POLYFLOW在聚合物熔体压力流动教学中的应用

将Polyflow用于聚合物熔体流动教学,可以更好的解释聚合物熔体流动过程。实现了流动过程中的压力分布、速度分布、剪切速率分布、粘度分布、温度分布数值仿真。     

金属熔体近壁面流动剪切模型及其对金属凝固影响的理论研究

本文建立了金属熔体近壁面流动剪切模型, 并分析了流动剪切对金属凝固的影响. 针对A356合金计算结果表明:层流流动的熔体内部剪应力随垂直斜板表面距离的增大而减小, 随着流动长度的增加先急剧下降之后趋于稳定; 紊流流动的熔体所受的剪应力随着垂直倾斜板表面距离的增大先急剧下降之后趋于稳定, 随着流动长度的增加而不断增大; 斜板倾角越大, 斜板上相同位置的熔体层受到的剪应力越大; 熔体垂直斜板表面距离越小, 柱状晶所承受的弯曲应力越大; 斜角越大, 斜板上相同位置的柱状晶的弯曲应力越大; 随着熔体在倾斜板表面流动长度的增加, 在层流阶段, 倾斜板表面柱状晶根部所受的弯曲应力先急剧下降之后趋于平稳, 而在紊流阶段, 弯曲应力是缓慢增加的; 理论分析表明柱状晶在熔体近壁面流动过程受到的最大弯曲应力低于αup -Al晶粒的屈服强度, 所以斜板上熔体流动产生的弯曲力不能将柱状晶折断, 只能将晶粒冲刷游离到熔体中使晶粒增殖, 与实验结果相符合. 所以本模型可以很好地解释熔体近壁面流动过程中的剪切本构关系以及剪应力对凝固组织的影响.     

冷却倾斜板熔体处理过程边界层分布及流动传热的理论研究

针对倾斜板熔体处理晶粒细化与半固态成形原理,研究了倾斜板熔体处理过程边界层分布,建立了熔体传热和冷却速率的计算模型.计算结果表明,随着斜板倾角和熔体初始流动速度的增大,熔体在倾斜板上从层流向紊流的转变时间减少;温度边界层厚度随着熔体初始流动速度的增加而减小,斜板倾角对温度边界层厚度的影响较小;温度边界层厚度和速度边界层厚度都随熔体流动距离的增加而增大,在层流区,温度边界层厚度远大于速度边界层厚度,而在紊流区,温度边界层厚度与速度边界层厚度重合;倾斜板上熔体冷却速率与熔体厚度成反比,初始流速小于1m/s时,熔体的冷却速率沿着倾斜板长度方向逐渐增大,初始流速为1m/s时,熔体的冷却速率沿倾斜板长度方向基本不变,当初始流速大于1m/s时,熔体冷却速率沿倾斜板长度方向逐渐减小;倾斜板上熔体冷却速率在100—1000 K/s之间,属于亚快速凝固范畴.     

黏弹性熔体充模流动诱导残余应力模拟

流动诱导残余应力是塑料制品产生应力开裂以及翘曲变形等现象的重要原因,对成型过程中流动诱导残余应力研究具有重要意义.推导了基于黏弹性eXtended Pom-Pom本构关系的能量方程,进而建立了描述黏弹性流体非等温充模流动的气-液两相模型.用同位网格有限体积法进行了求解,得到了凝固层和剪切速率分布,给出了充填结束时影响制件力学性能的流动诱导残余应力.结果表明,型腔中凝固层的厚度与注射速率有关,注射速率越大,充模时间越短,凝固层越薄.在制品表层紧邻模壁的地方,剪切速率和残余应力几乎为零;在制品次表层的位置,制件内剪切速率和流动残余应力也较高;而在远离模壁的地方,剪切速率和流动残余应力也较小.     

