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Grain refinement of Mg-Ca alloys by native MgO particles

Journal of Magnesium and Alloys 2024年第3期12卷 980-996页

作者： Shihao Wang Yun Wang Quentin M.Ramasse zhongyun fan Super STEM Laboratory SciTech Daresbury CampusDaresbury WA44ADUK School of Chemical and Process Engineering University of LeedsLeeds LS29JTUK BCAST Brunel University LondonUxbridgeMiddlesex UB83PHUK

In Mg-Ca alloys the grain refining mechanism,in particular regarding the role of nucleant substrates,remains the object of *** native MgO is being recognised as a nucleating substrate accounting for grain refinement of Mg alloys,the possible interactions of MgO with alloying elements that may alter the nucleation potency have not been elucidated ***,we design casting experiments of Mg-xCa alloys varied qualitatively in number density of native MgO,which are then comprehensively studied by advanced electron *** results show that grain refinement is enhanced as the particle number density of MgO *** native MgO particles are modified by interfacial layers due to the co-segregation of Ca and N solute atoms at the MgO/Mg *** aberration-corrected scanning transmission electron microscopy and electron energy loss spectroscopy,we reveal the nature of these Ca/N interfacial layers at the atomic *** of the crystallographic termination of MgO,Ca and N co-segregate at the MgO/Mg interface and occupy Mg and O sites,respectively,forming an interfacial structure of a few atomic *** interfacial structure is slightly expanded,less ordered and defective compared to the MgO matrix due to compositional deviations,whereby the MgO substrate is altered as a poorer template to nucleate Mg *** solidification in a TP-1 mould,the impotent MgO particles account for the grain refining mechanism,where they are suggested to participate into nucleation and grain initiation processes in an explosive *** work not only reveals the atomic engineering of a substrate through interfacial segregation but also demonstrates the effectiveness of a strategy whereby native MgO particles can be harnessed for grain refinement in Mg-Ca alloys.

关键词： Mg-Ca alloy Grain refinement MgO Interfacial segregation STEM/EELS Solidification.

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Aerodynamic design of tractor propeller for high-performance distributed electric propulsion aircraft

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Chinese Journal of Aeronautics 2021年第10期34卷 20-35页

作者： Kelei WANG Zhou ZHOU zhongyun fan Jiahao GUO School of Aeronautics Northwestern Poly technical UniversityXi'an 710072China

Aiming to maximize the aerodynamic performance of the Distributed Electric Propulsion(DEP)aircraft,a hybrid design framework which focuses on the aerodynamic performance of the propeller/wing integration has been developed and validated ***-fidelity modelling for propeller aerodynamics has been used to achieve computational efficiency with reasonable *** optimizing the aerodynamic loading distributions on the tractor propeller disk,the induced slipstream is redistributed into a form that is beneficial for the wing downstream,based on which the propeller blade geometry is generated through a rapid inversed design *** compared with the Minimum Induced Loss(MIL)propeller at a specified thrust level,significant improvements of both the lift-to-drag ratio of the wing and the propeller/wing integrated aerodynamic efficiency is achieved,which shows great promise to deliver aerodynamic benefits for the wing within the propeller slipstream without any additional devices.

关键词： Aerodynamic loading distributions Aerodynamic performance Distributed electric propulsion Hybrid design framework Propeller/wing integration Variable-fidelity propeller modelling and aerodynamic analyses methods

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Grain refinement of AZ91D alloy by intensive melt shearing and its persistence after remelting and isothermal holding

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China Foundry 2013年第1期10卷 39-42页

作者： Zuo Yubo fan zhongyun Cui Jianzhong Key Laboratory of Electromagnetic Processing of Materials Ministry of EducationNortheastern University LiME(EPSRC Centre for Innovative Manufacturing in Liquid Metal Engineering) BCASTMiddlesexBrunel University

