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高超飞行器电子发汗冷却热响应模型及数值模拟研究

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智能安全

智能安全 2024年第2期3卷 1-9页

作者：王晓晶李亮罗晓亮龙东辉梁秀兵军事科学院国防科技创新研究院北京100071 华东理工大学上海200237

高超声速飞行器前缘等尖锐部件在飞行过程中承受剧烈气动加热,表面温度可高达2000~3000 K以上,其热防护系统已成为制约飞行器突破飞行速度和航时极限的关键技术瓶颈。本文研究了一种基于电子发汗冷却的新型主动热防护技术路线,在电子热... 详细信息

高超声速飞行器前缘等尖锐部件在飞行过程中承受剧烈气动加热,表面温度可高达2000~3000 K以上,其热防护系统已成为制约飞行器突破飞行速度和航时极限的关键技术瓶颈。本文研究了一种基于电子发汗冷却的新型主动热防护技术路线,在电子热发射及冷却功率理论模型基础上构建了前缘热平衡方程,并基于Navier-Stokes方程耦合双温模型和11组分反应模型,运用计算流体动力学方法研究了前缘部件在不同条件下的热响应。结果表明,来流速度、前缘材料功函数、前缘曲率半径对电子发汗冷却效果均有显著影响。来流速度越高、前缘功函数越低、前缘曲率半径越小,电子发汗冷却所产生的温降幅度越大;在理想条件下,电子发汗冷却可产生超过40%幅度的降温效果,揭示了其应用于新一代主动热防护系统的潜力。

关键词：高超声速飞行器电子发汗热防护系统电子热发射计算流体动力学

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离心式铁磁流体微泵的设计及流动特性分析

哈尔滨工业大学学报 2024年第4期56卷 137-147页

作者：李望旭李正贵韩伟行怡帆谭善文司国雷陈君辉兰州理工大学能源与动力工程学院兰州730050 流体及动力机械教育部重点实验室(西华大学) 成都610039 四川航天烽火伺服控制技术有限公司成都611130

铁磁流体微泵由于其自润滑性和自密封性,使其更加符合微流控技术应用在生物医学、生命科学、化学分析、航空航天等领域的需求,而在目前的结构设计中无法同时满足加工简单、可靠性高、流动稳定等优势,因此限制其应用及发展。为提高铁磁... 详细信息

铁磁流体微泵由于其自润滑性和自密封性,使其更加符合微流控技术应用在生物医学、生命科学、化学分析、航空航天等领域的需求,而在目前的结构设计中无法同时满足加工简单、可靠性高、流动稳定等优势,因此限制其应用及发展。为提高铁磁流体微泵的可靠性和稳定性,促进其发展和应用,本研究基于铁磁流体的外场控制原理、磁流变效应及介质流体的流体力学行为设计了一种离心式的新型铁磁流体微泵,并应用数值计算分析了介质流体流动特性。结果表明:该微泵可以有效实现泵送过程,当转速为10 r/min时,一个周期内的泵送净流量可达0.07 kg/T,且在两股铁磁流体的交替作用下可以阻断泵腔进口与出口的介质流体质量交换;由于铁磁流体与泵腔结构的动静干涉作用,导致出口流量存在轻微脉动(数量级为10^(-5)),但仍处于层流状态(Re流体与泵送介质流体之间的相界面压力波动和自密封性能进行分析,得到相界面上的压力波动峰值远小于铁磁流体自密封性能,相差3个数量级,从铁磁流体的密封稳定性和界面稳定性角度验证了离心式铁磁流体微泵的可行性。

