海水基纳米流体分散稳定性和黏度特性研究

以海水为基础液的纳米流体,可作液压介质应用于海洋液压设备,解决传统液压油因海水侵入引起的油液变质问题。以天然海水为基础液,通过两步法制备海水基SiC纳米流体,采用单一变量法探究不同组分配比纳米流体的分散稳定性和黏度特性。结果表明,NaCl会破坏颗粒双电层,降低纳米流体稳定系数,但表面活性剂CMC可吸附在SiC颗粒表面提供空间位阻,使稳定系数在10 d内维持在0.9左右。同时,验证了SiC粒径在40 nm,质量分数在1%左右,CMC质量分数在2%左右,纳米流体分散稳定性最佳。海水基纳米流体的黏度随颗粒添加量的增加而增大,在质量分数>1%时,上升趋势减缓;随着CMC添加量的增多,影响了纳米流体中的微结构,使海水基纳米流体的黏度随CMC质量分数增加而上升,上升趋势为平缓-急剧-平缓;受布朗运动的影响,黏度与温度呈负相关;纳米流体黏度随NaCl质量分数的增加而下降,下降趋势先快后慢。制备的海水基纳米流体具有较好的分散稳定性,可通过调控组分配比得到所需黏度,有助于纳米流体技术的进一步发展。

铜电解阴极钛板碳化硅悬浮液超声波协同清洗研究

铜电解阴极钛板作为铜电解工艺的重要组成部分,其表面质量对电解质量和效率及钛板本身使用寿命有显著影响。针对此问题,采用碳化硅悬浮液超声波协同清洗技术对钛板进行简单、高效、环保的表面处理。通过铝箔腐蚀法探究了最佳清洗参数,分析了清洗过程中的协同效应及其作用机理。通过SEM+EDS和接触角测量仪对钛板表面清洁度、微观形貌和湿润性进行表征和评价。结果表明:距离换能器78 mm、碳化硅颗粒质量分数为0.05%,粒径为70 nm、p H值为中性、温度为55℃时清洗效果最佳;碳化硅悬浮液作为清洗介质,其协同效应可以明显提高清洗效率,改善钛板表面质量;清洗前后的对比表明,协同清洗能够有效地去除钛板表面的污染物,提高表面洁净度和湿润性,恢复钛板表面微观形貌及金属光泽。研究为优化钛板清洗工艺提供参考依据。

环保型植物复合油基Ni_(0.5)Zn_(0.5)Fe_(2)O_(4)磁流体的稳定性和低温流变性

植物油作为纳米磁流体基载液存在不良冷流动行为问题,聚甲基丙烯酸酯的添加有望降低植物油倾点和提高植物油基磁流体低温流动性。以聚α-烯烃(PAO-8)和玉米油作为复合基载液,以聚甲基丙烯酸酯为降凝剂,制备新型环保型磁流体,研究其沉降稳定性。从磁场、温度、Ni_(0.5)Zn_(0.5)Fe_(2)O_(4)质量分数、PAO-8、降凝剂添加量等角度,利用旋转粘度计研究了不同温度下纳米磁流体的低温流动性能。结果表明不采用表面活性剂、100 mL玉米油和25%的PAO-8的混合物作为复合基载液、Ni_(0.5)Zn_(0.5)Fe_(2)O_(4)质量分数为0.767%,制得的纳米磁流体沉降稳定性最佳。添加0.5%聚甲基丙烯酸酯的磁流体具有更好的低温流动性能,倾点达到-36℃。无磁场条件下,当温度低于-25℃时,磁流体黏度骤增,呈指数上升趋势,磁流体低温流动性变差;磁场条件下,纳米磁流体的黏度与磁场强度呈正相关,且磁场强度大于20 mT时黏度曲线变化明显。制备的纳米磁流体具有环保、低温流动性能好的特点,可应用于低温工况,研究有助于环保型磁流体低温应用的进一步发展。

低温液压油基纳米磁流体的制备与流变特性研究

如何在纳米磁流体的磁流变效应和沉降稳定性之间取得平衡是值得研究的问题,增大颗粒尺寸可能是解决这一问题很好的选择。采用可控的化学共沉淀法合成了粒径约为25 nm的Fe_(3)O_(4)磁性颗粒,并对其进行了物相分析和磁性能表征。以肉豆蔻酸为表面活性剂、RP4350型航空液压油为分散相制备了纳米磁流体,其在强磁场下能长时间保持稳定,适用温度范围为-35~95℃。研究了纳米磁流体磁流变特性随磁场强度和温度的变化规律。结果表明,在低温和强磁场的作用下,纳米磁流体具有更大的屈服应力,最高可达0.16 kPa,即使在屈服以后,样品也能表现出更强的磁黏效应。采用振幅扫描对纳米磁流体动态流变特性进行了测试。磁场强度的增大和温度的降低可以有效增强纳米磁流体的抗剪切能力,从而导致储能模量的升高;线性粘弹性(LVE)区、储存模量和损失模量的交叉点也均会向更高应变幅值移动。这些发现有助于大颗粒在纳米磁流体中的研究,可以为其在更宽温度中的应用提供指导。

