钢粒间干涉对冲击破岩效果的影响

相对于常规高压射流破岩方式,在高压射流中加入钢粒,使其高速喷出冲击岩石的方法,能够显著提高射流的能量利用率。应用瞬态非线性动力学有限元模拟软件,对多钢粒冲击破岩的过程进行仿真,并设计室内实验进行验证。钢粒冲击破岩的过程如下:0~20s,钢粒侵入深度迅速增加;20~80s,钢粒侵入深度继续增加,但增加幅度减小;80s后,钢粒侵入深度基本不变。另外,由于钢粒间干涉的影响,钢粒冲击破岩的体积与钢粒浓度并不是简单的正比关系。实验得出,当钢粒浓度为0.5%~3.0%时,随着钢粒浓度的增大,破岩体积明显增大;而当钢粒浓度大于3.0%后,钢粒浓度增加,破岩体积变化很小。     

三电极等离子体合成射流激励器工作特性参数影响实验

采用放电测量和光学诊断技术对三电极等离子体合成射流激励器放电特性及流场特性进行了实验研究,分析了放电电容、激励器腔体体积和射流出口直径对三电极等离子体合成射流流场分布及速度特性的影响.实验结果表明:三电极等离子体合成射流激励器放电过程包含触发、放电增强、放电衰减和电弧熄灭4个阶段,表现出典型的欠阻尼放电特征;等离子体合成射流流场包含射流主流、"前驱激波"和复杂的反射波系.放电电容、腔体体积和射流出口直径均存在一阈值,当电容和出口直径小于阈值、腔体体积大于阈值时,"前驱激波"以当地声速（约345 m/s）恒速传播,否则"前驱激波"则以大于345 m/s的速度传播,且与射流速度呈现相同的变化趋势,即随着放电电容和出口直径的增加而增大,随着腔体体积的增加而减小.      

大法线角下射流的跳弹效应

国内外对大法线角下的射流侵彻问题缺乏系统研究。为此,对比分析了Tate模型、Rosenberg模型和可压缩流体力学模型3种跳弹模型,并对大法线角下射流侵彻装甲钢和铝靶进行了实验研究。理论分析表明,可压缩流体力学模型能更准确地预测跳弹角。实验结果显示:大法线角下射流的侵彻深度随法线角的增大而减小,射流的垂直侵彻深度仅为正侵彻深度的10%左右;射流头部速度为6 800m/s时,603装甲钢的跳弹角在6°~7°之间,铝的跳弹角在5°~6°之间。     

粒子冲击破岩的数值模拟分析

 应用ANSYS/LS-DYNA模拟粒子冲击破岩的三维非线性冲击动力学问题,得到了破岩过程中能量的转化关系以及粒子冲击破岩的演化过程,分析了粒子冲击破岩机理。模拟结果较好地反映了粒子冲击破岩的物理过程,模拟结果与实验结果基本一致,证明了模拟方法的可行性。研究结果为水力参数优选等提供一定的理论依据。     

运动状态下聚能战斗部侵彻披挂反应装甲靶板的数值模拟

运用LS-DYNA有限元程序模拟了不同横向飞行速度(150、200、300、400、500m/s)和侵彻角度(30°、45°、60°)情况下聚能战斗部对披挂反应装甲后效靶板的侵彻过程,讨论了射流所受干扰情况及其对后效靶板的侵彻结果。研究结果表明:当侵彻角度一定时,射流对靶板表面的切割长度随速度的增大而增大,且在侵彻角度为30°时增大速率最快;但射流侵彻深度随速度的增大而减小,且在侵彻角度为60°时减小速率最慢。当飞行速度一定时,射流对靶板表面的切割长度和侵彻深度均随侵彻角度的增大而减小,且表面切割长度降幅随速度的增大呈先增大后减小的趋势,在速度为300m/s时,降幅最大,为59.6%;而侵彻深度降幅随速度的增大呈先减小后增大的趋势,在速度为350m/s时,降幅最小,为39.3%。最后通过理论方法分析了数值模拟结果,论证了数值模拟方法的正确性。     

涡轮机匣内部冷却结构换热特性的实验研究

为获得涡轮机匣内部冷却结构的换热特性,利用瞬态液晶技术测量了动力涡轮机匣中环腔及机匣后腔内表面的换热系数,获得了进口雷诺数(Re=3.0×10~4～9.5×10~4)和出流比(M=0.5～2.0)影响下机匣内表面的换热规律。结果表明:机匣内表面换热系数随射流雷诺数的增大而升高,冲击射流在轴向及周向的发展使得环腔表面形成三角形和圆形高换热区。射流冲击倾斜靶面后,贴壁射流对后腔上表面形成二次冲击,提升了局部换热系数。对后腔下表面而言,随着出流比的增加,冲击靶面上游区域平均努塞尔数逐渐增加,最大增幅分别为8.5%和12.3%,而靶面下游区域平均努塞尔数逐渐减小,最大降幅分别为18.5%、26.3%和34.6%。对后腔上表面而言,出流比的增大对换热系数影响很小。     

