液体辅助氮化铝陶瓷飞秒激光直冲式盲孔加工

为探究采用液体辅助加工技术提高飞秒激光直冲式盲孔加工质量的可行性，课题组设计了一种液体辅助激光加工装置。选择纯水、质量分数为75%的乙醇溶液以及盐酸乙醇混合溶液作为辅助液体用于激光加工，在激光加工参数重复频率为0.3 MHz、单脉冲能量为20 μJ、脉冲数为250~20 000时，探究了不同液体辅助加工条件下盲孔尺寸和盲孔的孔口、侧壁形貌变化规律，并分析了相关形貌和缺陷的产生原因和机理。结果表明：在盐酸乙醇混合溶液中进行直冲式盲孔加工，加工出的盲孔孔形相对规整，孔口和侧壁的形貌质量较高。液体辅助激光加工是提高氮化铝陶瓷飞秒激光直冲式盲孔加工质量的一种有效方法。     

侧壁射流对突扩通道流动特性的影响

讨论了垂直于突扩通道主流方向的侧壁射流对壁面压力系数、传热系数及主回流区长度的影响．采用标准κ-ε双方程湍流模型，对侧壁射流突扩通道中的流场进行了数值模拟，计算结果表明，侧壁射流位置越靠近入口，主回流区长度越短，最大压力系数位置前移，其数值增大，局部表面传热系数也增大．根据计算结果，拟合出了当侧壁射流速度与突扩通道入口平均流速之比等于2．0时，主回流区长度与侧壁射流位置的关系式。     

基于CFD的锥形散射器强化清灰特性数值模拟及优化

针对外滤式滤筒除尘器作业时,尘粒附着在滤料表面,导致过滤效率低、系统阻力高等问题,课题组提出加装锥形散射器,辅助提升压缩气体喷吹压力,干扰流场实现清灰;并采用计算流体力学数值方法对除尘器清灰过程的流场进行模拟。研究结果表明：无散射器的喷吹清灰过程中,滤筒上、中、下的侧壁正压峰值随着喷吹距离的变化,无明显规律呈现;加装锥形散射器后,3个测点位置的侧壁正压峰值呈现出规律变化,随着喷吹距离增加,压力先提升后降低。对散射器顶点距入口距离、底面直径和高度3个因素进行了优化设计,得出最佳结构参数为：散射器顶点距入口10 mm,散射器底面直径60 mm,散射器高度40 mm。     

熔石英损伤修复形貌对光场调制的标量衍射理论研究

熔石英表面损伤对于传输光场以及光学系统有诸多不利影响,CO2激光修复技术可以提高损伤阈值,有效地消除或减轻损伤对光路的影响.本文利用数学仿真工具MATLAB和标量衍射理论针对大尺寸高斯以及圆锥类型修复形貌(非蒸发和蒸发修复)对光调制的影响进行相应的模拟仿真计算,获得修复形貌对传输光场的调制作用以及被调制光场在修复元件下游的衍射传输情况.本研究以355nm激光为激发波长进行相应的仿真计算,分别探讨了两种修复形貌对入射光场调制的异同以及该光场被调制后对下游光传输的影响.结果表明,CO2蒸发与非蒸发技术对损伤修复形貌的光场传输有着不同的影响,传输光场的调制度随着形貌的宽深比(半径R-深度L)不同而变化.因此,适当控制修复形貌及尺寸可在有效提高熔石英激光损伤阈值的同时避免调制光强过大对下游光学元件的再次损伤,以保证激光装置稳定运行.     

振动频率对消失模铸造AlSi9Mg组织及性能影响

采用自制的三维振动台,将砂箱固定于振动台上,实现共振,研究一维振动(垂直振动)时,振动频率对AlSi9Mg合金组织及性能的影响.实验结果表明:振动凝固技术对细化合金组织和提高力学性能有很大帮助.一维垂直振动,振幅为0.11 mm,随着振动频率的增大,晶粒尺寸先减小后增大,当振动频率为36 Hz时,金相组织均匀细小,趋向于球状或蔷薇状,晶粒尺寸为80μm.振动频率对抗拉强度及伸长率影响较大,随着振动频率的增加,抗拉强度、布氏硬度及伸长率均先增大后减小.振动频率为36 Hz时,抗拉强度较普通铸态提高了16.5%,布氏硬度提高了23%,伸长率提高了35%.     