双分散磁流变液稳定性与磁流变特性研究进展

磁流变液作为一种兼具磁性和流动性的智能流体,已在众多领域得到广泛应用。双分散磁流变液具有极佳的沉降稳定性、再分散能力和磁流变特性,是未来磁流变液最由前途的发展方向之一。结合近年来研究进展,重点介绍了双分散磁流变液的稳定化机制,并基于微观结构演变、实验影响因素和本构力学模型对双分散磁流变液磁流变特性进行了综述。最后,对双分散磁流变液的工业应用提出展望。

复合磁-电弹簧直动式溢流阀设计与性能分析

为了解决传统机械弹簧因塑性变形、断裂等造成溢流阀工作性能劣化的问题,设计一种复合磁-电弹簧结构应用于直动式溢流阀调压弹簧中,以提高直动式溢流阀的响应速度,实现电控弹簧力。理论分析复合磁-电弹簧磁力特性,利用Maxwell软件对复合磁-电弹簧进行磁力特性仿真;采用AMESim软件对机械弹簧直动式溢流阀和复合磁-电弹簧直动式溢流阀进行动态特性仿真。对复合磁-电弹簧磁力特性及溢流阀的动态特性进行实验测试。结果表明:复合磁-电弹簧设计合理,复合磁-电弹簧直动式溢流阀动态响应特性优于现有机械弹簧直动式溢流阀。

水基Ni_(0.5)Zn_(0.5)Fe_(2)O_(4)-SiC二元混合磁流体的稳定性、流变性、热物性与低速润滑性

为改善纳米水基磁流体的热物性和低速润滑性,匹配液压传动特性需求,采用两步法制备体积比50∶50水基Ni_(0.5)Zn_(0.5)Fe_(2)O_(4)-SiC二元混合磁流体,并研究了重力场下其沉降稳定性和磁场下的分层稳定性,遴选出稳定性良好的二元混合磁流体样品,分析了二元混合磁流体和一元磁流体在流变性、热物性和低速润滑性上的性能差异,并搭建液压系统测试了不同介质条件下的系统温升特性。结果表明:OA和SDBS的质量分数分别为3.0%和2.0%时,Ni_(0.5)Zn_(0.5)Fe_(2)O_(4)纳米颗粒包覆效果最佳;CMC质量分数为0.3%~0.6%时,对SiC纳米颗粒润湿分散作用显著;二元混合磁流体在磁场条件下的分层稳定性随着CMC质量分数的增加而提高。在相同分散条件下,二元混合磁流体相较于一元磁流体,80 mT下粘度减小21.07%,40℃和70℃下热导率分别增加了26.26%和25.48%;二元混合磁流体的低速润滑性能更好,在液压系统中的温升更缓。

In-Bi-Sn基Si_(3)N_(4)/GNFs混合纳米流体的流变性和润滑性

现有水基、油基及其他无水合成类液压传动介质存在高温稳定性差、温-黏变化大等问题。In-Bi-Sn合金熔点低、流动性好、高温性质稳定,是极端高温液压传动介质的理想基础液。本文采用两步法制备体积分数为0、5%、10%、20%、30%的In-Bi-Sn基Si_(3)N_(4)/GNFs混合纳米流体。利用TEM、SEM+EDS、热重分析等手段表征样品形貌、分散性和热稳定性,通过高温旋转流变仪和摩擦磨损试验机研究样品的流变性和润滑性,对比分析样品与现有高温液压介质在热稳定性、流变性、润滑性上的性能差异。结果表明:Si_(3)N_(4)嵌于GNFs片层之间,以团聚体形式分散于In-Bi-Sn基质,10%样品中的混合纳米颗粒团聚体尺寸小于20%样品;样品黏度随混合纳米颗粒体积分数增加而增大,液态静置时间和相变次数对<30%样品黏度的影响不明显;受纳米颗粒布朗运动影响,分散相体积分数越高,样品的温-黏变化越显著;因剪切改变了纳米颗粒团聚体的粒度,20%样品显示出明显的剪切致稀特征;添加Si_(3)N_(4)/GNFs混合纳米颗粒能够显著改善润滑特性;相较于现有高温液压介质,In-Bi-Sn基Si_(3)N_(4)/GNFs混合纳米流体热稳定性优异、温-黏变化更小、高温润滑性能佳。

