切向进气结构对径向流甲醇合成反应器传热特性影响研究

为探究切向进气结构对径向流甲醇合成反应器内催化床层传热特性的影响,通过改变径向流甲醇合成反应器内外分布筒体开孔角度,将混合气入口处普通进气方式改为切向进气,建立了θ=0°、15°、30°、45°的切向进气径向流甲醇合成反应器结构,并采用CFD软件对各角度下反应器温度场进行模拟计算。研究表明,合理的切向角度下的切向进气结构可以提高反应器内流体的混合程度,增加反应物的接触面积,增强传热,不仅能提高反应器温度分布的均匀性,还提高了反应效率和产物收率。研究发现,当θ=30°时反应器内温度场分布最为均匀。

动态环境下自主机器人的双机制切向避障

针对机器人工作环境的动态随机性,提出面向双机制切向避障的改进人工势场法.针对传统人工势场法的局部极小值陷阱问题,提出静态避障机制,在规划开始前对地图进行预处理,预测局部极小值点并将障碍物分成连通与非连通障碍物,结合切向避障实现静态切向避障.以静态避障机制为基础,针对动态障碍物,提出动态避障机制,通过实时调整碰撞风险系数并选择系数最大的障碍物进行避障角补偿,实现动态切向避障.通过状态决策统筹静态、动态切向避障机制与全局路径规划,实现混合规划与设计.设计仿真和全向移动平台,对所提方法进行验证测试.结果表明,所提方法在不同环境复杂下均有效解决了传统人工势场法的局部极小值陷阱问题,实现了动态环境下快速自主避障.对比3种方法避开不同类型障碍物的平均耗时,所提方法比动态窗口法(DWA)提升55%,比时间弹性带法(TEB)提升40%;对比3种方法导航不同复杂度地图的平均耗时,所提方法比DWA提升39%,比TEB提升22%.

带切向接管内压圆筒的极限承载能力计算

针对压力容器切向接管开孔结构存在较大结构不连续性、易产生较高局部应力、目前没有适用的圆柱壳切向接管结构常规设计方法的问题,采用极限载荷分析方法,探讨不同切向接管无量纲结构参数(直径比do/Di≤0.3、径厚比Di/T≤125、厚度比t/T≤1.75)对承压圆柱壳体极限承载能力的影响,并定义了基于无接管壳体的强度削弱系数。结果表明,这3个因素都对圆柱壳切向接管结构的强度具有显著影响,当do/Di和Di/T增大、t/T减小时,强度削弱系数增大,意味着切向接管对圆柱壳的强度削弱程度增大。在大量计算结果基础上,对强度削弱系数进行回归分析,得到了回归方程,为带切向接管内压圆筒结构的强度设计提供参考。

凹壁面切向射流入射角度对液固两相流动的影响

为研究凹壁面切向射流的入射角度对离散颗粒行为的影响,以立式圆筒体为主要结构,分析圆形壁面射流液固两相流动。运用数值模拟对离散颗粒运动轨迹、颗粒分布、压力、切向速度、停留时间等参数进行分析计算。结果表明:入射角度增加,离散颗粒扩散角收缩,β=0°时离散颗粒扩散角为5.0°,β=45°时扩散角仅为1.5°。随着入射角度的增加,入口处静压力和颗粒切向速度分布变化不大,但粒径小于0.4 mm颗粒的最大和最小停留时间明显下降。该研究提供了液固两相凹壁面切向射流中颗粒行为影响的基础数据,为相关设备的结构设计提供参考。

微凸体相互作用的圆柱面切向接触阻尼模型

基于三维分形接触理论,引入曲面接触系数,建立了考虑摩擦和微凸体相互作用的圆柱面切向接触阻尼分形模型,应用MATLAB对该模型进行仿真,结果表明:切向接触阻尼随着法向载荷、分形维数、切法载荷比、材料的特性参数和曲率半径的增大而增大,随着分形粗糙度参数和摩擦系数的增大而减小;两圆柱面内接触比外接触所形成的切向接触阻尼要大。另外,将所建模型与只考虑摩擦的情况进行对比,发现微凸体相互作用会增大切向接触阻尼。该研究为高副结合面动力学分析提供了一定的理论基础。

切向入流旋流竖井在深圳市前海-南山排水深层隧道中的应用研究

为探究切向入流旋流竖井的水力特性,采用物理模型手段,结合深圳市前海-南山排水深层隧道中郑宝坑渠旋流竖井方案,研究旋流竖井内的水流流态、消能特性、排气效果及特征压力值。结果表明:各工况下进口位置处水流逐渐形成水翅,进入竖井后沿内壁形成螺旋跌落流,水流流态较好,当竖井流量极小时竖井内无法形成螺旋跌落流,水流进入竖井后呈射流形态跌落至竖井底部;旋流竖井总消能率在81.9%~89.5%之间,消能率随着流量的增大而逐步减小;旋流竖井相对于传统水工旋流竖井,具有消能效果好、结构简单等优点,在城市深层排水系统中具有较大的应用空间。

