L-R两步欧拉方法在铝材料微喷射中的应用

应用三维弹塑性流体力学Lagrangian-Remapping两步欧拉计算方法对铝材料微喷射现象进行了数值模拟研究。计算了Asay实验中表面刻有相同深度、不同夹角沟槽的金属铝微喷射模型,计算得到的微喷物总质量、最大射流速度和实验结果均符合较好。进一步展开了对相同深度、更大夹角范围沟槽微喷射的数值模拟。分析认为喷射最大速度随沟槽角度的增大呈线性下降趋势。同时给出了喷射系数随沟槽角度的变化的拟合关系曲线,看到由于材料强度及沟槽角度变化后造成的波系关系变化的影响,随着沟槽角度增加,喷射系数曲线呈明显非线性发展。     

沟槽角度对金属表面微射流性质的影响

基于光滑粒子流体动力学方法,数值模拟了冲击加载下不同金属表面沟槽微射流现象,重点分析了微射流头部速度及其分布随沟槽角度的变化规律.研究结果发现,喷射系数在沟槽半角为45°附近达到最大,随着角度的增加或减小喷射系数均较小;而最大喷射速度随沟槽角度的增加近似成线性减小变化.详细分析了不同角度沟槽诱发微射流的物质来源变化及其经历的动力学过程,发现随着沟槽夹角增加,射流物质来源由沟槽两侧逐步向沟槽底部过渡,当沟槽半角在45°附近,形成射流的物质在沟槽底部和两侧近似均匀分布.     

金属表面几何缺陷微细结构对微喷射特性的影响

基于光滑粒子流体动力学方法, 分别采用实测样品几何缺陷模型和简化V形沟槽模型对铅的微喷射过程进行了模拟. 重点分析了金属表面几何缺陷微细结构对微喷射特性的影响, 并将数值计算结果与相应的实验测量值进行对比. 结果表明, 基于实测样品几何缺陷模型计算的最快喷射速度和累积喷射量与实验测量结果符合得很好. 进一步研究发现, 在实测样品几何缺陷诱导的微喷射过程中存在“二次汇聚喷射”现象, 与单次喷射相比, 该过程会诱导产生更高的喷射速度并显著影响微喷物的空间密度分布. 这说明除了受扰动波长、深度影响外,表面几何缺陷微细结构也是影响金属微喷射过程的重要因素.     

SPH方法对金属表面微射流的数值模拟

 光滑粒子流体动力学（Smoothed Particle Hydrodynamics）方法是一种无网格的拉氏计算方法,具有计算格式简单、易于计算大变形问题等优势。用二维SPH程序模拟了冲击加载下金属铝表面的沟槽状缺陷产生微射流的过程,得到了喷射物的总质量、最大速度和质量-速度曲线。还计算了相同深度、不同夹角的沟槽微射流,并与实验结果进行了比较。结果表明：计算得到的喷射物总质量和最大速度与实验结果符合较好,SPH方法对于估算金属表面的微射流提供了一种有效的数值模拟手段。     

爆轰驱动金属飞层对碰凸起和微射流形成的数值模拟研究

本文对柱面两极点起爆情况下滑移爆轰波驱动两层金属飞层对碰凸起和微射流形成进行了模拟研究. 铅飞层内界面走时计算结果与实验结果能够较好符合. 在两极位置铅飞层内部出现断裂并形成空腔, 内壁面则形成鼓包型凸起; 在赤道位置飞层内壁面凸起后断裂产生大尺度金属颗粒, 其和微喷射形成的小尺度颗粒叠加构成了对碰区凸起现象. 在铅飞层内表面微喷射现象的研究中发现, 两极附近的微喷物质最大速度逐渐下降, 而对碰区附近的微喷颗粒最大速度反而随时间逐渐增高. 之后, 通过设计沟槽型微喷计算模型, 验证了在两极和赤道上铅飞层内表面产生的初始微喷射最大速度能够由同一均匀缺陷表面所产生. 最后, 通过数值模拟分析研究初步给出了该问题中抑制金属飞层对碰凸起和微喷现象的方法.     

