聚丙烯腈同轴电射流打印研究

同轴电射流打印是一种基于电流体动力效应的打印技术,其优势在于打印分辨率高,且不易受外界环境干扰。以聚丙烯腈溶液为内液,硅油为外液,研究了聚丙烯腈同轴电射流打印的关键参数(电压,喷针内径,内液流量)对于打印结果的影响。研究发现,随着电压增大、喷针内径降低、内液流量减小,外层液体对内层液体聚焦效果增强,同轴射流直径减小,打印的聚丙烯腈线宽减小。     

同轴静电雾化切削雾化研究

同轴静电雾化对于实际切削加工具有重要影响,通过搭建同轴静电雾化切削平台,利用显微成像系统进行植物性润滑油LB2000和去离子水两种互不相溶液体介质的同轴静电雾化切削雾化试验,研究了电极电压以及内外流量对雾化形态的影响,并将同轴静电雾化切削三维模型导入Ansoft Maxwell有限元仿真软件中,研究电压对喷嘴、刀具和工件之间静电场强度的影响。结果表明:同轴静电雾化切削中出现"滴状"模式、"脉动"模式、"锥射流"模式以及"不稳定"模式;与其他模式相比,稳定的锥射流是适合用于切削加工冷却润滑的同轴静电雾化模式。分析研究了稳定锥射流形成机理,获得了形成该模式的雾化参数范围,结合同轴静电喷雾切削静电场仿真结果,揭示了电极电压对同轴静电雾化切削的雾化形态影响机理,为同轴静电雾化切削的实际应用提供依据。     

PZT纳米梁的制造和压电信号测试

压电纳米器件具有体积小、灵敏度高、可集成度高等优点.阐述了同轴聚焦电流体喷射打印技术的原理,研究了电压、内液流量、喷针与衬底的距离对打印线结构的尺寸与形状的影响.根据实验结果,设置电压为5.7 kV,内液流量为70 nL/min,喷针与衬底的间距为17 mm,打印出直径约80 nm,长度约70μm的PZT纳米梁.此外,采用探针台、电荷放大器和数字万用表搭建的检测装置,测试分析了单根PZT两端固支梁的压电信号,当梁中点的变形约3μm时,产生的电荷量达到10-4 pC量级.     

PZT纳米梁的制造和压电信号测试

压电纳米器件具有体积小、灵敏度高、可集成度高等优点.阐述了同轴聚焦电流体喷射打印技术的原理,研究了电压、内液流量、喷针与衬底的距离对打印线结构的尺寸与形状的影响.根据实验结果,设置电压为5.7 kV,内液流量为70 nL/min,喷针与衬底的间距为17 mm,打印出直径约80 nm,长度约70μm的PZT纳米梁.此外,采用探针台、电荷放大器和数字万用表搭建的检测装置,测试分析了单根PZT两端固支梁的压电信号,当梁中点的变形约3μm时,产生的电荷量达到10-4 pC量级.     

基于双电极荷电雾化的乙醇锥-射流特性

为合理设计微型荷电喷雾燃烧器,开展液体乙醇雾化试验研究。基于毛细管电极-环形电极-网格双电极燃烧器,得到稳定的锥-射流雾化工作模式。采用光学可视化方法获得雾化形态,测量锥角及电压,并与单毛细管电极的雾化结果进行了对比,讨论环形电极对锥-射流雾化模式的影响。理论分析荷电雾化锥-射流模式产生的液锥面受力情况,在液锥垂直面上基于受力平衡建立力学模型,并根据双曲线模型,求解液锥的半锥角。研究表明:在电压达到一定值时,流体会形成具有固定锥角的锥-射流,该临界锥角远小于Taylor半锥角49.3°,更加接近理论计算值34.72°。在相同雾化模式下,双电极形成的锥-射流锥角小于单电极形成的锥角。采用双电极雾化装置,选择合适电压的环形电极,可以显著降低毛细管电压,促进稳定的锥-射流雾化的形成。     