Intensive melt shearing has a significant grain refining effect on some light ***,the persistence of the grain refining effect during isothermal holding and remelting is still unclear,although it is very important for the practical *** this study,intensive melt shearing was achieved in a twin-screw mechanism to investigate its grain refining effect on AZ91D magnesium *** refinement mechanism was discussed and the persistence of grain refinement after remelting and isothermal holding was also studied.A Zeiss imaging system with polarized light was used for quantitative measurement of grain *** results show that the intensive melt shearing has a significant grain refining effect on AZ91D magnesium *** the application of intensive melt shearing,the grain size of AZ91D magnesium alloy can be reduced from 530 μm(for a typical as-cast microstructure) to 170 μm,which is about 70% size *** grain refinement achieved by the intensive melt shearing can be partially kept after isothermal holding and *** is believed that the refinement effect was mainly due to the finer and well dispersed oxide particles formed by high intensive *** smaller size of oxide particles and their slow motion velocity in the sheared melt could make important contributions to the remained grain refinement.

关键词： magnesium alloy microstructure intensive melt shearing remelting isothermal holding

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Rheo-diecasting of AZ91D magnesium alloy

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Rare Metals 2010年第5期29卷 542-546页

作者： XU Jun LIU Guojun ZHANG Shaoming SHI Likai fan zhongyun General Research Institute for Nonferrous Metals Beijing 100088 China Brunel Centre for Advanced Solidification Technology Brunel University Uxbridge London UB8 3PH UK

A rheo-diecasting process （RDC） was investigated for semisolid processing of an AZ91D magnesium alloy. The results of the RDC samples in as-cast state indicate that the microstructure of primary α-Mg particles has a fine size, nearly spherical morphology, and uniform distribution throughout the components. Due to the advanced microstructure and reduced level of defects, the RDC AZ91D Mg alloy exhibits an apparent improvement in mechanical properties. The quantitative metallographic investigations reveal that increasing the intensity of forced convection during the slurry preparation results in a promoted nucleation and reduced volume fi-acfion of the primary phase solidified in the slurry maker.

关键词： magnesium alloys semisolid die casting microstructure mechanical properties

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一种可任意给定环量分布的螺旋桨设计方法

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航空动力学报 2019年第2期34卷 434-441页

作者：范中允周洲祝小平西北工业大学航空学院西安710072 西北工业大学无人机特种技术重点实验室西安710065

提出了一种螺旋桨快速设计方法,该方法可以根据任意给定的环量分布及工况快速设计出高效率螺旋桨的几何外形(桨叶弦长、扭转角分布)。为对比有叶素阻力与无叶素阻力的最佳环量分布形式,首先对计入和不计叶素阻力下的最佳环量分布表达式... 详细信息

提出了一种螺旋桨快速设计方法,该方法可以根据任意给定的环量分布及工况快速设计出高效率螺旋桨的几何外形(桨叶弦长、扭转角分布)。为对比有叶素阻力与无叶素阻力的最佳环量分布形式,首先对计入和不计叶素阻力下的最佳环量分布表达式进行了推导,分析了各参数对最佳环量分布形状的影响。然后基于片条理论进行了逆向推导,建立了以环量分布为输入的螺旋桨快速设计方法,并分析了螺旋桨理想效率的影响因素,发现理想效率的水平与来流动压、桨盘载荷有关。最后进行了螺旋桨设计实践,对比分析了不同环量分布下螺旋桨性能的差异。结果表明,所提出的设计方法能够根据给定环量分布进行精确设计,相对误差不超过7%,设计性能与参考文献中设计结果的差别不超过2%。

关键词：螺旋桨叶素环量涡流空气动力学

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一种耦合CFD修正的螺旋桨快速设计方法

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航空学报 2020年第2期41卷 67-76页

作者：郭佳豪周洲范中允西北工业大学航空学院西安710072

基于叶素动量理论及涡流理论的螺旋桨快速设计方法,由于设计采用的叶素气动力与真实情况存在差异,设计的螺旋桨存在拉力偏差,且不能保证较高的效率。为解决此问题,采用螺旋桨数值模拟的结果对设计进行修正。假设桨叶叶素最大升阻比对应... 详细信息

