热毛细对流自由表面特征

在流体力学领域, 流体自由面变化是非常重要的物理现象. 研究了矩形池内由液池两端温度差引起的热毛细对流的流体表面变形和表面波问题. 该液池的水平横截面尺寸为52 mm ´ 42 mm, 液池内盛有液层厚度为3.5 mm的1000号硅油. 实验过程中液池两端温度差逐渐增加, 液层内流体的流动从稳定的对流逐渐转变为不稳定状态. 实验中将Michelson光学干涉测量技术与图像处理技术相结合, 发展形成一种实时诊断流体表面形貌的实验测量系统. 应用Fourier变换方法对激光干涉条纹图像进行了计算和分析, 得到了流体表面变形和表面波的定量的实验结果. 实验结果表明在热毛细对流的发展过程中, 首先出现流体的表面变形, 液池两端温度差达到一定值之后, 在该变形的基础上, 会有表面波的信息叠加在其中, 该表面变形和表面波与流体的温度梯度、表面张力等有直接的关系; 表面波隐藏在表面变形内.     

半浮区小Pr数液桥热毛细对流的实验探讨

研究了半浮区汞液桥实验装置，以探讨小Ｐｒａｎｄｔｌ数流本的热毛细对流及其不稳定性，发展了非接触光学监测汞桥的表面流动及形变方法。实验观察到热毛细对流及其受表面膜的影响，证明表面膜的形成严重抑制了与热毛细对流有关的行为，实验给出发生振荡的条件及其特征。讨论了表面膜的生成条件和过程，以及观察到的有表面膜情况下的表面振荡现象，并给出了该振荡的特征和频率。     

两层流体热毛细对流空间实验研究

1999年, 在我国实践5号卫星上完成了两层流体空间实验, 实验研究两层不相混合流体的纯Marangoni对流(温度梯度与界面垂直)与热毛细对流(温度梯度方向与流体界面平行). 前者存在发生Marangoni对流的最小临界温差值ΔT_c, 低于该值流体系统处于静止状态；后者中只要存在沿界面的温度梯度便会产生热毛细对流. 空间实验采用石蜡和氟化液两层流体新体系, 实现了平整的液-液交界面, 并从卫星上传回上万幅数字图像. 通过多幅图像叠加处理得到了定量的流速场. 数值模拟计算分析了相应工况时对流流动的速度场, 两者的流场结构和速度大小基本一致, 实验验证了理论模型.     

方向微孔表面动压效应实验研究

表面微孔的方向性可以改变表面流体的流向,在孔区末端的汇聚挤压形成明显的流体动压效应.文中以椭圆微孔表面为研究对象,通过环环润滑实验考察了方向微孔表面的动压效应.对不同倾斜角、方向因子和开孔面积的微孔表面,在不同载荷和转速工况下的膜厚和摩擦扭矩的变化规律进行了研究.实验结果表明：方向微孔通过改变流体的流向形成表面流体膜动压效应,方向微孔表面具有显著的动压承载能力,使摩擦副端面迅速打开,容易形成全膜润滑,避免表面间的摩擦磨损;微孔方向因子、倾斜角等参数对表面动压效应影响明显,方向性越强、转速越高,动压效应越大,表面流体膜承载能力越高.实验结果与理论分析相一致,方向性微孔可有效改善密封端面的动压开启性能.     

微细金属丝表面熔融盐自然对流传热实验与数值模拟研究

为了得到熔融盐自然对流传热规律,本文在数值计算的基础上,采用焦耳加热方法首先对水平微细金属丝在空气和水中的自然对流传热规律进行了实验研究,在验证了实验方法,实验系统及实验设备选择的可靠性后,对熔融盐硝酸锂的自然对流传热规律进行了实验研究.结果表明,无论是计算结果还是实验结果,都与考虑黏性耗散影响的Fand关联式符合较好.     

