亲水性和疏水性微管道中流动滑移特性的实验研究

通过对微圆管道内表面进行界面性质处理，研究了不同界面性质对去离子水在内径50μm微管道中的流动滑移特性的影响。通过实验，在微圆管道内表面自组装一层疏水性单分子octadecyltrichlorosilane（OTS）膜来改变界面性质，并采用体积法测量压力驱动下微圆管道中去离子水的流量，观察去离子水在亲水性和疏水性表面微圆管道中的流动滑移情况。结果表明，去离子水在亲水性表面流动的压力一流量特性仍符合经典的Navier—Stokes方程，而去离子水在疏水性表面管道中流动时，其流量明显增大，说明去离子水在疏水性表面微圆管道中的流动出现了表面滑移。其原因是，疏水性表面使微管道表面的粗糙度降低，微管道表面产生微气泡或低密度液体而引起流动滑移。     

界面滑移对动压气体轴承间隙流动特性的影响*

为揭示转子静子表面流固界面非一致滑移状态下动压气体轴承转静子间隙流动机制以及对轴承性能的影响,建立界面非一致滑移修正雷诺方程,并耦合气膜厚度方程进行超松弛迭代求解,数值分析研究转静侧滑移状态、偏心率、间隙尺寸和耦合弹性箔片对间隙气膜流动特性的影响。结果表明：流固界面滑移状态对转静子间隙流动及其轴承性能具有显著的影响;转子侧滑移发生在压力上升区,这使得高压区压力减小;而静子侧滑移发生在压力下降区,使得高压区压力增大;与无滑移情形相比,局部滑移时间隙气膜压力峰值变化增幅达12%。在研究的参数范围内,随着偏心率减小和间隙高度增大,间隙界面滑移状态逐渐由转子侧滑移占主导向静子侧滑移占主导转变;耦合弹性箔片时,滑移区域增大1~4倍,滑移速度增大2~8倍,间隙气膜压力呈现双峰值分布。     

基于状态转换的超疏水表面滑移特性研究方法

根据流体在大剪切速率下在超疏水表面上产生状态转换的现象,提出了通过转换后得到的参数来刻画转化前滑移特性的方法,这种方法能够去除大接触角对滑移特性测量值的影响。为验证方法的可行性,进行了水在光栅结构超疏水表面上、甘油水溶液在碳纳米管(CNTs)结构表面上以及甘油水溶液在ZnO纳米结构表面上的流变实验。结果表明:所研究的超疏水表面在大的剪切速率下产生了状态转化,而通过这种转化正好可以刻画表面的滑移特性。这种方法适合于衡量液体在超疏水表面的接触状态容易发生转换的情况。     

单面界面滑移对阶梯轴承润滑性能的影响研究

由界面滑移理论模型可知,在传统阶梯轴承固体和液体交界处,如果界面处应力达到极限剪应力时,润滑剂就会发生界面滑移,此时润滑膜会失效,这将大大降低润滑膜的承载力。因此,很有必要研究界面滑移对轴承润滑性能的影响。考虑润滑油膜在阶梯轴承入口区静止接触表面上滑移而避免润滑油膜在轴承其他表面上滑移,给出了阶梯轴承润滑油膜承载能力和摩擦系数分析结果。算例得出,在一定工况下这种轴承的承载能力因界面滑移而提高,而其摩擦系数却因界面滑移而下降。     

界面滑移条件下点接触Stribeck曲线的实验研究

采用高黏度聚异丁烯润滑油,在光学弹流实验机上考察球-盘接触纯滑条件下的摩擦因数随卷吸速度和载荷的变化。结果表明,随着卷吸速度的增加,球-盘接触副进入弹流润滑并向流体动压润滑转变的过程中,摩擦因数并不像传统的Stribeck曲线一样,随着卷吸速度的增加而单调增加,而是呈现先上升、后下降、再上升的趋势,其中摩擦因数下降时的起始速度大致为凹陷出现的速度,摩擦因数再上升时的速度大致是润滑进入动压润滑的速度。初步论证界面滑移为产生上述波动的主要原因。     

基于Navier滑移的油膜缝隙微流动特性数值分析

针对液压系统中微米级油膜缝隙流动内的近壁面滑移微观尺度效应,采用计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)方法分析壁面滑移作用对微米级油膜缝隙流动规律特性的影响。在对静压支承系统中封油边内油膜缝隙流动进行边界条件处理时,采取了壁面滑移速度与壁面滑移系数和当地局部速度梯度都成正比的Navier滑移模型边界条件。在数值模拟和理论基本吻合的基础上,进一步讨论分析壁面滑移系数对微米级油膜缝隙流动特性的影响,侧重分析考虑壁面表观粘度系数、温粘特性和非牛顿流体属性对微米级油膜缝隙流动特性分布和缝隙壁面滑移速度大小的影响。研究表明在微观尺度下具有界面滑移的油膜缝隙流动区别于无滑移的缝隙流动特性,壁面材料特性系数φ=0.01时,缝隙壁面的滑移速度越大,油膜缝隙流动分布均匀。其温粘特性将最大限度地影响壁面滑移速度大小和缝隙流动特性分布。     

