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机翼混合相冰晶结冰现象的数值研究

西安交通大学学报 2024年

作者：钟富豪刘森云刘秀芳代欣波陈佳军苗庆硕易贤侯予西安交通大学能源与动力工程学院中国空气动力研究与发展中心结冰与防除冰重点实验室西安交通大学深低温技术与装备教育部重点实验室

为探究冰晶与过冷水滴共存时的混合相结冰特性，本文基于FENSAP-ICE结冰计算平台，以NACA0012翼型为研究对象，采用阻力系数对非球形冰晶的运动过程进行修正，考虑了冰晶黏附效应和侵蚀效应的影响，建立了欧拉框架下冰晶运动、碰撞、黏... 详细信息

为探究冰晶与过冷水滴共存时的混合相结冰特性，本文基于FENSAP-ICE结冰计算平台，以NACA0012翼型为研究对象，采用阻力系数对非球形冰晶的运动过程进行修正，考虑了冰晶黏附效应和侵蚀效应的影响，建立了欧拉框架下冰晶运动、碰撞、黏附、结冰和侵蚀全物理过程的混合相结冰数值计算方法。分析了冰晶含量(ice water content，IWC)、液态水含量(liquid water content，LWC)以及冰晶黏附和侵蚀效应对结冰形态和结冰厚度的影响规律，对比了NTI和NRC 两种冰晶黏附模型的适用条件。研究结果表明：当总水含量(total water content，TWC)一定时，随着冰水含量比IWC/LWC的增加，结冰覆盖面积逐渐减小，最大结冰厚度先增大后减小，冰形由冠状逐渐变为尖角状，当IWC与LWC分别为0.4 g·m-3和1.0 g·m-3时，驻点处的结冰厚度达到最大值；对于高IWC工况，NRC黏附模型的驻点结冰厚度更接近实验结果，误差为7.2%。对于低IWC工况，NTI模型与NRC模型的驻点结冰厚度接近；侵蚀作用主要影响翼型驻点附近的区域，IWC和LWC的增大均会加剧侵蚀效应。本研究可为飞行器高效防除冰系统的设计提供理论依据。

关键词：混合相冰晶结冰黏附侵蚀数值模拟

高效稳定的CsPbBr-CsPbBr混合相钙钛矿纳米晶的制备及形成过程

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物理学报 2023年

作者：陈雪莲焦琥珀申岩冰潘喜强西安石油大学化学化工学院西安石油大学材料科学与工程学院

通过配体后处理法向CsPbBr3钙钛矿纳米晶中加入油胺-十四烷基膦酸(OLA-TDPA)的混合配体获得了CsPbBr3-Cs4PbBr6混合材料。在最佳比例下(CsPbBr3、TDPA与OLA的摩尔比为1:1:15)制备的CsPbBr3-Cs4PbBr6钙钛矿纳米晶混合相的光致发光量子产... 详细信息

通过配体后处理法向CsPbBr3钙钛矿纳米晶中加入油胺-十四烷基膦酸(OLA-TDPA)的混合配体获得了CsPbBr3-Cs4PbBr6混合材料。在最佳比例下(CsPbBr3、TDPA与OLA的摩尔比为1:1:15)制备的CsPbBr3-Cs4PbBr6钙钛矿纳米晶混合相的光致发光量子产率可达78%，荧光寿命长达476 ns，且其在室温环境下保持稳定性至少25天，在293K和328 K之间的5个加热-冷却循环中具有良好的热稳定性。混合纳米晶的形成经历了表面钝化/溶解和重结晶两个阶段：在第一阶段(t≤1h)，OLA-TDPA混合配体形成了(RNH3)2PO3X型配体与纳米晶表面发生配体交换，交换后的新配体能与纳米晶表面的Pb2+紧密的结合且含量较高，降低了纳米晶表面的缺陷态密度，提高了CsPbBr3类球形钙钛矿纳米晶的量子产率和荧光寿命；在第二阶段，由于部分PbBr2脱离CsPbBr3NCs而使其发生了重结晶，生成了少量六方相Cs4PbBr6纳米晶，最终获得CsPbBr3和Cs4PbBr6双相共存的纳米晶，从而提高了纳米晶的稳定性。本工作对推动高效稳定的钙钛矿纳米晶的应用具有一定参考价值。

