自然对流对界面形貌、流场和温度场的影响

为了探究固液界面形貌、界面附近流场和温度场与自然对流强度的关系,设计了实验装置,用物理模拟和数值模拟的方法,研究了自然对流强度对透明有机材料固液界面的形貌、界面附近流体速度和温度分布的影响.结果表明,自然对流使固液界面发生弯曲,界面呈不对称形状;靠近固液界面的液体以边界层的方式流动;Rayleigh数较小时,界面附近的液体温度呈线性降低;Rayleigh数较大时,远离界面的液体温度几乎是均匀的,界面处液体温度迅速降低.可见,自然对流强度是影响固液界面形貌、界面附近液体速度和温度分布的重要因素.     

铝镁合金固-液界面能分子动力学模拟与计算

通过实验及计算测得准确的固-液界面能,对于理解并掌握该合金凝固及形核的过程具有很大的帮助.用分子动力学方法对铝的均质形核过冷度进行了模拟,运用模拟得到的均质形核过冷度计算得到对应固-液界面能的值.进一步得到了Al在熔点温度下其理想光滑固-液界面的固-液界面能σ0,通过σ0对铝在不同温度下及Al-Mg在共晶温度和成分点的固-液界面能进行了预测.计算结果发现：不同均质形核过冷度计算得到的Al在熔点温度下其理想光滑固-液界面的固-液界面能σ0分别为0.199 8,0.199 9,0.199 8J/m2;由σ0对Al-Mg合金固-液界面能的预测的结果及凹槽法所得到的实验值分别为0.155 1J/m2和0.149 2±0.019 4J/m2,其误差小于4%.     

石墨烯/PDMS超疏水棉纱构筑及增强水蒸发性能

高效的太阳能蒸发在自然循环过程和工业生产中发挥着不可或缺的作用。以棉纱为基底,纳米石墨烯分散液和PDMS作为整理剂,采用轧-烘-焙工艺,层层构筑,制备轻质、可漂浮、超疏水吸光纺织品。通过对整理棉纱进行系统的扫描电镜、温度实时监测和蒸发效率一系列表征、测试,分析结果表明石墨烯层和PDMS膜可紧密包覆于棉纱表面,并赋予其超疏水性能。不同质量分数石墨烯分散液整理棉纱均可漂浮于空气-水界面,水接触角无明显差异。水表层温度和蒸发效率随分散液中石墨烯质量分数的增加而相应的提高。在模拟光源10W镭射灯下辐照30min,5%石墨烯/PDMS超疏水棉纱覆盖水界面温度可上升至57.5℃,水蒸发效率是自然过程的4.3倍。石墨烯/PDMS超疏水棉纱的成功制备为石墨烯在疏水纺织品材料和与蒸发相关领域的应用开辟了新途径。     

重力热管伴热改善稠油井井筒传热损失的研究

根据重力热管作用原理,结合井筒传热过程,建立了稠油生产井中采用热管伴热方式时井筒热损失的计算模型,利用该模型分析了重力热管改善井筒热损失的原理.在此基础上,讨论了主要工艺参数对热管井井筒热损失的影响,结果表明:随着井底温度升高、产液量增加、热管下入深度加深,井筒热损失增大,其中,产液量对热损失的影响尤为显著.现场试验及理论研究表明:在不消耗额外能量的前提下,重力热管能够利用深部流体自身的能量提高井筒上部流体的温度,降低传热过程中的热损失,进而改善井筒温度分布剖面.该方法可以减小产出液在井下管道上升过程中的流动阻力,从而降低抽油机的负荷,实现低能耗对井筒流体加热的目的.     

基于有限差分法的单晶热型连铸凝固过程的数值模拟

采用有限差分法对金属单晶热型连铸凝固过程的温度场进行数值模拟,对不同工艺组合下的液固界面曲线进行分析和比较,确定了连铸速度、冷却水流量、冷却距离、铸型温度等主要工艺参数对液固界面位置和形状的影响,其中连铸速度对凝固界面形状的影响不大,但对其位置的影响较大;改变冷却水流量和冷却距离均可调节冷却强度,相比之下,冷却距离对液固界面的影响更大;铸型温度对固液界面位置的影响较大,应进行准确控制。实际操作中可采用较小的冷却距离,同时适当提高连铸速度,保持铸型温度略高于金属熔点。     

非晶合金凝固过程模拟与界面换热关系

为了准确模拟块体非晶合金凝固过程的温度场,对浇注温度为840℃的非晶合金凝固期间的温度场进行了数据采集.根据界面换热模型与热量守恒定律建立了液固相与铜模之间的界面换热关系式,从而实现了对非晶凝固温度场的模拟.结果表明,合金与铜模之间的界面换热系数随温度的增加而增大.合金在液态阶段降温曲线的模拟值与实测值基本吻合,且当凝固温度降至500℃后,二者偏差也较小.利用界面换热模型并结合实测温度场可以表征非晶合金凝固时的界面换热关系.     

