动车组车顶环氧树脂绝缘子合模缝对闪络路径的影响分析

动车组车顶环氧绝缘子在注射成型过程中,伞裙表面沿竖直方向会出现两条合模缝,凸起的棱边会畸变其附近的电场。本文对动车组车顶环氧绝缘子在湿润工况下合模缝对闪络路径的影响进行研究,通过喷淋闪络试验,比较合模缝处与伞裙其他部位的闪络概率,观察水滴在环氧树脂伞裙表面的运动特性,并通过仿真分析合模缝对水带形成、电场强度和电流密度分布的影响。结果表明:在合模缝处容易形成闪络通道,且在电场的作用下,合模缝附近的水带会拉伸甚至桥接相邻伞裙。高压端伞裙表面合模缝处水带的电流密度比伞裙其他部位的水滴电流密度高1倍以上;桥接伞裙的水带会畸变局部电场,缩小爬电距离和增加单位爬电距离承担的电压值。

涂覆超疏水涂层绝缘子表面覆冰过程

超疏水性涂层表面水滴运动特性与冻结过程是影响其防覆冰性能的重要因素,同时也是研究应用超疏水性涂层进行绝缘子防覆冰的重要基础。在低温低气压试验室中进行了超疏水表面水滴运动与冻结过程以及涂覆疏水性涂层绝缘子覆冰特性试验,分析了超疏水性涂层表面水滴开始碰撞表面到表面完全被冰层覆盖的动态过程,研究了涂层表面水滴的运动特性和冻结过程及影响因素。试验结果表明:超疏水性涂层表面过冷却水滴的运动特性受接触角、接触角滞后、表面缺陷等因素的影响;水滴的运动特性越好,形成冰层进入覆冰稳定增长的所需时间越长;超疏水涂层能在一定程度上延缓绝缘子的覆冰,涂层的接触角越大、接触角滞后越小,水滴滚动特性越好,延缓覆冰时间相对越长。

空气阻力系数对水滴运动及蒸发的影响

应用喷灌条件下水滴的运动、蒸发及分布模型对水滴的飞行时间、飞行距离以及蒸发率进行了预测,并对5种空气阻力系数计算公式(Bird、Park、Fukui、伊沙叶夫、Wallis)求得的预测值和实测值进行了比较。结果表明:应用Bird、Wallis、Fukui公式预测的水滴飞行时间与实测值随水滴直径的变化趋势一致,应用Park和伊沙叶夫公式求得的水滴飞行时间预测值与实测值的相对误差最小;5种阻力系数公式均能较准确地预测水滴飞行距离,其中Park公式的预测精度最高;5种阻力系数公式对于单个水滴蒸发率的预测结果与实测值之间的平均相对误差在26.1%～30.2%之间;5种阻力系数公式对总蒸发率的预测影响不明显,预测值与实测值之间的平均相对误差在15.2%～17.5%之间。建议在水滴运动和蒸发计算中采用Park阻力系数公式。

湿工况下翅片表面冷凝水滴运动的数值模型

了解析湿过程中冷凝水对换热器翅片侧换热和压降的影响机制,需要首先建立湿工况下翅片表面冷凝水滴的运动模型。通过对翅片表面上冷凝水滴进行受力分析,得出了水滴运动的判断条件;建立了水滴接触角预测模型,并结合VOF界面追踪方法来描述气液相界面、计算表面张力,从而建立了预测冷凝水滴在竖直翅片表面运动过程的数值模型。通过水滴运动实验对模型的可靠性进行了验证:水滴与翅片表面接触角的模拟值与实验值的平均误差为2.11%,最大误差为2.51%;水滴运动速度的模拟值与实验值的平均误差为6.5%,最大误差为10%。结果表明:水滴运动模型能够准确的预测水滴在翅片表面的运动规律。

湿工况下翅片管换热器空气侧热质传递动态模拟

析湿在翅片管换热器用作蒸发器时经常发生,对换热器的性能有重要影响。本文提出了能动态描述翅片管换热器空气侧析湿过程的数值模型,该模型不仅包括析湿过程中的传热传质模型,而且包括描述冷凝水滴形状和流动的运动模型。数值模型的计算精度较好,传热无量纲参数j_h和实验数据的平均相对误差为6.93%,传质无量纲参数j_m和实验数据的平均相对误差为12.1%。结果表明:该模型能准确描述翅片管空气侧析湿过程。

玻璃窗上水滴运动控制的实时绘制算法

针对目前雨场景中,玻璃窗上水滴运动模拟不真实的问题,提出一种水滴运动控制的实时绘制算法.首先,采用离散环境中的粒子系统,考虑重力的作用效果,结合随机数构造不同形状的静态水滴,解决水滴建模时仅使用一个球体所引起的水滴形状单一性问题;然后,以垂直玻璃表面上的水滴真实受力模型为基础,引入空气阻力控制因子,对水滴速度进行计算,改善目前水滴运动长度不可控问题;最后,综合考虑水滴受力和相邻网格对水滴的亲和度,结合自定义的风力因子和弯曲因子,确定水滴运动方向,增强玻璃窗上水滴运动的真实感.实验对比和分析表明,本文方法能够在玻璃窗上实时绘制出逼真的水滴运动效果.

