微纳米间隙受限液体边界滑移与表面润湿性试验

为了研究微纳米间隙下固液界面间流体的流动及输运特性,采用修饰的原子力显微镜针尖,针对微纳米间隙下受限液体的边界滑移现象选用不同润湿特性的固-液界面进行了试验.固体壁面样品采用Si(100)面和OTS自组装膜,试验液体采用去离子水和十六烷.结果表明,当微间隙临界尺度小于6.67×10-3时,边界滑移效应对流体动压力有重要作用;润湿性极好的表面也会产生边界滑移,对试验液体具有10 nm左右的滑移长度;润湿性差的光滑表面的边界滑移长度值明显大于润湿性好的表面.所得结果对于微流体输运与控制有重要的理论意义与实际价值.     

界面滑移与油膜破裂

利用数学规划法分析了滑块轴承的界面滑移问题．对于粘塑性极限流变模型，界面滑移使油膜承载力下降；若两个润滑表面全部发生相对界面滑移，则油膜动压效应消失，不能承载．计算结果表明，当润滑油的极限应力参数给定后，轴承有一个极限滑动速度．在此极限速度以下，轴承可以安全工作；否则，将发生油膜破裂．     

螺旋油楔轴瓦界面滑移现象分析

针对螺旋油楔滑动轴承非金属材料轴瓦的界面滑移现象,基于极限剪应力模型得到轴瓦表面考虑周向和轴向滑移的数学模型,并运用有限差分法,研究了界面滑移对二维螺旋油楔滑动轴承周向压力、滑移速度、承载力、端泄量和摩擦阻力的影响.结果表明:考虑界面滑移时,螺旋油楔滑动轴承的周向压力、承载力和摩擦阻力有所降低,端泄量有所提高;偏心率的提高使初始极限剪应力临界值有所增加,即轴瓦表面更加不易发生界面滑移;螺旋角的提高对初始极限剪应力临界值的影响不大;滑移首先发生在封油面区域.     

高速水润滑径向滑动轴承的壁面滑移设计

为了研究高速水润滑条件下具有不同边界滑移表面的径向滑动轴承的摩擦学特性,运用二元滑移理论建立了相应的数学模型。模型考虑了流体边界的滑移效应,对经典雷诺方程进行了修正,并将流量守恒边界条件应用于空化区。通过仿真对比不同滑移表面对轴承性能的影响,以大承载力和小摩擦阻力为设计目标,对轴承及滑移表面参数进行了优化设计。结果表明:对于偏心率较小、宽度较小和直径较大的轴承,滑移-非滑移间隔表面能显著地提高承载力,降低摩擦阻力和减小空化区面积;当滑移区域与非滑移区域的分界线在普通轴承压力峰值和最小膜厚位置之间时,承载力可达到最大值。     

关于流体流动的边界滑移

提出了应力控制边界滑移模型并预报了平行板间的流体界面滑移以及球和平面间有法向挤压运动时的界面滑移问题, 数值解与试验数据吻合. 该模型假设在固液界面上存在一个极限剪切应力, 当界面应力在此极限应力之下时, 没有界面滑移; 当界面应力达到此应力时, 发生了滑移. 研究发现, 当两个界面滑移性质相同的表面发生挤压运动时, 界面滑移使得流体动压效应明显减小, 流体承载力最后达到饱和状态. 滑移解与无滑移经典理论解相比最大相差两个数量级以上. 当两个界面滑移性质不同的异性表面发生挤压运动时, 界面滑移的影响比较奇异, 此时界面滑移主要由界面极限剪应力较小的表面控制, 但流体动压效应减小较慢, 即使当某一个界面的极限剪应力为零时仍然有可观的流体动压承载力.     

流体黏度对固液界面滑移的影响

最初的滑移效应研究基于滑移长度模型和剪切应力模型,但都未涉及流体黏度变化条件下的滑移情况.本文基于滑移长度模型,理论推导出滑移长度随流体黏度及薄膜厚度的变化关系,并对滑移长度模型的流体阻力和压力进行修正,分析流体的滑移对其稳定性的影响.理论研究结果对固-液界面相关实验具有指导作用.     

超疏水表面滑移流动特性数值仿真研究

提出了两无限大平行平板间充分发展层流流动的滑移参数计算方法,并基于不连续气层假设的滑移流动模型,在壁面条件中给定无滑移边界面和自由剪切面组成的复合边界条件,对具有规则微观结构的超疏水表面滑移流动特性进行数值仿真研究.数值仿真结果表明:该计算方法不仅能够精确获得超疏水表面滑移长度、滑移速度、流场结构等信息,还可以得到超疏水表面微观结构的几何尺寸对其减阻特性的影响规律.     