填充系数对脉冲爆轰发动机爆轰噪声影响的实验研究

为探索不同填充系数下气液两相脉冲爆轰发动机爆轰噪声特点,搭建了能够准确调节气液两相脉冲爆轰发动机填充系数的噪声测试实验系统,对800 mm和3000 mm处不同角度下脉冲爆轰发动机爆轰噪声特性进行了研究。结果表明,随着填充系数的增加,冲击噪声幅值与射流噪声幅值随之增大,但射流噪声幅值与冲击噪声幅值的比值降低;在爆燃与爆轰的转折点,冲击噪声幅值与射流噪声幅值显著增加;爆燃阶段下的冲击噪声幅值与射流噪声幅值增加速率小于爆轰阶段;随着距离的增加,填充系数对冲击噪声与射流噪声的增强作用有所减弱,冲击噪声的衰减速度快于射流噪声;随着填充系数的增加,当距离较小时指向性明显,当距离较大时指向性不明显。      

4.0 GPa压力下纯橄岩弹性纵波速度和衰减的实验研究

 应用超声波透射法和超声波频谱振幅比法、在4.0 GPa压力条件下、测量了弹性纵波通过纯橄岩的波速（v_P）和品质因子值（Q_P，用于表征衰减）随压力的变化，并分析了纯橄岩内部结构的变化对波速和衰减的影响。在实验压力范围内（≤4.0 GPa），随压力升高，纯橄岩的纵波速度逐渐增大：从7.6 km/s（0.4 GPa）逐渐增大至8.5 km/s（4.0 GPa），升高了11.8%，低压时的增大幅度大于高压时的增大幅度。纯橄岩的品质因子值呈两段式线性变化：从低压区间到高压区间品质因子值的增大幅度明显变小（0.4~2.4 GPa压力范围内Q_P增大了358.5%，2.4~4.0 GPa压力范围内Q_P仅升高了7.6%）。纯橄岩的品质因子从54（0.4 GPa）升高至266.4（4.0 GPa），增大幅度达393.3%。在相对低压（0.4~2.4 GPa）条件下，纵波通过纯橄岩的速度增大、衰减降低主要是由于样品内的孔隙和微裂纹大量闭合，岩石密度增大，纵波在通过样品内孔隙和裂缝时损失的机械能降低，因此纵波通过纯橄岩的能量增大（即衰减降低），波速升高；当围压较高（2.4~4.0 GPa）时，纯橄岩内大部分裂纹已经闭合，而且矿物颗粒边界接触紧密。岩石内部的裂纹和颗粒之间由于摩擦滑动而损失的能量也变少，所以在高压时纯橄岩的波速和衰减的变化幅度变缓，但波速仍呈线性增大，而品质因子值（衰减）随压力升高几乎趋于不变。     

填充系数对脉冲爆轰发动机爆轰噪声影响的实验研究

为探索不同填充系数下气液两相脉冲爆轰发动机爆轰噪声特点,搭建了能够准确调节气液两相脉冲爆轰发动机填充系数的噪声测试实验系统,对800 mm和3000 mm处不同角度下脉冲爆轰发动机爆轰噪声特性进行了研究。结果表明,随着填充系数的增加,冲击噪声幅值与射流噪声幅值随之增大,但射流噪声幅值与冲击噪声幅值的比值降低;在爆燃与爆轰的转折点,冲击噪声幅值与射流噪声幅值显著增加;爆燃阶段下的冲击噪声幅值与射流噪声幅值增加速率小于爆轰阶段;随着距离的增加,填充系数对冲击噪声与射流噪声的增强作用有所减弱,冲击噪声的衰减速度快于射流噪声;随着填充系数的增加,当距离较小时指向性明显,当距离较大时指向性不明显。     

天然气/柴油双燃料缸内直喷特性研究

为分析高压直喷(HPDI)模式下天然气/柴油双燃料射流特性,在高压定容燃烧弹中利用高速纹影法开展了天然气/柴油双燃料缸内直喷试验,探究了双燃料模式下天然气喷射压力、喷射脉宽及环境压力对天然气射流贯穿距和射流锥角的影响规律。结果表明：随着喷射压力的增大,天然气射流贯穿距增大,射流锥角减小;随着喷射脉宽的增大,天然气射流贯穿距和锥角增大;随着环境压力的增加,天然气射流贯穿距减小,射流锥角增大。在较小的喷射压力或较大的环境压力条件下,柴油射流阻碍天然气射流向前发展。当喷射压力为2 MPa时,5 ms时刻的双燃料天然气射流贯穿距比单燃料减小2.3 mm,降幅约为7.5%。当环境压力为0.9 MPa时,5 ms时刻的双燃料天然气射流贯穿距比单燃料减小1.8 mm,降幅约为4.4%。     

