污泥的滑移现象及其特性分析

为了确定对于脱水污泥是否存在滑移现象以及影响壁面滑移的可能因素,采用平行板旋转流变仪(AR2000)并借助高速摄像机进行实验,采用直线标记法观察滑移现象,考察了应力应变数据对平行板间距的依赖性,同时研究阶跃应变扫描时间应力曲线的趋势。结果表明,剪切试验表明随着应变增大,含水率80%的污泥,剪切应力在某一处发生分叉,即剪切应力依赖于间距,说明发生了滑移现象,同时将其用来研究临界剪切应力以及计算滑移速度的大小,初步拟合出剪切应力和滑移速度的公式。而含水率90%的污泥应力应变污泥曲线重合较好,即没有滑移发生。同时对含水率80%的污泥在不同剪切速率下进行了5s和60s的扫描,5s与60s情况下剪切速率分别于大于10s-1和0.5s-1时时间应力曲线出现峰值情况,即均有滑移现象发生,故浓度、剪切速率和时间均对滑移有一定影响。     

污泥屈服特性与壁面滑移临界条件

为了确定脱水污泥的屈服特性、发生壁面滑移时的临界剪切应力值,采用平行板旋转流变仪(R/S+CPS)和高速摄像机(Trouble Shooter)对较低含水率的脱水污泥进行试验,同时借助直线标记法、屈服应力对剪切速率的敏感度以及通过稳态扫描来分析剪切应力剪切速率数据对平行板间距的依赖性,从而判别滑移的存在并得到临界条件。结果表明,含水率为83%的污泥在剪切速率为5~60 s -1作用下,表现出剪切稀化,并且由于可能是存在壁面滑移的原因,致使屈服应力对剪切速率敏感,其值随着剪切速率的增加而减小。对于含水率为84%、85%、86%的脱水污泥,明显地观察到壁面发生滑移,而且对比多组不同工况下的剪切应力剪切速率数据,发现不重叠;而对于含水率为88%的污泥,其两种现象恰恰相反。产生的壁面滑移速度随着壁面剪切应力的增大而增大。因此含水率以及剪切应力对污泥壁面滑移速度是有一定影响的,甚至可能存在临界剪切应力值。     

超声辅助微注塑成型中熔体壁面滑移行为的研究

壁面滑移在聚合物熔体注塑成型过程对熔体充模流动行为具有显著的影响.本文基于对超声辅助微注塑加工机理的研究,分析了超声振动对微尺度型腔中熔体壁面滑移的作用方式.结合聚合物熔体壁面滑移方程和超声对熔体壁面滑移的影响机理,阐明了不同情况下的壁面滑移理论模型.采用毛细管流变仪研究了超声振动作用下的聚合物熔体的壁面滑移行为,通过分析壁面滑移的临界剪切应力变化,明确了超声振动作用下的熔体壁面滑移行为对微尺度型腔充模情况的影响.研究结果表明,超声辅助微注塑过程中,超声作用下的微尺度型腔中熔体壁面滑移的临界剪切应力降低或变为零,壁面滑移速度随剪切应力增加而增加,不同剪切速率时超声作用下的熔体黏度均明显降低,进而提升了熔体对微尺度型腔的充模能力并改善了微塑件的成型质量.     

纳米颗粒吸附微管道水流特性的格子Boltzmann方法模拟

纳米颗粒吸附可以显著降低微管道的水流阻力.针对纳米颗粒吸附毛细管流动试验特征,引入速度滑移边界条件,采用Lattice Boltzmann(LB)模型分别模拟了纳米颗粒吸附前后的毛细管流动状态.结果表明,柴油处理前,毛细管内的去离子水流动规律满足N-S方程;纳米颗粒吸附后,毛细管道壁面的润湿性发生改变,边界上产生了滑移速度,纳米颗粒吸附产生的理论滑移长度达到85 nm.数值模拟结果与试验数据、理论数据吻合较好,表明LB方法数值模拟具有相当精确的可预测性.     

磁流变液壁面滑移特性研究

为了研究磁流变液在不同磁场作用下的壁面滑移特性,依据圆筒剪切流体动力学理论推导了磁流变液的滑移速度计算公式,设计并搭建了用于检测磁流变液壁面滑移特性的实验装置.利用导磁光滑壁面的圆筒剪切磁流变装置分别检测分析了不同磁场强度下的磁流变液的液粘阻尼和力学性能,建立了低剪切速率下磁流变液的滑移速度与剪切应力之间的关系曲线.实验结果表明:磁流变液在不同磁场作用下发生流变时会出现壁面滑移现象;其滑移速度随剪切应力的增加而增大,进而由近似线性增长的弱滑移状态转变为非线性增长的强滑移状态;当施加的磁场强度由47.0 mT增大至70.5 mT和94.0 mT时,磁流变液的滑移转变临界应力值由3.30 kPa增大至6.08 kPa和7.20 kPa,但其滑移转变临界应力值的增比却由原先的84%降低至34%.结论:提高磁场强度对磁流变液的壁面滑移效应虽有一定的抑制作用,但是随着磁场强度的继续增大,磁场的抑制效能逐渐减弱.     