三维空间液滴运动模型数值解法研究

提出了数值求解三维空间液滴运动模型的算子分裂算法(OS算法),并与常用的显式单步长Runge-Kutta(RK)算法进行了比较。简述了三维空间液滴运动模型的具体形式,提出了求解该模型的OS算法,以求解不同直径液滴在波形板汽水分离器内的运动轨迹作为算例,从OS算法的相容性、稳定性、计算精度和计算效率(CPU耗时)等方面,与4级4阶显式单步长RK算法进行了比较。结果表明,OS算法所构造的离散格式与液滴运动模型相容,采用此算法计算得到的液滴运动轨迹与RK算法得到的结果相似,而OS算法的稳定性和计算效率均优于RK算法。因此,OS算法的提出为数值计算波形板的分离效率提供了较为稳定、高效的算法。

油水重力分离过程中的液滴动力学分析

为了揭示分散相在重力式油水分离设备中的运动和分离机理，应用液滴动力学理论，对分散相在连续相中的受力、运动和轨迹进行了较为系统的分析。结果表明油水重力分离过程基本都处于Stokes沉降区，可直接采用Stokes解进行液滴的有关受力计算；也可忽略重力沉降过程中的加速效应，直接以终端沉降速度进行液滴的有关运动计算；为了改变设备的分离特性，应尽可能采用较大的流道宽高比，较小的流道层间距等。这对于揭示油水重力分离规律，优化流道结构具有一定的理论指导意义。

基于兰姆波技术的倾斜凸透镜基板上水滴运动研究

为研究倾斜凸透镜基板表面水滴运动速度特性,应用兰姆波技术在基板表面进行了推动水滴运动的试验。结合水滴在倾斜基板上的受力情况,利用二维纳维-斯托克斯(Navier-Stokes)方程和声流理论建立水滴运动力学模型,分析了水滴运动速度随各影响因素的变化关系。试验结果表明:当水滴体积与输入电压一定时,水滴前进边缘和后退边缘处的运动速度随着基板倾角的增大而加快,呈线性变化;当基板倾角与水滴体积保持不变时,水滴两边缘处的运动速度与输入电压呈正比例关系;当基板倾角和输入电压一定时,水滴的体积和水滴两边缘处的运动速度不具有函数关系。

湿压缩过程中水滴的运动分析

湿压缩过程中水滴的喷入对压气机性能具有显著影响。为了研究水滴在压气机内的运动情况,对单级轴流压气机的湿压缩过程进行了数值分析。结果表明,水滴在压气机内主要受气流拖拽力的作用,雷诺数与韦伯数整体较小,发生振荡破碎的可能性较大,并且集中于转子叶前缘附近;湿压缩过程中会有水滴撞击叶片,不仅对水滴的运动破碎产生影响,还会造成叶片的附加载荷;较小的水滴颗粒传热传质效果较好,湍流波动强度较弱,对气流造成的粘性损失较小。所以,湿压缩效果需要综合考虑水滴产生的蒸发冷却、阻力损失与撞击作用的影响,选取较小的水滴颗粒和适当的喷雾量。

液滴在双轨亲水轨道上的运动特性研究

目的探究重力驱动液滴在双轨亲水轨道上的运动特性,揭示其力学机理。方法采用喷涂法制备不锈钢超疏水表面,然后采用激光刻蚀法在超疏水表面上加工出不同类型的亲水轨道。研究液滴在不同轨道上的运动行为,讨论液滴运动状态与轨道参数之间的关系,并对液滴运动的力学特性进行分析。结果液滴在平行双轨轨道上的运动阻力约为在单轨轨道上的1.6~2.4倍,其与轨道宽度呈正相关,与轨道间距呈负相关,且液滴运动终止时呈现出轨道中途停滞、轨道末端停滞、脱离轨道末端三种状态;液滴在非平行双轨轨道上的运动阻力与运动方向有关,由宽端至窄端的运动阻力较由窄端至宽端更小,前者约为后者的90.7%。结论液滴在轨道上的运动阻力主要受液滴与亲水轨道的接触面积影响。当平行双轨轨道的间距增大时,液滴在垂直轨道的方向上拉伸效果增强,液滴将沿平行轨道的方向收缩,铺展长度减小,由此液滴与亲水轨道的接触面积减小,从而降低了液滴运动阻力;而液滴在非平行轨道不同运动方向上的阻力差异与液滴的表面张力有关。

单液滴运动相变模型

在对汽水分离装置中液滴运动过程中的相变现象描述和物理机理解释的基础上,结合压力变化条件下静止单液滴相变模型的基础和液滴运动模型,建立了单液滴运动相变模型。该模型给出了液滴运动过程中,由于流动阻力和局部结构改变造成压力降低,打破汽液相平衡而造成液滴的快速蒸发和汽液相平衡蒸发2个阶段的机理解释和数学表述,与已有结果和理论分析结果均较符合。该模型可以用于液滴在重力分离空间、旋风和旋叶分离器、波纹板分离器等汽水分离装置中运动相变过程中的分离效率计算,衡量液滴相变对汽水分离性能的影响,指导分离装置结构的优化设计。