高温气冷堆陶瓷堆内构件热老化试验平台开发

目的 开发一种试验平台模拟高温气冷堆正常工况、氧化腐蚀工况和事故工况试验条件,研究陶瓷堆内构件的氧化腐蚀行为和长期服役热老化规律。方法 通过分析高温气冷堆陶瓷堆内构件服役环境特征,确定试验平台开发技术要求,其主要部件包括氧气流量控制器、氦气流量控制器、储气罐、反应气流量控制器、气体预热器、高温反应炉、气体循环泵、氦气纯化器、纯水罐、蠕动泵、真空泵、排气冷肼、在线气相色谱仪、在线露点仪等。结果 该试验平台可精确控制在冷却剂氦气中混入微量的O2、H2O杂质,研究反应时间、温度等因素的影响,还可模拟高温堆正常工况和蒸汽发生器传热管破裂进水事故工况条件,开展长达3 000 h以上的连续热老化试验。结论 该试验平台具有高精度、大尺寸、耐高温、耐长周期试验等优异特性,可模拟复杂多样的工况条件,开展热老化试验研究。     

气流清扫的超音速喷管气动设计及其性能的对比分析

目的 提出使用拉瓦尔喷管产生高速气流清扫固体表面附着的水膜。方法 设计中心轴对称锥形喷管(Taper-A)、中心轴对称Sivell法喷管(Sivell-A)、中心轴对称短化喷管(MLN-A)和二维锥形型线喷管(Taper-2D),建立包括外流场的LES数值仿真模型,并进行仿真,分析研究外流场结构,并基于韦伯数判据,分析超音速喷管的清扫性能。结果 喷管短化设计方法可以将喷管长度缩短50%。外流场速度呈波动衰减趋势,特征线法喷管的气流膨胀更充分。缩短喷管长度会减小内流场的附面层厚度,因此MLN-A在速度波动中的能量耗散较少;喷管过长也会降低清扫性能,MLN-A和Taper-2D在xL>2区域的最大等效水膜厚度小于0.2 μm,但MLN-A有效清扫面积比Taper-A的喷管提高15%以上,清扫性能最优。结论 喷管短化设计方法可以有效缩短喷管。喷管结构对清扫性能影响较大。MLN-A喷管的清扫性能最优。     

高性能聚醚醚酮紫外光加速老化行为研究

目的 研究特种工程塑料聚醚醚酮(PEEK)在紫外光照射实验室加速条件下的老化行为。方法 对PEEK塑料采取紫外线光老化方式进行试验,对老化前后的样品进行外观变化、力学性能、热性能、微观结构表征与分析,明确紫外环境因素对材料的性能影响,进而确定PEEK塑料在紫外光条件下的老化行为。结果 随着紫外光老化时间的增加,PEEK样品表面变黄,颜色加深,出现鼓包与裂纹等宏观与微观损伤。样品内部力学性能、热性能、红外特征吸收峰、元素含量与价态没有明显变化,样品表面热性能下降,傅里叶变换衰减全反射红外光谱(ATR-FTIR)特征吸收峰变化明显。结论 PEEK塑料表面对紫外光比较敏感,在紫外光的照射下容易发生表层的分解,短时间内不会引起材料整体热性能及力学性能的明显变化。     

新型航空清洗剂对航空铝合金防盐雾性能影响的分析

目的 评价新型航空清洗剂对航空铝合金防盐雾性能的影响。方法 对航空铝合金7075在施加清洗剂清洗后开展中性盐雾试验,通过扫描电子显微镜、能谱分析仪、高分辨率拉曼光谱等研究手段,对铝合金的表面形貌、组织成分及关键化学组分的变化情况进行对比分析,综合评价该清洗剂对铝合金的性能影响。结果 经过新型航空清洗剂清洗和6 h中性盐雾试验后,清洗剂仍在铝合金表面残留有保护膜,且清洗后的铝合金表面经盐雾实验后依然光亮,有明显的二次相颗粒,无絮状物和氯化钠结晶体,其表面褐色腐蚀斑点也更小。结论 经清洗后,铝合金的盐雾腐蚀程度明显更轻,说明清洗剂中的缓蚀剂成分起到了保护作用,该清洗剂具有防盐沉降的作用,可提升航空铝合金的防盐雾腐蚀性能。     

油气井用安全避爆点火装置可靠性研究

目的 解决石油开采电缆射孔工艺中雷管存在的早爆风险给井场带来的安全隐患。方法 设计油气井用安全避爆点火装置,选用高安全性大电流雷管,采用电路隔离、传爆序列隔离设计方案,对装置内的压缩弹簧进行选型设计与分析,并完成该装置的保险解除及复位模拟试验。结果 所设计的安全避爆点火装置,使用截径5 mm规格的弹簧能满足压力导通要求,以及泄压后弹簧克服蠕变性能损失使装置切换为安全状态的要求,确保了施工状态与未施工状态下的管柱安全性。结论 该装置应用于电缆射孔作业中,提高了施工可靠性,同时可确保现场作业人员的安全。     