纳米颗粒吸附微管道水流特性的格子Bohzmann方法模拟

纳米颗粒吸附可以显著降低微管道的水流阻力。针对纳米颗粒吸附毛细管流动试验特征,引入速度滑移边界条件,采用Lattice Boltzmann（LB）模型分别模拟了纳米颗粒吸附前后的毛细管流动状态。结果表明,柴油处理前,毛细管内的去离子水流动规律满足N-S方程;纳米颗粒吸附后,毛细管道壁面的润湿性发生改变,边界上产生了滑移速度,纳米颗粒吸附产生的理论滑移长度达到85nm。数值模拟结果与试验数据、理论数据吻合较好,表明LB方法数值模拟具有相当精确的可预测性。     

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.     

新型旋转毛细管粘度计测量血液流变特性方法

阐述了新型旋转毛细管粘度计测量血液流变特性的原理和方法．由该粘度计的可测量参数压力梯度和流量,得到了壁面切应力,定义了特征粘度和特征切变率;建立了特征切变率、壁面切应力与血液本构方程的关系,并通过线性回归得到本构方程特征参数;用该粘度计对水和人体血液的测量数据进行验证．结果表明,该粘度计可以用于测量血液的流变特性．     

壁面滑移条件对聚苯乙烯中空型材挤出过程的影响

利用三维等温黏弹有限元数值方法,从挤出胀大、内外壁面压力、剪切速率和应力场角度,研究了中空"回"型材内外两个壁面的不同滑移系数对挤出成型的影响.结果表明,内外壁面的压力、剪切速率和法向应力均随着内外壁面滑移系数增大而增大;当内壁面滑移系数固定,挤出胀大率随着外壁面滑移系数增大而增大,而当外壁面滑移系数固定,挤出胀大率却随着内壁面滑移系数增大而减小;当内外壁面滑移系数差距较大时,容易产生突出的挤出胀大或收缩现象;当内外壁面滑移系数均较大时,由于内外壁面产生反方向的法向应力,反而使得挤出胀大得到抑制;而当内外壁面滑移系数均较小时,压力降、剪切速率和法向应力均接近零值,挤出胀大和收缩得到很好的消除.     

刀-屑局部摩擦因数建模及实验研究

基于黏着摩擦理论建立局部摩擦因数与接触面正应力和相对滑移速率之间的经验模型.采用试验方法来分析直角切削过程刀-屑接触面间的局部摩擦现象.设计的实验能够提供与实际切削相同的相对滑移速率和正应力条件.基于实验数据拟合并建立了基于正压力、相对滑移速率的摩擦因数经验模型.实验表明,在一定范围正应力和滑移速率下,摩擦因数随着接触面间的正应力、相对滑移速率的增加而降低.      

壁面条件对异向锥形双螺杆挤出硬质聚氯乙烯过程的影响

 数值模拟了壁面条件对异向锥形双螺杆挤出硬质聚氯乙烯（RPVC）过程的影响。由Navier线性滑移定律确定螺杆壁面熔体所受的剪切应力与熔体滑移速度的关系,在不同壁面条件下,使用Polyflow软件的Eolution法,数值计算了异向锥形双螺杆计量段流道内RPVC熔体的体积流量和三维等温流场。结果表明,熔体在螺杆壁面无滑移时,螺杆流道内熔体速度大,速度梯度大,剪切速率等值线形状不规则,分布杂乱。当滑移系数小于104Pa·s/m时,锥形双螺杆流道内熔体的体积流量不变。当滑移系数大于104Pa·s/m时,随着滑移系数的减小,锥形双螺杆流道内熔体的体积流量增大,速度梯度减小,压力和剪切速率梯度减小,参考线上熔体压力波动减小。因此,改善壁面条件有利于提高聚合物螺杆挤出过程的稳定性,降低制品的残余应力,提高制品质量。     

挤出过程中NR／SBR胶料壁滑移行为的研究──Ⅰ．压力波动现象

应用Ｍｏｎｓａｎｔｏ加工性能试验机（ＭＰＴ）及一组直径和长径比不同的毛细管，考察了天然橡胶／丁苯橡胶（ＮＲ／ＳＢＲ）胶料挤出流动中的壁滑移行为及其产生机理。试验发现，在一定的温度下，当表观剪切速率达到某一值时，总压力降急剧下降。而临界的表观剪切速率则随着口型直径的增加而减小；壁滑移发生在口型出口附近．这种压力波动现象主要归因于试样的壁滑移行为。     

