用于固液界面减阻无氟超疏水表面制备新方法

现阶段超疏减阻表面常用低表面能的氟化剂制备不绿色环保,为实现超疏水减阻表面的无氟化,提出一种可用于固液界面减阻的无氟铝合金超疏水表面制备新方法.首先,采用化学腐蚀技术在铝合金基底上快速制备微纳量级表面粗糙结构,再利用天然松香溶液和炭黑悬浊液进行表面修饰改性处理,替代传统氟化物.在表征上,分别采用扫描电子显微镜(SEM)、接触角测量仪和X射线能谱分析(EDS)来分别表征微观结构尺寸、表面润湿性和元素分析.通过不断优化表面结构和修饰溶液浓度,在铝合金样品上制备出接触角为155°,滚动角为1.38°处于Cassie模型状态的超疏水表面.结果表明:所构建的无氟超疏水表面经受80次浸没取出循环完整性良好,此外在速度为1.4 m/s连续水滴冲击3 h后仍保持良好的超疏特性;通过减阻冲刷实验装置测试,在0.5～3.5 m/s冲刷流速范围内,本方法制备的无氟超疏表面可达到20%～30%减阻率,从而验证了新方法在超疏减阻应用中的有效性.整个制备过程简单、成本低廉且无氟环保,利于规模化生产应用.     

表面活性剂紊流输水减阻的雷诺应力及能量传递

为揭示表面活性剂减阻水溶液紊流的减阻机理,通过分析各种试验结果后指出,雷诺剪切应力的大幅降低是源于表面活性剂的去相关作用;通过二维矩形封闭流道的时均能量、紊流能量的平衡分析,表明胶束剪切应力从时均流获得能量对低雷诺应力工况下紊流的产生和维持起了决定性作用,减阻率与胶束剪切应力从时均流获得的能量大小之间存在负相关关系。在二维明槽中,使用二维激光多普勒流速仪实测的表面活性剂减阻水溶液的主流方向速度脉动能谱表明,大尺度涡体含能较牛顿流体大,小尺度涡体含能低于牛顿流体,能量耗散尺度增大,这是表面活性剂减阻水溶液紊流能量传递的基本特征。     

弹性管湍流输水减阻的效果评价和应用前景分析

为开发弹性管减阻技术,通过双重管结构,在对弹性管外壁充入几乎与管内压力相平衡的压力空气的条件下,实验考察了弹性管湍流输水的减阻效果。研究结果表明:基于双重管的弹性管减阻特性的评价是可行的;弹性管的壁厚越小,减阻率越大,雷诺数越高,减阻效果越好。使用激光位移传感器对弹性管外壁的脉动振动特性测试表明,弹性管外壁的脉动振动幅度与弹性管减阻率之间存在正相关关系。认为弹性管湍流输水减阻在国内的应用潜力巨大。     

组合式阴极的设计及其齿形优化

针对传统的固定工作齿式阴极在加工混合膛线时的不足,提出将阴极工作部分分成10片轮齿,分别与不同模数和齿数的齿轮内啮合,受嵌阴极体内微电机的驱动, 旋转不同的角度,使阴极每条工作齿与膛线缠角方向始终保持一致．针对每条工作齿的阶梯状表面容易出现分离、空穴和涡流的问题,采用4种方案对轮齿齿牙的形状进行修形和优化,计算其蚀除量、时均阻力系数.结果表明,按方案4计算出的蚀除量与理论蚀除量相比,相对误差最小,时均阻力系数与未修形时相比减小了64.5%．最后提出采用形状参数s=0.5 mm的脊状结构对阴极工作齿进一步优化,取得了14.6%的减阻效果．     

一种新型两性界面活性剂的减阻特性

对一种新合成的两性界面活性剂N,N,N-三甲胺-N′-油酸酰亚胺在二维通道内的减阻特性进行了实验研究.为了能进行低温测试,以20%的甘醇不冻液为溶剂.溶液质量浓度范围为（5×10^-5）～（1×10^-3）,测试温度为-5℃和25℃.用粒子成像测速仪对减阻流动的湍流特性进行了测量.实验表明,这种新型界面活性剂溶液呈现明显减阻特性,且减阻特性与浓度和温度均有很大的关系,最大减阻值可高达83%.该界面活性剂中加入NaNO₂,在低温和低浓度条件下能有效改善减阻效果,而在常温和高浓度条件下反而降低减阻效果.添加界面活性剂抑制了湍流速度脉动和湍流涡脉动,使雷诺剪切应力完全消失.     