界面滑移对圆柱形凹坑织构滑动轴承摩擦力的影响

为研究不同的滑移情况对圆柱形凹坑织构滑动轴承摩擦力的影响,建立含有圆柱形凹坑织构的滑动轴承在不同界面滑移状态下的摩擦力计算模型,探究影响织构化滑动轴承摩擦力的参数,并借助ANSYS分析不同滑移情况下界面滑移对圆柱形凹坑织构滑动轴承摩擦力的影响规律。结果表明:织构化滑动轴承的摩擦力主要是由轴颈线速度、油膜滑移比、轴承的进出油口压力、织构处油膜压力、织构深度、油膜厚度和承载力决定;不同滑移情况下织构模型的摩擦力均小于无织构模型;且在上下表面均滑移时,圆柱形凹坑织构在出口位置时表现出最优的承载和减摩效果;适当地增加圆柱形凹坑织构的深度可以改善模型的摩擦性能,但是过深的凹坑织构并不能发挥出其性能。     

表面织构动压滑动轴承界面滑移研究

利用力学平衡方程与流体力学方程并结合楔形模型,建立无界面滑移、单边界面滑移以及双边界面滑移状态下的力学模型,采用有限元方法对表面织构分布位置及不同界面滑移对滑移速度与摩擦力的作用规律进行研究。研究表明:油膜发生界面滑移时,在升压区和降压区油膜滑移速度分别表现为非线性的凹形和凸形变化规律;油膜在上表面和下表面发生滑移时,最大剪切力分别发生在油膜上表面和下表面;而上、下表面均发生界面滑移时,油膜最大剪切应力发生在上、下表面,且二者最大剪切应力数值相同,此时摩擦力显著减小且仅为无滑移时的4%～17%;相比表面织构布置在入口与中部位置的模型,表面织构在出口处的模型呈现出优异的承载和减摩效果。表面织构轴承界面滑移产生的机制主要是润滑油具有牛顿流体的黏滞特性。     

无级变速器金属带滑移特性试验研究

为提高金属带摩擦传动的效率,改善搭载无级变速器的车辆的燃油经济性,研究金属带的滑移特性。搭建金属带滑移特性试验台架,通过台架试验,研究不同速比、不同夹紧力与不同主动轮转速三种工况下滑移率与摩擦因数关系的滑移特性,试验结果表明在滑移率的前段区间,摩擦因数随滑移率增加而快速增加,在滑移率的后段区间,摩擦因数保持稳定并有减小的趋势;速比对滑移特性影响明显,同一滑移率,速比越小,摩擦因数越大;夹紧力与主动轮转速对滑移特性的影响可以忽略。根据滑移特性的试验结果,提出目标滑移区域的定义——滑移效率限制区域(Slip efficiency limit region,SELR)与滑移磨损限制区域(Slip abrasion limit region,SALR)。为高效率的夹紧力控制算法的开发提供依据,为提高金属带的传动效率找到了一种新方法。     

织构刀-屑界面滑移区微通道特性数值研究

刀-屑界面滑移区的接触及微通道分布特性直接影响切削液的渗入和刀-屑界面摩擦,对金属切削过程有着重要的影响,针对滑移区接触及微通道分布特性测量难、切削液在刀-屑界面渗入不易量化等问题,建立微织构粗糙刀-屑界面滑移区的接触数值模型,分析滑移区的接触、微通道分布特性以及微织构作用机制。研究表明:滑移区存在3种不同的宏观接触特性,分别为近黏结特性、微通道特性和近分离特性;在近黏结特性区内,刀-屑界面不存在微通道,微织构主要功能为减少刀-屑界面接触面积;在微通道特性区内,刀-屑界面存在大量微通道,微织构主要功能为连接微通道;在近分离特性区内,刀-屑界面微通道消失,微织构主要功能为存储切削液。刀-屑界面应力分布系数对各特性区长度有影响,应力分布系数减小,近黏结区和微通道区长度增大,而近分离区长度相应减小。     

表面亲疏水特性对毛细管内双组分渗流特性的影响

垫片密封泄漏预测模型一般基于Hagen-Poiseuille定律。该定律适用于气体或液体的单组分泄漏预测,而对于双组分或多组分介质的泄漏,其适用性有待进一步研究。在考虑泄漏通道亲疏水特性的基础上,采用格子玻尔兹曼方法（LBM）模拟矩形微通道内的双组分渗流过程,获得不同密度的双组分介质在毛细管内流动的基本规律。研究发现,通道的亲水和疏水特性对双组分渗流的影响显著,具体表现为黏滞在亲水性壁面上的重组分使流动通道的截面积缩小,从而使轻组分的流量下降。研究表明,双组分在亲水性壁面通道内的流动不同于一般的双组分混合流动,因此在利用Hagen-Poiseuille定律预测渗流时需对公式进行修正。     

