等离子喷涂 YSZ 涂层瞬态超高温冲蚀性能研究

目的研究等离子喷涂YSZ涂层的瞬态超高温烧蚀性能。方法借助超音速火焰喷涂设备实现超高温高速火焰,对等离子喷涂YSZ涂层进行瞬态冲蚀,通过火焰中加送氧化铝颗粒模拟对涂层的高温冲刷。采用常规手段评价涂层的抗瞬态超高温冲蚀性能,并对冲蚀部位进行微观观察,探讨涂层的失效机理。结果在3000 K、不添加砂粒的条件下,火焰冲击3 s后钢基体材料表面发生沸腾;喷涂0.6 mm YSZ的试样在火焰冲击60 s后涂层完好。在3000 K、添加砂粒的条件下,火焰冲击3 s后钢基体材料被冲刷出约1.0 mm深坑;喷涂0.6 mm YSZ试样的涂层被火焰冲刷剥落,但基体未受明显损伤;喷涂1 mm YSZ的试样,试验后仍保留部分涂层。结论在3000 K高温瞬态冲蚀条件下,热喷涂1 mm厚YSZ涂层可对材料表面形成有效防护。     

硼化物基超高温陶瓷材料在热力耦合作用下力学性能研究

以新型天地往返飞行器、高超声速飞行器和火箭推进系统等最具前景的候选材料——硼化物基超高温陶瓷材料的应用为背景,采用有限元法ABAQUS软件对UHTC试件进行数值模拟,得到带有表面贯穿裂纹的UHTC试件在不同加载条件下的应力、应变及应力强度因子的变化规律,为研究材料在热冲击过程中考虑应变速率的影响奠定理论基础。     

热水解污泥在波节管中流动传热的数值研究

利用数值模拟方法,考察了低湍流雷诺数(Re=4 000)情况下热水解污泥在几种型号波节管的管内流动和传热性能,系统研究了波节管的波节高度H、波谷圆角半径r、波节间距P以及波节长度S1对波节管的流动及传热性能的影响。结果表明,在相同管径及管长下,波节管的换热效果明显比光滑管好。由于管内形成径向二次流,湍动剧烈,传热得到强化,但是进出口压差也相应增大。波节高度H对波节管的强化传热起决定性作用,波谷圆角半径r、波节间距P以及波节长度S1主要对流动阻力产生影响。在研究中采用的波节管相对于光滑管,努赛尔数Nu和阻力系数f分别最大增加130%和129%,并且当H=4 mm,r=10 mm,S1=20 mm,S2=25 mm时,综合换热因子η达到最大值2.1。     

C/SiC复合材料波纹点阵结构进气道前缘设计与制备

目的 C/SiC复合材料进气道前缘轻量化设计与制备。方法基于进气道气动外形和结构要求,建立波纹点阵夹芯结构的进气道前缘有限元模型,然后按照德国航空中心H2K超声速风洞试验室试验的数据进行反演,得到进气道前缘的热流密度分布,据此进行边界条件加载,在模型中考虑固体导热、表面辐射以及空腔辐射三种传热方式。采用瞬态传热算法,求解100 s下进气道前缘的温度场,为了进一步降低C/SiC复合材料波纹点阵结构进气道前缘的最高温度,设计不同的进气道前缘尖端半径,并进行优化。最后根据优化得到的波纹点阵进气道几何参数,采用PIP法制备出C/SiC复合材料点阵结构进气道前缘。结果进气道尖端半径小于0.5mm时,最高温度高于1800℃,超过C/SiC复合材料极限温度;进气道尖端半径大于1.0 mm时,最高温度为1520℃,低于C/SiC复合材料极限温度;进气道尖端半径大于2.0 mm时,增大半径对降低进气道前缘最高温度没有明显的作用。不同进气道前缘尖端半径下,最高温度达到稳态的时间不一样,半径等于0.5 mm时,进气道前缘达到稳态的时间约为30 s左右。随着前缘尖端半径增大,最高温度达到稳态的时间增加,半径为1.0 mm时,达到稳态时间约为60 s。结论进气道前缘最高温度随着尖端半径增大明显降低,当半径大于2.0 mm时,增大半径对降低进气道前缘最高温度没有明显的作用。     