消防用PEO/OTAC/NaSal减阻体系的介观分子动力学分析

在全球能源紧张的背景下,“过程节能”手段的探索具有重要意义。消防工作在国民经济和社会发展中占据重要地位,将添加剂湍流减阻技术引进到消防系统,能提高消防水的射出速度和射程,在提高灭火效率的同时节省水泵功耗。根据消防水流特点,初步选定聚氧化乙烯/十八烷基三甲基氯化铵的聚合物/表面活性剂复配体系作为研究对象,借助介观分子动力学模拟手段,计算了此体系的抗剪切能力及表面张力。发现此体系的抗剪切能力较聚合物、表面活性剂单一体系有明显提升,且体系的表面张力较纯表面活性剂溶液有所提高,初步证明此体系适用于消防减阻。同时从分子动力学角度深入分析了复配体系内聚合物、表面活性剂分子之间的作用机制,可为进一步寻找适用于消防减阻的聚合物/表面活性剂复配添加剂体系提供理论指导。     

不同工作参数下水轴承的空化程度及微形貌特征对减阻效果的影响

目的为了提高水轴承高速下的减阻效果以及预测水轴承的空蚀区域,研究了高速水静压轴承的空化与减阻性能。方法基于低雷诺数Launder-Sharma模型和空化气泡的动力学模型,分析了不同工作参数下水轴承的空化程度研究及微形貌特征对减阻效果的影响。结果空化气泡主要出现在静压轴承水腔之间的负压封水面及小孔节流器附近,空化气泡溃灭时容易造成轴承材料的空蚀破坏。高速小偏心率时,相比流向和展向微形貌,凸柱微形貌特征表面具有较好的减阻效果,且减阻效果受轴颈线速度的影响较大。结论转速、供水压力和偏心率等物理参数影响水静压轴承空化气泡分布和静态性能,微形貌界面的速度滑移有利于提高减阻效果。     

槽道内聚合物减阻流动对数层湍流结构的影响

为深入阐明聚合物减阻剂对壁湍流的影响,试验研究了聚合物槽道减阻流中近壁对数层的湍流特征结构。高分子聚合物溶液经过多孔壁面缓慢注入槽道,采用立体粒子图像测速技术测量对数层中流向与展向平面内3个方向的速度分量,采用二维粒子图像测速技术测量流向与垂直壁面方向平面的速度场。基于条件平均的方法,发现在对数层存在低动量流体的大尺度条带结构,在黏弹性聚合物溶液的影响下,条带在展向方向上扩展,在流向方向上拉伸;条带周围垂直壁面方向的脉动速度强度明显降低,类喷射运动被显著抑制。     

柔性管与紊流耦合的减阻特性

为探讨柔性管与紊流耦合的减阻特性和初步机理,使用双重管结构,对柔性管的减阻特性进行试验研究,采用激光传感测位仪对柔性管外壁的位移脉动特性及其与柔性管减阻率之间的相关性进行研究。结果表明,壁厚越小,雷诺数越大,柔性管减阻率越大;在双重管结构及雷诺数约为3×104时,壁厚为2 mm、3 mm及4 mm柔性管的减阻率依次约为16%、11%、9%;管外壁位移脉动的低频方均根值与减阻率存在正相关关系;在高雷诺数下,由于使用理论模型计算的管径膨胀引起的减阻率偏低,单重管的减阻率比实际值偏高。