基于叶素动量理论及涡流理论的螺旋桨快速设计方法,由于设计采用的叶素气动力与真实情况存在差异,设计的螺旋桨存在拉力偏差,且不能保证较高的效率。为解决此问题,采用螺旋桨数值模拟的结果对设计进行修正。假设桨叶叶素最大升阻比对应的气动力沿径向相同,可通过数值模拟结果反解该气动力,再根据所得气动力进行螺旋桨的重新设计,建立耦合CFD修正的螺旋桨快速设计方法。结果表明,对于太阳能无人机小型螺旋桨的设计,本文设计方法一方面能够较好地满足拉力要求,另一方面相比于传统设计方法螺旋桨效率可提高2.75%。在采用代理优化的方法对螺旋桨翼型进行优化后,相比于传统设计方法螺旋桨效率进一步提高了3.95%。且该方法只需进行少量的CFD计算即可,相比于直接采用数值模拟优化螺旋桨的弦长及扭转角分布,设计周期更短。

关键词：太阳能无人机螺旋桨叶素动量理论多重参考系法代理模型优化设计高效率

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一种给定拉力分布的螺旋桨设计方法及应用

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航空动力学报 2020年第6期35卷 1238-1246页

作者：郭佳豪周洲范中允西北工业大学航空学院西安710072

从螺旋桨设计出发,通过设计合适的螺旋桨,得到有利的螺旋桨滑流形式,进而改善螺旋桨/机翼构型中机翼的气动特性。通过改变螺旋桨径向拉力分布控制螺旋桨滑流,提出一种根据给定拉力分布进行螺旋桨设计的方法,并验证方法的可行性。将最小... 详细信息

从螺旋桨设计出发,通过设计合适的螺旋桨,得到有利的螺旋桨滑流形式,进而改善螺旋桨/机翼构型中机翼的气动特性。通过改变螺旋桨径向拉力分布控制螺旋桨滑流,提出一种根据给定拉力分布进行螺旋桨设计的方法,并验证方法的可行性。将最小能量损失设计的螺旋桨与不同拉力分布形式设计的螺旋桨应用于多螺旋桨/机翼构型中,研究螺旋桨变化对其后机翼气动特性的影响。结果表明:通过改变螺旋桨拉力分布能够改变螺旋桨滑流,进而改变后方机翼的气动特性。拉力分布较为和缓的螺旋桨,虽其本身效率有所下降,但能够对后方机翼带来增升减阻的效果,相比于最小能量损失设计结果,升阻比可提高9.94%。

关键词：螺旋桨设计滑流多螺旋桨/机翼多重参考系法混合网格

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螺旋桨/机翼耦合下的目标螺旋桨滑流设计

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航空动力学报 2021年第1期36卷 104-118页

作者：薛臣周洲范中允李旭西北工业大学航空学院西安710072 西北工业大学无人机特种技术重点实验室西安710065

针对分布式电推进(DEP)构型等具有多螺旋桨特征的飞行器,发展了通过优化螺旋桨滑流来达到提高机翼升阻比的方法。提出了一种可以获得目标诱导速度分布的螺旋桨设计方法,基于面元法发展了一套可以快速计算螺旋桨机翼干扰的气动程序Prop-w... 详细信息

针对分布式电推进(DEP)构型等具有多螺旋桨特征的飞行器,发展了通过优化螺旋桨滑流来达到提高机翼升阻比的方法。提出了一种可以获得目标诱导速度分布的螺旋桨设计方法,基于面元法发展了一套可以快速计算螺旋桨机翼干扰的气动程序Prop-wing,基于Kriging代理模型建立了一套高效的优化方法获得最优的螺旋桨诱导速度分布提高机翼升阻比。优化结果显示当拉力保持相同时,螺旋桨桨毂附近的轴向诱导速度越大,下游机翼的升阻比越大。在不对螺旋桨功率进行限制时,优化后的螺旋桨使得下游的翼段阻力相比较安装最小能量损失设计的螺旋桨的翼段减少了18.75%,而翼段升阻比提升达到了25.63%,当优化螺旋桨功率被限制后,翼段升阻比提升为9.62%。虽然升阻比的提升需要付出螺旋桨效率下降的代价,但是研究还是给分布式动力滑流的利用提供了一种思路。