HTS电流引线中接头电阻的研究和焊接工艺

针对Bi-2223/Ag-Au高温超导带材制造的二元HTS电流引线设计中不同材料之间连接的技术要求,设计了减小接头电阻的焊接工艺实验,包括焊接温度、焊料、搭接长度和焊锡层厚度对接头电阻的影响。着重分析了HTS电流引线中应用的三种接头的焊接工艺对焊接电阻的影响,并总结出在HTS电流引线中接头电阻的焊接工艺参数。     

高温超导带材的焊接直角接头电阻研究

为了研究高温超导材料在储能装置中的应用,开展了高温超导D型磁铁的研究。针对高温超导一代Bi2223/Ag带材和二代YBCO带材的直角接头焊接问题,理论分析焊锡层厚度和带材焊接根数对直角接头电阻值的影响。当焊接参数保持稳定时,直角接头的电阻值和焊接根数大致成反比,对带材焊接根数对直角接头电阻的影响进行了实验验证。实验结果表明,可以通过增加带材的焊接根数来有效减小接头电阻,当焊接根数为5,且焊料厚度在微米量级时,两种带材各自之间的直角接头电阻值在液氮温度下均可控制在10-8Ω左右,能够满足装置稳定运行的要求。     

高温超导带材焊接接头电阻研究

针对高温超导一代Bi2223/Ag带材、二代YBCO带材的焊接问题,理论计算分析了搭接长度、焊锡层厚度对带材接头电阻的影响,并对焊接长度对接头电阻的影响进行了实验验证。实验结果表明:增加焊接搭接长度可以减小接头电阻,两种超导带材的接头电阻皆同焊接搭接长度成反比。当焊接长度在3—5cm,焊料厚度在微米量级时,Bi2223/Ag带材、YBCO带材各自之间的接头电阻在液氮温度下均可控制在10-8Ω左右,能够满足超导装置稳定运行的要求。     

远场来流条件下过冷熔体球晶生长的稳定性

建立了远场来流条件下过冷熔体球晶生长的温度场和浓度场稳态模型,分析了对流对球晶周围温度场和浓度场的影响,并以Trivedi的纯扩散球晶稳定性判据为基础,推导出远场来流条件下过冷熔体球晶生长的临界稳定性判据. 研究表明:远场来流条件下,迎流面的扰动振幅增加速率明显大于背流面的扰动振幅增加速率. 振幅增加速率最大值对应的扰动阶次从迎流面到背流面逐渐减小,随着球晶半径增加而增大. 对流使迎流面的稳定性降低,背流面的稳定性增大. 随着流速的增加,球晶的临界稳定半径减小. 关键词： 球晶 远场来流 界面形态稳定性 Trivedi判据     

高温超导带材Bi-2223/Ag的焊接接头电阻研究

针对高温超导带材Bi-2223/Ag的焊接问题进行了研究.利用ANSYS建立焊接接头电阻特性的有限元计算模型,仿真和计算分析了焊料材料、搭接长度和焊锡层厚度对接头电阻值的影响,并进行了实验验证.实验表明:可通过减少焊料厚度,增加焊接搭接长度来减少接头电阻,当焊接长度在2～5cm,焊料厚度为0.5mm时,Bi-2223/...     

钨在瞬态热流下熔融重凝对脉冲参数的依赖性

为了研究钨在瞬态热流下达到熔融状态后，不同脉冲参数对其熔融重凝行为的影响，实验观察了钨在脉宽5 ms与0.1 ms的脉冲辐照下熔融重凝行为的特征，并考虑熔融层流动驱动力、冷却速率、温度梯度等多项因素，分析了分层结构与柱状晶对热源参数的依赖性。通过计算两种热源参数下的热作用特性分析了钨在脉宽0.1 ms的脉冲辐照下出现柱状晶而在脉宽5 ms的脉冲辐照下未出现的原因。研究发现，高流强和短脉宽的脉冲束流易于促进形成分层结构，其原因是较高流强能引起材料表层熔化层流动，同时较短脉宽能使熔化层流痕来不及恢复平整，而被快速冷却固化；当样品在瞬态热流下发生熔化时，较短的脉宽有利于形成柱状晶，较长的脉宽有利于形成等轴晶粒和出现晶粒长大。     

