纳米流体动态湿润的格子-Boltzmann模拟

纳米流体动态湿润特性与纳米颗粒的微观运动密切相关。由于缺乏纳米尺度的实验观测技术及相关理论描述,纳米流体动态湿润的研究极具挑战,相关机理仍未明晰。采用格子-Boltzmann方法研究纳米颗粒在纳米尺度下(10-9 m)的微观运动及颗粒沉积所导致的基液流体表面张力、流变性改变及结构分离压力对宏观动态湿润(10-3 m)的影响机制。结果表明,纳米颗粒对基液的表面张力的改性影响纳米流体平衡湿润特性,决定纳米流体是完全浸润还是部分浸润。而纳米颗粒对基液流体流变性的改变影响纳米流体动态湿润过程的铺展指数。纳米颗粒在液滴底部的沉积对动态湿润过程影响较小,而在接触线区域的沉积显著改变纳米流体的动态湿润行为。研究尝试从跨尺度的角度阐释纳米颗粒微观运动对宏观动态湿润行为的影响,探索从微观层面调控纳米流体动态湿润的新方法。     

液滴撞击不同固体表面的数值模拟研究

采用CLSVOF(coupled level set and volume of fluid)方法,对低We情况下液滴撞击不同固体表面的过程进行了数值模拟研究。分析了液滴撞击平板表面的动态过程,构建了液滴衰减振荡的数学模型,探究了不同的表面润湿性、撞击速度及表面微尺度结构对液滴动态特性的影响。结果表明:液滴撞击固体表面的过程包含铺展、回缩、振荡等多个现象,其最大铺展因子及振荡周期随着表面接触角的增大而减小,随着撞击速度的增大而增大;撞击表面的微尺度结构会对液滴的动态特性产生影响,微尺度结构会对液滴的铺展及回缩运动产生阻碍作用,导致液滴的振荡特性减弱;液滴在矩形沟槽表面达到最大铺展因子的用时最短,在三角形沟槽表面的最大铺展因子最小。     

基于ABAQUS地震激励下风力机结构损伤分析

高耸的风力机塔架结构属于典型的顶部附有大集中质量的细长柔性体的力学结构,相比传统建筑结构差异性较大,极易受到地震载荷影响。基于有限元分析软件ABAQUS建立风力机塔架、基础平台和土体模型,通过FAST导出风轮非定常推力,作用在塔顶机舱,土体底部施加地震加速度时间序列,进行风力机结构模态分析、稳定性分析和动力学响应分析。研究表明:塔架主要的运动形式为摇摆运动和弯曲振动;塔架一阶固有频率为0.290 Hz,大于风轮的额定旋转频率0.202 Hz,因此叶片旋转不会引起风力机塔架发生共振;风载荷作用下,塔架发生横向屈曲,屈曲位置位于塔架底部且随模态阶数增大而逐渐向上发展,屈曲因子较大;地震载荷作用下,塔架发生纵向屈曲,屈曲位置同样位于塔架底部且随模态阶数增大而逐渐向上发展,较风载荷发生屈曲区域相对更大,屈曲因子相对较小。     

面向线路微风振动监测的可调频电磁式振动能量采集器

导线微风振动具有随机、宽频的特征,针对导线微风振动情况进行监测可防止断股、断线等灾害发生。目前微风振动传感器取电手段较单一,制约其可靠性的提升。文章设计一种基于改变梁长的可调频电磁式振动能量采集器,为丰富传感器的供能手段奠定了基础。器件的拾振结构由聚酰亚胺柔性梁和磁铁部分构成,且能够通过手动调节梁长的方式改变其谐振频率,使该能量采集器存在极大的调频范围。测试结果表明,在2.5～8.5 mm的梁长范围内,电磁式振动能量采集器谐振频率调整范围为24.5～73.3 Hz,在0.22 g加速度下输出电压峰峰值的变化范围为56.7～214.5 mV,为成为微风振动传感器的补充能源奠定基础。     