倒三角形纳米粗糙表面液滴润湿性分子动力学模拟

固体表面纳米结构可以有效地调控界面润湿特性,在材料能源等领域具有重要应用前景。改变纳米结构的几何尺寸能够在一定范围内调节润湿特性,但存在一定的局限性,调节固液间能量系数能够进一步改变界面的润湿特性。然而,纳米粗糙表面液滴在更大区间内的固液相互作用系数下的润湿特性研究甚少。本文采用分子动力学模拟的方法,研究了倒三角形纳米粗糙表面液滴在不同区间能量系数下呈现的润湿行为,并采用渗透率进行表征。结果发现：四个不同的区间内固液间能量系数对渗透率的作用规律不同,呈现出先增后减的趋势,液滴也依次呈现出显著的润湿态,对应润湿状态图中疏水的Cassie态到亲水的Wenzel态,而能量系数越过临界值(~7),Wenzel态再反转回显著的Cassie态;同时,液滴分子空间分布呈现明显的规律性,其底层原子在晶格线或晶面均衡分布,形似壁面原子的外延生长。本文的研究获得了能量系数对润湿性影响规律的全貌性认识,对纳米结构表面润湿性的设计和调控具有一定的指导意义。     

工艺因素对消失模铸造充型前沿气膜的影响研究

运用数值模拟技术对简单板型铸铁件的消失模铸造过程进行了数值模拟,分析讨论了浇注温度、模样密度及负压度对消失模铸造中液态金属流动前沿气膜的厚度和气膜压力的影响.结果表明:消失模铸造液态金属流动前沿气膜厚度及压力随模样密度、液态金属的浇注温度的增大而增大,随沙箱的真空度的增大而减小.     

毛细管内气-液Taylor流动换热特性数值模拟

采用动网格技术,对恒壁温边界下,竖直上升毛细管(管径为1mm)内充分发展状态的气-液Taylor流动进行数值研究,分析入口雷诺数、气泡体积分数对Taylor流动的换热阻力特性的影响.模拟结果表明,由于Taylor气泡的存在,液柱区域的摩擦阻力因子高于单相流动,模拟结果与经验公式吻合较好.液柱表观努赛尔特数随气泡体积分数的增大而增大,基本不随入口雷诺数的变化而改变.在恒壁温边界下,Taylor气泡及液膜区域对整体传热的贡献较小.液柱区域内循环可以提高加强核心区域与近壁面区域的热量交换,加快换热过程,提高Taylor流动的传热效果.内循环对换热的强化作用随着液柱长度的增大而降低.     

带有Kenics静态混合器的水平液固循环流化床流动阻力的数值研究

利用STAR-CCM+软件建立Eulerian-Lagrangian模型,对水平管内低浓度液固两相流动时Kenics静态混合器的流动阻力进行了数值模拟,考察了雷诺数、Kenics静态混合器扭率、颗粒体积分数对Kenics静态混合器流动阻力的影响,并且通过对数据模拟结果进行多元线性回归得到Kenics静态混合器流动阻力摩擦系数关联式.结果表明:在同一雷诺数下,摩擦系数随Kenics静态混合器扭率的增大而增大,随体积分数的增大而增大.同时通过和文献中的实验、计算数据进行比较,证实了结果的可靠性.     

氩气流量对丙纶基氧化锌/铜复合膜结构及抗紫外线性能的影响

在室温条件下先用直流溅射的方式在丙纶非织造布表面沉积铜膜,再用射频磁控溅射法在铜膜表面沉积氧化锌薄膜形成层状膜,借助X射线能谱仪（EDX）、扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）和X射线衍射（XRD）观察薄膜结构,通过改变氩气流量研究其对织物紫外线透过率的影响.实验结果表明,随着氩气流量的增加,纳米薄膜颗粒先增大后缩小,紫外线透过率也先升高后降低,在氩气流量为40 mL/min时,紫外线透过率最低.     

