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高温合金磨削热损伤的形成机理及对表面完整性的影响

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湖南大学学报（自然科学版） 2024年第4期51卷 35-42页

作者：尹佑康徐锦泱明伟伟安庆龙陈明上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室上海200240

高温合金磨削加工过程中易出现热损伤缺陷,严重降低零件的疲劳寿命,为解决该工程问题,采用锆刚玉砂轮与微晶刚玉砂轮对高温合金开展了深切缓进磨削试验.研究磨削工艺参数对磨削温度、磨削力,表面形貌与表面粗糙度的影响规律,揭示高温合... 详细信息

高温合金磨削加工过程中易出现热损伤缺陷,严重降低零件的疲劳寿命,为解决该工程问题,采用锆刚玉砂轮与微晶刚玉砂轮对高温合金开展了深切缓进磨削试验.研究磨削工艺参数对磨削温度、磨削力,表面形貌与表面粗糙度的影响规律,揭示高温合金磨削热损伤的形成机理与有效抑制措施,对比分析磨削热损伤对表面完整性造成的影响.结果表明,加工弧区瞬时高温是引起高温合金磨削热损伤的本质原因,微晶刚玉砂轮因自锐性优势能有效抑制磨削热损伤,高温合金磨削热损伤表面呈现氧化变色、鱼鳞状涂覆纹理、硬度下降与残余拉应力等表面缺陷.实现高温合金无热损伤磨削的有效手段是降低磨削热量的产生与加工弧区的强化换热.

关键词：热效应磨削加工形成机理表面完整性

燃气轮机燃料控制阀气动噪声特性及降噪设计研究

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振动与冲击 2024年第8期43卷 303-309页

作者：朱志劼徐前范雪飞韦雪阳陈富强上海发电设备成套设计研究院有限责任公司上海200240 北京化工大学高端机械装备健康监控与自愈化北京市重点实验室北京100029

燃料控制阀是燃气轮机中用于控制燃料流量的关键流程阀门,在全流程运行过程中因阀芯节流设计导致湍流程度增加、诱发气动噪声。为揭示燃料控制阀气动噪声形成机理、提出相应降噪设计方法,该研究采用流体-声学混合计算方法,以200℃甲烷(C... 详细信息

燃料控制阀是燃气轮机中用于控制燃料流量的关键流程阀门,在全流程运行过程中因阀芯节流设计导致湍流程度增加、诱发气动噪声。为揭示燃料控制阀气动噪声形成机理、提出相应降噪设计方法,该研究采用流体-声学混合计算方法,以200℃甲烷(CH 4)为工质,求解了10%~100%共5个开度条件下燃料控制阀的稳态流场;以稳态流场为初始解,求解了燃料控制阀气动噪声计算所需的瞬态流场参数;建立了气动噪声声传播模型,求解了燃料控制阀气动噪声特性;基于多孔消音理论,开展了燃料控制阀降噪设计。研究结果发现燃料控制阀的全方位气动噪声特性呈现出以中高频为主导的连续宽频特性,多孔消音节流设计可有效降低噪声。该研究为抑制控制阀气动噪声提供重要依据。

关键词：燃料控制阀流动分析气动噪声降噪计算流体力学

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波瓣结构后可变面积涵道引射器掺混特性

航空动力学报 2024年第8期39卷 377-385页

作者：刘润富黄玥李臻曜张慧骝尤延铖厦门大学航空航天学院福建厦门361000

为进一步提升变循环发动机后可变面积后涵道引射器(RVABI)内外涵道间气流的掺混效率,改善掺混气流间的速度均匀度,提出了一种带波瓣结构的可变面积涵道引射器外涵面积调节方法,并通过数值模拟手段与两种基本模型在总压损失、热混合效率... 详细信息