喷射器流动结构和性能的数值模拟研究

本文利用Fluent软件对蒸汽喷射器进行数值模拟计算,从射流混合机理角度出发,分析比较了喷射器内工作流体压力、引射流体压力及混合流体出口压力等工作参数变化对喷射系数的影响以及喷射系数变化的原因。结果表明:对给定的喷射器存在一个最佳工作流体压力,在此压力下喷射器可以获得最大喷射系数;随着引射流体压力的增加和出口压力的降低,喷射器的喷射系数逐渐增加。     

几何参数对喷射器性能的影响分析

运用计算流体动力学软件Fluent对喷射器进行数值模拟,研究了工作喷嘴喉部直径、等截面混合室直径和长度等几何参数对喷射器性能的影响,并对数值模拟结果进行了分析。研究表明:在一定的工况下,工作喷嘴及等截面混合室对喷射器性能有极大的影响,存在最佳的喉部和混合室直径使得喷射系数最大;随着混合室长度的增加,喷射器的喷射系数将逐渐降低。     

不同加载速率下铝自由面微粒子喷射现象研究

 本文主要研究铝自由面微粒子喷射量随压力加载速率的关系，重点是对微射流机制的研究。用人工楔形槽作为自由面上的模拟几何缺陷，用斜波发生器技术改变加载速度，用石英传感器技术测量微粒子喷射量。研究结果表明：在楔形槽尺寸和峰值应力不变的条件下，微粒子喷射量及其最大喷射速度，均随加载速度（加载波阵面宽度的一种度量）的减小而减小；在压力加载条件不变时，发现微粒子喷射量有随几何缺陷体积的增加而增大的迹象。用HELP编码对本实验进行的二维数值模拟结果表明，在数值上与实测数据基本符合。     

二次流喷射角度对无阻流板式反推装置的影响

对一无阻流门叶栅式反推装置的流场进行了数值与实验研究,详细分析了不同二次流喷射角度对反推性能参数的影响。结果表明二次流喷射喷射角度影响进入反推窗口的气流方向和气流质量,会对反推性能产生影响。存在一个最佳的二次流喷射角度,能使得反推效果最好。当射流顺着风扇气流的偏转方向进行喷射时会产生最大的射入深度,进而使得更多的风扇气流通过反推窗口偏转出去,表现出最优的反推力性能。     

利用阻尼振动测量气垫导轨阻尼系数的新思路

利用气垫导轨上两根弹簧连接滑块做阻尼振动的模型,通过求解阻尼振动方程推算得到了滑块运动的最大速度衰减式,从而求得气垫导轨的阻尼系数.此外,从品质因数的角度推算阻尼系数的计算式,在阻尼很小时,该方法可视为最大速度衰减法的近似.通过气垫导轨阻尼振动实验,测量振幅、周期和光电门遮光时间等物理量,利用最大速度衰减和品质因数法得出阻尼系数的值非常接近.进一步对做阻尼振动的滑块拍摄视频,通过慢放视频得到其振动过程中振幅的衰减值,利用最大振幅衰减法计算出阻尼系数,所得结果与上述两种方法的数值符合较好,从另一个角度证明了本文提出的最大速度衰减法和品质因数法测阻尼系数的可靠性,该类方法在实验中易于操作、实践性强、所得结论可靠,为气垫导轨阻尼系数的测量提供了一种新的思路.     

冲击压力及加载速率对沟槽微射流的影响

通过二维弹塑性流体力学欧拉程序MEPH,系统研究冲击压力及加载速率对沟槽微射流喷射量的影响.计算结果显示,微射流的喷射量随冲击压力的增大而增大,但喷射量对压力的变化并不敏感;计算结果和实验结果均表明,加载速率对沟槽微射流的喷射量有较大影响,随着加载速率的减小,微粒子喷射量大致按指数规律减少,所得数值计算结果得到实验验证.     

引射式气帘对COIL流场参数的影响

 给出了氧碘化学激光器中，引射式气帘对激光器内各段压力与输出功率等参数的影响。研究结果表明：在COIL光腔中采用引射式气帘的作用方式，可以显著降低光腔段的总压损失，为激光器后的压力恢复系统减轻工作负荷；在高背压条件下，能够显著降低腔压，改善光腔静压的稳定性，提高激光器输出功率的稳定性。     

垂直冷弹发射装置装药燃烧数值分析

针对燃气活塞弹射装置,采用加质源项法,通过UDF(用户自定义函数)编译,向高压室注入火药燃气的质量、动量、能量,实现了复杂燃烧化学反应的数值模拟,得到了高压室压力和速度分布及变化规律,分析了压力和速度对弹射装置的影响。计算结果表明,装药燃烧数值模拟与理论计算基本吻合,能够较好地仿真弹射装置高压室燃气流场的特性,为弹射装置进一步优化设计和装药设计提供理论参考。     

Quantitative visualization of the three-dimensional flow structures of a sweeping jet

Journal of Visualization - The flow characteristics of a sweeping jet ejecting from a typical feedback channel fluidic oscillator were investigated using time-resolved particle image velocimetry....     