电场驱动喷射高粘度导电材料的3D打印机理研究

为了实现高粘度导电材料在3D打印制造嵌入式封装电子产品中的高精度打印,本文通过理论分析与实验验证相结合的方法,揭示了喷嘴结构与电场对流体流速与液滴形态的影响,最终得出相同气压下,喷嘴尖端处越短,截面收缩越大,液体流速越快;电场除了对液滴有收缩形成泰勒锥的作用,还会影响液体流速;对于超高粘度导电材料的打印,对打印结果影响最大的因素是气压与平台移动速度,在一定气压与电压范围内,打印均能实现,而通过调整平台移动速度可改善喷印质量。研究成果对改善高粘度导电材料的3D打印形貌、成型精度和可控性提供了理论基础和方向指导。     

基于EHD微纳尺度3D打印中导电银浆成线规律的实验研究

基于EHD微纳尺度3D打印技术(电喷印)是最具应用前景的微纳尺度3D打印技术之一。通过实验研究了电喷印过程中导电银浆体积浓度、喷印距离、喷印电压及喷印头移动速度对成线性能的影响。实验结果表明:外加电压在一定范围内能形成泰勒锥,过大或过小都会影响泰勒锥的形成;在此范围内存在最佳值2 000 V,使线宽最小。随着喷印头移动速度的变化,线宽变化显著,速度过小或过大分别导致线宽过大或无法成线的现象。导电银浆体积浓度过小会导致线宽过大、体积浓度过大导致粘度过大无法喷印;存在最佳值6:1使线宽最小。在一定的喷印距离0.05~0.1 mm的范围内变化时,可以形成稳定喷印。距离过大或过小会导致无法成线现象。     

用于微热板气体传感器的EHD打印有限元仿真北大核心CSCD

为了研究通过电流体动力学(EHD)打印在微热板上涂覆气敏材料过程中各参数对锥射流形成的影响,采用多物理场有限元仿真软件分析了锥射流形成过程。高速摄像机拍摄锥射流形成过程与仿真锥射流形成过程一致,验证了仿真分析的有效性。仿真结果表明:随着针头与衬底之间距离减小,锥射流形成时间单调减小;针头内径和接触角的增大都会使锥射流直径增大。根据仿真结果优化EHD打印参数,在微热板上打印花状气敏材料,不但保留了材料的微观纳米结构,而且形成了较为均匀的薄膜。     

结合水下注气系统的高压水射流清洗技术的研究

为了有效扩大水下高压水射流清洗喷嘴的有效靶距,提出了一种结合水下注气系统的高压水射流清洗技术;设计了一套结合水下注气系统的高压水射流水下模拟实验装置,该装置通过水面高度控制和压力控制有效抑制了大流量水射流实验工况下的内部压力波动;计算并分析了在水深为10m的水下清洗过程中,喷嘴外环流内的气液比对射流流场的影响。分析结果表明,增大喷嘴外环流中的气液比,可以有效地增大射流的喷射速度,研究结果为水下清洗实际作业提供了理论依据。     

外加电场作用下双电层电粘度对水润滑特性的影响

根据双电层理论,建立了外电场作用下流体润滑中的双电层引起的电粘度效应的数学模型,并通过组合滑块水润滑试验考察了双电层的电粘度效应对流体润滑性能的影响。结果表明,外加电场作用下,双电层电粘度效应对摩擦因数具有明显影响;当速度较低时,随着外加电压的增加,摩擦因数明显增大;随着速度的增加,摩擦因数增大幅度减小;试验结果同所建立的数学模型相符。     

