非对称通道内亲疏水结构影响下的纳米气泡滑移效应

目的 研究非对称性通道中亲疏水表面结构影响下纳米气泡特征与边界滑移之间的关系,以实现良好的流体减阻效果.方法 采用二元体系分子动力学方法,研究纳米气泡在通道流动中产生的滑移减阻效应.首先建立上下壁面非对称微通道模型,通过考虑微通道流动传热过程,探究纳米气泡影响下的微通道界面速度滑移现象.结果 保持亲水下壁面高度以及上下...     

滑移速度对织构表面气穴效应的影响

为研究不同的滑移速度对织构表面气穴效应的影响,建立单个微凸体织构的二维计算模型,利用CFD方法模拟不同滑移速度下气穴效应在气体体积率、压力分布和壁面剪切力等方面的表现。研究结果表明:当滑移速度不超过5 m/s时,织构表面的流体中不产生气穴;当滑移速度由5 m/s逐渐增大到20 m/s时,在织构流体出口端的收敛区将生成气穴,气穴的大小随着滑移速度的增大而减小,气穴处的气体体积率随着滑移速度的增大而增加;当滑移速度继续由20 m/s增大至30 m/s之间的某值以后,气穴的大小不再减小,气体的体积率仍随滑移速度的增大而增加。滑移速度在5~30 m/s的范围内,滑移速度越大,产生的额外承载力越大,壁面剪切力越大。此外,气穴的存在有助于降低壁面剪切力。     

基于激光加工和自组装技术改性处理铝镁合金的表面润湿性

为制备具有更高机械强度和更长使用寿命的超疏水金属表面,利用激光加工技术在铝镁合金表面构建出圆台凸起、圆台凹坑和正四棱台3种微结构。利用自组装技术在具有以上3种微结构的铝镁合金表面沉积自组装分子膜(SAMs),采用扫描电镜、形貌分析仪和接触角测量仪对成膜后的铝镁合金表面进行形貌和接触角的表征与测量。结果表明:沉积疏水的FDTS和OTS自组装分子膜时,接触角随微结构间距的增大而减小,随微结构高度的增大而增大,最大接触角达156°,形成超疏水铝镁合金表面;沉积亲水的APS自组装分子膜时,接触角随微结构间距的增大而增大,随微结构高度的增大而减小,最小接触角接近0°,形成超亲水铝镁合金表面;激光加工和自组装技术可以大幅度改变铝镁合金的表面润湿性。     

磨料流加工中磨料黏弹性对磨削效果的影响分析

本文应用流变学理论,建立了壁面滑移时磨料流在圆管中的壁滑流动模型。利用所建模型推导了磨料在圆管流动中的壁面压力和壁面滑动速度公式,建立了磨料黏弹性与壁滑速度间的关系。通过实验分析了磨料黏温特性对磨削效果的影响。结果表明:磨料的黏弹性对壁滑速度的影响较大,当黏度低于一定数值时,磨料的壁滑速度为零;温升导致黏度的降低是影响磨削效果的主要原因之一。     

超疏水钛合金表面的制备及其摩擦学性能

为研究表面形貌和润湿性对表面摩擦学性能的影响,采用激光加工技术在Ti6Al4V表面加工间距为100μm的网格和点阵微结构,将Si O2纳米粒子涂覆在微结构上构建微纳结构。采用接触角测量仪测量试样的表面接触角和滚动角,采用摩擦磨损实验机(UMT)测试摩擦学性能,采用LEXT OLS4000型3D激光共聚焦显微镜进行表面形貌和磨痕表征。结果表明:在具有微结构的表面涂覆Si O2可制备出具有微纳结构的超疏水Ti6Al4V表面,且网格表面比点阵表面更难以润湿。表面越难以润湿,试样的比磨损率越低,点阵和网格超疏水表面分别将比磨损率降低32.3%和53.8%,且摩擦因数曲线的波动幅度和数值均减小。且具有微纳结构的超疏水表面可显著提高Ti6Al4V的摩擦学性能。     

