低温冷表面结霜性能实验研究及应用

针对低温冷表面结霜情况搭建了结霜实验系统,采用显微镜、CCD摄像机观察冷表面结霜全过程,并通过改变环境温度及冷液温度研究霜晶生长状况。实验结果表明:在冷表面划痕、凹陷处率先结霜;冷液温度及环境温度对霜晶生长状况影响很大,随着冷液温度的降低,霜晶粒径减小,分布密集,生长较快;随着环境温度的降低,霜晶生长缓慢。     

扫描电子声显微镜对生物样品的成像研究

介绍了利用扫描电子声显微镜对多种生物材料进行的各种成像实验及其结果.为了显示亚表面深层结构,利用扫描电子声信号的不同分量进行成像实验.利用不同相位的电子声信号的x分量和y分量成像,对小鼠的心脏组织、肝组织、人的角膜组织等进行了成像实验,得到了各种组织的亚表面分层结构像.通过光热技术测得生物材料的热扩散长度近似值,估算出了分层成像各层的大致深度.最后,对电子束照射引起的损伤区域,利用扫描电子声显微镜和扫描电子显微镜进行对比实验,结果表明,利用扫描电子声显微镜技术可以看到扫描电子显微镜看不到的损伤区域.     

结霜初期超疏水表面凝结液滴的自跳跃脱落及其对结霜过程的影响

制备了具有微纳复合结构的超疏水表面,对其结霜过程进行了可视化观测,揭示了结霜初期表面凝结液滴的自跳跃行为及其对结霜过程的影响,并与普通表面的结霜过程进行了对比研究.实验结果表明,结霜初期,超疏水表面的凝结液滴频繁出现合并后自跳跃现象,根据液滴合并前的尺寸大小,可将自跳跃行为分为3类,而普通表面未观察到类似现象;液滴自跳跃临界半径随着液固接触面积分数的降低和表面接触角的增大而减小.初始凝结液滴的自跳跃降低了超疏水表面液滴覆盖率和分布密度,同时引起表面霜层生长的不均匀性和霜晶结构的差异.与普通表面相比,超疏水表面可有效抑制结霜,延缓霜层生长速率.     

结霜工况下空气源热泵动态特性的数值模拟与实验验证

对结霜工况下空气源热泵的动态特性进行了数值模拟，并在室外环境空气温度及相对湿度分别为-15～3℃和50％～90％范围内对一台空气源热泵空调器的动态性能进行了实验研究，测量了不同结霜工况条件下热泵空调器的动态性能参数、室外换热器结霜量及壁面温度分布．在此基础上分析了进风温、湿度对空气源热泵空调器性能的影响．实验结果表明：在室外换热器表面结霜的初始阶段，热泵系统的制热量及性能系数均有所提高，但在结霜的后期，热泵性能迅速衰减，与数值预测结果一致；对于相对湿度不同的进口空气，其温度为0～3℃时室外换热器表面结霜速度最快，在此温度范围内结霜对热泵性能影响最大．     

-60℃水平圆管表面结霜特性的实验研究

为了探索在-60℃以下较低温区冷表面的结霜特性,设计并搭建了基于复叠制冷系统的-60℃水平圆管表面结霜特性可视化实验台,并对套管形式换热器内水平圆管外表面上湿空气顺掠管的结霜特性进行了实验研究,着重分析了结霜过程中霜层厚度及其增长速率的特性。实验结果表明:-60℃水平圆管表面霜层厚度生长速率比常温区冷表面更快,约为-15℃冷表面的两倍,同时又保持了与-15℃以上冷表面相似的生长趋势,即前期生长速率较快,然后逐渐降低。此外,还发现并分析了呈周期性出现的融霜现象和大幅突降的霜层崩塌回融两种不同特征的融霜过程。初步探索了受限通道内-60℃水平圆管表面的结霜特性,丰富了霜层特性研究数据,可为今后更加全面系统的实验研究奠定基础。     

