非断裂式膨胀管分离装置设计与分析

对一种新型非断裂式膨胀管分离装置进行了静力承载及分离冲击动响应分析。根据静力承载分析,获得了其啮合齿倾角与承压能力间的关系,结果显示,当接触面摩擦因数恒定时,非断裂式膨胀管分离装置的承压能力与啮合齿倾角大小呈反比,且可靠承压的临界啮合角为啮合齿自锁角。同时,根据动力响应分析,获得了非断裂式膨胀管分离装置在不同啮合齿倾角情况下的分离冲击响应,并与常规膨胀管分离装置的分离冲击响应进行了对比,结果显示,所分析的两种具有不同啮合齿倾角的非断裂式膨胀管分离装置具有比常规膨胀管分离装置更小的可靠分离内压,并且5.7°啮合齿倾角构型在相同测点处的三向加速度时程曲线峰值均低于常规膨胀管分离装置。

     

膨胀管残余应力测试

膨胀管残余应力是影响膨胀管抗外挤、内压强度的重要因素之一。确定膨胀管的残余应力,测试方法至关重要。在常用测试方法中,机械测量法中的盲孔法体现出测试的优越性。应用盲孔法测试J55、K55两种规格膨胀管的残余应力,并根据实际测试的应力水平和实验误差,采用应变释放系数分级法对试验结果进行修正,以提高测试结果的精度。实验结果表明,膨胀管膨胀后存在环向、轴向的残余应力,且外表面总是压残余应力。将实验结果与仿真结果对比,误差满足工程要求,说明盲孔法测试膨胀管残余应力方便、快捷、准确、有效。     

爆轰驱动高焓激波膨胀管性能研究

介绍了中国科学院高温气体动力学实验室JF-16爆轰驱动高焓激波膨胀管的研制进展及其性能测试结果. 性能研究主要测量了入射激波速度和压力曲线. 根据入射激波速度,应用Mirels的黏性激波管理论计算了超高速试验气流的运动速度,然后应用Gaseq软件计算了试验气流的热力学参数. 研究结果表明:在16.35\,m长的JF-16激波膨胀管中获得了流速7\,000\,m/s以上的稳定试验气流,试验时间为50$\sim$100$\mu$s, 试验气流总焓30\,MJ/kg左右.      

基于SHPB装置的膨胀圆柱管实验技术

采用改进的SHPB实验装置对45钢薄壁金属圆柱管进行了膨胀断裂加载,完成了不同变形程度(覆盖圆柱管整个变形及断裂过程)圆柱管的冻结回收实验。回收样品可用于断裂机理研究分析,通过数值模拟辅助分析和实验数据拟合得到了圆柱管凸起处的径向应变、应变率和环向拉伸应力。通过在圆柱管端粘贴应变片监测断裂信号的方式,准确判断了圆柱管凸起处发生断裂的时间,以及径向断裂应变、应变率和环向拉伸断裂应力,在102~104s-1应变率范围内,SHPB实验装置可用于研究金属圆柱管膨胀断裂。     

高焓膨胀管中压缩管最佳长度设计分析

中国空气动力研究与发展中心超高速所即将建成的高焓喷胀管采用自由活塞驱动,为了能够使该设备有效运行试验时间达到最长,需要对设备中的压缩管长度进行优化。针对压缩管中的自由活塞运动,本文通过数值求解单一组分和混合驱动气体条件下的活塞运动准一维常微分控制方程组,分析了不同试验设计参数和不同驱动气体介质对压缩管定压驱动时间的影响。采用数值解结合脊线(局部极值曲线)理论获得了定压驱动时间局部极值曲面,基于压缩管四种摩尔比例驱动气体(100%H2,85%H2+15%N2,100%He,85%He+15%Ar)和三组压缩比(λ=60,100,140)下的极值曲面,研究发现,定压驱动时间脊线高度随着压缩管的有效长度(初始活塞头部到压缩管末端膜片的距离)和内径之比L/D增加而增加。本文研究最终获得了给定参数条件下满足最长定压驱动时间要求的最佳压缩管长度。     

织物表面摩擦特性测试装置及试验研究

为了评价织物表面的摩擦特性,表征织物和皮肤接触过程中摩擦力的动态变化信息,研制了一种能测试织物表面动态摩擦特性的机械测试装置,该装置集成了机械装置、传感器及控制系统,能一次性测试织物的静、动摩擦系数.基于测试过程中采集的原始数据,定义了摩擦功、静摩擦系数及动摩擦系数3个指标来评价织物表面的摩擦特性.试验采用12种典型的织物样本,对织物的表面摩擦特性进行了客观测试及主观评价,并在日本Kawabata KES-FB4系统上进行了对比试验.结果表明:针对12种典型的织物样本,3个评价指标均存在着显著的差异,牛仔布具有最大的静摩擦系数,经编网眼针织布具有最小的静摩擦系数,与常理相符.客观测试得到的动态指标摩擦功和主观评价的结果具有一致性.本测试装置得到的动态摩擦系数和KES-FB4测试得到的平均摩擦系数也具有一致性.该测试装置可以为相关领域的研究提供一种新的测试手段.     