微管中界面滑移的流体运动

在微流尺度下液体的流动研究表明:流体在固液边界处存在滑移现象,由此引起液体的流动阻力减小.许多试验证明,水在疏水表面流动时,具有流动边界速度滑移现象.该文通过推导得到了层流条件下,滑移速度和滑移长度的线性关系;然后通过计算得到滑移长度随着块相粘度和边界层粘度比值的变化关系;最后通过图形方法,分析了滑移长度对流速剖面和流...     

基于滑移边界的干气密封的数值模拟

根据微小尺度流动的特性,引入滑移边界条件,对干气密封进行了数值模拟,得到了比非滑移边界杀仟布Ⅱ假设流体为层流时更为精确的压力场分布。结果表明,干气密封压力最高的位置处于坝区的迎风面,气体在螺旋槽内的压力由外径向内径逐渐升高,其中在螺旋沟槽和密封坝之间的过渡区存在较大的压力降;滑移边界条件下的模拟结果具有良好的周期性,各个周期的过渡性也更加平滑,与实际情况更加接近。     

自然对流条件下新型亲水涂料的抑霜实验研究

在用自行研制的一种亲水性抑霜涂料制成的亲水表面上进行了不同条件下的抑霜实验研究,同时与以往的抑霜亲水涂料进行了比较,发现在较高环境湿度及较低壁温条件下新型亲水涂料的抑霜效果较以往亲水涂料有明显改善,且成膜更薄,仅为0.06mm;同时研究了环境湿度和冷面温度对新型亲水涂料抑霜效果的影响;另外把这种涂料实际应用于冰箱内壁,长时间运行后,发现抑霜效果相当明显;最后给出了新型亲水涂料抑霜的理论分析.     

车厢可卸式垃圾车的市场现状及技术特点

分析了车厢可卸式垃圾车的市场现状，并详细介绍了其产品技术特点。     

机床导轨滑块结合面参数识别研究

在模态分析的基础上应用弹簧-阻尼单元建立机床导轨滑块的结合面动力学有限元模型,经过优化计算来识别机床导轨滑块结合面参数。结果表明:优化计算方法识别参数结果与简化单自由度方法所得的测试结合面参数相近,该方法又是识别机床导轨滑块结合面参数一种有效方法。     

基于二阶滑移边界的螺旋槽干气密封气膜刚度计算与分析

应用二阶非线性滑移边界条件推导出修正的广义雷诺方程,并用PH线性化方法、迭代法对非线性雷诺方程近似求解,得到气膜推力的近似解析式,继而对其进行气膜厚度的求导,得到气膜刚度的近似解析式.并利用Maple程序计算不同转速和压力下的气膜刚度数值,并与一阶线性滑移边界条件下的气膜刚度和试验数值进行对比.结果表明:随着气膜厚度的增加,二阶非线性滑移边界条件下的气膜刚度随之减小,且呈非线性关系:随着介质压力、转速的增加,气膜刚度也随之增加,且呈线性关系;二阶非线性滑移边界条件下的气膜刚度数值比一阶线性滑移边界条件下的气膜刚度数值更接近试验数值,其计算精度较高,特别是在低速、低压工况下更加明显.因此在低速低压釜用轴端干气密封中将应用二阶速度滑移条件下的流体力学理论来进行优化设计,指导工程应用.     

考虑双电层力时微纳间隙动压润滑边界滑移研究

采用原子力显微镜对微纳米间隙下硅基片与纯角鲨烷液体固-液接触面的边界滑移进行试验研究,同时考虑固-液接触面处双电层力,拟合Si O2小球与固体试样的表面电荷密度以及角鲨烷流体动压力。结果表明,在不考虑小球重力、惯性力及分子间作用力的情况下,小球在垂直趋近固体试样的过程中主要受力为双电层力及流体动压力,在低速时,双电层力占主导地位;在角鲨烷液体环境中,探针趋近硅基片的过程中,双电层力表现为引力,且其大小与趋近速度无关;在试验的趋近速度范围内,Si(100)表面与角鲨烷的接触面均会产生边界滑移,且滑移长度随着速度的增大而升高。     

三球销式等速万向节滑移与摆角特性的研究与测试

分析了三球销式等速万向节的结构及其滑移与摆角特性, 研究了各结构参数对许用工作角度的影响, 给出了一般条件下不同滑移量对应许用工作角度的计算公式.提供了测试三球销式等速万向节滑移曲线的有效方法和测试参数.通过分析认为由于结构上存在沟道, 会造成同一滑移量条件下许用工作角度存在一定的测试误差.实例测试验证了以上分析结果.