结构参数对文丘里管空化性能影响的数值模拟研究

为了达到更好的空化效果，课题组基于FLUENT软件，采用标准κ ε湍流模型和Schnerr Sauer空化模型对文丘里管的空化流场进行数值模拟研究。通过对模拟所得的空化云图、蒸气体积分数及空化数进行对比分析，探究了文丘里管的喉径与管径比、入口角度、喉径与喉长比以及出口角度等结构参数对空化效果的影响规律。结果表明：空化效果随着喉径与管径比的增大先增强后减弱，且存在一个最适值；随着入口角度的增大，空化效果减弱；随着喉径与喉长比的增大，空化效应增强；随着出口角度的增大，空化效应减弱。研究结果可应用于文丘里管空化器的优化设计。     

窄间隙摆动电弧数值模拟

为了探究窄间隙摆动电弧焊接过程中窄间隙坡口对电弧形态的影响，课题组以实际焊接工艺为依据，利用磁流体动力学理论建立了窄间隙焊接电弧燃烧侧壁的三维对称数学模型。通过对FLUENT自定义函数（UDF）二次开发，实现了对窄间隙焊接电弧的数值计算，且计算的电弧形态与试验结果吻合良好;获得了窄间隙焊接电弧的流场及温度场分布规律。计算结果表明：远离侧壁处电弧的磁感应强度大于靠近侧壁处电弧的磁感应强度；引起了等离子流场、压力场及温度场向侧壁偏转；由于窄间隙焊缝形貌影响，电弧底部等离子体沿熔池切线向焊缝凹面底部运动，并影响熔池上方电流密度及温度场的分布。     

基于AdvantEdge加工的M2高速钢微铣削力仿真与预测

微织构的加工领域中常用到激光加工，但激光加工设备成本高且无法进行大规模生产，因此文中用已发展成熟的加工中心来对高速钢进行铣削加工。采用0.3 mm的硬质合金微小径铣刀，利用数控加工中心对M2高速钢进行微沟槽铣削加工；在微铣削加工中，铣削力过大会导致铣刀磨损过快影响加工质量，因此笔者利用仿真软件AdvantEdge对微铣削加工进行仿真；由于微细铣削不同于传统铣削，分析了刀具前角以及刀刃圆弧半径对铣削力的影响，并利用正交实验的方法，研究切削参数及刀具几何参数对铣削力的影响规律；采用MATLAB多元线性回归对铣削力进行预测；最后通过一组实验对预测模型进行验证。结果表明构建的模型对铣削力的预测较为准确，误差在10%以内。该研究方法有助于在实际加工中更高效、更便捷地选用合适的切削用量。     

超重力分离装置填料内流场的CFD模拟研究

为了优化超重力分离装置，课题组对其内部流场进行了研究。通过计算流体力学软件FLUENT对超重力分离装置填料内部的流体流动进行数值模拟，分析了转速、填料外径和丝网尺寸对流场的影响。结果表明：液相速度分布与气相速度分布一致，液相速度主要受气相的影响，与液相入口速度无关；同一转速下填料区气相速度由内向外逐渐增大，各位置的气相速度随转速的增大而增大；气相最大速度与转速和外径有关，与丝网的尺寸无关。数值模拟的结果对超重机的设计与优化有一定的借鉴意义。     

大型塑料检查井刚强度分析及其结构优化

：针对大型塑料检查井刚强度计算和结构设计关键技术问题,采用ANSYS软件建立大型塑料检查井刚强度有限 元分析模型,并采用正交试验设计方法,研究检查井壁厚、主管直径、主管高度、子管直径和子管位置高度等尺寸参数对 应力和应变的影响规律。结果表明尺寸参数对检查井应力影响程度为：子管直径>子管位置高度>壁厚>主管直径> 主管高度。尺寸参数对应变影响程度为：主管高度>子管直径>主管直径>子管位置高度>壁厚;获得的检查井结构优 化尺寸为：壁厚8 mm,主管直径800 mm,主管高度800 mm,子管直径800 mm,子管位置高度100 mm。主管高度和子管 直径是设计过程中应重点考虑的因素。     