动态加载装置和动态测试技术

本文介绍了力学试验中各种类型冲击加载装置及有关的动态测试技术,讨论了分段式Hopkinson压杆装置的加载特性、主要优点、用途以及在该装置上采用的一些测量新技术。文章中提出的应力波调节器,结构简单,重复性好,是动态光测技术中一种崭新的冲击加载装置。     

45钢薄壁圆柱管的冲击膨胀断裂机理研究

采用改进型霍普金森压杆实验技术,对不同膨胀断裂状态的45号钢薄壁金属圆柱管进行了冻结回收,直接观测了薄壁金属圆柱管动态膨胀断裂过程中的裂纹萌生、扩展情况以及最终断裂模式等断裂演化特征。对冻结回收样品进行的金相显微分析完整观察到了裂纹萌生、扩展直至断裂的整个膨胀断裂过程,并得出以下结论：薄壁金属圆柱管在中应变率的膨胀断裂过程中,拉伸和剪切断裂机制起主导作用。裂纹萌生于外壁面,并由外向内扩展,断裂模式随加载应变率的提高逐渐由拉剪混合向纯剪切过渡。与爆轰加载的高应变率薄壁金属圆柱管断裂过程不同的是,随加载载荷的增加,薄壁金属圆柱管的断裂逐渐由拉伸断裂向剪切断裂过渡,而非绝热剪切断裂,这种差异的产生原因尚待研究。     

薄壁管件周向力学性能测试装置及方法

为克服现有技术方法中难以精确测得薄壁管件周向力学性能的弊端,本文提出了一种管件周向力学性能测试装置及测试方法,介绍了该装置的结构及测试原理,并基于有限元软件ABAQUS模拟了整个测试过程。测试结果表明该测试方法的有效性和可行性。最后利用该测试装置对69111不锈钢管件进行了挤胀实验,获得了薄壁管件的周向力学性能数据。该测试方式能有效解决材料各向异性造成的小尺寸薄壁管件周向力学性能的测试技术难题,能直接、有效的测得薄壁管件的周向力学性能。     

一种新型爆炸膨胀环实验装置

传统爆炸膨胀环实验装置采用两端点起爆,爆轰波对碰后加载驱动器的方式,出现试样环加载后侧向翻转、实验重复性差等问题.本文改进传统爆炸膨胀环实验装置中的起爆方式,研制了一种新型爆炸膨胀环实验装置.新起爆方式采用轴心爆炸丝同步线起爆,在驱动器内形成理想的柱面冲击波,有效避免了试样环受冲击后发生侧向翻转,实现了金属试样环的稳定拉伸加载,实验效率得到大幅提高.     

激波作用下液体喷射雾化的实验研究

液体在气流作用下的喷射抛撒过程是流体力学研究中令人感兴趣的重要领域.笔者采用改进后的激波管实现了激波作用下液体的喷射抛撒,并通过阴影照相和激光散射法分别对液体的抛撒状态和抛撒液滴的直径进行了测量.研究表明,在喷射过程中,流场中固定位置所测得的液滴Sauter平均直径随时间的发展而逐渐减小,在开始时刻液滴直径减小较快而最终渐趋平缓;在对不同抛撒距离雾化场的测量中发现,不同位置测得的颗粒最大直径随测量位置离开抛撒装置距离的增加而增加,本文从液滴受力的动力学角度分析了这一现象.     

NUMERICAL SIMULATION OF FINE PARTICLE SEPARATION IN A ROTATIONAL TUBE SEPARATOR

This paper presents a numerical analysis of gas-solid separation in a rotational tube separator. This separator which collects fine particles from gas in laminar flow is effective for fine particle separation. The separation efficiency and critical particle diameter of the separator were simulated using CFD package （FLUENT 6.0）. The simulation showed that separation efficiency can be significantly decreased due to the presence of turbulence. The simulation also showed that the Saffman lift force has little effect on the efficiency of this separator. The critical particle diameter of this tube separator was also calculated theoretically, Some experimental data were provided to validate the simulation results. Comparison between experimental results and simulation predictions on separation efficiency showed satisfactory agreement.     

