微型超高压宝石喷嘴内部的空化与磨损

宝石喷嘴是影响超高压水射流切割系统工作效率的重要部件,而宝石内部的空化直接影响射流的形成,也是宝石磨损的重要原因之一。对400 MPa压力范围内宝石孔内部的空化两相流进行了数值模拟,阐述了射流在宝石内的形成过程,分析了长径比、压力和入口形状对宝石内空化的影响,并在相应压力下对宝石喷嘴的磨损进行了实验研究。结果表明:宝石内部的空化发展程度随着长径比的增大而减弱;在一定的长径比范围内,空化可以发展到喷嘴出口,并最终使射流的初始直径小于喷嘴直径,且在此条件下当压力升高时,射流的初始直径增大;良好的入口形线可以降低空化的发展程度;宝石入口的磨损较出口更显著,空蚀和高压水的冲蚀造成了宝石孔边缘形状的破坏,这种破坏随着压力的升高而加剧,选择合适的长径比是减少冲蚀磨损的有效途径。     

高速水射流与凝聚炸药相互作用的数值模拟

 利用LS-DYNA3D软件并采用Lagrange算法，对500 m/s的高速水射流与凝聚炸药的相互作用过程进行了数值模拟；对不同时刻凝聚炸药中的压力分布以及不同径向、轴向处的压力历史进行了分析；确定了所选凝聚炸药的声速。数值模拟的结果与理论分析的结果之间具有很好的一致性。模拟结果表明，在高速水射流与凝聚炸药相互作用的过程中，凝聚炸药药柱截面上的压力随径向距离的增加而降低；药柱中的最大压力出现在水射流头部附近或水射流头部的前方。     

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。     

400MPa超高压水射流结构的分析研究

在超高压水射流切割过程中,射流结构是设备工作效率及损耗程度的决定性因素,本文针对400MPa范围内超高压水射流结构进行了数值模拟及实验研究,得到了相关因素对其具体影响。结果表明:超高压水射流的流束可分为几个特征各不相同的区域;射流的发散程度随着压力和宝石孔径的增大而增大;喷嘴形状对射流结构具有显著的影响,渐扩的锥形出口及倾斜的出口端面有助于增强射流的集束性;宝石孔内的空化直接影响了射流的形成;空化加剧了宝石的磨损,随着宝石孔入口的磨损程度提高,水射流趋于发散。     

毛细喷孔超高速水射流的脉动及破碎

水切割射流的动力学特性的诸多方面尚未得到认识和理解。本文对毛细喷孔产生的超高压水射流展开可视化研究,分析了常规压力及超高压条件下毛细水射流的液体破碎机制并对超高压毛细射流的脉动现象进行了讨论。常规条件下的毛细射流遵从经典的破碎模式;在超高压条件下,射流完整段呈瑞利模式,完整段以下呈雾化破碎模式,射流集束性呈现周期性变化。结果表明,传统理论不能够表达小孔径时超高速毛细水射流的破碎特性;喷孔内部流动情况如流动分离及空化成为该条件下射流破碎和脉动的重要原因。     

超高压水射流冲蚀切割岩石断口微观断裂机理实验研究

 由于岩石破碎过程的复杂性，目前对水射流的破岩机理的认识仍然不十分清楚。先采用超高压万能水射流切割机冲蚀切割岩石，然后用扫描电镜对水射流切割岩石断口形貌进行观测，分析了岩石在超高压水射流作用下的破坏形式。观测分析表明，超高压射流切割岩石形成的切槽主要有长形规则和漏斗状两种形状。岩石在水射流作用下的破坏机制主要有拉伸破坏和剪切破坏两种，剥落岩块以穿晶断裂为主，其微观断裂机制是脆性拉伸破坏；切槽凹侧面主要是剪切错动，其微观破坏机制是剪脆性破坏。实验为水射流破岩机理分析提供了实测依据。     

中心体喷嘴自由水射流的波动与能量分布特性

在15 MPa射流压力条件下,对一中心体喷嘴进行自由水射流实验.用高速数码摄像技术捕捉喷嘴出口附近的瞬态流束界面波动特征;用相位多普勒粒子分析技术(PDPA)测量充分发展的射流场中的平均速度、均方根速度及液滴粒径分布.研究表明,中心体喷嘴射流流束的界面波动明显,远离喷嘴出口,流束界面波动频率降低,但波动幅值增大;射流轴...     