切向极化压电陶瓷在弯曲盘上的适配性研究

为了将切向极化压电陶瓷应用于弯曲盘振动中,利用较大的d33系数,以获取更低的谐振频率和更高的发送电压响应,文章提出一种基于切向极化压电陶瓷的弯曲圆盘换能器实现方法。主要利用未极化的压电陶瓷与切向极化陶瓷有相同的材料属性,将其作为切向极化压电陶瓷和弯曲盘之间的绝缘材料,以及作为弯曲振动的适配性过渡材料。试制了Ф400×80 mm、重35 kg的切向极化弯曲盘样机,在谐振频率280 Hz处发送电压响应级可达127 dB,且大功率下具有良好的线性。测试结果验证了切向极化应用于弯曲振动的可行性,以及切向极化陶瓷在弯曲盘振动时的适配性。

基于轮轨切向力的防空转/滑行效率计算方法研究

地铁车辆在完成防空转/滑行试验后,通常通过计算防空转/滑行效率来评价车辆防空转/滑行的性能,目前地铁车辆关于防空转/滑行效率缺少统一的计算方法。为解决该问题,文章系统介绍了轮轨黏着机理及特性,对比分析了既有车辆黏着控制策略和防空转/滑行效率计算方法,建立了车辆牵引和制动工况力学模型并提出了一种基于轮轨切向力的防空转/滑行效率计算方法。与现有防空转/滑行效率计算方法相比,该方法同时适用于防空转试验和防滑行试验效率计算,排除了车辆运行阻力对计算结果的影响,在不同试验工况下的计算结果一致性较好。

考虑隔磁桥饱和的切向式永磁电机电枢磁场解析建模

为解决多层绕组结构的切向式永磁电机磁场准确计算的难题,文中基于二维子域解析建模思想提出一种考虑定子多层绕组结构和转子隔磁桥饱和效应的电枢磁密解析计算方法。该方法首先在定子槽内进行精细子域划分,以建立多层电枢绕组的矢量磁位方程,然后通过等效气隙对切向式转子铁芯隔磁桥处的饱和效应进行等效,最后结合误差校验和循环迭代,有效解决传统子域建模方法因无法考虑铁芯有限磁导率而难以对内置式永磁电机进行磁场计算的问题。文中以8极9槽和10极12槽永磁电机为例,结合不同绕组结构建立有限元解析模型,并将有限元法计算结果与解析法计算结果进行对比,验证了该方法的计算准确性和运算快速性。

切向加载、卸载和振荡强耦合下机床螺栓结合部之摩擦能量耗散机制

在保持微凸体受法向力恒定的状态下,侧重导出切向力和变形量的切向加载、切向卸载和切向振荡接触方程。当2个球形微凸体接触时,构建每循环中切向接触摩擦能量耗散力学模型。按照赫兹静力弹性法向接触理论,得到微凸体顶端曲率半径。根据微凸体分担法向力的光滑性与连续性法则,校正临界弹性变形微接触面积与临界变形量的数学表达式。面向有条件等式,在弹性和纯塑性变形基础上,建立整个结合部法向力与切向接触摩擦能量耗散的理论模型。以北京机电院高技术股份有限公司直线电机驱动Linear MC6000普莱诺五面体加工中心上的龙门横梁-导轨螺栓结合部为研究对象,分析法向预紧力、表面粗糙轮廓分形维数、切向力、分形粗糙度、相关因子、单轴向屈服应变及静摩擦因数等7个相对独立参数对切向接触摩擦能量耗散的影响规律。可视化的数值分析结果表明:切向接触摩擦能量耗散随着法向预紧力的增大先增大后减小;表面粗糙轮廓分形维数在较小范围内,切向接触摩擦能量耗散随着表面粗糙轮廓分形维数或分形粗糙度的增大而增大;表面粗糙轮廓分形维数在较大范围内,切向接触摩擦能量耗散随着表面粗糙轮廓分形维数或分形粗糙度的增加而减小;切向接触摩擦能量耗散随着切向力、相关因子、单轴向屈服应变的增加而加大;切向接触摩擦能量耗散随着静摩擦因数的增加而降低与经典结论完全相反,这是因为当静摩擦因数较大时,根据近代分形几何理论可知法向预紧力越大,微滑趋势将更小,导致较小切向接触摩擦能量耗散。