关键词：铁磁流体微泵惯性驱动泵送过程重叠网格

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FeNiC合金的干摩擦学性能研究

润滑与密封 2024年

作者：冯小刚崔功军刘宇嵩杨荣乾尤世泉山西省矿山流体控制工程实验室矿山流体控制国家地方联合工程实验室太原理工大学机械与运载工程学院

为改善矿山机械零部件在无油工况下的耐磨性能，以石墨作为碳源，采用粉末冶金技术设计制备了FeNiC抗磨合金，并系统地研究了不同碳含量对Fe基抗磨合金显微组织和摩擦学性能的影响。实验结果表明，合金的物相主要包括α-Fe、γ-(Fe， Ni... 详细信息

为改善矿山机械零部件在无油工况下的耐磨性能，以石墨作为碳源，采用粉末冶金技术设计制备了FeNiC抗磨合金，并系统地研究了不同碳含量对Fe基抗磨合金显微组织和摩擦学性能的影响。实验结果表明，合金的物相主要包括α-Fe、γ-(Fe， Ni)、Fe3C、FeNi3和石墨相。材料的硬度随着石墨含量的增加呈先增大后减小的趋势，密度逐渐下降。随着载荷和滑动速度的增大，试样的摩擦系数总体下降，而磨损率显著增加。一部分石墨在烧结过程中与铁反应生成碳化物，对基体产生硬化作用；另一部分则以游离态的软质相石墨存在，在摩擦面形成连续的润滑膜，减少了摩擦副之间的直接接触。其磨损机制主要为塑性变形、磨粒磨损和轻微的氧化磨损。综合分析，石墨的添加提高了FeNiC抗磨合金的摩擦学性能。

关键词：铁基合金干摩擦石墨磨损机理

高速机械密封端面冷却通道热混合效应强化机理研究

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机械工程学报 2024年

作者：马学忠崔元召兰州理工大学石油化工学院

为实现高速下密封温度的可控性，增加微尺度润滑液膜汽化裕度，应用ANSYS Fluent建立了端面引流槽-环槽冷却通道机械密封的热流体动力润滑(THD)模型，研究并讨论了槽区冷热流体的流动特性及其对液膜温度的影响，揭示了热混合效应强化机... 详细信息

为实现高速下密封温度的可控性，增加微尺度润滑液膜汽化裕度，应用ANSYS Fluent建立了端面引流槽-环槽冷却通道机械密封的热流体动力润滑(THD)模型，研究并讨论了槽区冷热流体的流动特性及其对液膜温度的影响，揭示了热混合效应强化机理，分析了结构尺寸与工况参数对密封性能的影响规律。结果表明：引流槽与环槽连通后消除了引流槽槽根壁面的阻碍作用进而避免了流体流动死区的出现、流通能力增强，从而显著强化了外径侧低温流体与内径侧高温流体的混合流动。这使得密封冷却能力显著提升，从而有效降低了润滑液膜与密封端面的温度，较低的液膜温度下流体黏度损失更小从而具有更强的动压效应与更大的下游泵送能力，密封承载性能与摩擦学性能大幅提升。转速越大热混合效应强化程度越高，转速为20 000 r/min时液膜与端面温度降低约15 K、温升降低约36%，显著增加了低压内径侧高温液膜的汽化裕度，同时液膜开启力提高约30%。冷却通道深度最优值为50 μm，此时热混合效应强化水平、冷却能力与密封性能综合最优。这可在高速工况下显著提升液膜的汽化裕度、限制端面热变形，对高速机械密封的优化设计提供了科学依据。

关键词：高速机械密封温度可控性冷却通道热流体动力润滑热混合效应强化

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探析线接触直齿轮的瞬态热混合润滑性能

润滑与密封 2024年

作者：马金月王优强宋琦竺俊杰青岛理工大学机械与汽车工程学院工业流体节能与污染控制教育部重点实验室

为提高渐开线直齿轮润滑性能，基于统计模型和微凸体接触模型，考虑非牛顿流体、瞬态效应以及热效应等因素，建立了渐开线齿轮无限长线接触瞬态热混合润滑模型，对不同的齿面综合表面粗糙度σ、粗糙度纹理参数γ以及齿轮工况参数等进行... 详细信息