可切换润湿性超疏水表面制备方法及应用

目的 制备可切换润湿性的智能超疏水表面,并探索该表面潜在的应用前景。方法 利用模板法,基于热响应形状记忆聚合物（Shape Memory Polymer,SMP）制备具有条状微结构阵列的可切换润湿性智能超疏水表面,并对其润湿性可逆转换能力及循环使用稳定性进行测试。结果 通过扫描电子显微镜观察到所制备表面微结构完整且轮廓清晰,液滴接触角在该表面可达到（150±3）°。通过加热使该表面达到玻璃化转变温度,此时对其施加外载荷使表面上条状微结构向一侧倾倒,由于微结构形态的改变,SMP表面疏水性减弱、水黏附性增强,再通过简单加热就可以使表面形态恢复至原始状态。通过试验测得环氧SMP的形状固定率为98.8%、形状回复率为96.3%,均达到95%以上,由于其优异的形状记忆特性,条状微结构的形态可以在原始直立状态和受到外载荷时的倾倒状态之间产生热响应而自由转变,且这种润湿性转换循环10次以上后,该表面依然保持着相对良好的润湿性可逆转换能力。结论 基于形状记忆聚合物制备出的可切换润湿性智能超疏水表面具有良好的润湿性可逆转换能力和循环使用能力,且在液滴微反应器、生物检测、可重写液体图案、无损失液滴转移和芯...     

壁面滑移对聚合物微挤出成型流变特性的影响研究

建立了微尺寸下壁面滑移的剪切黏度模型和粘性耗散模型,计算了聚苯乙烯材料在微挤出成型过程中考虑壁面滑移的速度和压力分布情况,并分析了速度和压力的变化对剪切黏度和粘性耗散等流变特性的影响规律。结果表明,壁面滑移导致剪切黏度和粘性耗散对速度和压力的响应产生显著的变化,聚合物微挤出成型过程中壁面滑移对剪切黏度和粘性耗散的影响不可忽略。     

飞秒激光与电沉积复合工艺制备不锈钢超疏水表面及减阻性能EI北大核心CSCD

在远程管道运输过程中,固液间摩擦阻力是一个不容忽视的问题,类鲨鱼结构减阻效率低且制备困难。基于荷叶表面仿生思想,构筑微结构制备超疏水表面,减小摩擦阻力。采用飞秒激光刻蚀与电沉积复合工艺,在不锈钢表面构筑框-锥多级结构,经自组装氟硅烷制备超疏水表面,讨论复合工艺参数对微结构形貌及润湿性能的影响,探究框-锥多级结构超疏水表面减阻。结果表明,利用飞秒激光可获得周期性分布的框结构,随着激光功率的增加,微米框结构内部形成不规则沟壑金属堆积物,且关光延时的增长会产生单侧分布微孔结构,损伤基体整体强度;通过电沉积工艺制备亚微米尖锥结构镍镀层,随着电流密度的增加,镀层微结构形态发生变化,形成亚微米尖锥石结构,表面由疏水转变为超疏水。与激光刻蚀10次自组装氟硅烷涂层试样相比,激光刻蚀与电沉积复合工艺自组装氟硅烷涂层的试样表面接触角由138.6°提高到156.7°,对水和30wt.%甘油的减阻率分别由8.17%、14.38%提高到27.74%、23.69%。将激光刻蚀与电沉积相结合,构筑微纳结构经自组装制备超疏水表面,可为降低管道输运中固液间摩擦阻力提供新的技术途径。     