关键词：分布式电推进(DEP) 滑流螺旋桨设计减阻 Kriging代理模型

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高鲁棒性的螺旋桨片条理论非线性修正方法

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航空学报 2018年第8期39卷 27-40页

作者：范中允周洲祝小平王睿王科雷西北工业大学航空学院西安710072 西北工业大学无人机特种技术重点实验室西安710065

针对螺旋桨极端状态分析计算的问题,对片条理论(BEMT)方法进行了一定的改进。虽然片条理论在常规工况下能够比较准确地计算拉力和功率,但在考虑严重非线性的部分工况下,如很低或很高前进比状态,传统片条理论存在一定的局限性,无法可靠... 详细信息

针对螺旋桨极端状态分析计算的问题,对片条理论(BEMT)方法进行了一定的改进。虽然片条理论在常规工况下能够比较准确地计算拉力和功率,但在考虑严重非线性的部分工况下,如很低或很高前进比状态,传统片条理论存在一定的局限性,无法可靠地计算拉力、功率、环量分布及诱导速度。鉴于此,分析了传统片条理论方程解的不唯一性和诱导速度的奇异性,然后结合涡流理论提出了一种环量迭代修正方法,解决了传统片条理论在极端工况下的计算困难。另一方面,为了兼顾多种叶素非线性效应,应用人工神经网络对叶素的大迎角特性、低雷诺数特性及跨声速特性进行特征提取,并为片条理论提供高效的叶素非线性气动特性预测。通过与计算及试验结果对比,验证了修正片条理论方法针对本文计算模型能够在很低/很高前进比下进行准确计算。在本文算例中,拉力和功率的相对误差在常规工作段可以保持在5%以内,在很低和很高前进比下仍可以保持在10%以内。

关键词：螺旋桨片条理论神经网络垂直起降涡流

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基于气动载荷分布的螺旋桨诱导流场重构设计

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航空学报 2020年第1期41卷 58-69页

作者：王科雷周洲祝小平郭佳豪范中允西北工业大学航空学院西安710072 西北工业大学长三角研究院太仓215400 西北工业大学航天学院西安710072

基于分布式电推进飞行器创新性发展理念,以螺旋桨滑流耦合下机翼气动效率最优为目标开展螺旋桨诱导流场重构设计研究。首先,通过构建基于动量源方法的准定常数值模拟技术,建立了螺旋桨桨盘载荷分布与诱导流场特性之间的联系;然后,基于... 详细信息

基于分布式电推进飞行器创新性发展理念,以螺旋桨滑流耦合下机翼气动效率最优为目标开展螺旋桨诱导流场重构设计研究。首先,通过构建基于动量源方法的准定常数值模拟技术,建立了螺旋桨桨盘载荷分布与诱导流场特性之间的联系;然后,基于对螺旋桨桨盘气动载荷分布曲线的参数化控制,提出了螺旋桨诱导流场重构优化设计思想及设计方法;最后,通过相关设计结果的对比分析验证了所提出螺旋桨诱导流场重构设计思想及设计方法的有效性和可靠性。结果表明:与等拉力最小诱导损失螺旋桨相比较,基于所提出诱导流场重构设计思想设计得到的螺旋桨最优气动载荷分布耦合下的机翼气动效率得到显著改善,在本文设计状态下,机翼翼段计算升力相对提高10.40%,计算阻力相对降低7.05%,计算升阻比相对增大18.77%。

关键词：分布式电推进螺旋桨动量源气动载荷分布流场重构

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