航天器碰撞规避单脉冲切向控制最优策略

针对在轨航天器采用切向单脉冲喷气规避空间碰撞风险的最优控制策略问题,推导了小偏心率轨道卫星切向控制后的轨道相对原轨道的相对运动方程,分析了空间接近几何关系,给出了满足空间接近距离和交垂线方向距离约束情况下不同控制时刻对应的最小控制量的计算方法和函数曲线,证明了控制量与控制效果的单调关系并讨论了控制时刻对控制效果的敏感性。只要综合测站跟踪情况、卫星工作情况、燃料节省等多种约束确定了控制时刻,即可通过上述控制时刻和控制量函数曲线确定最小的切向控制方向和控制量大小。

工艺参数对切向超声辅助磨削钛合金表面质量的影响

针对磨削加工过程中磨削温度高、表面质量差以及砂轮使用寿命低等问题,从运动学和切削力两方面分析了切向超声辅助磨削加工机理。以Ti6Al4V为工件材料,通过对比实验研究了超声振幅、磨削深度、进给速度与主轴转速对材料表面粗糙度的影响。实验结果表明:与单一磨削加工相比,引入超声振动后材料表面粗糙度Ra降低25%~40%,材料表面凹坑明显减少,表面形貌发生显著变化。随着振幅的升高材料表面粗糙度减小,最大降幅为40%;粗糙度随着转速的升高而降低,降低幅度为25%。证明了超声振动的引入可以减小粗糙度,提高磨削加工工件的表面质量。研究结果为磨削加工中参数的选择提供指导意义。

轴向力下圆锥结合面切向刚度分形模型分析

圆锥连接广泛应用于旋转类机械装备,其结合面切向刚度的强弱影响着工况下旋转类设备的回转精度,因此研究圆锥结合面切向接触刚度对提高零件的加工精度有重要的意义。分析其结合面分形维数、特征尺度等参数对切向刚度的影响规律,以表征实际工况的圆锥结合面接触刚度为目的,在构造的圆锥结合面分形模型接触系数的基础上,考虑粗糙面微凸体相互作用的影响,构建了引入域扩展因子的圆锥结合面切向刚度分形模型。以高速主轴-刀柄圆锥连接为应用案例,验证了模型的准确性,并分析了轴向力持续作用下的各相关参数对切向刚度的影响规律。研究结果表明:圆锥结合面分形维数、材料特性系数与切向刚度存在非线性增长关系,且轴向力越大时,这种非线性增长现象愈加明显;在轴向力一定时,随着圆锥结合面的特征尺度参数、切向载荷与法向载荷比值的增加,切向刚度呈减少趋势。

高速切向车铣对18CrNiMo7-6钢表面完整性的影响

为提高18CrNiMo7-6齿轮钢的抗疲劳性能,进行了高速切向车铣试验。结果表明:高速切向车铣可获得接近于磨削的三维表面粗糙度S_(a),工件转速nw和铣刀转速n_(c)对S_(a)的影响较为显著,且S_(a)随着n_(c)的增大而减小,随nw的增大而增大;高速切向车铣(逆铣)已加工表面均为残余压应力,n_(c)及轴向进给量f_(a)对表面残余应力有显著影响;随着n_(c)的增大,轴向残余应力σ_(x)和切向残余应力σy均呈先增大后减小的趋势,随着f_(a)的增大,σ_(x)和σy显著减小;最大残余应力出现于已加工表面,且在距已加工表面40~60μm之内逐渐减小,之后趋于稳定;轴向进给量f_(a)对表面完整性综合影响最大,随着f_(a)的增大,表面质量迅速变差。在高速切向车铣正交试验条件下,得到的最优试验参数组合为:n_(c)=6500 r/min,n_(w)=75 r/min,f_(a)=0.02 mm/r,径向切深ap=0.1 mm。在最优参数切削条件下,S_(a)为0.30μm,σ_(x)为-400.5 MPa,σy为-415.9 MPa,残余应力影响层深度为60μm。高速切向车铣获得的表面完整性优于传统车削,该切削方法可为外圆表面的加工提供一种更好的加工方式。

磁极偏心切向聚磁型并联结构混合励磁电机的振动噪声研究

以一台2.5 k W切向聚磁型并联结构混合励磁电机为研究对象,研究切向聚磁型并联结构混合励磁电机磁极偏心对电机振动噪声的影响。根据电机电磁振动噪声相关理论,建立磁极偏心切向聚磁型并联结构混合励磁电机模型,采用磁极偏心优化其气隙磁密畸变率和电磁噪声,分析该电机在优化前后径向电磁力的阶次、频率特征,并对该电机的定子进行模态分析,利用ANSYS Workbench仿真平台搭建电机振动噪声耦合模型,计算优化前后电机的振动响应与噪声变化。结果表明:采用磁极偏心能有效优化电机气隙磁密和电磁力密度,气隙磁密谐波畸变率显著下降,电磁力(16,4 f1)分量幅值减小74%,从而可达到抑制电机振动噪声的目的。