纳米添加剂对麻疯树甲酯和乙醇混合物蒸发特性的影响

采用悬浮液滴技术研究在873 K和973 K的环境温度下,麻疯树甲酯-乙醇混合物(J70E30)添加不同质量浓度的Fe3O4纳米粒子(0.25%、1%、2%)燃料液滴的蒸发特性。结果表明,在873 K和973 K两个温度下,含有不同浓度的纳米流体燃料液滴蒸发过程均可以分为瞬态加热阶段、波动蒸发阶段和平衡蒸发阶段,三种Fe₃O₄纳米粒子浓度液滴的归一化平方直径在平衡蒸发阶段符合d2定律。在873K温度下,由于纳米粒子较强的布朗运动导致传热效率提高,促进了燃料液滴蒸发速率,其蒸发速率随着纳米粒子浓度增加不断提高;在973 K温度下,纳米流体燃料液滴的蒸发速率则是先减小后增大,但在973 K温度下纳米流体燃料液滴蒸发速率要大于其在873 K时的蒸发速率。     

1050 MW燃煤锅炉尾部烟道振动试验研究

对某1 050 MW燃煤锅炉尾部烟道振动现象进行试验测试,探究振动现象发生的原因,通过改造避免尾部烟道振动现象。结果显示：通过振幅和振速的测试得到振动的频率为24.7～26.5 Hz。根据烟道的结构参数,计算烟道驻波3级谐波频率范围为22.6～27.4 Hz。根据试验工况参数计算得到卡门涡流脱落的频率范围为23.3～34.1 Hz。试验测试振动频率与理论计算频率区间重合,说明烟道振动问题为典型的声学共振现象,在此基础上计算得到,烟道内增设4块以上分割隔板可以有效地防止烟道振动。     

声场作用下颗粒绕流液滴迁移行为研究

脱硫协同除尘的物理基础是单一液滴对颗粒的捕集,引入新的物理机制强化液滴捕集可以进一步提高脱硫协同除尘的效果.本文以声场作为外加物理场,采用数值模拟方法研究了声场作用下颗粒绕流液滴时的迁移行为和在液滴表面的沉积分布.研究结果表明,声场使颗粒在声波传播方向上发生振荡运动,振荡振幅与速度随颗粒粒径减小和声压级提高显著增加;声场改变颗粒绕流时的迁移行为,部分颗粒的迁移结果(沉积、逃逸)和沉积方式(分离前沉积、回流区沉积)发生改变;声场引起的颗粒速度偏移使其沉积位置偏离无声场时的沉积区域,使液滴表面的沉积分布特征由离散转变为弥散.     

振动平板单孔气膜冷却实验研究

基于高温风洞实验台,采用红外热成像技术和机械振动机构对振动平板单孔气膜冷却特性进行了实验研究.测量吹风比在0.4~1.8范围内,静态以及振动状态下的气膜冷却效果,并分析了振幅(0~5mm)和频率(0~20Hz)等因素对气膜冷却效果的影响.结果表明:振动会削弱气膜冷却效果;与频率相比,振幅对气膜冷却效果的影响更大;随着吹风比的增大,同一振动对气膜冷却效果的影响变小;频率不同的振动对气膜冷却效果的影响相近,在X/D=5~10内,平均有效温比降低约3%;振幅不同的振动对气膜冷却效果的影响是相近的,在X/D=5~10内,平均有效温比降低约5%.     

具有微结构超疏水润湿梯度表面液滴的蒸发行为研究

采用标准微电子机械系统(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)加工工艺,设计并加工了一种具有圆柱微结构的超疏水润湿梯度表面,搭建了研究液滴蒸发过程的可视化光学实验平台,同时从不同角度观察了液滴在具有圆柱状微结构超疏水润湿梯度表面的蒸发行为。通过实验研究发现:液滴在具有圆柱状微结构的超疏水润湿梯度表面的蒸发过程中,随着液滴的蒸发,液滴体积、液滴与表面的接触半径均不断减小,蒸发过程遵循混合蒸发模型;液滴边缘的三相线跳跃与移动均只发生在相对疏水的区域一侧;而在相对亲水的一侧,液滴边缘始终处于静止状态,直至液滴完全蒸发;在超疏水润湿梯度表面上的液滴蒸发过程中,液滴质心仅在具有润湿梯度的方向上移动,且液滴质心移动方向与润湿梯度方向相反(朝亲水侧移动)。最后基于液滴蒸发过程中的能量变化理论,解释了出现上述现象的原因。     