铌合金表面热防护涂层研究进展

作为武器装备、航空航天等多种现代工业领域热端部件中应用十分广泛的结构材料,铌合金在高温富氧燃流的冲刷下会发生严重的烧蚀现象,进而影响了其在超高温环境下的使用性能。研究发现,采用表面涂层技术能够有效提升铌合金的高温抗烧蚀性能。因此结合热端部件富氧、超高温的实际服役环境,首先介绍了国内外铌合金表面抗氧化烧蚀涂层领域的研究现状,对比分析了金属基和硅系陶瓷抗烧蚀涂层各自在抗氧化烧蚀性能上的优缺点;然后综述了近年来国内外有关热障涂层的研究进展,归纳总结了ZrO2基陶瓷涂层、稀土锆酸盐陶瓷涂层以及钙钛矿结构陶瓷涂层三种热障涂层材料的特点;最后对铌合金表面热防护涂层的结构设计以及未来的研究方向进行了展望。     

再入飞行器超高温陶瓷防热应用研究

目的探索尖锥外形高超声速飞行器超高温陶瓷防热设计约束要求。方法基于计算流体力学有限体积数值求解方法研究高超声速层流状态尖锥形飞行器的气动热环境,通过不同攻角下热流及辐射平衡温度分布规律研究获得防热设计约束要求。针对典型尖锥飞行器超高温陶瓷防热设计要求开展几何尺寸、攻角范围影响研究,最后探讨超高温陶瓷高性能热导率对防热设计影响。结果尖锥飞行器高热流仅限于驻点附近很小的区域,迎风面热流随着攻角增大迅速提高。满足防热设计约束的极限飞行攻角与端头长度呈正比,端头长度增加0.1m,极限攻角增大10°。超高温陶瓷热导率对端头防热设计影响较大,随着材料热导率增大50%,驻点辐射平衡温度降低205 K,端头连接结构温度增大50 K。结论尖锥体超高温陶瓷端头防热设计的重要约束指标为端头连接结构温度限制,设计时需要合理优化飞行攻角剖面,选取热导率性能适中的材料。     

HNS多点阵列装药慢速烤燃试验研究

研究多点阵列冲击片雷管装药的热安全性。方法针对φ3 mm×3 mm、φ4 mm×4 mm、φ5 mm×5 mm、φ4mm×8mm共四种不同尺寸的HNS多点阵列装药开展慢速烤燃试验研究,得到HNS多点阵列装药在3.3℃/h、5、10℃/min三种不同升温速率下的响应特性。结果同规格装药情况下,随着升温速率的提高,其热烤响应剧烈程度有加剧趋势;同升温速率条件下,试样药量越大,反应剧烈程度有加剧趋势。结论阵列装药有利于分散HNS装药在热烤条件下的热积累,降低热烤试验的响应强度,提升装药的热安全性。     

胶态泡沫在饱和介质迁移特性及对PCE冲洗效果

利用表面活性剂胶态微泡沫冲洗技术来提高四氯乙烯（PCE）在地下水的溶解性和流动性,提高污染物迁移通量,强化去除效果.主要工艺参数和影响因素对泡沫稳定性的影响,结果表明4000r/min的搅拌转数即可产生稳定的胶态微泡沫,泡沫稳定性随表面活性剂浓度增大有小幅度提高,PCE对泡沫稳定性有不利影响;胶态微泡沫在含水层的迁移规律表明,泡沫前端迁移时不断破裂并气液分离,形成气体在上部,液体在下部,后续泡沫稳定向前推流的迁移模式,泡沫在含水层中受到地下水的静水压力,与在土壤迁移相比其体系压力更大,泡沫破裂更严重、迁移速率更慢;和液体冲洗相比,泡沫冲洗对PCE增溶增流效果明显,介质粒径为0.1~0.25mm、0.25~0.5mm和0.5~1mm时,PCE去除率分别达到83.7%、90.8%和98.2%,介质粒径越大,去除效果越明显.     

