱导荧光法 (PLIF)对普通商用柴油喷雾的撞壁混合过程进行了实验研究 ,并用CFD数值分析软件对其进行了模拟计算 ,二者结果基本吻合 .平板和实际燃烧室的实验及计算结果均表明 ,撞壁射流在遇到限流沿 (Bump)后会剥离壁面 ,形成二次空间射流 ,扩大撞壁射流与空气的空间混合体积及混合速率 ,出现与周围空气迅速混合的“闪混”现象 ,减少壁面燃油堆积量 .计算结果还表明 ,Bump的存在改变了缸内气流运动的流场结构 ,Bump附近旋向相反的“双涡结构”极大地增强了二次空间射流对周围空气的卷吸 ,促进了燃油与空气的混合 。

用ALE法实现一种新型聚能罩结构的三维数值模拟

研究分析了一种新型的聚能罩结构——星锥罩结构射流形成的特点,即射流发生了二次碰撞,产生了二次射流。并采用有限元软件LS-DYNA中的多物质ALE算法,成功地实现了星锥罩射流形成过程的三维模拟。计算结果表明:星锥罩形成了高速的二次射流,运用多物质ALE法对星锥聚能装药结构进行模拟是可行有效的。

循环流化床锅炉改变床存量的燃烧试验

在1台75t／h循环流化床锅炉上进行了改变床存量的燃烧试验，在3220～7330Pa床层压降变化范围内，测试了改变床存量对锅炉负荷能力、炉内轴向颗粒浓度分布以及实际燃烧效率的影响．结果表明：在远低于常规床层压降的条件下，循环流化床锅炉仍能保持满负荷运行，而且燃烧得到改善；在适当控制燃料粒度的条件下，循环流化床锅炉降低床层压降运行不仅可行，还可以使锅炉整体运行性能得到优化，是锅炉设计和运行优化的方向．

无阻流板式叶栅反推性能试验研究

开展了基于二次流喷射控制的无阻流板式叶栅反推装置的模型试验研究。在双流路跨/超声速叶栅试验平台上,研究了不同风扇出口压比、二次流压比、二次流喷射位置及二次流喷射角度等多工况条件下的无阻流板式叶栅反推特性及效率。从试验和分析结果可以得出:风扇出口压比、二次流压比对反推性能存在复杂的关联关系,二次流压比小于某值时,随着风扇出口压比增加,反推流量比增大,而二次流压比超过此值时,随风扇出口压比的增加反推流量比减小;并且存在最佳的二次流喷射位置(58.77mm≤Xj≤77.87mm)及喷射角度(θ=60°)使得无阻流板式叶栅反推效率最高。

反向起爆装置

本文提出了一种摧毁前置装甲的聚能装药爆炸装置。在使用中，一个圆锥形，封顶的半球形药型罩沿反向顺序破裂。半球基座的爆破，按顺序较先发生，它会产生一个稠密的物质射流作为最初的穿透在装甲中形成一个深弹坑。随后圆锥形药型罩破裂产生一个薄射流到达装甲并深入到较先产生的弹坑中，这与通常没有弹坑的情况相比增加了射流距离。所增加的距离(炸高)在破甲的改进方面有更多的作用和贡献，这是因为破坏性射流增加到了目标，即到破坏点的运动距离，这将提高对该目标的破坏。不同的爆炸机理，抑制剂，以及审慎的使用不同的高能炸药和爆炸排列，全部为形成一个理想的特殊的二次射流排列方式作准备，以便获得理想的摧毁能力。我们已进一步认识到任何传统药型罩可按这个相反的方向被喷射，并且这样能减少所需炸药的重量，以及炸药装药战斗部的高度，并能达到同样的毁坏程度。这里己知的方法也能避免电子通信的必要性，例如，在装药的前部和装药的后部之间的导线能毁坏该装置的对称性。