用于三维形貌定量测量的调制电流式扫描离子电导显微镜

针对已有测量方法不能同时实现材料表面形貌的三维定量无损测量的不足,提出了一种基于调制电流式扫描离子电导显微镜(SICM)的表面形貌测量方法。为了提高已有SICM系统的成像质量,提出了一种调制电流扫描模式。该模式在扫描头的结构设计上采用两块压电陶瓷,并采用调制离子电流的振幅作为反馈信号。该设计不仅保证了探头对高度突变表面的成像能力,同时有助于改善系统的成像质量。对微凸透镜阵列表面的成像实验表明,相对于传统跳跃扫描模式,调制电流扫描模式可以有效降低43%的刺状噪声,从而提高成像质量。通过与扫描激光共聚焦显微镜的定量对比实验,验证了调制电流式SICM具有更准确的三维定量测量结果,且通过采用更细的探头和更小的扫描步距可以进一步提高测量结果的准确性。     

环境湿度对超疏水翅片结霜特性的影响

为揭示超疏水翅片在不同环境湿度下的结霜特性及抑霜性能，制备了接触角为161.5°的超疏水翅片，并通过搭建翅片表面结霜实验平台，获取了环境相对湿度分别为65%、75%、85%和95%条件下，超疏水翅片的结霜特性及抑霜性能.实验结果表明：结霜初始阶段凝结液滴的生长行为受相对湿度影响，凝结液滴的冻结时间随着相对湿度的增加而减少，但湿度对液滴冻结前翅片表面覆盖率的影响并不明显；结霜时间为45 min时，几种环境相对湿度下的霜层高度分别为0.26, 0.42, 0.65, 0.93 mm,虽然超疏水翅片的霜层高度随着环境相对湿度的增加而增加，但与普通翅片相比，其在不同湿度条件下均能有效抑制结霜.     

用扫描电容显微镜(SCM)研究金基底上的铝纳米粒子

对升高模式扫描电容显微镜(LM-SCM)进行了理论分析,发现在小振幅近似下针尖的振幅直接正比于样品表面电容的梯度分布。利用升高模式扫描电容显微镜(LM-SCM)研究了金基底上铝纳米粒子的形貌和表面电容,分析了电容像的衬度与针尖的提升高度之间关系,并在实验中得到了验证。     

利用光子探测分析法研究超微细材料表面特征

采用光子探测分析法，对自制的两类超微细材料——超细重质碳酸钙粉体和以超细改性重质碳酸钙粉体为填料的聚氯乙稀塑料薄膜的粒径分布和表面形貌进行了研究，并将所得结果与采用传统的微区分析方法——扫描电子显微分析所得的结果进行比较．结果表明：对于亚微米材料的粒径分析，利用光子技术的动态光散射法更精确；对于超微细材料在塑料中的分散性能的研究，激光共聚焦扫描二维数字成像分析比扫描电镜具有更大的优越性．据此，得到了一种表征超微细材料表面特征的新方法，     

室内环境参数对通道轮式换热器结霜特性影响

为分析严寒地区冬季通道轮式新风换气机室外排风侧结霜对其运行的影响,该文在能量守恒、含湿量守恒的基础上建立了通道轮式换热器排风侧结霜工况下的数学模型。利用该模型对通道轮式换热器在不同室内温、湿度条件下表面结霜厚度进行了模拟,分析了结霜厚度对换热器换热性能的影响。将模拟结果与实验数据进行了比较,进一步验证了所建模型的可靠性。该文首次提出了通道轮式新风换气机结霜的结霜模型并为控制除霜提供了依据。     