基于(火积)耗散原理的表面传热系数定义基础讨论

表面热传递过程是工业流程与工艺中经常遇到的现象,对表面热传递研究有利于工业过程的优化与效率提高.对表面热传递现象性能参数科学意义探讨的最终目的是为技术发展服务.本文以恒热流平行通道表面热流密度不同影响对流换热特性的数值模拟为模型,基于(火积)耗散概念及广义热阻原理,分析了相同流动状态时表面传热系数随流动发展的特征,结果表明只有在特殊情况下表面传热系数定义式与广义式实现相等,大多数情况下两种计算方法的结果明显不同.其原因是定义式的温差定义形式未能准确使用热流管上的温度导致,这一差异表明热量输运环节包含对流换热时,其热阻串联公式只是近似一维热量传递时的应用.由于在充分发展段内的(火积)耗散维持不变,恒热流条件下通过耗散形式求得的广义式是准确的热流管内表面传热系数值.而未充分发展段(火积)耗散亦在变化,广义式与定义式均未准确表达出热流管内的热量传输性能,未充分发展段上表面传热热阻性能的计算方法仍待发展.     

铝锂合金高速铣削表面完整性实验研究

铝锂合金密度低、比强度高、比刚度高等优良特性使得其成为新一代航空航天飞行器的主要结构材料.飞机蒙皮作为维持飞机外形的主要结构件,在飞机起飞降落过程中承受舱内外压差变化所引起的交变载荷作用,因此对于蒙皮结构零件的疲劳强度要求十分苛刻.零件的疲劳裂纹萌生往往是从表面的微观缺陷开始,并且表层以及亚表层的力学状态将影响裂纹萌生以及扩展速度.表面完整性包括表面的几何轮廓、显微硬度、金相组织、残余应力等,这些因素综合影响着零件的疲劳性能.与此同时,表面完整性表征参数与被加工材料属性、热处理状态以及加工工艺等具有密切的联系.研究了铝锂合金的机械铣削加工工艺对于其表面完整性的影响.传统蒙皮结构加工往往采用化学铣削的方法进行,占用厂房面积大,污染严重,废液处理费用高等,不符合现代可持续绿色制造的理念.目前对于铝锂合金的超塑成形工艺研究较多却鲜见有相关铝锂合金切削表面完整方面的相关研究.研究在干切情况与液氮冷却情况下切削三要素以及上一道滚压工艺对于表面完整性的影响,通过正交试验的方法全面考察了工艺参数对于表面形貌各个指标、表层亚表层金相组织以及残余应力的影响权重,并且验证了其显著性.比较了干切与液氮低温切削情况下表面形貌以及残余应力状态的异同点,验证了液氮冷却切削对于铝锂合金表面完整性提升的有效性,为提高铝锂合金疲劳性能提供了实验依据.     

考虑对流换热因素的阶形脉冲激光加工热过程解析解及实验验证

材料的激光加工热过程是涉及激光束、工件及周围环境相互作用的复杂热交换问题, 特别是对流换热边界条件的变化将对温度场分布及加工质量产生很大影响. 而以往的温度场求解中, 对流换热条件基本都被简化或忽略, 直接影响了温度场及后续流场、应力场的计算准确性和精度. 研究了考虑对流换热边界条件的材料表面脉冲激光加工热过程, 通过Laplace变换的方法求解出物体温度场分布的解析解, 对无量纲参数进行了适当地设置和定义, 研究了无量纲距离x′、无量纲时间τ、表面无量纲能量吸收M及Biot数Bi与温度分布(无量纲温度T ′)之间的相互关系. 通过分析表明, 随着Bi值的增大, 外界的对流换热作用越来越强烈, 使得温度最大值所处位置偏离开材料表面, 逐渐向内部偏移. 采用红外测温的方法对解析解模型进行了实验验证, 取得了较为理想的结果.     

大Marangoni数下液滴热毛细迁移的 数值研究

采用轴对称的非定常模型对大Marangoni数下的液滴热毛细迁移问题进行数值模拟研究, 采用界面追踪方法, 发现无量纲的液滴迁移速度会随着Marangoni数的增大而减小. 数值模拟结果与神舟 4 号飞船实验中的结果进行了比较, 得到一致的变化趋势. 同时, 这也是第一次在大Marangoni数范围下利用数值模拟的方法证实该实验现象.     

硅离子注入聚合物表面改性的研究

采用MEVVA离子注入机引出的Si离子对聚酯薄膜(PET)进行了改性研究, 原子力显微镜观察表明, 注入后的聚酯膜表面比未注入PET更光滑. 用透射电子显微镜观察了注入聚酯膜的横截面表明, 注入层结构发生了明显的变化. 红外吸收测量揭示了Si-C和C-C的形成. 说明了碳化硅和碳颗粒的形成. 这些颗粒增强了注入层表面强化效果, 改善了表面导电特性. 表面电阻率随注入量的增加而明显地下降. 当硅注入量为2×10¹⁷ cm^-2时, PET表面电阻率小于7.9 W·m. 用纳米硬度计测量显示, Si离子注入可明显地提高聚酯膜表面硬度和杨氏模量. 表面硬度和杨氏模量分别比未注入PET时大12.5和2.45倍. 硅注入表面划痕截面比未注入PET的划痕窄而浅. 说明表面抗磨损特性得到了极大的增强. 最后讨论了Si离子注入聚酯膜改善特性的机理.     