关键词：钙钛矿纳米晶 CsPbBr -Cs PbBr 混合相高效稳定配体交换溶解重结晶

高效稳定的CsPbBr-CsPbBr混合相钙钛矿纳米晶的制备及形成过程

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物理学报 2023年

作者：陈雪莲焦琥珀申岩冰潘喜强西安石油大学化学化工学院西安石油大学材料科学与工程学院

关键词：钙钛矿纳米晶 CsPbBr -Cs PbBr 混合相高效稳定配体交换溶解重结晶

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混合相/冰晶条件下的结冰研究综述

航空学报 2022年第5期43卷 112-130页

作者：黄平卜雪琴刘一鸣林贵平杨坤北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100083 中国航发商用航空发动机有限责任公司上海200241

针对混合相/冰晶结冰问题,阐述了与过冷水结冰的差异及其危害。从混合相/冰晶结冰地面模拟试验设备、试验现象以及数值模拟3个方面详细论述了混合相/冰晶结冰的研究进展。其中,地面模拟试验设备以Cox冰风洞、NRC高空试验设备、NASA推进... 详细信息

针对混合相/冰晶结冰问题,阐述了与过冷水结冰的差异及其危害。从混合相/冰晶结冰地面模拟试验设备、试验现象以及数值模拟3个方面详细论述了混合相/冰晶结冰的研究进展。其中,地面模拟试验设备以Cox冰风洞、NRC高空试验设备、NASA推进系统试验室、德国布伦瑞克冰风洞为例,总结了各自的冰晶生成方法和试验能力;分别介绍了以上4个地面模拟设备中开展的混合相/冰晶试验,分析了其试验现象的异同和产生的原因;针对混合相/冰晶结冰数值模拟中面临的4个关键问题:冰晶运动融化相变、冰晶黏附、侵蚀、结冰过程模拟,总结了现有模型和模拟方法,提出了不足之处。最后,对混合相/冰晶结冰有待进一步重点关注的研究方向进行了展望。

关键词：混合相冰晶黏附侵蚀结冰

跨音速风扇叶片高低转速下混合相积冰的对比研究

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装备环境工程 2023年第7期20卷 72-82页

作者：任虎虎徐强仁王立志李广超赵巍赵庆军沈阳航空航天大学航空发动机学院沈阳110136 中国科学院工程热物理研究所北京100190 中国科学院轻型动力重点实验室北京100190 中国科学院大学航空宇航学院北京100049 中国科学院工程热物理研究所分布式冷热电联供系统北京市重点实验室北京100190

目的获得跨音速风扇转子叶片高、低转速下混合相积冰的影响规律。方法使用CFX获取风扇叶片空气流场数据,采用FENSAP-ICE获取积冰冰形,通过过冷水滴与冰晶温度、撞击叶片角度等进行混合相积冰高、低转速冰形分析。结果风扇叶片高、低转... 详细信息

目的获得跨音速风扇转子叶片高、低转速下混合相积冰的影响规律。方法使用CFX获取风扇叶片空气流场数据,采用FENSAP-ICE获取积冰冰形,通过过冷水滴与冰晶温度、撞击叶片角度等进行混合相积冰高、低转速冰形分析。结果风扇叶片高、低转速运转时,过冷水滴与冰晶的运动状态变化相对明显。高转速时,流场内的气流为跨音速流动,过冷水滴与冰晶撞击角度相差较大,撞击角度较大的叶根区域更容易收集过冷水滴与冰晶;低转速时,过冷水滴和冰晶与叶片的撞击角度大部分区域低于10°,使过冷水滴与冰晶碰撞到叶片后的捕获难度提升。风扇叶片高、低转速运转时,叶身的温度差异使过冷水滴在低转速下易直接凝结,未凝结的水膜量极少,而冰晶表面未形成水膜,不易被捕获,使得最终的积冰主要为过冷水滴积冰。结论风扇叶片混合相积冰在高转速时,流道内温度升高更快,水膜不易凝结,冰晶表面易融化,促进了冰晶积冰。