为进一步提升变循环发动机后可变面积后涵道引射器(RVABI)内外涵道间气流的掺混效率,改善掺混气流间的速度均匀度,提出了一种带波瓣结构的可变面积涵道引射器外涵面积调节方法,并通过数值模拟手段与两种基本模型在总压损失、热混合效率、速度分布和漩涡演化等不同方面进行分析对比。结果表明:引入波瓣结构的可变面积涵道引射器外涵面积调节方法,显著改善了流场速度均匀度,极大地提升了内外涵气流混合的热混合效率。且随着涵道比增加,相比于基准构型带,波瓣结构的面积调节方法的流向涡强度逐渐增大,热混合效率提升得更加明显,掺混的程度取决于流向涡的尺度和影响范围,可以进一步优化波瓣和对应的面积调节机构进一步提升调节性能。

关键词：变循环发动机后涵道引射器(RVABI) 外涵面积调节波瓣混合器流向涡涵道比

反向和同向旋流滑动弧等离子体点火助燃头部的燃烧特性

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燃烧科学与技术 2024年第3期30卷 311-322页

作者：刘磊胡长淮陈一屈美娇王宇许书英空军工程大学航空工程学院西安710038 西安交通大学机械工程学院西安710049 西安交通大学航天航空学院西安710049 航空动力系统与等离子体技术全国重点实验室西安710381 西安工程大学机电工程学院西安710600

非平衡态等离子体点火助燃技术是新型的燃烧调控技术.面对航空发动机燃烧室稳定燃烧的迫切需求,为发挥滑动弧等离子体技术在改善雾化、提高燃烧效率等方面的优势,搭建了航空发动机燃烧室实验平台,并开展了不同旋流方向下滑动弧放电等离... 详细信息

非平衡态等离子体点火助燃技术是新型的燃烧调控技术.面对航空发动机燃烧室稳定燃烧的迫切需求,为发挥滑动弧等离子体技术在改善雾化、提高燃烧效率等方面的优势,搭建了航空发动机燃烧室实验平台,并开展了不同旋流方向下滑动弧放电等离子体的燃烧特性实验.实验通过采集燃烧过程OH^(*)化学发光强度图像,着重分析了不同旋流方向滑动弧等离子体对燃烧室燃烧强度、温度分布以及燃烧效率的影响.研究表明,施加等离子体助燃后,燃烧室内的平均已燃区相对强度明显提升,且反向旋流等离子体助燃的提升效果更加明显;反向旋流滑动弧助燃的径向温度分布相较于同向旋流滑动弧助燃均匀性提升,当余气系数为2.0时,反向旋流等离子体助燃的径向温度分布系数为0.3022,同向旋流等离子体助燃的径向温度分布系数为0.3223;反向旋流滑动弧助燃的燃烧效率高于同向旋流滑动弧放电的燃烧效率,当余气系数为2.0时,反向旋流等离子体助燃的燃烧效率为89.56%,同向旋流等离子体助燃的燃烧效率为83.41%.

关键词：燃烧室头部滑动弧等离子体反向旋流同向旋流点火助燃

汽轮机蒸汽管道与阀门及汽缸外缸外表面传热系数的计算模型和计算方法

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动力工程学报 2024年第1期44卷 25-37页

作者：史进渊谢岳生徐佳敏上海发电设备成套设计研究院有限责任公司上海200240

构建了汽轮机蒸汽管道、主汽调节阀与汽缸外缸的外表面传热系数计算模型与计算方法。给出了汽轮机蒸汽管道、主汽调节阀、高压外缸、中压外缸与低压外缸的内表面传热系数以及保温结构外表面与低压外缸外表面的复合传热系数计算公式。建... 详细信息

构建了汽轮机蒸汽管道、主汽调节阀与汽缸外缸的外表面传热系数计算模型与计算方法。给出了汽轮机蒸汽管道、主汽调节阀、高压外缸、中压外缸与低压外缸的内表面传热系数以及保温结构外表面与低压外缸外表面的复合传热系数计算公式。建立了汽轮机蒸汽管道、高压外缸与中压外缸的金属内层壁与保温结构外层壁的双层圆筒壁、主汽调节阀金属内层壁与保温结构外层壁的双层球壁以及低压外缸单层圆筒壁的传热过程计算模型。考虑到金属内层壁内表面温度与外表面温度和保温结构外层壁外表面温度均为待定温度,采用迭代法确定这些汽轮机部件的表面温度、传热过程的传热系数与热流密度。完成了汽轮机蒸汽管道、主汽调节阀、高压外缸、中压外缸与低压外缸的外表面传热系数计算分析的应用实例,得出了这些汽轮机部件传热过程金属内层壁外表面的传热系数、热流密度与等效表面传热系数的计算结果,为这些汽轮机部件温度场与应力场的有限元数值计算提供了传热边界条件。

