近球壁射流空泡溃灭对微细颗粒破碎效果的影响

为有效解决大规模机械粉体制备中存在的微细颗粒团聚和粉磨极限等问题,采用了空化射流冲击结合磨介研磨的微细颗粒制备方法,并对近球壁空化射流有效冲击破碎颗粒开展了研究。理论分析了近球壁空泡溃灭对微细颗粒的冲击特性,得出了颗粒冲击破碎的有效量纲一距离及临界空泡最大半径;通过空化射流冲击球壁的数值模拟仿真,分析了喷嘴入口压力和靶距对近球壁空泡分布的影响。为验证理论与数值分析结果,开展了基于靶距、转速率、颗粒质量分数和喷嘴数目等多因素的石英砂球磨空化破碎对比实验,实验结果与理论和数值分析结果吻合良好,验证了此方法的有效性。研究结果表明:空化冲击结合磨介研磨微细颗粒的破碎率比单一研磨微细颗粒的破碎率更高;在空化射流入口压力5 MPa下,靶距和转速率是石英砂微细颗粒破碎效果的主要影响因素,其次是喷嘴数目。     

超声空化微射流建模与仿真

为探求功率超声珩磨中空化作用产生的微射流对壁面的冲击作用,考虑液体压缩性,基于连续方程及动量方程,建立了壁面峰值压力及滞止压力公式。应用耦合欧拉拉格朗日（CEL）方法建立了微射流冲击壁面的有限元模型,并对壁面压力、壁面变形等进行了数值研究。结果表明：壁面的峰值压力、最大变形深度及最大等效应变均出现在射流冲击的边缘;铝板在微射流冲击后出现深约0.11μm的凹坑,并在凹坑边缘有材料隆起;壁面塑性变形主要发生在冲击前期,等效应变呈环形分布。空化微射流的冲击有利于材料的去除。     

超声空化对细微流道中固体颗粒的运动特性研究

针对细微流道中的多相流调控问题,研究超声空化效应对微流道内固体颗粒运动特性的影响。利用Fluent有限元技术对空化气泡溃灭的过程进行模拟,得在超声声压作用于近壁区的气泡时,气泡凹陷、破壁、溃灭的演变过程,并对其周围流场的速度矢量分布进行研究,仿真结果显示,空化气泡溃灭能够产生射向壁面的高速微射流,其最大速度达到28m/s,进而确定细微流场观测实验的最优参数;利用高速摄像机对细微流道中气泡的演变过程进行观测实验,并与仿真实验结果进行对照,观测实验结果表明,利用超声空化效应能够实现对固体颗粒向流道壁面运动的有效引导,为实现细微流道的流场调控、提高加工精度等问题提供理论支持。     

考虑黏-温特性对柱塞泵空化射流的影响

黏度是液压油的基本属性之一,其值对温度变化非常敏感,而温度又是影响油液发生空化的直接因素之一,因此为研究油液的实时黏-温特性对轴向柱塞泵空化效应的影响,利用流体仿真分析软件PumpLinx建立了包括湍流模型、全空化模型等条件在内的轴向柱塞泵动态CFD模型;并在考虑配流副间隙、柱塞副间隙和滑靴副间隙基础上,通过分析对比黏...     

微注塑成形中壁面滑移对熔体充模流动影响的研究

分析了微尺度下熔体壁面滑移机理，研究了微注塑成形中壁面滑移对熔体充模流动行为的影响。利用有限元方法进行数值模拟，确定了不同特征尺寸微通道中熔体的滑移系数，分析了入口剪切速率和长径比与滑移速度之间的关系。研究结果表明：壁面滑移使熔体速度曲线趋于平滑；当熔体入口速率一定时，其壁面滑移速度随微通道特征尺寸的减小而减小；入口剪切应力相同时，壁面滑移速度随微通道的长径比的增大而增大。     