基片预处理对CVD金刚石薄膜形核的影响

微波辅助等离子体化学气相沉积法是目前低压气相合成金刚石薄膜方法中应用最普遍、工艺最成熟的方法,形核是CVD金刚石沉积的第一步．利用微波辅助等离子体化学气相沉积装置,研究了硅基片预处理方式对金刚石薄膜形核密度的影响．在工作气压为5-8kPa,微波功率为2500—5000W,甲烷流量为4-8cm^3／min,氢气流量为200em3／min,沉积温度为500℃-850℃的条件下,在单晶Si基片上沉积金刚石薄膜．通过扫描电子显微镜形貌观察表明,基片预处理能够显著提高金刚石形核密度,同时用拉曼光谱表征了金刚石薄膜的质量,     

衬底和热处理温度对ZnO薄膜的微观结构的影响

采用Sol-gel法,在普通载玻片和Si（100）上使用旋转涂覆技术制备了具有c轴择优取向生长的ZnO薄膜。利用XRD和SEM研究了衬底和热处理温度对ZnO薄膜的物相结构、表面形貌和（002）定向性的影响。结果表明,sol—gel旋涂法制备的ZnO薄膜为六角纤锌矿结构,玻璃衬底上生长的ZnO薄膜为多晶形态,Si（100）衬底表现出更优取向生长特性。随着热处理温度的升高,c轴择优取向程度逐渐增强,晶粒尺寸逐渐增大,ZnO的晶格参数先增加后减小。当温度在700℃时长出明显的柱状晶粒。     

基片温度对纳米金刚石薄膜掺硼的影响

采用微波等离子体化学气相沉积法,以氢气稀释的乙硼烷为硼源进行了纳米金刚石(NCD)薄膜的生长过程掺硼,研究了基片温度对掺硼NCD薄膜晶粒尺寸、表面粗糙度、表面电阻和硼原子浓度的影响.利用扫描电子显微镜和原子力显微镜观察NCD薄膜的表面形貌,并通过Imager软件对原子力显微镜数据进行分析获得薄膜的表面粗糙度及平均晶粒尺寸信息;采用四探针测量掺硼NCD薄膜的表面方块电阻,利用二次离子质谱仪对掺杂后NCD薄膜表面区域的硼原子浓度进行测量.实验结果表明,较高的基片温度有利于提高薄膜的导电能力,但随着基片温度的提高,NCD薄膜的平均晶粒尺寸和表面粗糙度逐渐增大;此外,当反应气体中的乙硼烷浓度一定时,掺杂后NCD薄膜的表面硼原子浓度随基片温度升高存在一个饱和值.在所选乙硼烷浓度为0.01%的条件下,基片温度在700℃左右可以在保证薄膜表面电性能的基础上保持较好的表面形貌.     

TiO2薄膜的制备及其对304不锈钢防腐性能的研究

采用过氧钛酸溶胶凝胶法（sol-gel）制备 TiO2溶胶,并用浸渍-提拉法在304不锈钢（304SS）上制备TiO2薄膜。利用X射线衍射仪（XRD）,原子力显微镜（AFM ）和紫外-可见分光光度计（UV/Vis）表征了 TiO2晶型、薄膜表面形貌以及光吸收性能。通过极化曲线法分别研究了在暗态和光照条件下TiO2薄膜对304SS的防腐性能。结果表明：在暗态下,镀膜厚度为240．7 nm ,表面粗糙度为3．64 nm的 T iO2薄膜有最佳的机械防腐性能,腐蚀速率可从6．32×10-6 mm/a降低到5．65×10-9 mm/a;在光照条件下,膜厚294．3 nm ,处理温度为400℃,只有单一锐钛矿晶型的TiO2薄膜,对304SS的阴极保护性能较好,腐蚀电位可由-130 mV降到-319 mV。     

Study on the characterization and technology of Cu thin-film temperature sensor fabricated on aluminum alloy

In the present study,anodic films on aluminium alloy was used as the dielectric layer for Cu thinfilm temperature sensor,and then Cu film was deposited by unbalanced magnetron sputtering ion plating as the sensitive layer.Microstructure and surface morphologies of Cu film were investigated by optical microscope（OM）,atomic force microscope（AFM） and scanning electron microscope（SEM）.Electrical properties of Cu thin-film temperature sensor were tested by four-point probe technique and Digit Multimeter.The results showed that the surface roughness of anodic films can be reduced from Ra 58.096 nm to Ra 16.335 nm by proper polishing.Continual Cu stripes can be obtained both on polished anodic alumina film and smooth alumina wafer by etching after Cu film annealing.The resistivity of Cu films before and after 300 ℃ as well as 400 ℃ annealing are 12.48 mΩ·cm,5.48 mΩ·cm and 4.83 mΩ·cm,respectively.The resistances of Cu thin-film temperature sensor in 70 ℃ and 0 ℃ are 946.5 Ω and 761.15 Ω respectively.The temperature coefficient of resistivity（TCR） of the sensor is 3479 × 10^{- 6} /℃.     

