静态条件下闭孔泡沫铝气泡形成过程模拟研究

以静态条件下闭孔泡沫铝的空气发泡过程为研究对象,在聚乙烯醇水溶液中进行模拟研究.通过改变入射压缩空气的流量、压力,液体的粘度,出气孔的直径、数量、出气孔表面距液体表面的距离等实验条件,建立静态条件下液体表面气泡直径的预测模型,以便对铝熔体的泡沫特性和闭孔泡沫铝的胞直径进行科学有效的控制.在静态水模拟实验条件下获得了液体表面气泡直径预测模型.当入射空气的压强、气流量,液面高度,出气孔直径增大时,气泡直径随之增大;当出气孔数量,液体粘度增大时,气泡直径减小,表面张力对气泡直径的影响可以忽略不计;静态条件下液体表面气泡直径的预测值和实验测量值符合得较好,相对误差分布在-5.04%～6.32%之间.     

泡沫铝发泡过程的模拟研究

采用数值模拟描述气泡在铝熔体中的形成过程,并结合水模拟和铝熔体发泡实验,研究了不同空气参数及聚乙烯醇水溶液物性对浸没孔中气泡形成尺寸的影响.研究结果表明,当单个出气孔的入射空气流量(0.156~0.468 L/m in)与出气孔直径(0.2~0.3 mm)增大时,气泡尺寸从2.41 mm增大到3.2 mm;当出气头的锥角(0°~45°)和熔体黏度(3.57~10.25 mPa.s)增大时,气泡尺寸从2.38 mm减小到3.29 mm.另外,随着气泡长大,出气口处气液界面的接触角逐渐减小;出气头锥角越大,生成的气泡脱离时间越早.数值模拟获得的气泡尺寸与水模拟和铝熔体发泡实验得到的结果基本一致.     

泡沫铝发泡过程的模拟研究

采用数值模拟描述气泡在铝熔体中的形成过程,并结合水模拟和铝熔体发泡实验,研究了不同空气参数及聚乙烯醇水溶液物性对浸没孔中气泡形成尺寸的影响.研究结果表明,当单个出气孔的入射空气流量(0.156～0.468 L/min)与出气孔直径(0.2～0.3 mm)增大时,气泡尺寸从2.41 mm增大到3.2 mm;当出气头的锥角(0°～45°)和熔体黏度(3.57～10.25 mPa·s)增大时,气泡尺寸从2.38 mm减小到3.29 mm.另外,随着气泡长大,出气口处气液界面的接触角逐渐减小;出气头锥角越大,生成的气泡脱离时间越早.数值模拟获得的气泡尺寸与水模拟和铝熔体发泡实验得到的结果基本一致.     

发泡工艺参数对铝熔体泡沫生成量的影响

利用空气发泡法研究发泡温度、入射气体压力和流量以及吹气头往复运动频率对铝熔体泡沫生成量和熔体表面气泡尺寸的影响,分析了气泡尺寸对其内部气体压强和发泡工艺参数对铝熔体泡沫生成量的影响.研究结果表明,铝熔体泡沫生成量随射入空气P1V1值的增大而增加.当P1V1从5.7 MPa·cm3/min增加到7.2 MPa·cm3/min,铝熔体表面的气泡半径尺寸由6.93 mm增加到7.46 mm,铝熔体泡沫的生成率从3 210 cm3/min增加到4400 cm3/min.当入射气体P1V1为5.67 MPa·cm3/min时,发泡温度由620℃升高到640℃,气泡半径由3.57 mm增大到3.66 mm,泡沫生成量由288 g增大到2 978 cm3/min.     

发泡工艺参数对铝熔体泡沫生成量的影响

利用空气发泡法研究发泡温度、入射气体压力和流量以及吹气头往复运动频率对铝熔体泡沫生成量和熔体表面气泡尺寸的影响,分析了气泡尺寸对其内部气体压强和发泡工艺参数对铝熔体泡沫生成量的影响．研究结果表明,铝熔体泡沫生成量随射入空气P1V1值的增大而增加．当P1V1从5．7MPa·cm^3／min增加到7．2MPa·cm^3／min,铝熔体表面的气泡半径尺寸由6．93mm增加到7．46mm,铝熔体泡沫的生成率从3210cm^3／min增加到4400cm^3／min．当入射气体P1V1为5．67MPa·cm^3／min时,发泡温度由620℃升高到640℃,气泡半径由3．57mm增大到3,66min,泡沫生成量由288g增大到2978cm^3／min．     