高温传热熔融盐黏度特性的实验研究

本文利用研制的高温黏度测定仪对几种高温熔融盐的黏度-温度特性进行了实验研究,并与文献数据具有较好的一致性,证明了研制高温熔盐黏度仪及测量方法的可靠性.进而对HITEC熔融盐进行改性研究,得到两种新高温熔融盐并测定得到了黏度-温度特性曲线.结果表明,经过改性后的高温熔融盐黏度显著降低,有利于降低太阳能热发电熔盐传热管路系统的阻力.     

泥沙颗粒表面电荷分布的初步研究

泥沙颗粒表面电荷分布,是研究其与污染物之间吸附和解吸的基础．本文以石英砂颗粒为例,利用扫描探针显微镜（SPM）中的静电力显微镜（EFM）测量技术,用相位成像模式测量了石英砂颗粒表面的微形貌和电荷分布,并统计了两者间的关系．研究表明,石英砂颗粒表面形貌复杂,表面形貌对电荷分布影响较大,电荷大多集中在颗粒表面的鞍部、凸起和凹地部位,而在凹槽、凸脊和平坦部位分布较少．上述研究为揭示其吸附机理和进一步研究天然河流泥沙颗粒的相关性质奠定了基础．     

等离子体浸没式氧离子注入技术修饰ITO表面的研究

有机电致发光器件（OLED）具有自发光、低功耗、响应快、亮度高、可视角度大等特点,是下一代理想的显示技术及面光源.当前OLED广泛采用氧化铟锡（ITO）透明阳极兼出光窗口,然而,ITO表面功函数与器件内层有机材料最高电子占有轨道（HOMO）之间的势垒较高,器件工作电压高,导致能效偏低以及稳定性差等问题.射频等离子体处理ITO可获得一定幅度功函数提高（约0.4eV）,但仍未达到与有机材料最高电子占有轨道匹配程度,而且,处理效果时效性很短,只有数小时.而采用等离子体浸没式氧离子注入（PIII）技术修饰ITO表面,可精确控制氧离子注入剂量及深度,改变ITO表层氧、铟、锡3种元素原子比例.在不改变ITO薄膜主体透明性及导电性的基础上,表面功函数提高幅度达0.8eV,与主要的OLED空穴输运有机材料的HOMO能级匹配,并且,处理效果经过50h后未见明显衰退迹象.     

高温作用下岩石力学性能的实验研究

采用电液伺服材料力学试验系统对常温~800℃高温作用下大理岩、石灰岩、砂岩的力学性能进行了研究. 考察了三种岩石的全应力-应变曲线, 给出了其峰值强度、峰值应变、弹性模量E随温度的变化特征. 研究结果表明: (1) 大理岩的峰值强度、弹性模量在常温~400℃内呈现起伏变化; 400℃后则呈平缓下降态势. (2) 石灰岩的峰值强度、弹性模量在常温~200℃内, 随温度升高呈下降趋势; 在200℃~600℃内变化不大; 当T>600℃后, 呈现出急剧下降现象. (3) 砂岩在常温~200℃内, 峰值强度呈下降趋势, 弹性模量变化不大; 在 200℃~600℃内, 峰值强度呈上升趋势, 弹性模量变化不大; 当 T>600℃后, 峰值强度、弹性模量均急剧下降. (4) 对于峰值应变, 石灰岩在常温~600℃变化不大, 当 T>600℃后, 峰值应变急剧上升; 大理岩、砂岩的峰值应变在常温~200℃之间随着温度升高在降低, 当 T>200℃后, 峰值应变迅速增长. 研究结果可为相关岩体工程设计与研究提供参考.     

基于实测资料的外掺MgO微膨胀混凝土变形性态研究

外掺MgO混凝土产生的延迟性微膨胀能够补偿混凝土在温降过程中产生的收缩变形,从而防止或减少混凝土产生裂缝.本文通过对向家坝水电站导流底孔外掺氧化镁混凝土的室内试验和现场监测成果进行对比分析,探讨了外掺MgO与未掺MgO,同类混凝土中掺量不同对混凝土变形特性的影响.     