W/O型含蜡原油乳状液屈服特性研究

屈服特性是W/O型含蜡原油乳状液重要的依时流变特性。本文利用VT550流变仪对3种物性不同的含蜡原油,在恒定剪切速率加载方式条件下,研究了其W/O型胶凝含蜡原油乳状液的屈服特性。发现凝点附近的W/O型含蜡原油乳状液形成水滴被包裹在蜡晶结构之中的胶凝体系,只有当剪切应力既能破坏蜡晶的空间网状结构,又能克服分散相液滴间的作用力时,体系才能够屈服产生流动,因此,W/O型乳状液的屈服应力明显高于脱水原油。当体积含水率较低时,屈服应力随含水率的增加幅度较小;当体积含水率较高时,屈服应力随含水率的增加幅度较大。并根据实验结果,总结提出了屈服应力与体积含水率之间的关系式。     

自密实混凝土与老混凝土黏结滑移试验研究

以自密实混凝土（SCC）作为新混凝土材料,进行了老混凝土刻槽下的黏结滑移试验研究,研究纯剪状态下新老混凝土黏结面缸结滑移曲线．试验结果表明,黏结滑移面滑移可分为弹性变形、弹塑性变形以及塑性破坏三个阶段．在相同条件下,刻槽密度越大,试件的黏结性能越好．利用四次多项式对试验曲线进行拟合,建议适合于自密实混凝土与老混凝土黏结面应力一应变关系的数学模型．     

钢板-型钢双剪试件的界面粘结性能试验研究

为验证粘贴钢板的不同厚度、层数及宽度等因素对钢–钢界面粘结性能的影响,通过改进的双剪试验装置,对钢板–型钢双剪试件进行了轴向拉伸试验研究,分析在各因素影响下,粘结界面上的应力分布特点、粘结剪切破坏过程、破坏特征、钢板应变发展及分布规律,得出钢板与型钢的粘结应力分布规律和粘结剪应力-滑移曲线,提出钢板型钢界面粘结承载力的计算公式,且计算结果与试验结果吻合良好,研究成果为粘钢法加固钢结构计算理论建立及加固设计提供了试验依据。     

Ⅱ型加载条件下复合材料与管线钢共固化界面有效搭接长度试验

为了确定复合材料与管线钢共固化胶结界面受剪时的有效搭接长度,设计了双搭接胶结试件拉伸试验.对界面在Ⅱ型加载条件下的失效扩展过程进行了试验研究和有限元模拟.试验结果表明,界面的破坏形式为脱粘失效.试验得到了复合材料表面沿拉伸方向上的应变分布规律,胶结界面剪切应力与滑移量之间的关系(Bond-Slip曲线),计算可得Ⅱ型加载条件下复合材料与管线钢胶结界面的临界能量释放率为1062 N/m,界面的有效搭接长度约为15.5 mm.将临界能量释放率应用到有限元模拟的界面本构,模拟得到的复合材料沿拉伸方向的应变分布规律与试验结果对比较好.有限元分析结果表明,裂纹沿着胶结界面由两侧向中间位置逐渐发生与扩展.     

AN-g-casein浓溶液在毛细管流动中的末端校正

采用气压式毛细管流变仪，测定了实验室自制丙烯腈－酷素接枝共聚物（ＡＮ－ｇ－ｃａｓｅｉｎ）浓溶液的流变性能。实验结果发现：ＡＮ－ｇ－ｃａｓｅｉｎ浓溶液属切力变稀型非牛顿流体；在实验范围内，毛细管流动中的末端校正系数ｅ随切变速率的提高而增大，当切变速率较高时，ＡＮ－ｇ－ｃａｓｅｉｎ大分子在浓溶液中形成了束状物，拉伸变表受到了限制，ｅ值上升趋于极限；当切变速率较高，毛细管长径比较小时，真实剪切应力仅占表     

分子量双峰分布聚乙烯PE-SP2520的高速流变性能

采用恒速型毛细管流变仪研究分子量双峰分布聚乙烯PE-SP2520的高速挤出性能.结果表明：因分子量分布的特殊性,PE-SP2520的结晶度和熔峰温度均低于对比样品LLDPE-7047.高速挤出时PE-SP2520剪切黏度较高,非牛顿流动性较弱,入口压力降和熔体强度较高.与对比样品比较,PE-SP2520挤出稳定性好：挤出压力稳定,流动曲线连续,挤出畸变主要为鲨鱼皮畸变.流动稳定性提高的重要原因在于分子量双峰分布使分子链缠结能力下降,熔体/管壁边界应力集中效应弱.