关键词：汽轮机蒸汽管道主汽调节阀汽缸传热设计传热系数

ICP-MS/MS测定镍基高温合金中痕量金、汞和硒的质谱干扰消除

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分析试验室 2024年第8期43卷 1183-1189页

作者：王昭颖陈雄飞徐彦墨淑敏张芳童坚刘英国标(北京)检验认证有限公司国家有色金属及电子材料分析测试中心北京101407 北京有色金属研究总院北京100088 中国合格评定国家认可中心北京100062

采用单四极杆质谱(ICP-MS)无法消除第二代镍基单晶高温合金CMSX-4中合金元素Ta,W,Ni及载气Ar所形成的多原子离子对痕量杂质元素Au,Hg和Se产生的质谱干扰。本研究基于三重四极杆-电感耦合等离子体质谱(ICP-MS/MS)技术,通过考察不同碰撞/... 详细信息

采用单四极杆质谱(ICP-MS)无法消除第二代镍基单晶高温合金CMSX-4中合金元素Ta,W,Ni及载气Ar所形成的多原子离子对痕量杂质元素Au,Hg和Se产生的质谱干扰。本研究基于三重四极杆-电感耦合等离子体质谱(ICP-MS/MS)技术,通过考察不同碰撞/反应模式(No Gas模式、He模式、O_(2)原位质量模式、O_(2)质量转移模式)下的质谱干扰消除效果,建立了CMSX-4中痕量杂质元素Au,Hg和Se的测定方法。结果表明,采用O_(2)原位质量模式能够有效消除Ta O^(+)对Au^(+)和WO^(+)对Hg^(+)的质谱干扰;采用O_(2)质量转移模式能够消除Ni O^(+)和ArAr^(+)对Se^(+)的质谱干扰。综合考虑3种待测元素的信号强度及背景等效浓度,确定O_(2)流速为0.60 m L/min。通过考察内标元素对基体效应的校正效果,选择^(133)Cs为测定Au和Hg的内标元素、^(103)Rh为测定Se的内标元素。在优化条件下,建立了Au,Hg和Se的工作曲线,线性相关系数均为0.9991,方法检出限为0.11~0.29 ng/m L。分别对3个添加水平的镍基高温合金样品独立测定9次,相对标准偏差(RSD)为2.0%~9.5%。Au和Hg的加标回收率为96.1%~107.2%。采用本方法对镍基高温合金有证标准物质中的Se的质量浓度进行测定,经t检验表明测定结果与标准值无显著性差异。

关键词：三重四极杆-电感耦合等离子体串联质谱(ICP-MS/MS) CMSX-4镍基单晶高温合金痕量杂质元素质谱干扰消除

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燃气透平叶栅端壁冷却研究进展

动力工程学报 2024年第9期44卷 1340-1352页

作者：丰镇平刘钊陆熠璇张韦馨谢晔航丁玉强宋宇西安交通大学能源与动力工程学院西安710049

燃气透平叶栅端壁区域的流动呈现高度复杂的强三维特性,端壁冷却设计不仅需要考虑端壁强烈的二次流对冷却特性的影响,也需要考虑冷却布局对近端壁流动与换热特性的影响。针对燃气透平叶栅端壁冷却需求,结合数值模拟和试验测试方法,系统... 详细信息

