这款国产软件打破了国外垄断 对中国先进航空发动机研制意义重大(3)

2019-03-14 13:05:21  北京日报  

单晶叶片到底如何而成?许庆彦描述:在定向凝固炉中,液态金属浇入陶瓷型壳,静置一段时间后,跟随特殊的抽拉机构,自上而下运动,从高温区进入低温区,叶片随之自下而上生长凝固,再经过特殊结构的选晶器,就能够形成单晶叶片。

不同于普通的钢材制作,单晶叶片要求未凝固高温合金液体要沿同一方向慢慢凝固,最后形成所有原子排列一致的单晶体。这样,排列整齐的材料才能承受高温。这就是单晶高温合金制造的秘密所在,也是难点所在,单晶高温合金涡轮叶片定向凝固过程多尺度建模与仿真系统就是要解决这个难点和科学问题。

许庆彦介绍,项目创新点在于首先开展了定向凝固过程宏观、微观多尺度耦合建模,开发的数值模型既可模拟凝固过程中整个叶片的宏观温度场和微观组织,又可预测可能产生的缺陷。在数值计算方法上,他们提出了射线追踪计算热辐射的工程计算方法,可用于计算凝固过程中叶片与炉壁之间的辐射换热,再将热量、质量和动量等方程联立求解,进而预测晶体生长情况。这相当于给单晶叶片生成过程建了一套模拟系统,一些规律和潜在的风险可以提前掌握,指导科研人员实际操作,避免了“闭着眼睛浇”。

辐射换热过程中的计算量大、计算效率低。为了提高效率,研究团队发明了有限差分网格存储新方法,模拟软件中只存储跟叶片有关的有效数据,而不存储其他多余的无效数据,由此可节省内存76%;另外,研究者还发明了整体组织分层算法,可实现边凝固边存储数据,能大大提高计算规模。

一门自动化课程激发创新灵感

“70后”教授许庆彦来自山东,在改革开放十年后的1988年考入哈尔滨工业大学,本想学当时热门的自动化,却被调剂至铸造专业。至今回想起当时的心情,他用了五个字形容——极度不情愿,“以为铸造很土,就是翻砂。”去了学校,走进高大上的实验室,他才了解到,这个专业在全国数一数二,实验仪器设备也相当高大上。老师还说,铸造不仅是一门历史悠久的工艺方法,更是一门现代科学技术,这里面学问大着呢!自此,许庆彦改变成见,刻苦攻读,一口气读到了博士。

今日热点

小编推荐

频道热点

关闭
X
本网页已闲置超过2分钟,点击关闭或空白处,即可回到网页