水射流对煤体冲击的有限元与光滑粒子耦合法数值模拟

采用光滑粒子与有限元耦合算法对高压水射流冲击煤体进行了数值模拟,建立了长为5mm、半径为2mm的圆柱形水体以不同速度冲击煤体的计算模型。根据计算结果,分析了煤体在高压水射流冲击下的损伤模式、煤体中的应力波传播形式、煤体在高压水射流作用下的临界破煤压力。     

气相流约束调控微细水射流的数值仿真

针对高压微细水射流的喷嘴磨损严重和分辨率很难进一步提高的问题,给出了一种新的射流方案,即气相流约束调控下的微细水射流。通过数值模拟的方法,对该射流方案的射流过程进行研究,并得到了气相流约束下微细水射流的流场分布。研究结果表明,该射流方案是可行的,能有效地减小射流喷嘴的磨损,以及进一步提高微细水射流的分辨率。     

高速水射流集束性的数值模拟及试验研究

本文采用VOF多相流模型,在400 MPa工作压力下,针对3种不同结构喷嘴产生的自由水射流流场进行了数值模拟和试验研究。结果表明:喷嘴出口处空气向喷嘴内部卷吸,一定程度上提高了其集束性;射流核心区轮廓呈现粗细交替的波动状,是诱发射流破碎的重要因素;射流上游的湍动能大小及旋涡强度对射流的集束性影响显著;该条件下射流轮廓的高速数码摄像照片定性地验证了数值模拟的结果。     

塑性加工条件下射流颗粒冲击去除效应

针对在微观上存在尖锐突起、凹坑和划痕等缺陷的光学元件,提出用低质量分数磨料水射流冲击的方式对其进行处理。从弹性接触出发,对射流中粒子与元件发生塑性接触的临界速度进行了推导,并引入了塑性转入脆性加要的临界速度,从而对射流的塑性去除阶段作了明确的界定。针对常用的两种光学材料K9和石英玻璃,结合具体参数对使其处于塑性去除阶段的射流速度进行了模拟计算,利用单颗粒冲击去除模型,在塑性去除范围内对两种材料的冲击去除进行了模拟计算。结果表明:石英玻璃进入塑性去除的临界速度高于K9玻璃,而进入脆性去除的临界速度低于K9玻璃,因而使石英玻璃处于塑性去除阶段的射流速度范围为K9玻璃相应速度范围的子区间;在塑性去除阶段,各材料的去除量皆随着冲击速度的增大而增大,但较硬的石英玻璃更不耐冲击,较K9玻璃更容易被去除。     

微通道脉冲管中He气交替振荡的分子动力学模拟

使用非平衡分子动力学模拟方法分析了微通道脉冲管(MPT)中由正弦速度活塞提供驱动力时He气交替振荡的微观动力学过程,并对MPT的冷却机制进行了分析.结果表明,MPT的压缩和膨胀过程之间存在一个交替的振荡过程,两个过程具有不对称的属性分布,膨胀过程具有比压缩过程更大的轴向压力梯度.当充气压力较低时,循环时间对冷端温度的影响很小,但是当充气压力高于20 bar时,冷端温度对时间较为敏感,随着时间的减少,冷端温度进一步降低,而冷端瞬时平均温度随着充气压力的增加而增加.另外,压比随着时间的减少而增加,并且明显不受充气压力的影响,但它会在MPT的轴向上产生较大的温度梯度.综上所述,在热端使用不同形式的换热器和调相元件会释放或回收额外的声功率.固定工作模式和尺寸参数的MPT具有最佳频率,可以在冷端获得最低的空载温度.仿真结果增进了对脉冲管制冷机的认识,并为微通道脉冲管制冷机的优化设计提供理论支持.     

超高压水除锈技术及其阶段性方程

 水能生锈，也能除锈。以200～250 MPa的超高压纯水射流进行了除锈自动作业和防止返锈的一系列试验研究。阐述了高压水射流除锈这一成套设备创新技术，并对射流形成、流场模型和作业效率给出了各自阶段性的数理方程。试验证明：本课题参数优化，满足了实际作业的需要。     

Hydrostatic pressure and temperature effects on the electronic energy levels of a spherical quantum dot placed at the center of a nano-wire

The effect of pressure and temperature on the electronic structure of an InAs spherical quantum dot located at the center of a GaAs cylindrical nano-wire have been determined using finite element method, within the effective mass approximation. The energy levels and transition energies are numerically calculated as a function of the dot radius, pressure and temperature. It is shown that the pressure and temperature effects are significant and should be considered in the study of low-dimensional semiconducting systems. The results show that; energy levels (i) decrease as the dot radius increases (ii) decrease as the pressure increases and (iii) increase as the temperature increases. For very small dot radii, the energy levels show unusual behavior, such that the energy levels increase as the pressure increases. We also found that the transition energy (i) increases as the dot size decreases (ii) increases as the pressure increases and (iii) decreases as the temperature increases.     

Exciton bound to an ionized donor impurity in GaAs/Ga1−xAlxAs ellipsoidal finite-potential quantum dots under hydrostatic pressure

In the framework of perturbation theory, a variational method is used to study the ground state of a donor bound exciton in a weakly prolate GaAs/Ga_1−xAl_xAs ellipsoidal finite-potential quantum dot under hydrostatic pressure. The analytic expressions for the Hamiltonian of the system have been obtained and the binding energy of the bound exciton is calculated. The results show that the binding energy decreases as the symmetry of the dot shape reduces. The pressure and Al concentration have a considerable influence on the bound exciton. The binding energy increases monotonically as the pressure or Al concentration increases, and the influence of pressure or Al concentration is more pronounced for small quantum dot size.     