Temperature dependence of angular characteristics of boron nitride sputtering

The angular dependence of the sputtering yield and the spatial distribution of particles ejecting from a boron nitride polycrystal with a wurtzite structure in the temperature range from 0 to 2800°C under bombardment with 300 eV xenon ions are calculated by the molecular dynamics method. A reduction of steepness of the curves of angular dependence of boron nitride sputtering with increasing temperature is revealed. Features of the obtained distributions are analyzed on the basis of mechanisms of interaction of slow heavy ions with surface target atoms.     

Femtosecond laser-induced breakdown in distilled water for fabricating the helical microchannels array

We have fabricated complex helical microchannel arrays with uniform diameter in silica glass using femtosecond laser-induced breakdown in distilled water. The generated high-speed jet and shockwave cause cavitation damage in silica glass. Distilled water injected into microchannels through a rubber hose is used for effectively ejecting the debris. The low concentration of debris in the ablated area ensure continuously femtosecond laser-induced breakdown. The distribution, coil number, coil diameter and pitch of the helical microchannel arrays can be controlled.     

Dynamic PIV measurement of a high-speed flow issuing from vent-holes of a curtain-type airbag

A curtain-type airbag is a safety device designed to protect passengers from the side collisions of a car. The curtain-type airbag system consists of an inflator, a fill-hose, and a curtain-airbag. The fill-hose is a passageway and distributor of the exploded gases from the inflator to the airbag through vent-holes. Although the design of vent-holes is important for proper deployment of the airbag, it is very difficult to measure the exceedingly high speed flow issuing from the vent-holes by using conventional measurement methods. In this study, we employed a dynamic PIV technique to measure the temporal evolution of instantaneous velocity fields of the flow ejecting from the vent-holes. From the velocity field data measured at a frame rate of 2000 fps, the temporal variation of the volume flux from vent-holes was also evaluated for the diagnosis of airbag performance. The flows ejecting from the vent-holes showed high velocity fluctuations, and the maximum velocity was about 480 m/s. The instantaneous velocity fields in the initial stage showed a swaying motion of a high-speed jet. The accumulated volume flux from the vent-holes was also compared at each vent-hole region.     

不同气压背景下激光烧蚀Al靶产生等离子体特性分析

用时间和空间分辨诊断技术研究了脉冲激光烧蚀不同气压环境下金属Ａｌ靶过程中产生的等离子体羽的特性。     

准分子激光轰击Y-Ba-Cu-O高温超导靶的空间分辨光谱研究

采用WP4-光学多道分析仪对准分子激光轰击Y_1Ba_2Cu_3O_x超导靶产生的等离子体辐射进行了空间分辨测量和研究。实验结果表明,在靶面的邻近区(d<0.4mm),等离子体辐射为较强的连续谱,并迭加有Y、Ba原子和Y~+、Ba~+离子基态电子跃迁的自吸收线。Y、Ba、Cu原子和相应的一价离子以及金属氧化物分子激发态的发射谱线仅在距靶面为0.4mm以外的区域出现。光谱的测量结果支持靶面表层发生爆炸、出射分子簇团和固体微粒的激光烧蚀沉积动力学机制解释。     

Ejection of uniform micrometer-sized droplets from Faraday waves on a millimeter-sized water drop

This Letter reports the first observation and theoretical analysis of a new phenomenon: one large spherical water drop ejecting simultaneously a very large number of monodisperse microdroplets. An ultrasonic nozzle with multiple-Fourier horns in resonance enables controlled excitation of megahertz Faraday waves on the free water surface. The temporal instability of such waves leads to the ejection of 3.5-4.4 μm monodisperse droplets at a high rate (>4.0×10(7) droplets/sec). This is in stark contrast to the Rayleigh-Plateau instability, which ejects one droplet at a time.