射流式采沙系统中液固两相流的数值模拟

疏浚设备泥沙吸取过程属于稠密固液,为了研究两相流动中液固两相的流动特性,对一种射流式泥沙采集器内的两相流流动进行了数值模拟。基于欧拉双流体模型,研究了不同射流速度,不同的吸引流流量对采集器出口的泥沙浓度的影响。结果表明采用欧拉双流体模型的仿真结果可以较好的吻合实验数据,当射流速度增大时,出口处的泥沙浓度也随之增大,当射流速度一定时,出口处的泥沙浓度一开始随着吸引流流量增大而增大,之后随其增大而降低。     

近场电流体动力锥射流微图案化打印方法研究综述

电流体动力打印技术是实现柔性电子器件高分辨率微图案化直写打印的重要技术和方法,目前还面临着锥射流形成和空间运动不稳定性等诸多挑战。总结了电流体动力锥射流打印技术实现高分辨率微图案化稳定打印的研究进展,综述了电流体动力形成细小而稳定的泰勒锥射流,以及射流在空间运动稳定性的影响因素。影响锥射流的稳定性的因素众多,采用响应面法分析工艺参数和打印质量之间的关系,进行参数优化,是实现电流体动力微图案化稳定打印的常用方法。     

基于射流与两相流的射流曝气器研究

采用数值模拟的方法研究了射流器的射流及气液两相流动，并改变射流曝气器的长径比和喷嘴面积比，计算射流曝气器的两相流的气液流量比，分析了长径比和喷嘴面积比对射流曝气器流场和空气与液体流量比的影响以及喷嘴与混合管的相对位置对气蚀的影响，最后提出了新型射流曝气器主要结构的合适参数。     

基于模式识别的等离子射流形态特征的研究

射流形态是熔射过程中最直观的射流信息,它是熔射各工艺参数稳定与否的直接反映。本文提出基于CCD对氩氮等离子熔射射流进行图像采集,利用数字图像处理方法提取射流形态,以射流狭长度来描述射流形态特征的识别方法。实验研究结果表明:射流狭长度特征可以很好地反映不同工艺条件下射流的形态特点;通过实验分析主要工艺参数对该特征的影响规律,得到输入电压对该特征有主要影响的结果;结合相应工艺条件下粒子飞行行为检测实验结果,对该射流诊断系统进行验证,表明该系统可实际应用于RSTP的工艺分析中。     

鞘气聚焦电纺射流喷射的电学特性

开展了鞘气聚焦高效率纺丝射流喷射的研究。搭建了带有微弱电流检测模块的鞘气聚焦电纺喷射实验平台,讨论了鞘气约束作用下纺丝射流的流变与运动行为,结合理论模型分析了鞘气供气压强等工艺参数对纺丝电流的作用规律。实验显示:鞘气聚焦促进了射流的拉伸细化,降低了射流喷射临界启动电压,减小了纳米纤维的直径、提高了电纺纳米纤维的均匀性。当供气压强由0kPa上升到50kPa时,射流喷射平均临界启动电压由10.2kV降低至2.9kV;施加电压为4kV时,经4.4s产生峰值为532nA的冲击电流,稳定喷射阶段纺丝电流为300~500nA。鞘气聚焦还减小了射流直径和表面电荷密度,纺丝电流减小至没有鞘气聚焦时纺丝电流的1/7;纺丝电流随着鞘气压强、喷头至收集板距离的增加而降低,随着施加电压和溶液质量百分数的增加而增大。得到的结果表明:鞘气聚焦抑制了射流喷射过程的电荷干扰,减小了纺丝射流直径,提高了静电纺丝的稳定性。该方法为改善静电纺丝技术的控制水平提供了新的途径。     

基于微流控原理的液体粘度测量方法研究

针对传统粘度测量装置体积庞大,检测精度不高,不能满足液体粘度抽检时的快速高效要求的问题,以对称腔体、共用通道和T型管道等结构设计了一种液体粘度测量装置。并基于微流控技术的原理,推导得出待测液体液滴形成频率和其粘度的关系,在微流量泵流量速度为2.4 m L/h的条件下,分别对不同粘度的油和乙醇溶液进行了测试。实验结果表明,通过油滴形成频率可以测量未知液体的粘度值,且可靠性更高,粘度测量的平均相对误差为3.52%,满足实际使用中的粘度测量要求。     