包覆镍膜的银粒子过热与熔化的分子动力学模拟及实验研究

采用分子动力学及镶嵌原子势模拟了包覆于Ni膜中的球形Ag粒子（含3055个原子）的熔化行为. 发现Ag粒子与Ni膜可形成半共格界面，从而抑制了粒子的表面熔化，使其熔点升高至1330 K，即相对Ag的平衡熔点((1230±15) K)过热100 K,而比相应的自由粒子的熔点约高290 K. 熔化以非均匀形核方式从有缺陷的局部界面处开始，并向粒子内部推进. 采用热分析方法，在熔体激冷制备的Ag/Ni条带中观察到平均粒径为30 nm的Ag粒子的过热度为70 K. 分析表明，用非均匀形核熔化理论可以很好地解释Ag粒子的过热行为.     

热致变色LSMO 光栅结构表面的热辐射特性研究

本文旨在研究具有一维光栅结构表面的热致变色材料La_0.825Sr_0.175MnO₃(LSMO) 的热辐射光谱特性及其随结构和温度变化的规律. 首先利用K-K 关系得到LSMO 在不同温度下的介电常数, 然后利用时域有限差分方法分析计算对应不同参数的结构表面光谱发射率. 研究发现, 由于光栅结构激发的微腔谐振效应, LSMO结构表面的光谱发射率呈现出选择性增强的特征. 光谱发射率随结构参数的变化情况表明, 通过合理选择光栅的结构参数可以得到想要的辐射增强特性. 平均发射率随温度的变化表明, 相比于光滑表面的LSMO 而言, 具有光栅结构表面的LSMO 的表面发射率有了比较明显的增强, 另外热致变色特性有了明显的改善.     

土石混合体变形破坏及细观机理研究的进展

土石混合体是一种特殊的工程地质材料,其非均质、非连续和非线性特征决定了土石混合体变形破坏及细观机理的复杂性,常规岩土力学的试验方法和分析理论难以应用.目前土石混合体变形破坏研究尚不深入,特别是对细观机理以及定量描述方法缺乏足够的认知,未形成系统的实验方法和理论分析体系.从现场原位试验、室内试验、结构模型和数值分析4个方面对国内外近些年来土石混合体研究进展进行综述,分析了目前研究存在的困难与挑战,探讨了未来发展方向.     

活性粉末混凝土热物理性质的研究

通过高温试验获得了不同钢纤维掺量RPC的热传导、热扩散、比热容和热膨胀等热物理性质,分析了RPC热物理性质随温度和钢纤维掺量变化的规律,并与普通高强和高性能混凝土的热物理性质进行了对比.建立了RPC热物性参数随温度和钢纤维掺量变化的经验关系.利用传热学和固体物理方法分析了RPC传热过程与热传导性质变化的微观物理机制,推导了RPC的比热容和热膨胀系数的理论表达式,利用理论模型定量地分析了温度和钢纤维对RPC比热容和热膨胀性质的不同影响,并给出了判别条件,理论预测与试验观测相一致.     

碱液刻蚀的多晶硅不同晶面微结构实验研究

多晶硅碱液刻蚀技术一直是多晶硅太阳能电池研究的关键性技术之一.在普通的碱刻蚀液中加入一种添加剂,在温度78~80°C之间刻蚀多晶硅表面20min,用SEM观察多晶体硅表面结构.在多晶硅表面上首次观察到了碱液刻蚀出的密集均匀分布的陷阱坑,只是样品不同晶面上的陷阱坑形貌稍有不同.[100]晶面上主要由纵横交错的致密的小硅山脉构成,小硅山脉之间存在长长的峡谷式的陷阱坑（沟）;[110]晶面上密布大量的畸变三角形陷阱坑或矩形坑（洞）;[111]晶面则分布蚯蚓状的陷阱坑.用积分反射仪测量了样品表面光反射率,在400~900nm波段平均反射率下降到20.5%.实验研究表明：添加剂能调节碱的刻蚀特性,经过添加剂调剂的碱液能在多晶硅表面刻蚀出具有良好陷光效应的绒面,添加剂调节的碱液刻蚀技术是一种有前途的多晶硅制绒技术.