化学气相沉积法制备碳化铬薄膜的研究

以三（2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮）化铬为前驱体,采用化学气相沉积（CVD）法在氧化铝（Al₂O₃）陶瓷基板上制备碳化铬（Cr₃C₂）薄膜,其中沉积温度为723 K至923 K,沉积时间为1 200 s。研究了不同沉积温度对Cr₃C₂薄膜的相组成、择优取向、宏观表面、微观结构及电学性能的影响。结果表明,在723 K至923 K下制备得到具有高度（130）择优取向的Cr₃C₂薄膜。随着沉积温度的升高,Cr₃C₂薄膜表面先由光滑变粗糙,后逐渐变光滑;薄膜晶粒呈椭球型生长;薄膜的厚度先增加后减小,从而导致电阻先减小后增大。在798 K时制备得到厚度最大且电阻最小的（130）择优取向的最佳Cr₃C₂薄膜。同时,在实验条件下Cr₃C₂薄膜表面存在少量的碳和Cr₂O₃。     

PECVD工艺参数对SiO_2薄膜光学性能的影响

为探索利用等离子体增强化学气相沉积(Plasma Enhanced Chemical Vapor Depo-sition,PECVD)技术制作光学薄膜的有效方法.以SiH4和N2O作为反应气体,通过采用M-2000UI型宽光谱变角度椭圆偏振仪对制作样片进行测试,分析了薄膜沉积过程中的不同的工艺参数对SiO2薄膜光学性能的影响.实验结果表明:在PECVD技术工作参数范围内,基底温度为350℃,射频功率为150 W,反应气压为100 Pa时,能够沉积消光系数小于10-5,沉积速率为(15±1)nm/min,折射率为(1.465±0.5)×10-4的SiO2薄膜.     

射频等离子体制备类金刚石薄膜及其表征

采用射频等离子体技术,以CH4和H2为反应气体,在单晶硅片和载玻玻璃片上成功制备出了高质量的类金刚石薄膜．采用扫描电镜、原子力显微镜、Raman光谱、红外光谱、显微硬度计表征了类金刚石薄膜的表面形貌、微观结构、光学性能和复合硬度．结果表明,制备出的类金刚石薄膜表面十分平整光滑,表面粗糙度极低,平均粗糙度Ra为0．492nm;薄膜中含有sp^2,sp^3杂化键,具有典型的类金刚石结构特征;光学透过率比较高,薄膜的复合硬度可以高达507．3kgf／cm^2．     

高阻隔性玉米醇溶蛋白膜在调料包中的应用研究

阻隔性能是食品包装膜的重要性能之一,以柠檬酸和甘油复合增塑在不同条件下制备的玉米醇溶蛋白膜分别具有较好的阻湿、阻油和阻气性能。制备了低吸湿膜、高阻湿膜和高阻油膜3种玉米醇溶蛋白膜,分别进行吸湿性、阻水性和阻油性的测定,并制成包装袋用于调料粉和植物油的包装应用试验。结果表明:在这3种蛋白膜中,低吸湿膜的吸湿率最低,为(1.81±0.19)%,高阻湿膜的水蒸气透过率最低,为(7.58±0.78) g·mm·m^-2·d^-1·kPa^-1,高阻油膜的透油系数最低,为(0.435±0.030) g·mm·m^-2·d^-1;储藏至第135天时,低吸湿膜和高阻湿膜调料包的质量变化较小,其所含的调料粉水分含量较低;高阻油膜制备的油包质量变化最小,且3种蛋白膜油包均无明显漏油现象;油包内油的酸价和过氧化值最大值分别为0.44 mg/g和2.76 mmol/kg,符合国家标准。说明玉米醇溶蛋白膜有较好的阻湿性、阻油性和阻气性,具备作为方便面调料包和油包包装材料的可能性。