气相DDT中过爆轰现象产生条件的实验研究

针对目前国际上关于气相过爆轰产生条件的3种不同观点,利用压力传感器,实验研究了氢氧混合物的爆燃转爆轰(DDT)全过程。获得了比较完整的、能反映气相DDT从爆燃成长为过爆轰再衰减为稳定爆轰的全过程压力变化曲线。分析实验结果表明,氢氧混合物的DDT过程中,过爆轰的产生需要一定条件;在初始压力一定的情况下,氢氧混合物DDT过程的转变时间或距离随氢气浓度的增加,先减小后增大,过爆轰的压力峰值约为稳定爆轰压力的1.5～2倍。     

Influence of pressure on the solid state phase transformation of Cu-Al-Bi alloy

The solid state phase transformation of Cu-Al-Bi alloy under high pressure was investigated by x-ray diffraction, energy dispersive spectroscopy and transmission electron microscopy. Experimental results show that the initial crystalline phase in the Cu-Al-Bi alloy annealed at 750℃ under the pressures in the range of 0-6 GPa is α-Cu solid solution (named as α-Cu phase below), and high pressure has a great influence on the crystallisation process of the Cu-Al-Bi alloy. The grain size of the α-Cu phase decreases with increasing pressure as the pressure is below about 3 GPa, and then increases (P 3 GPa). The mechanism for the effects of high pressure on the crystallisation process of the alloy has been discussed.     

工作压强对硅掺杂辉光放电聚合物结构和性能的影响

采用辉光放电聚合技术,在不同工作压强条件下制备了掺硅的辉光放电聚合物(Si-GDP)薄膜.并采用傅里叶变换红外吸收光谱和X射线光电子能谱(XPS)对Si-GDP薄膜进行了表征,分析了压强变化对其内部结构及成分的影响.利用紫外—可见光谱对Si-GDP薄膜的光学带隙进行了分析.结果表明:Si-GDP薄膜中Si元素主要以Si—C,Si—H,Si—O,Si—CH₃的键合形式存在;随着工作压强的增大,薄膜中Si—C键相对含量先减小后增加;从Si-GDP薄膜的XPS分析可以发现,C—C与C C含 关键词： 硅掺杂辉光放电聚合物薄膜 工作压强 傅里叶变换红外吸收光谱 X射线光电子能谱     

氩气压力对螺旋波放电影响的发射光谱诊断及仿真研究

螺旋波等离子体源以其高电离效率与高密度优势受到多个领域的青睐。螺旋波放电高电离效率的机理或者功率耦合模式，一直是困扰该领域学者的难点之一，对于放电过程与特性的诊断则是揭示其物理机制的重要途径。光谱诊断能够克服介入式诊断手段对等离子体的干扰同时受等离子体烧蚀等弊端，且响应速度快、操作灵活。为研究螺旋波等离子体的放电特性以及气体压力的影响，开展了以氩气为工质气体的光谱实验研究，并针对实验开展了Helic程序数值模拟。通过改变光纤探头焦距调整径向诊断位置，得到谱线强度的径向分布。由氩原子4p-4s能级跃迁产生的谱线主要集中在740～920 nm区间，谱线相对强度较离子激发谱线较强。实验研究发现，在较低氩气压力范围（0.2 Pa<P_Ar<1.0 Pa），随着压力增加，放电光强迅速增加，但是当压力增加到大于1.0 Pa之后，光强增长的趋势变缓，甚至部分谱线的相对强度不再增长，达到类饱和状态，朗缪尔探针测量得到离子密度变化趋势与其相似。光强分布在靠近径向边界处（r≈4 cm）存在凸起，且随压力增加，该凸起分布更为明显。通过对电子温度的计算发现，压力增加到一定程度将影响放电均匀性。仿真结果显示，增大压力，功率沉积密度的径向分布逐渐向径向边界处积累，与实验观察到的谱线强度径向凸起相一致，螺旋波与TG波的耦合效率增加。随着气体压力的增加，E_r的径向边界峰值降低，原因是波所受阻尼增强，TG波被有效地局限于径向较窄的边界处。电流密度轴向分量J_z在等离子体内部和边界处的峰值呈显著的减小趋势，可见，虽然压力增加一定程度上提高了等离子体密度，但却相应的减小了电离率，导致轴向电流密度受限。但是径向电流密度J_r却呈现先减小后增大的趋势，且增长幅度明显，综合来看，放电效率有所提高。可见适当增加气体压力，有助于提高放电的功率耦合效率和强度，增加等离子体密度。光强比值法是针对线性谱线参数计算的典型方法，Helic程序亦是专业领域内认可度很高的计算工具，结果可靠，分析方法具有可借鉴性。实验及仿真结果对于提高氩气工质下的螺旋波放电强度提供了一定的参考价值。