核艦艇汽輪機調節閥界面動特性機理與控制研究

《核艦艇汽輪機調節閥界面動特性機理與控制研究》是依託杭州電子科技大學，由許靜擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：核艦艇汽輪機調節閥界面動特性機理與控制研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：許靜
• 依託單位：杭州電子科技大學

項目摘要

核艦艇汽輪機調節閥閥桿間隙汽流激振問題制約了調節閥性能向高可靠性發展。本項目針對調節閥的關鍵共性問題——閥桿振動、磨損、斷裂問題導致機組不穩定運行，以界面效應為切入點，開展織構化界面動特性控制來抑制調節閥振動的研究，從根源上主動控制界面上的蒸汽流動，通過分子動力學模擬，動靜態潤濕性實驗，非線性振動能量分析、流固耦合分析、振動模態分析等方法，提出仿生微織構表面的構建原理與加工方法，揭示曲面基體界面動特性作用機理。通過界面拓撲形狀、尺度、曲率的設計，考慮液滴初始缺陷及遲滯性的影響，構建表面能梯度以實現液滴自輸運行為，提出一種集拓撲結構性質分析、汽流激振抑制方法於一體的調節閥界面動特性控制研究新策略。相關研究可豐富界面科學與摩擦學的理論基礎，並從本質上為抑制汽輪機調節閥閥桿振動磨損斷裂導致機組不穩定運行提供理論依據和工程指導。

結題摘要

本項目針對調節閥的關鍵共性問題——閥桿振動、磨損導致機組不穩定運行，以界面效應為切入點，開展織構化界面動特性控制來抑制調節閥振動的研究。通過雷射加工製備實驗樣品，系統總結織構化界面的物理構造與加工工藝，創新性的提出雷射加工中存在的現象—能量殘餘現象。研究不同粗糙度基底、織構化表面的織構形狀、尺寸等重要參數對潤濕性以及接觸角時變效應的影響規律，並行考慮了介質物性對潤濕性力學行為的影響，研究了粗糙基底液滴Wenzel-Cassie潤濕狀態的轉換過程。重點研究織構化界面潤濕性力學行為及流體輸運界面動力學影響，通過外界強迫振動能驅動液滴橫向運輸，研究共振頻率振動下微織構基底上液滴的瞬態輸運過程，並建立強迫振動驅動液滴遷移位移模型，用以預測其在固體表面運動遷移的完整軌跡。同時，基於彈性動力學，研究振動基液滴動態潤濕性和彈性波散射的關係，分析彈性波散射對潤濕特性的影響。建立強迫振動傾斜液滴運動演變理論模型，定量分析振動液滴的鋪展速度、直徑和係數與時間的關係，揭示振動液滴在織構表面的輸運機制。最後，以織構化閥芯液壓閥作為研究對象，基於實驗和兩相流數學計算模型，研究織構液壓閥阻流特性和回響性的影響機理，探索閥門性能與織構化表面的關聯本質，並提出了相應的微織構的形狀、面積比以及寬高比的最佳化方案。最後開展液壓閥船用實際工況台灣海峽延平二號科考船搭載實驗，以分析複雜工況下的織構化液壓閥的可行性，實現微結構降壓、減漏及流體輸運控制關鍵技術, 提出一種集拓撲結構性質分析、汽流激振抑制方法於一體的調節閥界面動特性控制研究新策略。本項目以艦艇用閥門為研究對象，屬於國家未來10-20年發展的戰略需求中共性科學問題上的極端服役裝備的功能創成，其科學意義在於通過織構設計控制液膜界面特性，提高閥門動壓承載與回響特性，使調節系統穩定運行，可為國防裝備性能的極端化與可再生能源的社會套用提供科學支撐。