无镀镍铜铝低温钎焊工艺研究

运用感应加热工艺,开发了低成本且工艺简单的无镀镍铜铝复合材料的低温分层钎焊法。试验了4种铝用钎料及其钎焊工艺代替电镀镍作为铝表面镀层,解决了铜板与铝板之间的焊接问题。观察了焊接区域的界面形貌、断后形貌,测量了焊接件的剪切强度。结果表明,高低温钎料分层钎焊工艺可以实现铜铝板的有效连接,所获得的铜铝焊接件剪切强度最高可达26 MPa,焊接区域无明显的焊接缺陷;刮擦钎焊既可以搭配高温钎料,也可以搭配低温钎料使用,并且焊接件的剪切强度能达到行业要求。     

超声波影响初始霜晶生长的微观可视化研究

试验研究了超声波对平板表面结霜初始阶段霜晶生长的影响.对自然对流条件下施加20kHz频率的超声波和未施加超声波两种作用机制下平板表面结霜初始阶段冻结水珠的形态、分布以及水珠冻结后水珠表面霜晶的生长进行了微观可视化研究.对有无超声波作用的不同冷表面温度下水珠冻结粒径的大小以及水珠分布的疏密进行了对比分析.同时对有无超声波作用下水珠冻结后水珠表面霜晶的生长进行了对比观测.试验结果显示:施加超声波作用后,冻结水珠粒径显著减小,形态相对规整且接近圆形;分布相对规则且明显稀疏;水珠冻结后其表面霜晶几乎不生长.结果表明:超声波对结霜初期冻结水珠的形成以及水珠冻结后水珠表面霜晶的生长具有显著的抑制作用.     

吸水性涂层在霜层生长初期的抑霜

研究吸水性涂层对霜层生长过程的影响,以寻求抑制结霜的有效方法.通过自行设计的试验设备对吸水性涂层表面上霜层生长特性进行试验研究,获取了不同时段霜层的显微图片,采用数字图像处理方法对其分析,与无涂层的铜表面进行对比.结果表明,吸水性涂层使得结霜时间推迟,霜层高度下降,冰晶体分布稀疏.此外霜层生长初期冰晶体的结构发生了变化,晶体呈倒立状,在某个时段内持续这种状态.对列固含率的分析表明,吸水性涂层的表面在初期有些位置冰晶体含量较高,但有些位置则接近于零,这样的霜层在生长初期甚至加强了热传递.最后通过对比不同表面霜层高度随时间的变化规律发现:吸水性涂层在初期抑霜效果最好,随着时间的推移其抑霜能力逐渐下降.     

疏水冷面霜晶生长的有限扩散凝聚模型

为了深入了解霜晶的动态生长过程,以有限扩散凝聚模型为基础建立了疏水冷面霜晶二维生长模型.通过在表面上设置不同冰珠数量来模拟冷面不同疏水性能,无涂层金属表面则布满冰珠;采用粒子在网格节点上随机移动来描述水蒸气分子的运动,粒子沿各方向移动的概率相同.数值结果表明,霜晶动态生长的可视化结果与实验图像在形态上保持一致;树枝状霜晶具有分形特征,相应的分形维数为1.44～1.78,与实验值相近.疏水冷面霜晶生长缓慢且分布稀疏;采用疏水效果不好的冷面的结霜情况与金属表面相似.     

光纤表面等离子体共振传感器敏感膜的仿真研究

为了研究光纤表面等离子体共振传感器的传感特性,利用TFCalc软件仿真研究光纤表面等离子体共振(SPR)传感器的反射光谱特性,分别考查敏感膜为Au膜、Ag膜、Al膜和Cu膜对反射光谱特性的影响。仿真结果表明,Au膜和Ag膜有较高的灵敏度,Al膜和Cu膜厚度分别在10 nm和30 nm有较明显的共振现象。     