针环式电极大气压下氩气等离子体射流长度影响因素研究

为掌握反应器结构参数和放电参数对大气压非平衡等离子体射流(N-APPJ)的射流长度的定量影响,设计了多结构的针-环式电极氩气等离子体射流装置,分别研究了放电电压、电极间隙、高压电极放电末端与接地电极的距离及氩气体积流量对射流长度的影响,并采用发生光谱法对该反应器产生的等离子体电子激发温度进行了计算。结果表明：等离子体射流的最大长度可达80 mm;高压电极放电末端与接地电极之间的距离越大,射流长度越长但不是线性增长;射流长度随电极间隙的增加呈现先增大后减小的趋势且在电极间隙为4.5 mm时该射流达到最大长度;随着氩气体积流量的增加,等离子体射流长度也呈现出先增大后减小的趋势且减小的幅度较低;电子激发温度在高压电极和接地电极处较高,两电极之间部分次之,在石英管出口处会有比较明显的下降。     

大气压氖气介质阻挡放电脉冲等离子射流特性

采用自行研制的低造价、小体积、可产生幅值0~35 kV、重复频率1 kHz的高压s脉冲电源,设计了一套以大气压氖气为工作气体的介质阻挡放电（DBD）等离子体射流源,通过测量并计算放电过程中的电压-电流波形、拍摄放电图像、光谱分析等手段,对电压幅值、气体流速对氖气等离子体射流特性的影响进行了研究。结果表明:s脉冲电源激励下大气压氖气DBD能产生锥状的等离子射流且其等离子强度适中;s脉冲电源电压幅值的快速上升,可在放电空间瞬间施加高的过电压,能有效促进放电功率、电子密度、电子激发温度和射流长度的增加;工作气体流速的增加使得放电功率、电子激发温度和电子密度减小,而射流长度变化很小;一定条件下,能形成长距离的射流。     

旋转效应下射流冲击速度对换热的影响

采用数值计算方法模拟磨削工件表面的射流冲击对流换热过程,对不同射流冲击速度,考虑旋转盘诱导的气旋卷吸和射流冲击的耦合作用下,研究分析加热壁面的对流换热效果。在转盘诱导的气旋流动影响下,冲击射流向转盘和加热表面之间区域的侵入能力受到抑制,而射流速度的提高能够加强射流冲击的穿透力;在旋转盘诱导的气旋运动和卷吸作用下,空气射流冲击能有效改善磨削弧区的对流换热,且随着射流速度的增加,其强化对流换热的效果更显著。     

不同风速下侧向散射激光雷达的回波信号分析

对不同风速条件下,CCD侧向散射激光雷达的回波信号进行了分析.根据Mie散射原理及侧向散射激光雷达工作原理,确定了大气气溶胶浓度与激光雷达侧向散射光强的相关性;进一步考虑气溶胶浓度与风速的关联,利用实验装置获取了激光雷达侧向散射光强与风速的关系,分析了不同风速条件下侧向散射激光雷达的回波信号.在轴流风机以及自然风两种条件下进行对比实验发现,当风速范围在1~4.5 m/s时,侧向散射光强随风速的增加而增加;当风速范围在4.5~6.0 m/s时,光强随风速的增加较少.对实验结果归一化处理,得到风速范围在1~4.5 m/s时,风速每增加1 m/s,侧向散射光强在轴流风机及自然风的实验条件下分别增加了3.7%和3.9%;风速范围在4.5~6.0 m/s时,风速每增加1 m/s,侧向散射光强分别减少了3.1%和3.8%,在自然风况的各个风向上都基本符合这一变化趋势.     

铅对粉末药型罩性能的影响

 为了研究铅粉对钨铜粉末药型罩性能的影响,在钨铜药型罩原配方的基础上,添加5%～20%的铅粉进行实验研究。实验结果表明：添加铅粉可以减少粉末药型罩的孔隙度;随着铅粉添加量的增加,射流的侵彻深度和入口孔径均增加,当铅含量为10%～15%时,侵彻深度和入口孔径达到最佳值,侵彻深度可以提高30%,再添加铅粉,侵彻深度和入口孔径均随之下降。从粉末药型罩成型以及射流的形成、拉伸及侵彻靶板等方面,对造成这种现象的原因进行了详细分析,获得了铅对粉末药型罩性能影响的一些机理认识。研究结果为铅粉代替铋粉添加到钨铜粉末药型罩以提高其侵彻性能提供了一定的理论依据。     