铝熔体吹气发泡过程的水模拟研究

通过水模拟实验描述了气泡在铝熔体中的形成过程,结合铝熔体发泡实验,研究了不同工艺参数对浸没孔中气泡形成尺寸的影响.研究结果表明,气泡在膨胀过程中为椭球体.当出气管的最大往复平动线速度由0变为366 mm/s时,水溶液表面气泡尺寸从3.4减小至2.6 mm,泡沫铝的胞直径由10.4减至3.0 mm.水模拟实验结果表明,随着气流量的增加（0.025~0.075 L/min）以及聚乙烯醇水溶液粘度的增大（2.27~16 mPa.s）,气泡的直径由1.5增加到2.7 mm;随着出气口距液面距离从150增至330mm,气泡直径从2.3增至2.6 mm,而实际泡沫铝胞直径为2.7 mm,考虑静压力并修正后,实验值与预测值的相对误差由15.45%减小至3.22%.     

铝熔体吹气发泡过程的水模拟研究

通过水模拟实验描述了气泡在铝熔体中的形成过程,结合铝熔体发泡实验,研究了不同工艺参数对浸没孔中气泡形成尺寸的影响.研究结果表明,气泡在膨胀过程中为椭球体.当出气管的最大往复平动线速度由0变为366 mm/s时,水溶液表面气泡尺寸从3.4减小至2.6 mm,泡沫铝的胞直径由10.4减至3.0mm.水模拟实验结果表明,随着...     

泡沫铝板的表面致密化研究

采用直接消泡法在连续生产闭孔泡沫铝板的同时,使泡沫铝材的表面形成厚度可控的表面致密层.研究了预置消泡层厚度、预热挤压辊、预热网带和生产速度对表面致密层的影响;分析了致密层厚度对泡沫铝压缩和弯曲性能的影响.研究结果表明,当采用40目网带,预置消泡层厚度为4 mm,加热辊和网带预热温度为700℃,生产速度为140 mm/m...     

泡沫铝压缩试验及等效仿真模型研究

为了研究泡沫铝结构在直升机耐坠性设计中的应用效果,本文基于万能材料试验机和霍普金森压杆分别对两种相对密度的闭孔泡沫铝在准静态（0.001/s）和高应变率下（500/s、1 000/s）的力学性能进行了测试;然后,建立了可反映应变率效应的泡沫铝等效有限元模型;最后,将泡沫铝等效模型应用于直升机驾驶舱耐坠性的仿真中,分析了置入不同密度泡沫铝等效模型后直升机受到的冲击和变形情况.结果表明：泡沫铝的平台应力以及质量比吸能随相对密度、应变率的增加而增加,但密实化应变则相反;泡沫铝等效有限元模型与实验结果曲线保持一致,模型准确性较高;此外,通过置入两种密度的泡沫铝材料,驾驶舱地板的最大变形量分别减少了28%和73%,机身部件的承载压力平均减少了28%和42%,高密度泡沫铝承载能力更强,效果更好.     

闭孔泡沫铝与铝及铝合金覆板的冶金结合

利用直接冶金结合方法,研究了铝及铝合金覆板的厚度及复合温度与时间对闭孔泡沫铝夹心三明治与覆板结合层厚度的影响.利用金相显微镜观察了泡沫铝夹心与覆板结合界面的微观组织,并测量了结合界面的扩散层厚度和显微硬度.研究结果表明,铝熔体与纯铝和铝合金覆板复合温度越高,复合时间越长,他们之间的扩散层厚度越大;当纯铝板的预热温度为400～450℃,复合速度为53.9～74.4 mm/min时,泡沫铝夹芯与纯铝板形成良好冶金结合,复合界面的互扩散层厚度为39～44μm;当铝合金覆板的预热温度为240℃,复合速度为58.3 mm/min时,制备铝合金覆板泡沫铝三明治所需的铝合金板最小厚度应为7.9mm.     

闭孔泡沫铝的孔隙结构及压缩变形过程研究

为研究压缩空气法制备的闭孔泡沫铝的孔隙结构对其力学性能的影响和压缩变形过程,测量了不同密度泡沫铝的孔隙结构参数,分析了孔径与密度关系,并通过单向压缩实验,分析了密度对破碎压力和杨氏模量的影响以及裂纹产生与扩展情况.研究结果表明：泡沫铝的孔径与密度的关系为ρ＊=0.108 5＋4.862 7exp（-0.608Φ）.在单向压缩时,随着压缩载荷的增加,孔壁在弹性变形后产生弯曲,裂纹首先在应力集中的缺陷处和孔壁强度低的位置产生向次薄弱的孔壁扩展.应力水平越高,裂纹扩展越快;当孔的壁面上存在强度差异时产生褶皱;裂纹贯穿孔壁后发生失稳断裂并可能发生转动,并导致塑性坍塌;应变继续增加,孔穴破碎进入致密化过程.     

