超高压水射流形成过程中的压力损失研究

 对超高压水射流形成过程中的压力损失进行了理论研究,并且对不同条件下超高压水射流速度的变化规律进行了实验研究,最后确定了不同条件下超高压水射流的初始参数。结果显示,在超高压水射流形成过程中,压力损失主要是在水流从高压管道进入高压喷嘴时由于流道发生断面收缩而造成的,压力损失大约为最终超高压水射流动能密度的49%;随着喷嘴口径的增大,压力损失减小,整个系统的能量利用率越高;随着水射流压力的增大,压力损失增大,但增大的程度会减小。     

道路标志线的超高压水射流清洗质量控制研究

超高压水射流道路标志线清洗是目前最有效的标志线清洗工艺,然而研究发现目前国内超高压清洗公司凤毛麟角,清洗参数设置更是毫无依据;文章介绍了超高压水射流道路除标系统,对超高压水射流道路除标质量的影响因素进行了研究,采用图像处理软件Halcon计算出清洗率,以此作为清洗质量的评判标准;针对我国目前1 mm厚度的标准道路标志线,研究分析了水射流压力、靶距、执行机构移动速度3个因素对清除标线效果的影响规律,得出结论:在移速330 m·h-1时,射流压力90和110 MPa时的最优靶距大约为27 mm,这对提高清洗效率、清洗效果、节约能源和水资源有着重要的意义。     

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。     

水射流冷却过程中表面热流密度的预测

建立了由内部一点测量温度值,选取多个时间步长计算未知的表面热流密度与换热系数的导热反问题算法。该算法采用有限容积法离散方程,附加源项法处理边界条件。将该计算模型应用于求解浸没水射流冷却过程中表面热流密度,将计算温度值与实验测温值进行比较验证了算法的正确性。在此基础上分析了水射流冲击过程中薄钢片表面热流密度随表面温度与时间的变化特性。     

光纤探针应用于爆速测试实验研究

为研究光纤探针应用于炸药爆速测试的可行性及其在冲击作用下的响应特性,开展了梯黑铝（THL）炸药和混合B炸药爆轰实验、冲击作用下光纤响应实验。分别采用直径0.063 5 mm、前端带聚光准直凸透镜的玻璃光纤探针和直径1 mm、前端不带聚光准直凸透镜的塑料光纤探针,测定爆轰过程化学反应阵面传播速度。结果表明:两者都能够准确测定约7 000 m/s的炸药爆轰速度,测量不确定度2%。另外,采用直径1 mm、前端不带聚光准直凸透镜的塑料光纤探针,记录强冲击波作用下光纤响应信号,验证了强冲击产生的高压高温作用下的黑体辐射现象。因此,光纤探针能够准确测定炸药爆轰速度,且在冲击作用下出现色温现象,即黑体辐射现象。     

强激光加载下高压液氘材料的电导率

液氘在高压下有丰富的电学光学性质。利用反射率和相对介电函数关系并从广义极化角度出发初步建立了计算低Z材料电导率的简易模型;在神光-Ⅱ装置上利用第九路激光冲击加载液氘材料并测量了其在强激光冲击下的高压状态参数和反射率。结合上述理论模型和实验,研究了高压下液氘的电离度和电导率。结果表明,液氘在约70 GPa时的电导率约为2.87105 (Wm)-1,已呈现出较为明显的金属电导特性。显然,冲击加载下液氘从绝缘分子态开始电离并向金属氘转变发生在更低的压强。     

蓝宝石Al_2O_3晶体的高压热传导系数研究

对蓝宝石Al2O3晶体在高压下的热传导系数这一在的理论和实验仍处于探索中的问题,本文从较严格的固体理论出发,考虑到晶格声子的最小平均自由程、Debye温度、Gruneisen参数以及冲击温度在冲击压缩状态下的变化,进而对在高压实验中最常用的窗口材料蓝宝石Al2O3晶体的导热系数进行了理论分析,计算结果较好解释了实验结果.     

冲击加载下NaCl单晶高压声速与温度的同步测量

基于二级轻气炮和多通道辐射高温计,测量了45~85GPa压力范围内NaCl单晶的B2相区、B2-液相混合相区和液相区的高压声速和温度。通过高压声速数据,确定了NaCl单晶的冲击熔化压力区间为58~67GPa。当压力为67GPa时,NaCl单晶的冲击熔化温度为3 740K。计算了NaCl单晶的等熵体模量、Grüneisen系数和定容比热容,对比分析了多种模型对Grüneisen系数高压演化特性的描述。结果显示,根据吴强模型计算的Grüneisen系数不但在液相区与冲击压缩实验结果吻合得非常好,而且在低压区也与金刚石压砧实验结果及有限应变计算结果吻合得非常好。     