泥浆射流泵冲蚀磨损特性

为了研究泥浆射流泵的冲蚀磨损特性,基于欧拉-拉格朗日方法对泥浆射流泵内部的固液两相流动开展了数值模拟,重点对泥浆射流泵内部液固两相流的冲蚀磨损规律进行了研究。结果表明：泥浆射流泵喉管进口和喉管中后段是产生冲蚀磨损的主要部位,吸入室和扩散管未产生明显冲蚀磨损。颗粒质量流量从1 kg/s增大到1.8 kg/s时,泥浆射流泵最大冲蚀速率增大了93.7%;泥浆流速从2 m/s增大到5 m/s时,最大冲蚀速率增大了11.48倍;颗粒直径从200μm增大到450μm时,最大冲蚀速率先减小后增大。相较于颗粒质量流量和颗粒直径,泥浆流速对射流泵内表面的冲蚀磨损影响更大,但产生冲蚀磨损的主要部位不会随泥浆流速、颗粒质量流量和颗粒直径发生明显改变。研究成果可为射流泵的设计提供参考。     

静电涂油机油液雾化实验与仿真研究

油液的雾化直接影响静电涂油机的喷涂质量,通过静电涂油机的油液雾化实验得到了油液雾化过程的主要指标和影响油液雾化质量的主要因素,根据二者之间的关系建立了静电涂油机油液喷射雾化的数学模型。使用V isual C++面向对象技术和开放图形库,根据所建立的数学模型,模拟了不同电压下油液的静电雾化形态。理论分析和实验研究表明:射流长度随电压的升高和刀梁到钢板距离的减小而越小,雾化角随电压的升高和刀梁到钢板距离的减小先增大后减小。对比不同电压下的油液雾化照片,雾化形态模拟图基本实现了静电喷涂中油液雾化的动态过程,达到了预期的仿真目的。     

基于快速成型技术的射流电铸试验研究

介绍了自行研制的射流电铸快速成型设备的系统组成与原理 ,对射流电铸工艺特点进行了实验研究。结果表明 ,在其他工艺参数一定时 ,射流电铸的电流密度和电铸速度随电铸电压增大而增大 ,实验中可用电流密度高达380A/dm2 ,远高于传统电铸电流密度。喷嘴口径一定时 ,喷射距离近、电流密度低 ,射流电铸的定域性好。电流密度对铸层表面形态有较大的影响。用射流电铸快速成型设备制备了一组具有一定形状的金属铜零件。     

泵送大粘度液体的双腔并联压电泵设计与试验研究

为使双腔并联压电泵能够输送较大粘度的液体,设计了一种以5⁷μm厚度铍青铜材料加工而成的薄片型轮式平板阀。在理论上分析了阀的过流特性,确定了影响通过阀体流量的因素,即阀自身的几何尺寸、作用在阀两侧的压力差及液体粘度对其影响,并以试验的方法确定了当阀片半径为3.25mm、阀孔半径为2.75mm时,双腔并联压电泵输出流量最好。分别以不同浓度的甘油水溶液作为试验液体,测试了在不同液体粘度、不同工作频率下双腔并联压电泵的输出流量。试验发现,随着液体粘度的增加,阀开启时的阻力增大,开启量变小,阀和压电振子之间振动相位差不断加大,截止性能变差,压电泵净输出量减少。在液体粘度μ=1.311mPa·s时,压电泵的最大输出流量可达1300mL/min,而当液体粘度μ=234.6mPa·s时,压电泵的最大输出流量仅为30 mL/min左右。试验结果为获得双腔并联压电泵输送不同粘度液体的能力提供了可靠的数据。