机械振动对激光填丝焊接接头组织和疲劳性能影响

针对激光填丝焊接过程中存在气孔、飞溅、夹渣和疲劳性能差等缺点，课题组提出了基于机械振动技术的激光填丝焊接方法。课题组采用机械振动与激光填丝焊接相耦合的方法研究了机械振动对焊缝形貌、组织、力学性能和断裂机理的影响。结果表明：机械振动可以改善316不锈钢焊接接头，减少焊缝中的柱状晶，增加树枝晶和等轴晶，提高了焊缝硬度；3种振动频率下焊接接头的残余应力均较高，与振动频率0和524 Hz相比，1 055 Hz振动频率的焊缝残余应力更低；疲劳断口均呈解理断裂，但是与524 Hz振动频率相比，1 055 Hz振动频率具有更低的裂纹扩展率，更好的疲劳性能。     

激光直写法制备超疏水PDMS表面

为探究激光直写制备超疏水PDMS表面的方法，课题组通过激光点阵列直写制备了具有不同粘附力的超疏水表面。使用飞秒激光点阵列扫描在PDMS表面制备微纳结构，通过改变激光功率和扫描点间距实现了不同疏水性和粘附力的超疏水表面。通过对界面润湿状态的分析，研究了表面结构疏水性和粘附性转变的原因。结果表明：使用飞秒激光直写点阵列结构在PDMS上制备超疏水表面是一种有效且可调粘附性的方法。     

0．53μm光致大气击穿实验研究

对锁模Ｎｄ：ＹＡＧ倍频激光作用下，气溶胶粒子对激光大气击穿阈值的影响进行了研究，并对不同光学参数、不同气溶胶下的击穿阈值进行了测量。得到：空气中含较大粒子（Ａｌ２Ｏ３，ＺｎＯ，ＺｒＯ２，１８ｔｈｇｌａｓｓ、ｄ＞３０μｍ）的光致击穿阈值比含较小粒子（ｄ＜１μｍ）的空气击穿阈值低２～３个数量级；含杂空气的击穿阈值随入射激光束直径的增大而下降、随气溶胶粒子直径的增大而减小，且随气溶胶的成分不同而不同。     

窄通道内去离子水的沸腾换热特性实验研究

为了研究矩形窄通道内流动沸腾表面换热系数的影响因素,建立了竖直矩形窄通道流动沸腾传热实验装置,研 究了尺寸为720 mm x250 mm x3.5 mm窄通道内离子水的流动沸腾换热特性。采用单侧壁面加热,改变加热热流密度; 调节恒温水箱温度,改变工质入口温度;以蠕动泵为动力,改变泵的转速,改变工质流量。实验结果表明：入口温度对流 动沸腾表面换热系数基本无影响;流体的紊流度随着质量流量的增加而增加,从而加强了对流换热的强度;在对流沸腾 换热阶段,核态沸腾受抑制,表面换热系数随着加热功率的增大反而降低;在完全对流换热阶段,表面换热系数随着加热 功率的增大基本不变。该研究为更好地设计板式换热器提供了依据。     

基于EDEM-Fluent耦合计算的喷砂机磨损特性的影响因素研究

为研究颗粒参数及操作条件对喷砂机表面磨损特性的影响,运用EDEM-Fluent软件,采用连续流体介质与固体颗粒离散元耦合计算方法,分别模拟计算了不同颗粒粒径、密度、硬度、初始堆积高度及入口压力下的喷砂机内气固两相流场。通过引入Archard磨损模型,计算得到喷砂机顶盖、圆柱段、锥段及底部管路等部位的磨损量及其规律。结果表明:喷砂机的磨损部位主要集中在罐体入口对面一侧上部、锥体初始段、罐体底部以及出口管路,磨损程度由大到小的顺序为底部管路、锥段、圆柱段、顶盖;随着颗粒粒径、密度、硬度、堆积高度及入口压力的增大,喷砂机的磨损量均呈上升趋势,其中颗粒粒径对磨损量的影响最大,堆积高度和入口压力次之,颗粒密度和硬度的影响相对较小。     