冲击载荷下Ni52Ti48合金的微观响应特性

为了了解近等原子比NiTi合金在高压高应变率下的动态变形行为和微结构演化特性及机制,采用实验和分子动力学模拟方法,开展了NiTi冲击压缩和冲击加-卸载拉伸研究。在实验方面,基于大电流脉冲功率CQ-4装置,利用电磁驱动高速飞片,结合动量陷阱和软回收实验技术,开展了冲击压缩与冲击加-卸载拉伸作用下Ni_(52)Ti_(48)合金的动态变形特性研究,借助X射线衍射和电子背散射衍射显微技术,对回收Ni_(52)Ti_(48)合金样品进行微结构特征观察和分析。结果表明,Ni_(52)Ti_(48)在冲击压缩和拉伸下都没有发生马氏体相变,主要变形方式为位错滑移等塑性变形。在分子动力学数值模拟方面,计算结果很好地反映了实验观察到的微结构特征,计算得到的不同初始环境温度和不同冲击速度下Ni_(52)Ti_(48)合金的层裂强度表现出明显的卸载拉伸应变率效应。相关工作加深了对Ni_(52)Ti_(48)合金在高压高应变率下变形行为的理解和认识,为其在极端环境下的安全服役提供了参考。     

固体套筒内爆非冲击压缩研究北大核心CSCD

Z箍缩上的套筒准等熵压缩技术可以用来研究材料的高压状态方程。通过MDSC磁流体力学程序,以铝为负载材料,对PTS shot37负载电流进行非冲击压缩负载设计。结果显示,在原始电流下,没有合适的铝套筒尺寸可以实现非冲击压缩;对原始电流进行波形调节,将电流上升时间调为202和303ns后,获得了满足非冲击压缩条件的套筒尺寸范围。当电流上升时间为303ns时,半径为2.5mm,厚度为0.6mm的套筒尺寸在电流最大时刻,保留固相的厚度为0.12mm,此时固相最大压力为63GPa,最大内爆速度为15km/s。     

低孔隙度疏松铝的高压声速与冲击熔化

对含微孔洞疏松度m=1.04的疏松铝进行了冲击加载-卸载实验,利用DISAR(distance interferometer system for any reflector)测得了53至99 GPa五个冲击压力下疏松铝/LiF界面粒子速度波剖面,获得了各压力下的纵波声速和其中三个压力点的体波声速,确定出疏松铝的冲击熔化压力约为81 GPa,确定出高压下冲击熔化前的泊松比约为0.372.通过分析,微孔洞明显降低了冲击熔化压力,引起的非谐振效应明显,状态方程计算中考虑非谐效应,非谐因子l 关键词： 低孔隙度 疏松铝 声速 冲击熔化     

金属隔层和空气间隙对钝感炸药冲击起爆的影响

为了确定空气间隙和金属隔层对冲击起爆的影响,采用火炮加载蓝宝石飞片冲击起爆Φ50 mm×30 mm的A型炸药,产生的冲击波通过空气间隙和金属隔层起爆Φ50 mm的台阶型B型炸药。在B型炸药的后界面粘贴镀膜氟化锂(LiF)窗口,使用光子多普勒测速仪(PDV)测量金属和B型炸药的后界面速度,进而计算得到金属和B型炸药的冲击波透射压力,再利用阻抗匹配计算得到金属和B型炸药的入射压力。结果表明:传爆药和金属隔层间的空气间隙使冲击压缩过程转变为准等熵压缩和冲击压缩两个过程,同时使冲击波的幅值减小;确定了金属隔层厚度为5 mm时冲击波压力的衰减范围;当使用A型炸药作为传爆药,空气间隙为0.3 mm,金属隔层厚度为5 mm时,B型炸药在7~10 mm之间开始反应。     

一种高密度玻璃的多形性高压相变和物态方程研究

在二级轻气炮上用无氧铜飞片直接撞击重玻璃平板样品(密度为4.817 g/cm³,材料牌号:ZF6)开展了冲击压缩实验研究,压力范围为52.1—167.8 GPa,并采用多通道瞬态辐射高温计和光分析技术测量了其雨贡纽线、高压声速和冲击波温度等动态特性.实验结果显示,上述性质在三个不同压力区间出现不连续性变化,表明冲击压缩下该样品材料存在多形性高压相变,相变起始压力分别为23,78和120 GPa.实测声速先是随冲击压力的增高而增加,并在78 GPa附近出现急剧下降,之后又随压力增长,并在120 GPa之后下降到体波声速,表明材料进入高压熔化相.温度数据同样在78和120 GPa处出现明显的不连续变化,并在120 GPa之后变化趋于平缓与计算的Lindeman熔化线相符,进一步印证了上述相变行为.实测雨贡纽数据与LASL数据库中的重玻璃数据相符,结果显示除23 GPa附近有一明显的突变外,高压区数据几近线性变化,表明重玻璃的两个高压相变均为二级相变.本文报道的重玻璃材料高压物性数据和序列相变认识对于发展反向加载技术、提高材料声速测量精度和适用压力范围具有实用价值. 关键词： 重玻璃 冲击温度 卸载声速 冲击相变     