疏水性微结构表面的抗结冰特性仿真研究

目的探究不同形状微结构表面的疏水、抗结冰特性,以及两者间的关系。方法基于有限体积法对液滴滴落至微结构表面的浸润和凝结过程进行仿真探究。首先建立了具有不同形状微沟槽表面的仿真模型,然后分析了不同微结构表面的疏水特性差异,最后根据不同微结构表面的水滴滴落凝结行为及内部流场的仿真研究,获得了微结构表面疏水性和疏冰性关系,揭示疏冰性产生的原因。结果矩形微结构表面液滴的接触角为109°,表现出疏水特性。锯齿形微结构表面液滴的接触角为162°,表现出超疏水特性。液滴在锯齿形微结构表面上20 ms后凝结率低于2%,抗结冰能力最强。普通表面上的液滴凝结率为4%,低于矩形表面上的6%。对比矩形表面与普通表面上的液滴凝结过程,矩形表面上液滴内部湍流动能是普通表面上液滴的5倍,经过20 ms后,普通表面上液滴近壁面温度下降30 K,同时矩形微结构表面上液滴近壁面温度仅下降10 K。结论具有微结构的表面能表现出疏水性,这种疏水性对抗结冰特性具有双重作用,一方面降低了液滴初期的凝结速度,另一方面加快了液滴在底层形成稳定冰层后的凝结速度。     

血管支架内表面正六边形微织构对血液流动特性的影响

目的 探究具有不同面积占有率的正六边形凹坑微织构血管支架对血液流动特性的影响,探究微织构在抑制支架再狭窄中的作用。方法 在管状血管支架内表面设计具有不同面积占有率的正六边形凹坑微织构,采用Ansys有限元分析方法探究不同面积占有率微织构的存在对其腔内血液流速的影响。结果 带有微织构的支架腔体内血液流速大于无织构的支架腔体内血液流速。在整个心动周期内,心脏收缩时微织构面积占有率为31.9%的血管支架腔体内的主流区血液流速整体上最快;心脏舒张时微织构面积占有率为11.2%的血管支架腔体内的主流区血液流速最快。在峰值时微织构支架下的血液流动方向会产生径向跳动和扰动,血液流速产生了径向分量,在近壁面处血液出现了扰动和不稳定流动现象,微织构面积占有率越大,壁面产生扰动的血液越多。在平稳时刻,近壁面血液会产生回流,在无微织构支架下腔体内正常流动的血液与回流区血液形成了漩涡,面积占有率越大,形成的漩涡越明显。结论 血管支架内壁微织构的存在可以减小血液的黏附和流动时所受到的阻力,提高血液的流速,同时可以使近壁面处血液更好地混合,有利于改善血液的流动状态,降低再狭窄现象的发生概率,提高血管支架正常服务的寿命。     

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。     

TG6钛合金的热稳定性及其在高温下的部分恢复

Thermal Stability of TG6 Titanium Alloy and Its Partial Resumption at High Temperature     

In-flight particle velocity measurements with DPV-2000 in cold spray

The measurements of in-flight particle velocities and deposition efficiency at cold spraying of two stainless 316L powders having different morphology and almost the same size distributions were carried out. It was found that the angular particle had faster velocity than spherical one and resulted in greater deposition efficiency. The critical velocity of both powders was almost the same and did not depend on their micro-hardness. Therefore, the deposition efficiency was not affected by the particle micro-hardness. The critical velocity significantly depended on He gas temperature and decreased as the temperature increases, but little depended on N₂ gas temperature. The critical velocity little depended on operating gas pressure. The cause why the angular particle morphology gives faster velocity in supersonic gas flow compared with the spherical one has to be investigated and clarified. The drag coefficient appears to depend on particle morphology. An angular particle seems to have a larger drag coefficient than a spherical particle.     