自供电式同步翻转电荷提取电路的优化设计

目的 解决现有接口电路俘能效率低、开关控制电路模块结构复杂等问题。方法 基于电压翻转及电荷提取技术,提出一种自供电式同步翻转电荷提取的压电能量俘获电路(Self-Powered Optimized Synchronous Inversion and Charge Extraction Circuit,SP-OSICE)。该电路设计了2个电压峰值检测电路,检测压电换能器两端电压峰值,并在正峰值处进行一次电压翻转,然后在负峰值处采用同步电荷提取方法,提取压电换能器寄生电容上储存的电荷,提高能量的收集效率。结果 在低负载区,SP-OSICE电路的输出功率略低于SICE电路的输出功率,随着负载电压的增大,SP-OSICE电路的输出功率略高于SICE电路,且可达到全桥整流电路最大输出功率的6倍以上。结论 SP-OSICE电路优化了SICE电路中的开关控制策略,无需整流桥结构,提高了接口电路的输出功率。整体电路采用自供电设计,无需外部辅助电路控制晶体管通断,降低了电路结构的复杂性。仿真和实验结果均验证了SP-OSICE电路的优势。     

无人直升机主桨毂中央件疲劳试验加载技术研究

首先基于2种不同旋翼构型无人直升机主桨毂中央件的结构形式和承载特点,介绍了现代无人直升机中央件疲劳试验加载技术及调试方法。随后对比分析了中央件疲劳试验中2种不同的离心力加载形式,给试验载荷(包括相位、位移和精度等)、试验频率及试验运行状态等方面带来的影响。最后,针对上述分析结果提出解决办法,为优化试验方案,提高试验加载精度,提升试验效率,保障中央件在地面疲劳试验中合理承载、传载及准确评估其结构疲劳寿命等提供了可靠的试验技术支撑,同时也为今后类似结构的主桨毂中央件地面疲劳试验技术发展提供了极有价值的参考和借鉴。     

高速土工离心机温升的数值模拟

目的 数值计算高速土工离心机机室温度分布,研究不同真空度和侧壁温度对机室温升的影响,并为高速土工离心机提出温控方案。方法 针对一款在建的高速土工离心机,采用SRF方法和RNG k-ε湍流模型对其进行数值计算,对比不同转速下离心机的温升。针对加速度为1 500g的运行工况,对比不同机室压力和侧壁温度对机室温升的影响。结果 高速土工离心机以1 500g加速度运行时,机室最高温度可达83 ℃。运行压力从100 kPa降至3 kPa,机室最高温度下降约15 ℃,侧壁温度每降低10 ℃,机室最高温度降低约5 ℃。另外,真空度配合侧壁冷却无法满足散热要求时,可考虑在机室顶部靠侧壁布置面积不小于顶部面积1/4的冷却环。结论 利用CFD数值计算方法,定量得到了高速土工离心机机室温度随转速、真空度和侧壁温度的变化,为其冷却方案的设计提供了参考。     

新型高强不锈钢在海水中的腐蚀行为研究

目的 确定新型高强不锈钢在海水环境中的耐蚀性能和腐蚀机理。方法 通过海水浸泡试验、动电位极化曲线和电化学交流阻抗测试考察新型高强不锈钢在海水环境中的腐蚀性能,并结合金相显微镜观察、X射线衍射分析(XRD)和X射线光电子能谱(XPS),分析该不锈钢的组织结构和钝化膜组成。结果 新型高强不锈钢在海水中的自腐蚀电位稳定在0.012~0.020 V,点蚀电位为1.10 V,保护电位为0.89 V。海水中浸泡45 d后,电化学阻抗值仍然保持在10⁶ Ω.cm²数量级。这说明钝化膜表面并未出现点蚀的形核,钝化膜仍具有较好的保护性。该不锈钢具有典型的孪晶奥氏体结构,形成的钝化膜表层主要成分为FeOOH、Cr(OH)3等氢氧化物,内层成分主要为Fe3O4、Cr2O3、CrO3、单质Ni,具有较强的钝化膜修复能力。结论 该不锈钢在海水中具有良好的耐蚀性。     

核电材料辐照损伤的多尺度高通量计算模拟

反应堆压力容器用钢等核电材料在持续服役中,由于中子辐照造成其内部缺陷不断累积,致使材料组织结构损伤、性能劣化,对核电安全运行形成潜在威胁。多尺度计算模拟是探索辐照缺陷演化机理的有效手段,结合等效缺陷结构理论,有望实现核电材料服役行为的高效评价与预测。文中综述了多尺度计算模拟在核电材料辐照缺陷演化相关研究领域的进展,并对缺陷结构的多尺度演化本质及相应的多尺度高通量计算模拟方法进行了分析讨论。结果表明,通过缺陷结构特征能量等效传递的方法可以实现从第一性原理计算到缺陷扩散反应动力学等高通量计算模拟的跨尺度耦合;通过多尺度高通量计算模拟得到的缺陷演化热力学和动力学数据,可以搭建用于预测核电材料长期服役行为的材料基因工程数据库;在材料缺陷结构特征能量-组织结构-性能关联性探讨基础上,应用高通量计算模拟,辅以高通量实验数据验证,有望建立基于材料基因组结构能的服役安全工程模型。