第二代高温超导带材焊接及力学性能研究

第二代高温超导已进入产业化初期, 尽管单根带材长度已达千米量级, 但由于千米级单根带材生产成品率偏低以及大型超导装置对带材长度实际需求远超出单根长度制备能力, 因此, 焊接技术成为高温超导大规模应用的关键技术之一. 接头电阻及其力学性能是评估焊接接头的重要技术指标. 本文提出了改进型接头和“隐形”接头两种制作方法, 并对其接头电阻以及力学性能进行了表征, 同时与常规搭接接头进行了对比分析. 结果发现,(1) 与常规搭接头相比, 改进型和“隐形”接头的厚度分别降低了15 % 和36 % , 有效减小了焊接头处和原带材厚度差异. (2) 超导面-超导面焊接, 获得接头电阻最小; 接头电阻随接头长度的增加而减小, 但幅度降低. (3) 常规搭接头、 改进型和“隐形”焊接头均具有良好的轴向抗拉性能, 通过扭转和8 天液氮浸泡后, 临界电流无衰退, 电阻保持一致. (4) 改进型和“隐形”接头的临界弯曲直径(20 mm) 与原带材(非接头处) 相当, 通过卷对卷传输法测试时接头无损伤, 而常规搭接头的临界弯曲直径(40 mm) 大于原带材, 在通过卷对卷测试时, 接头出现开裂甚至断开现象.根据具体应用场景, 选择合适接头制作方式, 对推动第二代高温超导产业化具有重要意义.     

Mg/CaCl_2高导热传热蓄热材料的制备与性能

以无机盐氯化钙(CaCl_2)作为高温传热蓄热材料,添加金属镁(Mg)作为传热增强剂,采用静态熔融法制备具有高导热性能的Mg/CaCl_2传热蓄热材料。实验结果表明:在熔融状态下,镁条熔化成为小液滴并弥散分布以"金属雾"形式分散在氯化钙熔体中。金属镁的加入几乎没有改变体系的熔点,但是随着镁含量的增大,体系的潜热先减小后增大,导热系数先增大后减小。当镁添加量w(Mg)=0.1时,导热系数增大了41.17%。     

圆管内自由固体相变材料定热流接触熔化

针对水平圆管内自由固体相变材料储能时的吸热熔化,运用接触熔化理论建立定热流圆管热源接触熔化模型.运用Nusselt液膜理论,建立熔化控制方程,并求解得到无量纲熔化方程组.分析讨论不同工况下熔化速度、液膜层厚度和压力分布等熔化参数的变化规律,探讨各影响因素对熔化的影响,并与温差熔化结果进行比较,研究第二类热边界条件下的接触熔化规律.发现,熔化过程中随着固体高度的减小,接触熔化液膜厚度逐渐增大,使熔化速度降低;热流密度较小时,其变化对熔化影响显著.     

YBCO涂层导体焊接接头电流分布研究

目前,由于制作工艺的限制,可生产的YBCO涂层导体(2G)的最大长度低于1km,而其在工程应用中需要的长度远远大于可生产长度,因此,针对超导接头技术开展相关研究具有重要的意义。提出了一种测试YBCO涂层导体焊接接头电流分布的试验方法。利用这种方法,分别对3cm,5cm,6cm,8cm,10cm 5种不同长度接头电流和电阻分布进行了测试,并用一个理论模型与实验结果进行了比较。结果显示:接头上下两层带材之间的电流流动大部分是在端点附近完成的;另外,接头电阻是由上下两层带材之间的电流流动引起的,并且主要是由端点处的电流流动决定的。     

预取向半晶态高分子片晶结构形成微观机理及其应力-应变响应特性的分子动力学模拟

通过分子动力学模拟方法对不同预取向聚乙烯醇熔体(polyvinyl alcohol,PVA)形成的半晶态高分子熔体形成核结晶及拉伸过程中的应力-应变响应特性进行了系统地研究.模拟结果显示预取向度高的PVA熔体对应更快的成核动力学.通过追踪全trans伸直链长度(dtt)、成核原子维诺体积(V)和中心对称参数(S)等序参量在不同取向度熔体下的等温成核与结晶演化过程,给出了PVA熔体成核路径及形成半晶态的分子构象;通过对形成的半晶态高分子结构进一步分析,发现随着熔体取向度的增加,晶体和无定型对应的取向度也会增加,但是当应变剪切大于5时,其对应的结晶度、晶体和无定型取向度不再发生变化;通过对无定型区链结构的定义与分析,可知取向度越高的熔体对应越高的Tie链数目,随着熔体取向度的增加,Loop链的数目也会减小;通过恒速拉伸应力测试可知,所形成半晶态高分子结构力学响应会随着取向度及Tie链数增加而增加,当取向及Tie链数目相同时,应力-应变曲线形状大小也基本保持一致.     