应用滑移界面方法求解动／静相干 叶排内非定常流动

基于滑移界面技术，发展了求解二维动／静相干叶排内非定常粘性流动的计算方法和软件，该方法克服了混合平面方法所引入的方法误差．压力与速度耦合采用非迭代PISO算法；计算区域的离散采用非交错斜交网格．计算了二维不可压缩Couette流动及无限长相对运动动／静叶排内的非定常流动，验证了用该方法和软件计算动／静相干叶排内非定常流动的有效性．     

应用滑移界面方法求解动/静相干叶排内非定常流动

基于滑移界面技术,发展了求解二维动／静相干叶排内非定常粘性流动的计算方法和软件,该方法克服了混合平面方法所引入的方法误差．压力与速度耦合采用非迭代ＰＩＳＯ算法;计算区域的离散采用非交错斜交网格．计算了二维不可压缩Ｃｏｕｅｔｅ流动及无限长相对运动动／静叶排内的非定常流动,验证了用该方法和软件计算动／静相干叶排内非定常流动的有效性     

滑移界面位置对叶轮机械内部旋转流场的影响

为研究滑移界面位置对叶轮机械内部流体旋转流场的影响,选择了有定子和无定子二种典型的叶轮机械模型,使滑移界面位于转子和静止部件之间的不同位置,分别对其进行数值模拟,得到了叶轮机械内部旋转流场分布,并与实验结果和其他文献结果进行对比分析.结果表明:滑移界面越靠近转子,转子转动对四周区域流体的影响越小;滑移界面越靠近静止部件,转子转动对四周区域流体的影响越大;滑移界面位置应取在转子和静止部件之间靠近转子的1/8～1/4处.     

高速水润滑止推轴承的滑移润滑性能研究

建立了多种具有不同滑移区域分布特征的推力瓦数学模型,在考虑流体边界滑移效应、扩展了经典Reynolds方程并设定合理边界条件的基础上,借助MATLAB软件对模型进行数值仿真求解,研究了滑移区域分布方式、面积占比及滑移长度对轴承动压润滑性能的影响。结果表明,在靠近流场入口处沿周向分布滑移区域能显著提升不同转速条件下的推力瓦面承载力;当滑移区域面积占瓦面面积比介于0.3~0.4且滑移长度为1000nm时,轴承推力瓦面具有最优动压润滑性能。     

表面滑移对塑料瓦推力轴承润滑性能影响的理论分析

由于弹性金属塑料瓦表面存在滑移现象,所以将改变轴承的润滑性能．文章对具有表面滑移的雷诺方程和能量方程进行了推导和计算,结果表明：表面滑移对轴承润滑性能有一定的影响．     

广义Maxwell速度滑移边界模型

针对存在挤压速度情形的近连续滑移流区微轴承内气体流动,基于气固界面Knudsen层内动量和能量通量的守恒,利用Grad13矩近似的速度分布函数,详细推导广义Maxwell速度滑移边界模型,给出了其与典型Maxwell速度滑移边界的差别.研究表明在不考虑壁面温度梯度和挤压速度影响时,所得到的广义Maxwell速度滑移边界模型与典型Maxwell速度滑移模型是一致的;通过在微尺度气体轴承流动控制方程应用,获得一套适于气体轴承内流动气固表面速度滑移边界数学模型.     

动力参数与应力偶参数对轴承润滑性能的影响

研究了不同动力参数与应力偶参数对轴承润滑特性的影响．以微连续介质理论为基础,推导了二维非稳态应力偶流体动态润滑轴承的变形Reynolds方程．数值分析结果表明,应力偶流体与牛顿流体相比,油膜压力增加,从而油膜的承载能力提高,摩擦系数减小．轴承的偏心率越大,应力偶参数对承载力的影响越明显;动力参数越大,最大油膜压力值越大,应力偶效应越显著,且随动力参数值的增加,最大油膜压力值出现在θ增大的方向．     