高速微铣削构建疏水性铝合金表面

以蝉翅表面疏水结构为仿生对象,利用高速精密微铣削机床在铝合金表面构建柱状微阵列结构,对构建的柱状微阵列结构的微观结构、疏水性能和表面粗糙度进行观测,并对其疏水机理进行分析。结果表明:在本征接触角约为51°的光滑铝合金表面上加工微米级柱状微阵列结构可有效提高材料表面的疏水性能,未经化学修饰的表面接触角最高可达115°,实现了基于高速精密微铣削技术在金属材料表面上构建微观结构阵列,使材料表面润湿性由亲水向疏水的转变。     

弯曲速度对弯管壁厚变化的影响

采用不同弯曲速度对5A06和1Cr18NiTi管进行了旋转弯曲试验和有限元模拟。分析后指出,弯曲速度对弯曲内侧管壁变形影响较大,弯曲内侧切向应力、应变及管壁增厚率均随弯曲速度增大而增大。同时,内侧管壁增厚对弯曲速度的敏感性具有随原始壁厚的增大而减小的变化趋势。薄壁管在过大弯曲速度下成形时,内侧因材料流动受阻滞易发生失稳起皱。     

超音速热喷涂316L合金涂层在实际炼油环境中的冲蚀行为

利用超音速热喷涂技术在碳钢基体上制备出了316L合金涂层，研究了该涂层在实际炼油环境中的冲蚀行为。结果表明：超音速热喷涂316L合金涂层在实际炼油环境中具有非常好的抗冲蚀性能，长期现场挂片后涂层仍保持完整，仅表面有轻微的冲蚀痕迹，涂层表面形成的保护性氧化膜、涂层金属自身良好的耐蚀性以及涂层较高的硬度是其具有优异抗冲蚀性能的主要原因。     

影响硅橡胶涂层疏水性的因素

目的寻找影响硅橡胶涂层疏水性的因素,并找到相应的提升改进方法。方法以液体硅橡胶为基体,通过燃烧橡胶条熏附、添加纳米SiO2粉末混合和喷洒纳米SiO2粉末附着这三种不同方式,来制备超疏水表面涂层。通过改变纳米粉末的加入方式、加入质量,研究疏水性的最佳条件。并通过光学显微镜测量静态接触角评价表面疏水性能,寻找影响其疏水性的因素。结果最佳的方法为熏烧的烟尘附于液体硅橡胶涂层表面,大多数试验样本出现超疏水特性,静态接触角最高可达159°,平均值150°,静态接触角提高40°以上;次之为均匀喷洒纳米SiO2粉末,部分试验样本出现超疏水特性,静态接触角最高为145°,平均值135.5°,静态接触角提高30°~40°;简单搅拌混合的提升效果最差,没有试验样本出现超疏水特性,静态接触角最高可达124°,平均值108.5°,静态接触角只提高5°~15°。结论构建超疏水涂层的关键在于能否成功构建出微纳米的二级微观结构,简单的物理混合、搅拌会使纳米粉末被覆盖掉,无法表现出其特性。涂层的疏水能力与接触周围的实际微观长度有关。     

真空度对真空冷喷涂气固两相流的影响

目的真空度直接影响着真空冷喷涂时气体流动特性和颗粒撞击速度,研究真空度对气体和颗粒流动特性的影响。方法确定真空冷喷涂系统结构,采用FLUENT软件进行真空冷喷涂气固两相流研究,通过数值模拟研究真空度对流场和颗粒撞击速度的影响,并研究相同压力比下的气固两相流特性。结果当入口压力一定时,喷管内的气体轴线速度、密度和温度与环境压力大小无关;而在射流区,环境压力越小,则气体轴线速度波动越小、密度越低,但到达基板后的气体温度均接近喷管入口温度。环境压力对大粒径颗粒的撞击速度影响较大,颗粒撞击速度随环境压力增大而先增后减,最佳环境压力可根据气相云图和气体密度来确定。当进出口压力比相同时,喷管内和射流区域内的气相速度云图基本相同,气体轴线速度曲线基本重合,而基板前的颗粒速度不同,此时环境压力越低,颗粒速度越高,越有利于形成涂层。结论采用计算流体动力学分析方法厘清了真空度对真空冷喷涂气固两相流的影响,为涂层制备奠定了理论基础。