基于数字图像相关方法的石墨高温杨氏模量测试

目的为了得到石墨在高温环境下的杨氏模量,为飞行器热防护系统和高温热结构的设计提供可靠的技术保障。方法基于数字图像相关(DIC)方法和通电电阻加热技术,建立一套测量材料在高温环境下力学性能的测试系统。利用该系统,测量高温下石墨试样的表面应变场和应力-应变曲线,计算相应温度下的杨氏模量。在1400℃实验环境下,采用基于DIC与高温引伸计的方法同时测量超高温陶瓷试件的拉伸应变数据,并进行比较验证。结果在1400℃实验环境下,采用基于DIC与高温引伸计方法测得超高温陶瓷的应变-时间曲线吻合良好,方差为1.3×10-7。1200~1900℃高温环境下,石墨的杨氏模量随温度的升高呈线性增长趋势。结论采用基于DIC方法准确有效,该方法可方便快速地实现对石墨材料在高温环境下杨氏模量的测量。另外,该方法也可应用于其他导电材料杨氏模量的测试。     

气液固多相流对法兰接缝处的腐蚀行为研究

目的揭示不同条件下法兰接缝处的腐蚀速率。方法基于流动动力学数值模拟软件,分析法兰接缝处的流场变化、不同因素的电化学腐蚀速率和冲刷腐蚀速率。结果在文中的研究条件下,随着接缝深度的增加,法兰接缝处的流速分布分为0～0.6 mm和0.6～5 mm两个阶段,在法兰接缝表面均存在明显的压力梯度层和温度梯度层。同时随着固体杂质质量流量的增大,法兰处腐蚀速率呈直线增大,当其质量流量大于4kg/s时,其腐蚀速率达到最大值;而含砂流体流速与腐蚀速率基本符合正态分布规律。结论对于气液固多相流条件下法兰处的腐蚀,主要是由于电化学腐蚀和冲刷腐蚀相互作用产生的,并且其冲刷腐蚀速率远远大于电化学腐蚀速率。     

难熔金属表面高温防护涂层研究进展与技术展望

回顾了难熔金属五大高温防护涂层体系的发展现状,即生成保护性氧化膜的金属间化合物涂层、贵金属涂层、生成保护性氧化膜的合金涂层、惰性氧化物陶瓷涂层以及玻璃陶瓷基复合涂层,总结了这些涂层的高温防护机理、制备方法以及失效机制。基于单一的传统高温防护涂层体系已经难以满足新一代高比冲姿、轨控火箭发动机以及高超声速飞行器热端部件对高温防护涂层提出的抗超高温氧化性能、优良的抗热震性能、良好的抗热冲刷(烧蚀)性能以及长服役寿命等性能需求的现状,简要介绍了过渡族金属的硼化物、碳化物等几种潜在的新型高温防护涂层材料体系,以及相应的涂层制备方法,这些新型涂层体系的发展有望满足现代宇航工业难熔金属热端部件的高温防护需求。     

HfB2-HfC-SiC 改性 C/C 复合材料的超高温烧蚀性能研究

目的制备HfB_2-HfC-SiC复相陶瓷改性C/C复合材料,并探究该材料的超高温烧蚀性能。方法采用化学气相渗透结合前驱体浸渍热解工艺制备HfC-SiC复相陶瓷改性C/C复合材料(C/C-HfC-SiC)和HfB_2-HfC-SiC复相陶瓷改性C/C复合材料(C/C-HfB_2-HfC-SiC),采用大气等离子烧蚀实验研究材料的超高温烧蚀性能。结果C/C-HfC-SiC和C/C-HfB_2-HfC-SiC复合材料2200℃线烧蚀率分别为1.54×10~(-3),1.38×10~(-3)mm/s。结论复合材料具有独特的微结构特征,亚微米级的HfB_2和HfC基体均匀弥散分布在SiC基体中。复合材料表面原位生成的液相SiO_2和固相HfO_2复合氧化物膜,既可以抵抗高速气流的冲蚀,又可以抵抗氧化性气氛的向内扩散,是复合材料具有优异超高温抗烧蚀性能的主要原因。     