钢-混凝土连续组合梁界面滑移效应研究

滑移效应是组合梁的研究和应用中必须重视的问题。考虑组合梁各部分的材料特性和交界面的滑移效应,运用ANSYS 12.0模拟建立了适合于钢-混凝土组合梁非线性分析的有限元模型。分析了钢-混凝土连续组合梁荷载-滑移曲线的变化规律及组合梁的变形情况,并且在此基础上研究了剪力连接度对界面滑移及挠度的影响。计算结果表明,剪力连接度对界面滑移及挠度均有一定影响,当剪力连接度大于0.5时,剪力连接度对界面滑移及挠度的影响可以忽略。     

壁面滑移系数对多维度矩形喷动床气固流场影响的数值计算

基于计算流体力学(CFD)的方法,在欧拉-欧拉双流体模型框架下结合颗粒动理学理论,使用不同的颗粒壁面滑移系数对二维、准二维和三维不同维度的喷动床进行了数值计算。为了节约计算资源均采用轴(面)对称网格进行模拟,得到了不同维度喷动床的喷动过程云图、在不同滑移系数下颗粒体积分数云图、颗粒轴向速度轴向分布图。结果表明:相同边界条件下不同维度的喷动床喷动过程气泡生长速率有所差异。随着壁面滑移系数增大即颗粒壁面摩擦力增大,导致3个维度喷动床在中心处喷泉区的高度降低,同时颗粒轴向速度的轴向分布均也呈减小趋势;准二维床层较薄,导致颗粒在轴心处的运动还处于颗粒流体在壁面的速度边界层内,相对于二维和三维床层对壁面滑移系数更敏感。     

锚固体中砂浆与混凝土界面开裂滑移判据研究

采用模型试验和曲线拟合法，对砂浆和混凝土所形成的不同角度界面的试件进行轴向拉伸试验，导出界面开裂时正应力和剪应力的关系表达式作为界面开裂判据；把砂浆柱体从混凝土界面中压出，导出界面滑移时滑动位移和界面剪应力的关系表达式，作为界面滑移条件．运用这种方法研究砂浆和混凝土界面的开裂和滑移是简便和有效的     

织构滑移表面对滑块轴承摩擦学性能的影响

为了揭示表面织构对轴承摩擦学性能的影响以指导轴承微织构的优化设计,采用速度滑移边界表征表面织构宏、微观相互作用的综合效果,并将其施加到有微织构的轴承表面,研究了织构的分布位置、面积等宏观参数对滑块轴承摩擦阻力和承载能力的影响规律.分析结果表明:表面织构可以降低轴承的摩擦阻力,且织构面积越大减阻效果越显著;低速时减阻能力与织构分布位置无关,高速时织构越靠近出口减阻效果越好;表面织构的分布位置对轴承承载能力的影响显著且复杂,特别是无量纲织构区域的起始点和终止点的位置;轴承表面完全织构化将显著降低承载能力;表面织构位于进口时可以提高承载能力,位于出口时将会降低承载能力.上述结果说明合理的表面织构设计可以有效提高轴承的摩擦学性能.     

粘结滑移问题的界面应力元模型

基于不连续介质变形体的界面应力元法,通过在不同介质界面处设置粘结滑移元件,以界面两侧块体元材料的本构特性反映界面点对的正应力和法向相对位移之间的关系,以两种材料结合面的粘结滑移特性表征界面点对的剪应力和切向相对位移之间的关系,建立了粘结滑移问题的新的界面应力元数值计算模型,并编制了相应的计算机程序．数值算例表明,计算模型可较好地仿真复合材料界面的粘结滑移现象,能很好地揭示复合材料结构的工作性态．     

基于复合滑移的微纳缝隙剪切流研究

边界滑移是微流动的关键特征之一,通过改变流道壁面的滑移状态,为微流动控制提供了新的途径.基于微缝隙下的近壁面滑移效应,结合Navier滑移边界条件,建立亲疏液复合壁面下二维微缝隙剪切流的精确解模型.采用计算流体动力学方法进行微流动建模仿真以验证该数学模型的可靠性,在此基础上结合文献中试验测量所得的滑移参数值,针对壁面滑移状态不同的微缝隙,利用该数学模型研究其内部的微流动规律.结果显示:伴随着壁面运动的微缝隙滑移流场迅速变化,在毫秒级甚至更短时间内趋向于稳定状态.疏液型壁面的运动状态对滑移流动影响小,亲液型壁面的静止状态比运动状态对液体具有更强的束缚能力;在纳米级缝隙中,超亲液静止壁面和超疏液运动壁面结合时,液体将被强力地吸附在亲液壁面上.