为提高渐开线直齿轮润滑性能，基于统计模型和微凸体接触模型，考虑非牛顿流体、瞬态效应以及热效应等因素，建立了渐开线齿轮无限长线接触瞬态热混合润滑模型，对不同的齿面综合表面粗糙度σ、粗糙度纹理参数γ以及齿轮工况参数等进行分析。结果表明：综合考虑多种因素更符合齿轮的实际工作环境，齿面综合表面粗糙度和粗糙度纹理参数对齿轮的润滑性能发挥着至关重要的作用，合理选择齿轮参数及工况参数也有助于提高齿轮的润滑性能。随着σ的增大，微凸体接触压力增大，且承载区略有增大；油膜厚度和最小油膜厚度随σ的增大而增大，而膜厚比却随之减小。因此，需合理选择综合表面粗糙度。随着γ的增大，油膜压力的第二压力峰逐渐增大，且向接触中心位置移动；微凸体接触压力随着γ的增大而增大；最小油膜厚度和膜厚比均随γ的增大而减小；随着γ的增大，油膜最高温升比先减小而后增大。综上所述，具有横向粗糙度纹理（尤其是γ=1/3时）的齿轮润滑性能较好；换言之，齿轮混合润滑中存在最优的粗糙度纹理参数。此外，适当增大齿轮的模数、压力角和转速以及减小输入功率均有利于改善齿轮润滑状态。

关键词：混合润滑热效应流量因子接触因子表面纹理

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反旋流对梳齿密封动力特性影响机理及有效性

航空动力学报 2024年第7期39卷 66-75页

作者：张乃丹张万福周庆辉顾乾磊李春上海理工大学能源与动力工程学院上海200093 东南大学能源与环境学院南京210096

对比分析了不同预旋比下反旋流装置对梳齿密封各腔室内压力、周向流速、周向旋流增长率及动力特性系数,对反旋流梳齿密封的有效性进行定量分析与判别.研究表明:反旋流装置对密封周向流动有较强的抑制作用,且对各腔室压力有不同影响,其中... 详细信息

对比分析了不同预旋比下反旋流装置对梳齿密封各腔室内压力、周向流速、周向旋流增长率及动力特性系数,对反旋流梳齿密封的有效性进行定量分析与判别.研究表明:反旋流装置对密封周向流动有较强的抑制作用,且对各腔室压力有不同影响,其中对C3~C6腔室压力作用效果较明显;引入周向旋流增长率衡量反旋流装置作用效果,添加反旋流装置后,密封周向旋流增长率沿泄漏方向降低至C8腔室,在C9腔室处略有回升,无反旋流密封基本保持不变.添加反旋流喷嘴使C3~C6腔室直接阻尼增大,且各腔室交叉刚度均减小,各腔室有效阻尼提高,总有效阻尼增大稳定性增强.预旋比使C1~C2腔室的直接阻尼有显著变化.添加反旋流喷嘴后,腔室交叉刚度在高预旋比下减小更多,有效阻尼受预旋影响较小,反旋流对进口正预旋有较好抑制作用.

关键词：反旋流梳齿密封周向旋流动力特性计算流体力学

全金属硬密封双向零泄漏三偏心蝶阀设计仿真与试验研究

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工程设计学报 2024年

作者：余瑞明马云艳池伟沈宇忠上海理工大学机械工程学院浙江力诺流体控制科技股份有限公司

针对压差或全压差的反向压力等技术问题，研究设计全金属硬密封双向零泄漏三偏心蝶阀。该阀为长寿命节能型，采用三维偏心原理设计，解决了传统偏心蝶阀在启闭0°、10°瞬间密封面仍处于滑动接触摩擦的缺陷，实现了蝶阀在开启瞬间密封... 详细信息