高性能轻质注浆材料制备与微观结构分析

隧道工程长期处于潮湿环境,对壁后注浆材料要求较高。针对隧道工程的特点,采用阴离子表面活性剂改性动物蛋白母液,通过添加醇类稳泡剂,制备新型发泡剂;通过掺入不同极性大分子物质的方式逐步提升母液的起泡及稳泡能力,最终确定最佳配比。研究表明,掺适宜的发泡剂和稳泡剂,可提高泡沫的强度、韧性和黏度,减少沉降和泌水;当起泡组分为0.8%,稳泡组分为0.15%时,发泡剂起泡和稳泡性能最好,所制备的注浆材料结构和性能优良;通过微观结构分析发现水胶比从0.40增大到0.48,泡沫量多,易产生连通孔,孔径均匀性变差,沉降增加。     

发泡条件对基质沥青发泡膨胀率的影响

通过建模软件Solidworks对沥青发生装置进行三维建模, 采用有限元仿真软件Fluent分析了不同参数条件下基质沥青的发泡过程, 并对比了试验结果和仿真结果, 分析了应用有限元仿真技术研究基质沥青发泡膨胀率的可靠性; 对发泡腔和发泡腔内各流体材料进行有限元仿真, 利用Fluent中的后处理功能得到了发泡腔的温度、速度、压力和各相的分布云图。仿真结果表明: 在整个发泡过程中, 基质沥青温度的增大使沥青黏度下降, 发泡腔内水蒸汽增加, 当基质沥青温度从120℃升高到160℃时, 基质沥青的发泡膨胀率从4增大到11, 说明基质沥青温度的变化对其发泡膨胀率的影响很大; 基质沥青流量的增大起到增加发泡腔内基质沥青总量和减少基质沥青之间相互接触时间和接触面积的作用, 当基质沥青入口流量从60 g·s-1增大到120 g·s-1时, 基质沥青的发泡膨胀率为7~11, 表明基质沥青流量的变化对其发泡膨胀率的影响很大; 当用水量从2.0%增大到3.5%时, 基质沥青的发泡膨胀率基本不变, 说明用水量对基质沥青发泡膨胀率的影响不大; 仿真得到的最低发泡膨胀率为3.57, 此时发泡条件参数分别是基质沥青流量为120 g·s-1, 基质沥青温度为120℃, 发泡用水量为3.0%。      

水中气泡运动规律的研究

通过对水下气泡的受力分析,建立气泡在水中运动的微分方程,通过数值方法进行简化求解,得出用水深表示速度的ω(h)解析关系式,用以描述气泡运动包括加速段的整个过程.气泡急剧加速上升阶段很短,与直径有关;上升的最终速度与气泡的直径有关,与水深无关;接近恒速阶段的起始速度与水深有密切关系.     

膏剂法渗铝工艺及性能的研究

研究了膏剂法渗铝中渗剂的配比，渗铝时加热温度和保温时间以及粘结剂的类型对Q235钢表面渗铝层的组织和抗高温氧化性能的影响。结果表明：膏剂法渗铝时，随渗剂配比中铝粉含量的增加，渗铝层度增加；但当铝粉含量达到35％时，表面粘铝现象较严重。因此铝粉的含量最好是在20％－30％范围内，而且渗铝时加热温度越高，保温时间越长，渗铝层度越深。粘结剂的酸碱性也对试样表面渗铝层的深度有影响。采用的粘结最好为中性的聚乙烯醇，不论是何种渗剂配比，渗铝后其试样的抗氧化能力均比未处理的高，并且渗剂配比中铝粉含量越高，其抗氧化能力就越高。     

低速下不同入口位置塔式曝气池气液两相数值模拟

为了研究不同入口下塔式曝气池气液两相流动规律,采用欧拉双流体模型耦合群体平衡模型（PBM,population balance model）,在对计算域网格及气相分布与实验验证的基础上,研究了四种距离曝气池底部中心不同位置处的入口对曝气池内气液两相流动的影响,探讨了气含率、气泡数密度、液相水平速度等流体动力学性质,以期为塔式曝气池设计提供指导和依据.研究结果表明:欧拉双流体模型耦合PBM的模拟结果优于单一气泡尺寸的欧拉双流体模型;曝气池内气含率、气相分布、旋涡强度、液相水平速度均受入口位置影响;当入口位置逐渐远离曝气池中心时,气相分布逐渐呈之字形,旋涡强度增大,气含率及气泡羽流周期则先增大后减小;入口位置对气泡数密度无明显影响,气泡数密度在气泡直径5.95 mm下分布最多.