微颗粒声操控的理论及试验

介绍了一种用于操控微纳粒子运动的声流场计算理论及试验验证方法。引入摄动理论,将固体边界的超声振动作为扰动量,用于计算液体质点的一阶声压和振动速度变化;进一步转化为引起流体流动的负载作用力,用于计算二阶流场中的流速变化,最终得到经过时间平均后的流场分布情况。有限元计算结果表明,微结构边界的超声振动引起了特定模式的流场流动,并且在微结构附近的液体流动速度明显高于其他位置,可以用于微纳颗粒在局部位置的精准操控。利用直径10μm的聚苯乙烯颗粒进行了试验验证,基本证实了声流场计算理论的准确性。基于摄动理论构建的声流场计算模型,有效解决了复杂边界的超声振动与流场流动的耦合计算问题,对下一步设计具有精准操控功能的声操控型微纳作动器具有较好的指导意义。     

微流道界面剪切对液膜密封空化流场特性的影响研究

针对高转速下液膜密封空化区界面发生强烈波动导致密封失稳的问题,为寻找波动抑制方法,考察了微流道槽底面剪切条件对液膜空化流场特性的影响。选用Schnerr-Sauer空化模型,运用Laminar和转捩SST模型,对比研究了不同转速槽底面无滑移和无剪切条件下的开启力F_o、泄漏率Q、空化占比和空化区速度分布规律。结果表明：流动模型的选择(Laminar和转捩SST模型)对F_o和Q的影响可以忽略,但对空化影响十分显著;液膜空化泡在膜厚方向呈不规则曲面状,在槽区膜厚中部位置的轴截面空化面积占比最大,无滑移时向非开槽端面单侧减小,无剪切时向密封端面双侧减小;可分开判定非槽区和槽区流态,非槽区始终为层流,槽区在11 300 r/min以下为层流,高于11 300 r/min为转捩流,若存在局部区域流动因子9/16<ζ<1或有空化发生,均应采用转捩SST模型;槽底面进行超滑水改性,可显著提高F_o(15 000 r/min时提高51.6%),降低Q(1 000 r/min时降低2.8%),有效降低空化率(15000r/min时...     

声操控型微流控芯片的加工与测试技术

介绍了一种声操控型微流控芯片的加工方法与测试技术。首先,基于声操控型微流控芯片的工作原理和功能需求设计了硬质微流控芯片的基本结构,采用激光切割方法实现了聚甲基丙烯酸甲酯（polymethylmethacrylate,简称PMMA）材质开放边界微流道的加工,采用数控加工（computerized numerical control,简称CNC）精雕方法实现了封闭边界微流道的加工,通过光固化型（ultra violet,简称UV）胶实现了硬质微流道与基板的室温封接,利用表面改性技术与毛细作用实现了芯片的无泵进样;其次,研究了不同加工工艺、工艺参数对微流道形貌的影响;最后,依据声操控微颗粒需求,综合仿真分析、阻抗测试及多普勒激光测振,选定了声操控型微流控芯片的工作频率,实现了微纳物体运动控制。该微流控芯片具有成本低、加工效率高及易于调整微流道结构的优点,在微纳操控、微纳制造和生化检测方面拥有广阔的应用前景。     

气缸套表面微造型与微纳米颗粒填充对摩擦学性能的影响

研究气缸套试样表面微造型技术和微纳米颗粒填充技术对缸套-活塞环摩擦副摩擦学性能的影响。在富油和贫油2种工况下,探究表面微造型和微纳米颗粒填充技术对摩擦副的摩擦因数和抗黏着磨损时间的影响。试验结果表明:在富油工况下,表面两端微造型和蛇纹石二硫化钼微纳米颗粒复合填充气缸套试样的摩擦因数最小,比机械珩磨气缸套试样的摩擦因数降低了13.99%;在贫油工况下,表面全部微造型和蛇纹石二硫化钼微纳米颗粒复合填充气缸套试样的抗黏着磨损时间最长,比机械珩磨气缸套试样的抗黏着磨损时间延长了85.79%;在试验过程中,表面微坑中的微纳米颗粒的溢出率会随着时间的延长而逐渐下降,最后趋近于0。