纳米LaCoO3的声化学制备及结构和催化燃烧活性

使用超声共沉淀法制备了LaCoO3复合氧化物纳米催化剂，研究了共沉淀过程中超声波对LaCoO3结构性质和催化活性的影响．X-射线衍射分析(XRD)、表面吸附(BET)、透射电子显微镜(TEM)、X-射线光电子能谱(XPS)和活性评价等表征的结果表明，在共沉淀过程中施加超声波辐照，可以使LaCoO3复合氧化物的生成温度降低，粒径减少，比表面积增加，表面B位元素含量增加，表面晶格氧空位增加，表面吸附氧种增加，使LaCoO3催化剂的表面氧种活化，使LaCoO3催化剂的催化活性增加。     

流量脉动对燃油喷嘴雾化过程影响的实验研究

针对航空发动机燃烧室中存在的燃油流量脉动问题开展实验研究,设计并搭建了燃油喷嘴流量脉动激光可视化实验台,在等流量条件下利用高频激光粒子图像速度仪(High Speed Particle Image Velocimetry, PIV)分析燃油脉动频率变化对喷嘴雾化特性影响。实验结果表明:流量脉动促进了液膜表面的发展及液膜的破碎,对喷嘴的雾化产生积极的影响;喷嘴下游带状液膜区的发展和液滴的瞬态速度与喷嘴的流量脉动频率具有一致性;液滴的瞬态速度脉动幅值受脉动频率影响,在50 Hz时存在极大值。     

金属纳米颗粒光散射特性研究

采用基于有限元的数值模拟方法,建立微晶硅衬底上单个金属纳米颗粒与光相互作用的三维(3D)模型,分别计算不同半径的Ag、Al、Au和Cu球状纳米颗粒的散射截面、吸收截面、散射效率及耦合效率。结果表明:随着金属纳米球半径R的增大,表面等离激元偶极共振峰发生红移且展宽,同时颗粒的归一化吸收截面快速下降;在中长波段(500~1100 nm),颗粒的散射效率随R的增大而增大,但耦合效率则呈现单调下降趋势。在相同尺寸的Ag、Al、Au和Cu颗粒中,Au和Cu的吸收截面较大,当R=50 nm时,Au和Cu颗粒的吸收截面甚至大于其散射截面,二者在中短波段(300~550 nm)的散射效率明显偏低。另外,金属纳米颗粒的耦合效率对颗粒成分变化不敏感。     

电场控制金属辅助化学腐蚀制备硅微纳米结构的研究

采用电场控制贵金属颗粒在单晶硅(111)上成功制备出111的硅微纳米结构。构建电场驱动下的硅微纳米结构制备模型,研究电场强度对腐蚀速率和两相电场对腐蚀方向的作用规律。验证电场控制腐蚀方向的可行性,得出优化的电场电流密度,为控制腐蚀方向,制备可控的硅微纳米结构提供新的方法和实验手段。     

二维T型微通道内液滴生成与梯状网络内液滴相位同步问题数值模拟

基于格子玻尔兹曼方法(lattice Boltzmann method,LBM)的颜色梯度模型,研究了T型微通道内液滴生成过程,分析了连续相毛细数和两相流量比对液滴生成尺寸和液滴生成频率的影响。在此基础上,研究了微流控梯状网络中两个弹状液滴相位同步问题,分析了连续相毛细数、旁通管数目和液滴初始相位长度对液滴相位同步程度的影响。计算结果表明,T型微通道内连续相毛细数和两相流量比对液滴生成尺寸和液滴生成频率有很大影响;在液滴相位同步问题上,连续相毛细数对液滴相位同步程度有较大影响,液滴初始相位长度和旁通管数目对液滴相位同步有一定程度改善,但不能实现液滴相位的完全同步。     

高温汽油喷雾的宏观形态和液滴粒速粒径

采用高速相机和PDA(激光相位多普勒风速仪)研究大气环境下汽油从常温到超临界态(最高至376,℃)喷雾宏观形态和液滴速度及液滴粒径的变化规律.结果表明:当燃油到达超临界状态时,喷雾形态由常温絮带状结构转变为均匀的云团状结构,与此同时贯穿距和锥角随温度的变化规律完全不同于亚临界状态;喷雾液滴平均速度随着温度的升高先有所增加、后明显减小;当燃油温度低于88,℃时,液滴直径分布分散,喷雾中存在直径极大(d70,?m)的液滴,严重影响混合质量,而高温下液滴直径分布集中,所有液滴直径均在15,?m以下.     