针对压差或全压差的反向压力等技术问题，研究设计全金属硬密封双向零泄漏三偏心蝶阀。该阀为长寿命节能型，采用三维偏心原理设计，解决了传统偏心蝶阀在启闭0°、10°瞬间密封面仍处于滑动接触摩擦的缺陷，实现了蝶阀在开启瞬间密封面即分离，关闭接触即密封的效果。金属密封圈、金属阀座为独立零部件，配合装配结构使其拆装方便，降低维护成本，保证了蝶阀双向密封。分析了蝶阀的不平衡力矩和允许压差。流体流动仿真分析了大小开度流体流动的压力云图、速度云图和流动迹线图，分析了从小开度至大开度，出入口最大压力和最大速度随开度的变化关系。热应力仿真分析了热力温度云图和合力热流量云图，以热力分析为算例，分析了热应力云图、热应变云图、安全系数云图和热应力最大值随温度变化曲线，分析结果表明热应力满足要求。蝶阀阀体耐压试验的介质为常温水介质，压力实际值为2.4 MPa，保压时间300 s，保压时间内无保压压降，阀体无可见渗漏和变形，蝶阀正反向承压高压密封试验的介质为高温300°C的水蒸气介质，压力实际值为1.8 MPa，保压时间240 s，保压时间内无保压压降，实测泄漏量均为零，试验结果表明阀体耐压强度满足要求，蝶阀双向零泄漏，密封性能满足使用要求。研究结果为偏心蝶阀减小接触和摩擦，降低开启力矩，延长使用寿命提供了依据，且所提出的全金属硬密封结构为偏心蝶阀的双向零泄漏密封研究提供了一种新方法。

关键词：硬密封双向零泄漏三偏心蝶阀设计仿真试验

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胶乳抄取非石棉密封材料的配方研究

橡胶工业 2004年第2期51卷 83-86页

作者：刘美红蔡仁良谢苏江华东理工大学化机所流体密封研究室上海200237

以NBR胶乳为弹性粘合剂 ,采用胶乳抄取工艺 ,制备无机纤维为主的混杂纤维非石棉密封材料。经筛选确定的胶乳抄取非石棉密封材料基本配方为 :胶乳 (干质量 )　 8～ 2 5 ,纤维　 40～ 75 ,填料　 5～ 5 0 ,其它助剂　 2。扫描电镜分析表... 详细信息

以NBR胶乳为弹性粘合剂 ,采用胶乳抄取工艺 ,制备无机纤维为主的混杂纤维非石棉密封材料。经筛选确定的胶乳抄取非石棉密封材料基本配方为 :胶乳 (干质量 )　 8～ 2 5 ,纤维　 40～ 75 ,填料　 5～ 5 0 ,其它助剂　 2。扫描电镜分析表明 ,混杂纤维的分散性优于单一陶瓷纤维 ,纤维具有良好的覆胶性和一定的缠绕性 ,产品性能较好。

关键词： NBR胶乳抄取非石棉密封材料陶瓷纤维

芳纶浆粕增强橡胶无石棉垫片密封的制备及性能研究

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润滑与密封 1999年第2期24卷 44-46页

作者：谢苏江章兰珠蔡仁良华东理工大学化机所流体密封研究室上海200237

本文采用橡胶模压工艺和正交试验设计法,以芳纶浆粕代替石棉,开发研制了一种新型无石棉垫片密封板材,并对其性能进行了系统测试和研究,结果表明以芳纶浆粕替代石棉纤维制备的密封板材具有较好的综合性能,在一定范围内可替代传统石棉橡... 详细信息

本文采用橡胶模压工艺和正交试验设计法,以芳纶浆粕代替石棉,开发研制了一种新型无石棉垫片密封板材,并对其性能进行了系统测试和研究,结果表明以芳纶浆粕替代石棉纤维制备的密封板材具有较好的综合性能,在一定范围内可替代传统石棉橡胶密封板材.

关键词：无石棉材料芳纶浆粕垫片密封