燃气透平叶栅端壁区域的流动呈现高度复杂的强三维特性,端壁冷却设计不仅需要考虑端壁强烈的二次流对冷却特性的影响,也需要考虑冷却布局对近端壁流动与换热特性的影响。针对燃气透平叶栅端壁冷却需求,结合数值模拟和试验测试方法,系统研究了不同冷气质量流量比条件下,离散气膜孔、泄漏流、端壁改型等措施对端壁表面气膜冷却、换热、流动及叶栅气动特性的影响。结果表明:采用合适的气膜孔射流角和布局、泄漏流冷却单元几何结构和端壁表面微尺度肋等方式可以有效提高端壁表面的气膜冷却有效度;上游槽缝及轮缘密封泄漏流可以对端壁上游及前半部分近吸力面区域提供较好的冷却保护,而叶片装配间隙泄漏流对于端壁下半部分靠近叶片吸力面区域的冷却更加有利;扇形气膜孔布置及曲线型装配间隙不仅能提高气膜冷却有效度,还可以有效控制气动损失。

关键词：燃气透平叶栅端壁气膜冷却泄漏流端壁改型

航空发动机GH3230高温合金层板结构TLP扩散焊接制备及力学性能研究

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航空制造技术 2024年第3期67卷 24-29页

作者：曲文卿张斯涵吕彦龙滕俊飞汪淼杨文静庄鸿寿北京航空航天大学北京100191 中国航空制造技术研究院北京100024

随着更高推重比需求的不断提高,航空发动机热端部件不仅需要耐高温材料,更需要冷却效率更高的结构形式,本文采用自主研制的KNiCr–5中间层在1200℃保温4 h的工艺条件下TLP扩散焊接制备了GH3230高温合金多孔层板冷却结构,测试了层板结构... 详细信息

随着更高推重比需求的不断提高,航空发动机热端部件不仅需要耐高温材料,更需要冷却效率更高的结构形式,本文采用自主研制的KNiCr–5中间层在1200℃保温4 h的工艺条件下TLP扩散焊接制备了GH3230高温合金多孔层板冷却结构,测试了层板结构模拟件的焊接质量和接头力学性能。超声检测结果表明,层板模拟件所有柱形结构(扰流柱)与底板(冲击板)焊接完好,未发现任何缺陷。焊缝形成了均匀的固溶体组织,无任何化合物相、裂纹和孔洞缺陷存在。室温/950℃高温拉伸测试结果表明,层板板柱结构模拟件和GH3230高温合金棒材对接结构全部断裂在GH3230高温合金基体,焊缝强度均明显高于GH3230高温合金。高温拉伸断裂试件的延伸率高达52%,薄板焊缝90°三点弯曲后无开裂,微观观察无裂纹等缺陷,表明了焊缝具有优异塑性。优异的焊接质量和性能保证了焊缝结构承受高温载荷时能达到GH3230高温合金基体的传热和承力性能,避免了焊缝成为整个层板结构薄弱环节。

关键词： GH3230高温合金多孔层板冷却结构 TLP扩散焊微观组织力学性能室温/高温

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离心喷嘴液膜不稳定特性试验

航空动力学报 2024年

作者：宋智涌王旭怀刘勇张祥高天华葛鑫坤南京航空航天大学能源与动力学院中国航天推进技术研究院西安航天动力研究所

为了获得旋流液膜破碎过程中表面波不稳定增长特性及其影响规律，对不同几何结构收口型离心喷嘴进行了试验研究。基于高速图像，提取了液膜发展过程中的表面波幅值增长率，并总结了压降对其影响规律。研究结果表明：主导液膜表面波的幅... 详细信息

为了获得旋流液膜破碎过程中表面波不稳定增长特性及其影响规律，对不同几何结构收口型离心喷嘴进行了试验研究。基于高速图像，提取了液膜发展过程中的表面波幅值增长率，并总结了压降对其影响规律。研究结果表明：主导液膜表面波的幅值沿液膜表面流向呈指数增长，且表面波幅值的增长率表现出非线性特征；将液膜的发展划分为快速增长区、慢速增长区和破碎区，建立了不同区域波动幅值随行进距离变化的函数，提取了不同发展区域对应的主导波动增长率，体现了液膜的非线性不稳定增长规律。同时对液膜分区临界点进行分析，建立了破碎长度和压降的函数关系，发现破碎长度随着压降增加呈现指数递减规律，且通过函数关系可预测喷嘴液膜的极限破碎长度，该长度随着喷嘴出口直径的增加而增大。

关键词：离心喷嘴液膜波动幅值破碎长度指数变化