基于SMA的大型风力机叶片振动被动控制研究

将SMA粘贴在大型风力机叶片的表面形成新的智能叶片结构,并探讨伪弹性SMA对叶片的振动抑制效果。采用SolidWorks与Excel软件相结合的方法建立风力机叶片三维壳体模型,基于ANSYS ACP模块对含SMA的复合材料叶片进行铺层设计,并验证该模型;考虑叶片的弯扭耦合效应及重力影响,基于有限元理论建立含SMA的运动学方程,采用模态叠加法求解其静态响应、谐响应及随机振动。分析结果表明：由于SMA的存在,不同静态载荷作用下,SMA的应力-应变之间均形成封闭的滞后环;将叶片的固有频率移向更高的频率,各阶模态对应的振幅明显降低。在振动能量带宽0.5~2.4 Hz的范围内,含有SMA层强化的风力机叶片振动能量响应值降低更为显著。     

船用柴油机油底壳薄壁结构低噪声设计方法研究

船用柴油机油底壳尺寸大、壁厚薄,导致其模态频率低、局部振动响应大。针对油底壳结构声学优化设计进行研究。首先建立了多目标优化函数,将油底壳实测振动速度作为计算激励力输入,对油底壳横截面、内部横隔板、纵隔板、角钢等进行结构优化设计。优化结果显示:在油底壳部件尺寸不变的情况下,其第一阶模态由56.6 Hz上升至122.71 Hz;振动速度响应由22.5(mm·s-1)降至10.5(mm·s-1),显著改善了油底壳的刚度和振动响应特性。     

悬浮纳米颗粒对液体燃料着火点的影响

通过热平板着火实验对含有纳米悬浮颗粒的液体燃料的着火现象进行了研究。对酒精中添加不同体积分数的碳纳米管（CNT,管径40nm）、四氧化三铁以及氧化铝（直径20nm）纳米颗粒的热平板着火特性进行了研究。实验中液体燃料加入纳米颗粒后,在相同热平板温度下的着火概率明显提高,其提高的幅度主要受纳米颗粒的大小、形状以及体积分数的影响,而与纳米颗粒的材质无关。进一步的理论分析表明,着火概率提高的原因是由于液滴在高温平板表面发生剧烈的Leidenfrost相变,纳米颗粒在相变界面堆积从而改变了面附近液体的沸点。     

缸盖表面振动速度预处理方法及应用研究

实测了不同工况时的缸盖表面振动速度信号,与同工况缸内压升率信号进行对比。结果表明,约束支架的弹性变形使实测的缸盖表面振动速度信号在燃烧开始时刻存在初始值,从而对燃烧特征参数提取产生影响。通过曲线拟合的方法得到了约束支架引起的缸盖表面振动速度,并进行频谱分析。研究结果表明:其主要频谱能量集中在250Hz以下的频段内。通过曲线拟合及数字滤波技术从实测缸盖表面振动速度中去除约束支架的影响,得到含有丰富缸内燃烧状态的缸盖表面振动速度信号,并从中提取特征参数,估计出缸内燃烧的起始时刻。在2缸HCCI柴油机上进行验证试验,结果表明提出的方法是可行的。     

谐波对变压器振动特性的影响

为研究谐波对变压器振动特性的影响,分析了变压器铁心在谐波环境下的磁致伸缩特性,含谐波电流的绕组在漏磁场中的受力特性,以及变压器结构件在谐波漏磁场中的振动特性;再结合试验,采用振动加速度传感器测试了变压器在不同谐波负载条件下的振动信号,研究了谐波注入对变压器振动的影响。结果表明,谐波注入后变压器振动时域峰值增大,频谱分布范围扩大。3、5、7、9次谐波注入,振动基频幅值减小,振动高频信号中300、500、700、900Hz分量幅值显著增加,可能与变压器高阶固有频率发生共振导致振动信号在高频位置处出现极大值。振动能量分布在谐波注入后,能量集中位置由低频段转移至高频段,将影响基于振动能量谱变化规律的变压器状态诊断技术的准确性。研究成果为改进基于变压器振动信号的状态检测技术提供了依据。