超薄镍基合金P MPAW焊缝成形特征及微观组织演变

为了获得成形良好的超薄镍基合金焊接接头及其细化的微观组织,课题组基于恒定的平均电流,设计不同脉冲电流参数,采用脉冲微束等离子弧焊（P MPAW）对100 μm厚的镍基高温合金板材进行焊接实验。然后借助超景深显微镜对焊缝的宏观形貌及微观组织进行观察,分析脉冲参数下焊缝成形特征,并采用直线截点法计算焊缝中心的平均晶粒尺寸。结果表明：不同脉冲参数匹配下形成5种焊缝形貌,随着基值电流和脉冲频率的增加,焊缝熔池趋于连续均匀变化趋势。当基值电流为0.8 A、占空比为30%以及脉冲频率为100 Hz时,焊缝中心的平均晶粒尺寸最小。因此,脉冲微束等离子弧焊下,较小的占空比和基值电流以及较大频率的脉冲参数匹配,可获得成形良好且晶粒细化的焊缝。     

表面张力对激光深熔焊熔池小孔的影响

为了探究表面张力对于激光焊接熔池的影响，课题组使用移动旋转高斯体热源来简化焊接的热过程，建立数学模型，获得了奥氏体不锈钢深熔焊接过程中动态熔池的温度场以及流场分布；同时以奥氏体不锈钢为基板进行激光焊接试验，试验得到的焊缝横截面尺寸同模型计算结果得到的熔池尺寸相吻合，验证了模型的可靠性；以此为基础对2种不同表面张力系数下激光焊接熔池过程进行仿真。研究结果表明：激光深熔的过程中，表面张力系数较小时，焊接小孔深度较深，有利于热量向钢板厚度方向传递，增大了熔池深度，但是降低了焊接小孔的稳定性。因此，可以通过改变表面张力系数来调整熔池的流动行为，提高焊接质量。     

气泡生长及脱离过程的格子玻尔兹曼模拟

为了研究气液相变过程中重力加速度、壁面温度以及成核点间距离对气泡生长及脱离的影响，课题组在Shan Chen伪势格子Boltzmann模型的基础上，通过将密度分布函数与温度分布函数进行耦合求解的方式建立了气液相变模型。同时采用此模型计算得到了液滴内外压差与液滴半径倒数之间的关系，发现其符合Young Laplace定律，从而验证了模型的正确性。进而利用此模型对气液相变现象中的气泡生长及脱离过程进行了二维数值模拟。结果表明：气泡脱离直径会随着重力加速度的增大而呈现出逐渐减小的规律，而且气泡生长及脱离的过程与文献结果甚为相符，此外将模拟得到的气泡脱离直径进行了非线性拟合，发现其结果与新的经验关系式吻合良好；同时较高的壁面温度会增大气泡断裂颈部与壁面之间的距离，而且壁面温度的升高会增大气泡的脱离直径；还发现随着成核点间距离的增加，气泡的脱离直径会呈现出先减小而后增大的趋势。     

周期性环肋通道内的流动和换热

用非稳态数学模型对包含入口段的带肋环形通道内的流动和换热进行了数值模拟.在肋片参数Sp/D=0.187 5、Sp/D=1.125,雷诺数在400～800范围内,流动和换热都出现了自维持振荡特性,且入口段后,各几何周期的速度场、无因次过余温度场基本相同,随时间的变化规律也基本相同.肋片高度增加,平均努塞尔数和摩擦阻力系数增加.肋片间距增大,对摩擦阻力系数影响较小,对努塞尔数影响较大.雷诺数增大,努塞尔数增大,阻力系数减小.     

肋对套管内导热和对流耦合换热的影响

数值模拟了带均布纵肋同心套管内的三维导热和对流耦合换热,研究了肋高及肋数对摩擦阻力系数和平均Nusselt数(Nu)的影响.结果表明,肋高和肋数的变化对摩擦阻力系数和平均Nu都有显著影响,平均Nu随着肋数的增加有最大值;入口段Nu随肋高的增大而增大,充分发展段的Nu也随着肋高的增大而增大.