无导叶对转涡轮三维流场的非定常数值模拟

为了揭示1 1／2(无低压导叶)对转涡轮流场的非定常流动特性,运用全三维粘性流场计算程序对某1 1／2对转涡轮模型级的流场进行了非定常数值模拟。结果表明,非定常计算可以获得比定常计算更为丰富的流场信息;非定常效应具有逐级累积的趋势;高压导叶压力面叶表静压展向分布比吸力面均匀;高低压动叶压力面和吸力面叶表静压的展向分布不均匀;高压动叶的负荷随叶高的增加而增大;高低压动叶出口气流角沿整个叶展均较大地偏离轴向,说明高低压涡轮的功负荷较高,在出功量上达到了设计目标。     

辉石结构与相变的第一性原理研究

利用第一性原理方法研究了Mg端员辉石(MgSiO3)低压相(Pbca、P2_1/c)和高压相(C2/c、P2_1ca)在不同压力下(0~30GPa)的结构。首先计算得到了不同压力下各相的晶胞体积,并由状态方程拟合得到了体积模量,结果显示在零温零压条件下Pbca和P2_1/c(低压单斜相)的体积模量相近,C2/c的体积模量最大(比Pbca的大3%),而P2_1ca作为高压相其体积模量却比Pbca小很多。其次分析了Mg端员辉石3个轴向的压缩性,发现C2/c相的c轴比a轴难压缩,与前人研究的透辉石(MgCaSi2O6)的表现相反。P2_1/c、C2/c、P2_1ca的链角随着压力的增大而减小;Pbca其中一种链角的变化趋势和其他3个相一样,而另一种链角先随着压力的增大而减小,在达到7GPa后开始增大,可能表示相的不稳定或开始相变。最后通过研究不同相之间的焓值差,讨论了Mg端员辉石在低温高压下可能存在的相变情况。     

湍流喷注噪声定律的发展

本文对流体动力噪声的Lighthill理论进行了讨论,并导出与其U~8定律等值的压力定律,即噪声总功率为 W=8KD~2((P_1-P_0)~4/(ρ_0c_0P_1~2)) K即Lighthill常数,D喷口直径,P_1和 P_0分别为气室和大气压力。这个式子适用于低压冷空气喷注。进一步推广,求得高压阻塞喷注的湍流噪声、温度不同、喷注媒质不同也都适用的定律,以90°方向、距离1米处的声压级表示(dB,0dB=20μPa),得 L=80 10log((R-1)~4/(R~2-R 0.5)) 20log(TM_0/T_0M) 20logd其中,R=P/P_0,d=直径(mm),T,M为工作媒质的温度和分子量而T_0,M_O为室温及空气分子量。压力定律完全符合实验结果,它更便于在实际中应用。过去作者等提出的经验公式非常接近理论公式。     

基于低功率分布反馈激光器和数字锁相技术的高灵敏光声气体传感器

光声信号强度与光功率成正比,然而,高功率激光光源存在功耗高、驱动控制电路复杂、低成本高质量的光源可选择范围窄等缺点,此类光源多集中在>6 μm波段,难以实现对基频吸收带位于2～6 μm波段的分子进行有效探测。而且,基于商用驱动控制仪器的光声气体传感器体积较大,不能满足多点连续移动监测工作的需要。利用输出功率为5.2 mW的分布反馈、带间级联激光器(ICL)和基于石英音叉的光声光谱探测方法,在3～4 μm波段实现了nmol·mol-1水平气体分子浓度测量。使用的ICL靶向乙烷(C₂H₆)基频吸收带的强吸收线2 996.88 cm-1。通过使用自主研制的数字锁相放大器及数字激光驱动控制方法,结合波长调制光谱技术,实现了高灵敏检测,同时,有效减小了系统体积并简化了数据获取和处理过程。首先,结合系统原理结构,顺次介绍了设计方案以及光、电等模块的设计细节。分析了目标气体及其临近干扰气体吸收谱线的模拟情况,以及不同气压对谱线展宽及重叠干扰的影响,最终确定系统工作气压为200 Torr。然后,通过对100～1 000 nmol·mol-1共6种浓度C₂H₆进行单周期光谱扫描测试分析,推断系统最低检测下限(MDL)<100 nmol·mol-1。对上述各浓度样品分别进行~10 min二次谐波(2f)信号峰值提取测试,系统线性性能良好,相关度为0.999 65,同时,明确了气体浓度与2f信号峰值的对应关系。最后,通过对氮气连续1小时测试得出系统噪声为~0.347 V,由此估算信噪比和系统灵敏度分别为~28.56和~40 nmol·mol-1。介绍的新型中红外C₂H₆传感器不仅实现了nmol·mol-1级测量,而且,使用自主研制的数字驱动和锁相放大器有效减小了系统体积,弥补了使用商用仪器占用体积大的不足,为将来实现小型化、移动式测量的目标奠定了一定基础。此外,对于功率消耗无限制的其他应用,可通过进一步完善和改进锁相和前置放大等模块的性能以及使用输出功率更高的光源进一步提高传感器灵敏度,并应用于更多场景。