关键词：混合相积冰撞击角度冰晶温度高转速低转速风扇叶片

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对流云冷暖云催化数值模式研发与应用

科技成果管理与研究 2024年第3期19卷 64-65页

作者：楼小凤孙晶史月琴房文苏正军中国气象局人工影响天气中心北京100081

云降水和催化模式在人工影响天气研究以及人工影响天气理论、播撒技术等方面得到了广泛应用,相关的理论发展主要体现在静力催化、增雨和防的正相关催化效果、微物理过程和动力过程的相互作用、催化时间窗口、催化效果和过量催化概念等... 详细信息

云降水和催化模式在人工影响天气研究以及人工影响天气理论、播撒技术等方面得到了广泛应用,相关的理论发展主要体现在静力催化、增雨和防的正相关催化效果、微物理过程和动力过程的相互作用、催化时间窗口、催化效果和过量催化概念等方面。1979年以来,中国气象局人工影响天气中心发展了多种对流云和层状云模式;20世纪80年代,相继发展了双参数混合相层状云模式和双参数混合相对流云模式。

关键词：人工影响天气中国气象局混合相时间窗口动力过程数值模式催化效果双参数

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混合相驱动仿生柔性臂的研究

混合相驱动仿生柔性臂的研究

作者：赵琬达哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

水压传动的能源、资源、物力及财力消耗要远远低于油压传动和其他介质传动,水液压驱动柔性臂Water Hydraulic Flexible Arm(WHFA)具有良好的柔性、绿色环保等特点,并以其优异的驱动性能广泛应用于机器人和自动化生产线等领域,产生了巨... 详细信息

水压传动的能源、资源、物力及财力消耗要远远低于油压传动和其他介质传动,水液压驱动柔性臂Water Hydraulic Flexible Arm(WHFA)具有良好的柔性、绿色环保等特点,并以其优异的驱动性能广泛应用于机器人和自动化生产线等领域,产生了巨大的经济效益和社会效益,在食品、医疗等领域有很大的应用价值,尤其适于多种非结构环境下工作,如在深海作业等。本文在传统水液压人工肌肉Water Hydraulic Muscle(WHM)的结构基础上,结合仿生学设计理论,根据生物静水骨骼的工作原理,提出了一种将液体与非线性复合材料混合相作为压力介质的混合相驱动柔性臂Mixed Phase Activated Flexible Arm(MPFA),由于混合相密度小于同体积纯水密度,而又具有一定的刚度,这样不但能大幅度减小柔性臂在高负载时的整体密度,还能提高该结构在无内压驱动负载时的刚度。该柔性臂结构是由柔性单元依次串联、并联组合后得到的,组合式模块化的设计不仅便于柔性臂的理论分析设计,还有利于后期的拆卸维修等工作。对柔性臂的组成单元进行伸缩、弯曲特性分析,并在其变形平面内建立几何模型,然后在弯曲平面内对并联单元、串联单元进行几何分析,最终得到柔性臂在工作变形平面内的空间位置、弯曲角度和变形量与其直径、伸缩率间的关系。对柔性结构进行基本特性的理论分析与实验研究,用ProE建立初步的三维模型,并通过ANSYS中超弹性模型对其进行仿真计算,得到在不同工作压力条件下该柔性结构的应力、应变与结构尺寸之间的关系,对柔性结构建立多目标参数优化函数,经过优化结果的分析处理选择适合柔性臂结构的尺寸参数,进一步仿真计算结构在一定工作压力下的的最大应力、应变。最后,在上述理论研究的基础上,通过DOE进行实验方案的设计并选择相应的实验设备和器材,分别对不同壁厚的柔性臂结构进行实验分析,对比混合相驱动和水液压驱动下的柔性臂结构特性与应力-应变关系,实验主要在柔性臂结构刚度、工作响应时间和载荷-变形关系等三个方面进行详细分析,并进行柔性臂整体工作的实验研究。