制冷剂润滑的径向波箔气体轴承承载特性分析

制冷离心压缩机采用制冷剂作为润滑介质,不仅能保证整个制冷系统无油,而且可以显著提高制冷能效。以离心压缩机中分别采用R410A和R407C润滑的径向波箔动压气体轴承为研究对象,基于有限差分法对定常雷诺方程和气膜厚度方程进行耦合迭代求解,通过数值计算得到了承载力和摩擦力矩随转速、偏心率和名义半径间隙的变化规律。结果表明：工质为R410A和R407C时,承载力和摩擦力矩均随转速和偏心率的增大而增大,随名义半径间隙的增大而减小。偏心率越大,承载力增大的梯度越大。在相同的蒸发温度条件下,工质为R410A时的承载力更大。名义半径间隙较小时,两种工质的承载力相差较大,但随着名义半径间隙的增大,承载力之间的差值逐渐减小。摩擦力矩是压力流和剪切流的共同作用,工质的动力粘度对摩擦力矩有着直接的影响,动力粘度越大,摩擦力矩也越大。     

过渡层厚度对Be/CuCrZr热等静压连接性能影响

在铍上用物理气相沉积(PVD)镀上10μmTi 和10μmCu,再添加不同厚度的(分别为0.00mm、0.25mm、 0.50mm、0.75mm、1.00mm)无氧铜作为中间过渡层,与CuCrZr/316L(N)复合板基座铜合金侧通过热等静压连接。采用光学显微镜、扫描电镜(SEM)与电子探针(EPMA)、X 射线衍射仪(XRD)、剪切试验等方法确定了界面组织与性能。试验结果表明：各厚度无氧铜模块连接成功,界面无裂纹、空洞等缺陷,钛铜间出现三层明显的反应层,分别为CuTi₂、CuTi 以及Cu₄Ti。添加无氧铜厚度越大,剪切强度越大。     

液态Sn的粘度及其熔体微观结构的变化

通过对液态Sn的粘度的系统测量和分析,借助DTA-TG综合热分析方法,研究了金属熔体Sn的粘度随温度变化的规律和熔体微观结构的变化.结果表明,Sn熔体的粘度随温度的变化呈明显的不连续性,根据粘度的变化可以将熔体状态分为高温区、中温区和低温区,各温区间存在粘度突变温度点.在突变温度点处,金属熔体Sn可能发生了微观结构的变化.?     

镁颗粒-空气混合物一维非稳态爆震波特性数值模拟研究

镁颗粒因其能量密度高、点火特性和燃烧效率好的优势,作为燃料或添加剂应用于爆震燃烧动力系统具有广阔的应用前景.本文建立了镁颗粒-空气混合物的一维非稳态爆震波模型,数值模拟爆震波传播过程及其内部流场分布.研究结果表明,爆震波传播过程中爆震波压力峰值和空间分布均存在小幅度波动.考虑燃烧产物氧化镁在颗粒表面的沉积过程,镁颗粒的反应速率和爆震波的稳定传播速度增大.在考虑爆震管壁面损失的前提下,随管径减小,爆震波稳定速度和厚度均减小,同时爆震波内未能反应的镁颗粒比例增大.考虑壁面损失条件下,爆震波稳定传播速度以及厚度均随颗粒初始粒径的增大而减小,且镁颗粒初始为双粒径分布时对应的爆震波速度和厚度明显低于镁颗粒初始为统一单粒径的工况;稳定传播速度随颗粒初始当量比的增大而先增后减,厚度随初始当量比的增加单调递减. MgO熔化发生在CJ平面附近时, MgO熔化过程对爆震波传播稳定性无明显影响,而爆震波厚度显著增大.选取适当的点火区参数,能够使爆震波达到稳定传播状态所经历的距离明显缩短.     

电磁悬浮条件下液态Fe_(50)Cu_(50)合金的对流和凝固规律研究

基于轴对称电磁悬浮模型,理论计算了二元Fe_(50)Cu_(50)合金熔体内部的磁感应强度和感应电流,分析了其时均洛伦兹力分布特征,进一步耦合Navier-Stokes方程组计算求解了合金熔体内部流场分布规律.计算结果表明,电磁悬浮状态下合金内部流场呈现环形管状分布,并且电流强度、电流频率或合金过冷度的增加,均会导致熔体内部流动速率峰值减小,平均流动速率增大,并使流动速率大于100 mm·s~(-1)区域显著增大.通过与静态凝固实验对比发现,电磁悬浮条件下熔体中强制对流使得合金内部富Fe和富Cu区的相界面呈波浪状起伏形貌,并且富Cu相颗粒在熔体上部分出现的概率增加.