轴向拉伸作用下超弹性管充气失稳的内压和形貌研究

超弹性管充气局部失稳现象与生物工程中动脉瘤形成机理相似。本文以两端密封的超弹性管为研究对象,从实验和理论两方面研究其在轴向拉伸作用下充气时的失稳现象。实验采用高频压力传感器测量充气过程中超弹性管内部压力的变化,高速摄像系统同步记录形貌变化的图像,分析超弹性管的几何尺寸和轴向拉力的改变对失稳临界压力的影响。基于连续介质力学理论,建立超弹性管充气时的控制方程并运用打靶法求解,理论分析轴向拉力与几何尺寸对超弹性管充气失稳的影响,并与实验结果比较;同时,预测超弹性管在任意时刻的形貌变化,分析特征点的变化趋势。     

JP-10裂解的激波管实验与动力学模拟

利用单脉冲激波管对碳氢燃料JP-10在1150~1300K条件下的高温热裂解特性进行了实验研究,采用气相色谱法分析热裂解产物并获得了热裂解速率系数.主要裂解产物有乙烯、乙炔、丙烯、丁烯、1,3-丁二烯、环戊二烯、环戊烯、苯、甲苯,以及少量的甲烷、乙烷、二甲苯和甲基环戊烯.将每次激波管实验后所有产物浓度累加, JP-10裂解速率系数由实验测定.为了消除激波运行中非理想性和边界层效应导致反应温度确定的误差,采用对比速率法确定裂解温度,即在反应物中加入少量热解速率已知的内标物,根据内标物在相同的激波管实验条件下的裂解程度确定反应温度.根据内标物裂解量确定的激波管裂解反应温度通常小于采用传统测量激波速度由激波关系计算的反射激波后5区温度.在1200~1300K之间两种方法得到的温度吻合得较好,差异在20K以内,随着温度升高,两者差异增大.在实验研究的基础上,依据San Diego Mechanism对JP-10高温裂解过程进行了动力学模拟.结果显示：主要裂解产物中乙烯、乙炔和1,3-丁二烯产量随温度变化的实验值与San Diego Mechanism的模拟结果有很好的一致性,但环戊烯产量的实验值比模拟值高很多,预示JP-10裂解中完全开环和部分开环反应都是重要的裂解通道.     

Temperature separation and friction losses in vortex tube

The process of energy separation and friction losses in a vortex tube is studied in detail. The hot and cold exit air temperatures were measured. Experiments have been conducted at inlet pressure of 3.5, 5, 7.5 and 9 bar, at inlet temperature of 292.15 and 298.15 K and at cold air mass ratio from 0 to1. The results demonstrate that the hot air temperature reaches its maximum value at a cold air mass ratio of nearly 0.82, while the minimum value of cold air temperature is found at a cold air mass ratio of 0.3. Based on energy and mass balances as well as on the definition of internal energy and on experimental results a new model for the determination of hot and cold exit gas temperature has been developed. The model includes the relevant primary parameters and predicts the experimental results as well as the data published in the literature sufficiently accurate for engineering purposes.A cross-section area m³ - D diameter of the pipe m - F model parameter - f friction factor - L length of the tube m - m mass flow rate kg/s - y cold air mass ratio - P static pressure Pa - T temperature K - t thickness of the orifice m - R gas constant J/kg K - v velocity of fluid m/s - density of the fluid kg/m³ - friction factor for pipe - friction factor for orifice and tee junction - 1 inlet of compressed gas - 2 exit of hot gas - 3 exit of cold gas - atm atmospheric pressure - c cold exit gas - f friction - h hot exit gas - o orifice plate - T tee junction     

Temperature measurement of reflected shock wave by using chemical indicator

This report describes a new method for measuring the temperature of the gas behind the reflected shock wave in shock tube, corresponding to the reservoir temperature of a shock tunnel, based on the chemical reaction of small amount of CF₄ premixed in the test gas. The final product C₂F₄ is used as the temperature indicator, which is sampled and detected by a gas chromatography in the experiment. The detected concentration of C₂F₄ is correlated to the temperature of the reflected shock wave with the initial pressureP ₁ and test time τ as parameters in the temperature range 3 300 K<T<5 600 K, pressure range 5 kPa<P ₁<12 kPa and τ≅0.4 ms. The project supported by the China Aerodynamics Project for Basic Researches (J13.5.2 ZK04)