基于分段交错梯形磁极的分数槽集中绕组永磁电机局部切向力的削弱

局部切向电磁力波会通过定子齿的杠杆效应引起定子轭部径向振动,其对振动的贡献可以与径向电磁力波比拟。针对分数槽集中绕组永磁电机的局部切向电磁力波,提出了一种分段交错梯形磁极的削弱方法,该方法可在保证电机转矩密度的前提下,有效削弱局部切向电磁力引起的振动。首先,推导了作用于定子齿部的切向集中力模型,并以一台10极12槽永磁电机为例,分析了局部切向电磁力引起振动的原因。然后,基于有限元模型,分析了分段交错梯形磁极对局部切向电磁力的削弱机理,并对比了优化前后电机的径向力波、电磁转矩以及振动频谱。结果表明,分段交错梯形磁极结构对径向力、切向力均有显著的抑制作用。最后,对优化前后的样机进行振动实验,验证了优化方案的有效性。

基于双切向涡流的阵列探头设计及仿真

承压类特种设备在石油化工等行业应用广泛,然而,出于防腐等需要,承压设备外常涂有涂层,给检测带来了难度。针对涡流检测技术在带涂层检测中的应用,提出了一种基于双切向涡流的阵列探头,并对其阵列单元的性能和阵列探头的整体结构进行分析和设计。理论分析表明,所提出的阵列单元可消除激励线圈到接收线圈直接耦合信号的影响,同时,该探头能够同时实现对不同长度和不同角度裂纹的定量分析,进而提高裂纹的检测精度。此外,为减小提离效应对检测结果的影响,设计了带有弹簧的阵列探头结构,弹簧始终处于压缩状态,以保证在检测过程中探头的提离最小,该研究可为带涂层设备的检测提供一定技术支持。

孔布局对切向发散结构综合冷却效率的影响

为了进一步提高燃气轮机燃烧室冷却效率,采用热流固耦合方法以及Realizable k-ε模型,在两种吹风比下,对4种不同布局的切向发散冷却结构的流动和传热特性进行了对比分析。研究结果表明,在吹风比2.2时,冷却射流之间相互独立,孔布局对切向发散冷却结构的影响较小。在吹风比10.4时,正对排列结构的冷却射流交叉互补,更易形成全覆盖冷却气膜;而采用交叉排列结构由于各排冷却射流互相叠加,抬升涡增强使得冷却射流脱离壁面,导致展向均匀性变差且综合冷却效率降低。沿轴向等间距比“前密后疏”排列的综合冷却效率峰值更高。正对且等间距排列结构具有最佳的冷却效果,随着吹风比的增大,综合冷却效率提升幅度最大为17.6%,比交叉排列的两种结构综合冷却效率高出约46%。基于模拟结果拟合了正对且等间距孔布局的首排孔冷却效率关联式,试验值与模拟结果的误差在±2%以内。

2.25Cr1Mo传热管切向微动磨损性能研究

钠冷快堆换热器中的冷却剂与构件之间的流致振动会导致传热管发生微动磨损。以钠冷快堆换热器传热管候选材料2.25Cr1Mo钢为研究对象,研究其在不同法向载荷(10、20、30 N)下的切向微动磨损行为和损伤演变规律;采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)及EDS对磨痕的形貌及摩擦化学反应进行分析;通过白光干涉仪获得传热管的磨损量。结果表明:随着法向载荷的增加,2.25Cr1Mo钢的微动模式由完全滑移转变为部分滑移,摩擦因数、磨损体积随着法向载荷的增加先增加后减小;当载荷为10~20 N时,2.25Cr1Mo钢的主要磨损机制为磨粒磨损、分层剥落以及氧化磨损,当载荷为30 N时,主要磨损机制为黏着磨损、塑性变形和氧化磨损。

Inconel 718激光熔覆合金层切向微动磨损特性研究

采用激光熔覆沉积技术制备Inconel 718合金试样,通过自主研制的多功能复合微动摩擦磨损试验机,在平面/球的点接触模式下进行切向微动磨损试验,探究合金试样在不同法向载荷和不同位移幅值下的磨损特性.试验结束后,对获得的摩擦力-位移曲线、摩擦系数曲线和耗散能等结果进行详细的动力学特性分析,再采用扫描电子显微镜和三维形貌仪对磨损表面及磨痕截面进行微观分析,得到其磨损形貌及主要的磨损机制.结果表明:当位移幅值不变时,随着法向载荷的增加,微动运行状态由完全滑移区转变成混合区,材料的磨损损伤逐渐加剧,微动磨损导致的能量耗散增加;随着位移幅值增加,材料的磨损损伤同样加剧;微动磨损区域出现裂纹的萌生和扩展现象,其主要的磨损机制为疲劳磨损、氧化磨损和磨粒磨损.