估算疲劳寿命时腐蚀坑的当量化处理

根据已有的飞机结构主体材料LY12CZ试验数据,基于疲劳缺口系数的定义式计算了3种腐蚀年限试件的疲劳缺口系数。运用场强法模型计算了疲劳缺口系数并拟合了其与缺口半径的关系式。采用当量化处理的方法,将3种不同腐蚀年限结构件的腐蚀坑当量为3种半径的半圆形缺口,设计疲劳试验进行验证,试验结果与已有的疲劳试验数据吻合得较好。     

安顺煤矿超前排放钻孔有效排放半径研究及应用

为了解决瓦斯排放孔半径测定过程中由于方法选择和操作等原因而出现的测定结果不够准确,以及由此而导致的空白带出现问题,通过现场试验,采用钻屑解吸指标法测定的方法,通过对测定结果进行综合分析、修正,确定安顺煤矿Φ42 mm直径的排放钻孔有效作用半径为R0.25 m,Φ90 mm直径的排放钻孔有效作用半径为R0.55 m,经实践证明是准确和可靠的,排放钻孔措施在实施过程中有效地避免了空白带的出现。     

陶瓷质微孔管过滤式除尘器的研究

陶瓷质微孔管过滤式除尘器是一种新型耐高温除尘器。在此介绍了该除尘器的组成、特点、结构和陶瓷质微孔管过滤原理。通过实验室及工业实验,证明该除尘器具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损、使用寿命长、除尘效率高等优点,值得推广借鉴。     

CO2和微量H2S共存环境中套管防腐优选研究

目的 研究不同材质套管在CO2和微量H2S共存环境中的腐蚀特征.方法 采用高温高压腐蚀仪,以渤海某油田实际采出水样为腐蚀介质进行模拟实验,利用扫描电镜,能谱仪(EDAX)分析不同管材在不同腐蚀条件下腐蚀试样表面腐蚀产物的形貌和组分特征,对比分析不同钢材在对应腐蚀环境下的腐蚀速率,并建立长期腐蚀速率预测模型.结果 单独C...     

Gd2O3-NiO 共掺对钇稳定氧化锆材料热物理性能的影响

目的研究Gd_2O_3-NiO共掺对钇稳定氧化锆材料热物理性能的影响。方法采用高温固相反应法制得Gd_2O_3-NiO共掺YSZ陶瓷材料。分别利用XRD、扫描电镜观察、激光导热仪、傅立叶红外光谱仪对陶瓷材料的晶体结构、微观结构、热扩散系数及红外透过率进行表征,并对其热导率进行分析。结果 Gd_2O_3-NiO共掺YSZ后,陶瓷材料单斜相含量减少,室温至1300℃的热导率相比YSZ降低,在2.5~5μm波长范围内红外透过率降低。结论 Gd_2O_3-NiO共掺对YSZ陶瓷材料热导率的影响机理为掺杂Gd_2O_3和NiO导致YSZ中单斜相(M)、四方相(T)和立方相(C)含量发生变化,同时YSZ晶格发生畸变。对YSZ辐射传热的影响机理为通过在YSZ中掺杂过渡金属元素Ni使陶瓷材料吸收特定波长的光,进而有效地降低在2.5~5μm短波长的红外透过率,降低其高温下的红外辐射传热。     

核电厂热疲劳监测系统开发与应用

核电厂实际运行瞬态的参数往往比设计条件更加复杂,设计中未能充分考虑的热分层和热冲击等,已引起了国际上压水堆核电厂一回路管道多起泄漏失效事件.针对设计中无法精确考虑的瞬态,主要通过增加额外的局部测点,实现部件疲劳寿命的精确评估(国内在此方面还处于起步阶段).自主开发了一回路管道热疲劳监测系统(TECMAN系统),并在我国...