Z切LiTaO3单晶的冲击相变

高压相变是高压科学研究中的一个热点课题，它探索和揭示物质在高温高压极端条件下结构和物态变化的临界现象和规律，在凝聚态物理、材料科学、地球和行星科学研究中占有重要的地位，同时也是武器物理研究的一项重要内容。LiTaO3是一种重要的功能材料，且具有典型的ABO3晶体结构。有关它的高压相变研究，目前人们从有限的静压和动高压实验数据获得的认识还存在较大的分歧，如相变起始压力报道差别较大，高压相结构还不很清楚，有较高的科学研究价值。本项目通过冲击压缩实验结合第一性原理理论计算开展了LiTaO3单晶的冲击相变研究。     

固体套筒内爆非冲击压缩研究

Z箍缩上的套筒准等熵压缩技术可以用来研究材料的高压状态方程。通过MDSC磁流体力学程序,以铝为负载材料,对PTS shot37负载电流进行非冲击压缩负载设计。结果显示,在原始电流下,没有合适的铝套筒尺寸可以实现非冲击压缩;对原始电流进行波形调节,将电流上升时间调为202和303ns后,获得了满足非冲击压缩条件的套筒尺寸范围。当电流上升时间为303ns时,半径为2.5mm,厚度为0.6mm的套筒尺寸在电流最大时刻,保留固相的厚度为0.12mm,此时固相最大压力为63GPa,最大内爆速度为15km/s。     

高压氢气泄漏扩散数值模拟

氢气从高压储存系统的泄漏将在出口外形成高压、欠膨胀射流,并形成被称为马赫盘的激波结构。本文利用二维轴对称几何模型模拟了储存压力为10 MPa和20 MPa的高压氢气通过直径为1 mm的小孔向周围环境泄漏的问题,并与理论计算结果和实验数据进行了比较。模拟结果表明:由于存在黏性阻力,气流通过马赫盘后的速度低于理论计算的速度,马赫盘下游沿径向的气流参数分布并不均匀。氢气沿射流中心线的浓度分布与实验数据基本吻合。模拟还得到了不同滞止压力下氢气的最低可燃轮廓和泄漏出口外的危险区域范围。     

钒的高压声速测量

采用反向碰撞方法进行了钒冲击实验,利用激光干涉测速技术对V/LiF窗口界面粒子速度剖面进行测量.通过对粒子速度剖面的分析获得了32—88 GPa压力范围内钒的高压声速.实验获得的声速-冲击压力关系在约60 GPa存在间断,表明钒发生了冲击相变.相变压力与静高压实验结果及第一性原理计算结果基本一致.     

LiTaO3晶体高压结构相变的理论研究

利用基于密度泛函理论的平面波赝势结合局域密度近似的从头算方法,计算了LiTaO3晶体在0~200 GPa压力范围内的冷压曲线(P-V/V0)和零温焓,以研究它的高压结构相变.参照同构体LiNbO3的高压相结构,对LiTaO3的菱形相(R3c对称群,室温大气压结构)和正交相(Pbnm对称群)进行计算.结果表明,菱形相压缩线与低压冲击实验数据和静压结果符合较好,而正交相压缩线与扣除热压贡献的高压冲击实验数据相符;正交相更难压缩且各轴向的压缩率不同,对应的常态密度比菱形相高约24%.理论预测的相变起始压力约为23 GPa.由此可见LiTaO3的冲击高压相具有正交对称性,与LiNbO3的室温高压相类似.     

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。     

钒的冲击熔化原位X射线衍射测量研究

高压结构与相变研究对理解物质在极端压缩条件下的性质变化和动力学响应行为具有重要的科学价值,然而部分过渡金属的动/静高压熔化线差异一直是多年来悬而未解的科学难题.其中动、静高压固-液相界幅值差异最大的是第五副族金属,以钒最为反常,至今仍缺乏自洽的物理认识和理解.本文采用高能脉冲激光驱动的瞬态X射线衍射诊断技术,对冲击压缩下钒的熔化特性进行了研究,首次获取了冲击压缩下钒在200 GPa范围内的晶体结构响应随压力变化的衍射图谱.研究发现,冲击压力为155 GPa时,钒仍保持固态bcc相;至约190 GPa时转变为液态.这一结果否定了早期确定的静压熔化线,与最新的冲击熔化线及高温高压相图符合,为钒高压熔化线的统一认识提供了新的微观实验证据.本工作亦可推广至其他材料熔化特性的研究工作中.