弹着点位置对V形反应装甲干扰射流的影响

为了研究V形反应装甲中线上不同弹着点位置对射流干扰的影响,利用三维有限元程序(LS-DYNA)对V形反应装甲靶板的射流侵彻过程进行模拟,并通过实验进行对比分析。结果表明,数值模拟结果与实验结果符合较好。弹着点不同时,V形反应装甲靶板对射流的干扰效果有明显差别,并且随着弹着点与底端距离的增大,射流在后效靶板上的侵彻深度呈先减小后增大的趋势;当弹着点距顶端6.25倍射流直径时,射流在后效靶板上的侵彻深度最小,该点的防护能力最优;顶端的防护能力优于底端。     

Ar/CH4等离子体射流发射光谱诊断研究

为了更加深入的研究大气压条件下Ar/CH₄等离子体射流的放电机理和其内部电子的状态,通过自主设计的针-环式介质阻挡放电结构,在放电频率10 kHz、一个大气压条件下产生了稳定的Ar/CH₄等离子体射流,并利用发射光谱法对其进行了诊断研究。对大气条件下Ar/CH₄等离子体射流的放电现象及内部活性粒子种类进行诊断分析,重点研究了不同氩气甲烷体积流量比、不同峰值电压对大气压Ar/CH₄等离子体射流电子激发温度、电子密度以及CH基团活性粒子浓度的影响规律。结果表明,大气压条件下Ar/CH₄等离子体射流呈淡蓝色,在射流边缘可观察到丝状毛刺并伴有刺耳的电离声同时发现射流尖端的形态波动较大;通过发射光谱可以发现Ar/CH₄等离子体射流中的主要活性粒子为CH基团,C,CⅡ,CⅢ,CⅣ,ArⅠ和ArⅡ,其中含碳粒子的谱线主要集中在400~600 nm之间,ArⅠ和ArⅡ的谱线分布在680~800 nm之间;可以发现CH基团的浓度随峰值电压的增大而增大,但CH基团浓度随Ar/CH₄体积流量比的增大而减小,同时Ar/CH₄等离子体射流中C原子的浓度随之增加,这表明氩气甲烷体积流量比的增大加速了Ar/CH₄等离子体射流中C-H的断裂,因此可以发现增大峰值电压与氩气甲烷体积流量比均可明显的加快甲烷分子的脱氢效率,但增大氩气甲烷体积流量比的脱氢效果更加明显。通过多谱线斜率法选取4条ArⅠ谱线计算了不同工况下的电子激发温度,求得大气压Ar/CH₄等离子体射流的电子激发温度在6 000~12 000 K之间,且随峰值电压与氩气甲烷体积流量比的增大均呈现上升的趋势;依据Stark展宽机理对Ar/CH₄等离子体射流的电子密度进行了计算,电子密度的数量级可达1017 cm-3,且增大峰值电压与氩气甲烷体积流量比均可有效的提高射流中的电子密度。这些参数的探索对大气压等离子体射流的研讨具有重大意义。     

超高压淹没射流破岩规律实验研究

 超高压水射流在石油工业中的应用主要是超高压射流联合机械破岩。对超高压淹没射流破岩规律的研究,其目的在于为超高压PDC钻头的研制提供依据。研究发现：影响超高压射流破岩的主要因素有压力、喷距、喷嘴移动速度和喷射角度等,射流压力越高破岩效果越好,最优喷距随着压力的升高而升高,200 MPa时最优喷距达到32.5倍喷嘴直径,150 MPa时破岩效率最高,喷射角度在12.5°时破岩效果最好。     

蒸汽射流压力振荡传播特性实验研究

对蒸汽质量流率298 kg/(m~2·s),水温20~70℃的蒸汽射流凝结压力振荡的传播特性进行了实验研究。发现不同无量纲轴向距离处的压力振荡波峰波谷基本吻合,随无量纲轴向距离的增加压力振荡频率不变,振荡强度衰减,且没有出现反射叠加现象。压力振荡幅值随无量纲轴向距离的增加而减小,随冷却水温的升高先增大后减小.根据实验结果拟合得到了不同工况和空间位置压力振荡幅值的实验关联式,预测误差在-30%~20%以内。     

纳米流体射流冲击冷却技术的实验研究

将高传热性能的Cu-水纳米流体作为换热工质引入射流冲击冷却技术,设计并搭建了射流冲击冷却系统,测试了该系统的换热性能和系统压降,研究了纳米粒子体积份额、入口射流速度以及射流冲击高度对系统换热性能的影响。实验结果表明,在液体中添加纳米粒子、增加射流速度、选取合适的射流冲击高度可以有效提高射流冲击冷却效果,且少量纳米粒子的加入并未引起系统压降的明显变化。