Corrosion properties of bio-oil and its emulsions with diesel

Bio-oil is a new liquid fuel but very acidic. In this study, bio-oil pyrolyzed from rice husk and two bio-oil/diesel emulsions with bio-oil concentrations of 10 wt% and 30 wt% were prepared. Tests were carried out to determine their corrosion properties to four metals of aluminum, brass, mild steel and stainless steel at different temperatures. Weight loss of the metals immersed in the oil samples was recorded. The chemical states of the elements on metal surface were analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy （XPS）. The results indicated that mild steel was the least resistant to corrosion, followed by aluminum, while brass exhibited slight weight loss. The weight loss rates would be greatly enhanced at elevated temperatures. Stainless steel was not affected under any conditions. After corrosion, in- creased organic deposits were formed on aluminum and brass, but not on stainless steel. Mild steel was covered with many loosely attached corrosion materials which were easy to be removed by washing and wiping. Significant metal loss was detected on surface of aluminum and mild steel. Zinc was etched away from brass surface, while metallic copper was oxidized to Cu20. Increased Cr203 and NiO were presented on surface of stainless steel to form a compact passive protection film. The two emulsions were less corrosive than the bio-oU. This was due to the protection effect of diesel. Diesel was the continuous phase in the emulsions and thus could limit the contact area between bio-oil and metals.     

LDV对典型电工材料表面非接触振动检测的有效性分析

为实现对电力设备表面振动的远距离测量，搭建1 550 nm收发一体的全光纤激光多普勒测振仪(laser Doppler vibrometer, LDV)系统.加工不同电工材料(铁、铝合金、铜、铝、硅橡胶、高强陶瓷)表面试样，通过电磁振动台对不同距离试样施加频率为0.05～2.00 kHz的机械振动，使用研制的LDV系统对不同电工材料表面振动测量的频响特性和距离特性进行对比分析，以探究LDV技术在典型电工材料非接触振动测量的有效性.试验结果表明，所搭建的LDV系统能够在3 m的安全工作距离内，实现对不同电工材料表面在典型设备运行工况下的振动波形采集. LDV系统对除硅橡胶和铁以外的4种电工材料均有良好的振动测试效果，并且对铝合金及铝材料能够实现3～10 m的距离响应.     

铜铝复合板热挤压成形工艺

利用铜、铝金属塑性和焊接性较好的特点,研究铜铝复合板的生产工艺.提出一种热挤压成形工艺,并设计加工出模具.通过实验挤压出铜铝复合板,并对其复合界面进行分析和电导率测试.结果表明:热挤压法生产的铜铝复合板的电导率达到92% IACS,具有很好的导电性能,复合界面原子扩散明显,焊接效果较好.该工艺简单,成本低,具有较好的研...     

Numerical simulation of temperature field in horizontal core-filling continuous casting for copper cladding aluminum rods

The steady-state temperature field of horizontal core-filling continuous casting (HCFC) for producing copper cladding aluminum rods was simulated by finite element method to investigate the effects of key processing parameters on the positions of solid-liquid interfaces (SLIs) of copper and aluminum. It is found that mandrel tube length and mean withdrawing speed have significant effects on the SLI positions of both copper and aluminum. Aluminum casting temperature (T_Al) (1003–1123 K) and secondary cooling water flux (600–900 L·h?1) have little effect on the SLI of copper but cause the SLI of aluminum to move 2–4 mm. When T_Al is in a range of 1043–1123 K, the liquid aluminum can fill continuously into the pre-solidified copper tube. Based on the numerical simulation, reasonable processing parameters were determined.     

铝青铜合金粉末涂层制备中Fe元素的扩散特性

利用等离子喷焊和激光熔敷技术,将铝青铜合金粉末涂敷在45#钢表面,通过对涂层金相组织观察、界面金相观察、X-ray分析、表面EDS分析、对Fe元素的EPMA分析,研究Fe元素在铜合金涂层中的扩散特性.结果表明,采用等离子喷焊技术制备的涂层中,Fe元素从基材到合金涂层有较强烈持续的扩散过程;采用激光熔敷技术制备的涂层中,Fe元素在基体与合金涂层之间无明显的扩散现象.可见,Fe元素在等离子喷焊层中扩散率较高,在激光熔敷层中扩散率较低.