关键词：混合相柔性臂水液压人工肌肉仿生

生物氧化预处理氧化槽进气量与气液混合相流场的关系研究

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生物氧化预处理氧化槽进气量与气液混合相流场的关系研究

作者：贾爱迪新疆大学

学位级别：硕士

生物氰化提金工艺是针对难处理含砷金矿石氧化处理的主要方式,因此颇受人们关注,而对于此项工艺最为重要的工序是生物氧化预处理。所谓生物氧化预处理是利用生物细菌将矿浆溶液中的砷、硫和铁等杂质元素氧化分离,使得目标元素与杂质分... 详细信息

生物氰化提金工艺是针对难处理含砷金矿石氧化处理的主要方式,因此颇受人们关注,而对于此项工艺最为重要的工序是生物氧化预处理。所谓生物氧化预处理是利用生物细菌将矿浆溶液中的砷、硫和铁等杂质元素氧化分离,使得目标元素与杂质分离后以游离状态留在矿浆溶液中,筛出氧化渣后的溶液进行氰化处理则可得到黄金。对生物氧化预处理工艺氧化槽内生物化学反应的研究有多个方向:可以从化学反应机理出发进行分析、可以从流场内物质特性进行分析、也可以从氧化还原电位(ORP)的影响因子出发进行研究。本文从高寒高海拔地区生物预处理氧化槽内气液混合相特性入手,建立混合相流体动力学模型,分析氧化槽内进气量对气液混合相流场特性的影响关系。首先,本研究通过分析高寒地区生物氧化预处理工艺过程,提出两种对现有生物氧化预处理反应设备的改进思路,改进后的氧化槽设备理论上有助于工业生产效率的提高和生产成本的降低。然后,分析氧化槽内生物化学反应物的组成(由矿浆溶液和空气两相混合而成),进一步建立了氧化槽内气液混合相的密度机理模型,为后续的研究做理论铺垫。最后,基于GAMBIT软件,建立了氧化槽设备的三维立体模型,并且为进行模拟计算进行了精细的网格划分,为模拟真实工业反应设定了边界条件,完成后将氧化槽设备的三维立体模型导入ANSYS软件,设置好物性参数条件并进行高精度的数值模拟计算,最终得到氧化槽内进气量与气液混合相的流场关系,为氧化预处理工艺及过程控制优化提供理论支持。

关键词：高寒地区生物氧化预处理密度混合相流体动力学

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二维机翼混合相结冰数值模拟

航空学报 2020年第12期41卷 195-205页

作者：卜雪琴李皓黄平林贵平北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100083

近年来冰晶引发的飞机结冰问题逐渐引起人们的重视。针对冰晶和过冷水滴同时存在的混合相结冰问题,通过数值模拟的方法实现结冰冰形预测。空气流场和对流换热的计算中采用了转捩剪切应力输运(SST)湍流模型,基于欧拉法计算冰晶和水滴收... 详细信息

近年来冰晶引发的飞机结冰问题逐渐引起人们的重视。针对冰晶和过冷水滴同时存在的混合相结冰问题,通过数值模拟的方法实现结冰冰形预测。空气流场和对流换热的计算中采用了转捩剪切应力输运(SST)湍流模型,基于欧拉法计算冰晶和水滴收集系数。在Messinger结冰热力学模型基础上进行扩展,分析了二维结冰部件表面在混合相气象条件下的传热传质过程,建立了适用于混合相的结冰热力学模型,同时考虑冰晶的黏附效应,添加黏附效率经验公式。利用FLUENT的用户自定义函数(UDF)编程求解混合相热力学模型,计算了霜冰和明冰条件下NACA0012翼型表面结冰情况,与国外风洞试验结果进行比较,验证了计算模型和方法的有效性。结果表明,冰晶黏附效应对混合相结冰量及冰形有很大影响,明冰条件结冰形状偏向楔形。

关键词：混合相结冰二维冰晶黏附机翼