低温下硅油基纳米磁流体沉降稳定性与黏度特性

传统纳米磁流体存在低温稳定性差、低温黏度高等问题。硅油具有优良的低温性能和黏温特性,是低温纳米磁流体合适的基载液。以硅烷偶联剂KH-550、月桂酸和油酸为分散剂,利用两步法制备了硅油基Ni_(0.5)Zn_(0.5)Fe_(2)O_(4)纳米磁流体。通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、红外光谱和振动样品磁强计对颗粒形貌、微观结构和磁性能进行了表征,并从多因素对低温下纳米磁流体沉降稳定性与黏度特性进行了研究。结果表明:分散剂形成的空间位阻和载液溶解度共同影响着低温下的稳定包覆,相较于羧酸类分散剂,硅烷偶联剂KH-550表面改性包覆制备的纳米磁流体具有更好的低温沉降稳定性,且凝固后的再分散性最佳;由于偶极间相互作用、范德华力的增强以及流体布朗运动的减弱,磁场会降低纳米磁流体低温沉降稳定性;温度的降低会导致无磁场下纳米磁流体向非牛顿流体类型的转变,并影响磁场下磁场强度、剪切速率与黏度间的平衡关系。制备的硅油基纳米磁流体具有较好的低温性能,可应用于低温工况,有助于今后硅油基纳米磁流体制备技术与性能调控的进一步发展。

植物油基Ni_(0.5)Zn_(0.5)Fe_(2)O_(4)磁流体的黏度特性及磁黏特性

以矿物油为基液的油基磁流体存在环境污染、难以生物降解的问题。植物油具有绿色环保、生物降解性强等优点。本文以植物油为基液,利用两步法制备了Ni_(0.5)Zn_(0.5)Fe_(2)O_(4)磁流体,应用正交实验研究了沉降稳定性,采用单一变量法研究了黏度特性及磁黏特性。其结果表明:以丙酮为分散剂,质量分数为11%,Ni_(0.5)Zn_(0.5)Fe_(2)O_(4)质量分数为2.4%时,沉降稳定性较佳;在零磁场/磁场条件下,黏度随温度的升高而降低;黏度随分散剂和Ni_(0.5)Zn_(0.5)Fe_(2)O_(4)质量分数的增大而先增大后减小,分别在分散剂质量分数为11%时和Ni_(0.5)Zn_(0.5)Fe_(2)O_(4)质量分数为2.4%时出现拐点;黏度随磁场强度的增大而增大,呈非牛顿流体的特征。植物油是磁流体基液的一种理想选择,植物油基磁流体有较好的沉降稳定性,相较于矿物油基磁流体具有独特的优势,未来可将植物油基磁流体作为一种新型的环保工作介质。

Halbach阵列磁弹簧减压阀特性研究

为改善传统减压阀中机械弹簧应力松弛和疲劳断裂等问题,提出一种基于Halbach阵列磁弹簧的直动式减压阀。利用Maxwell对Halbach阵列磁弹簧进行磁力仿真,设计出满足减压阀性能要求且铁磁耗材较低的Halbach阵列。利用AMESim软件仿真分析静态压力-流量特性与动态阶跃响应特性对Halbach阵列磁弹簧减压阀与机械弹簧直动式减压阀的影响规律。结果表明:相较于同规格机械弹簧直动式减压阀,Halbach阵列磁弹簧减压阀压力-流量曲线更平缓,即入口流量相同的情况下,磁弹簧减压阀压力损失更小,稳压精度更高;当进出口压差为2.5 MPa时,响应速度接近,当进出口压差提升至4.5 MPa时,Halbach阵列磁弹簧减压阀压力脉冲较小,即超调量较小,响应速度略有提高。

磁场对纳米铁酸镍(NiFe_(2)O_(4))磁流体金属腐蚀行为研究

为探究磁场条件下金属在纳米磁流体中的腐蚀问题,通过两步法制备了纳米NiFe_(2)O_(4)磁流体,采用重量法探究了磁场条件下铜片在纳米磁流体介质中的腐蚀速率,并分析了不同分散剂及其质量分数、pH值、纳米NiFe_(2)O_(4)颗粒质量分数和磁场强度对铜片腐蚀速率的影响。实验结果表明,油酸以及十二烷基硫酸钠都抑制了铜片的腐蚀。并且十二烷基硫酸钠的抑制效果更好;碱性条件下铜片腐蚀速率低于酸性条件下;纳米磁性颗粒的加入一定程度上促进铜片的腐蚀;磁场强度可以提高铜片在纳米磁流体介质中的耐腐蚀性,随着磁场强度的增加,铜片的腐蚀速率逐渐减小。

低温环境液压元件现状与展望

低温液压元件广泛应用于特殊环境中,而环境温度变化对液压元件性能有显著影响,低温会导致液压元件启动与运行困难、压力损失增加、尺寸形变、寿命缩短等。归纳和分析了环境温度低于-20℃液压元件的使用场景、材料选取与加工、结构设计与优化、性能以及测试等。分析了低温液压元件在新材料、新工艺、低温性能测试技术发展、磁弹簧机构应用等方面的前景。可作为特殊环境下液压元件设计和分析的参考。

水基TiC纳米流体液压管道流动特性研究

为研究水基TiC纳米流体在液压管路中流动时的能量损失,采用“两步法”制备满足液压介质流动特性的水基TiC纳米流体。以32号液压油为参考,利用CFD进行液压管道流场仿真分析,对液压管道流动的压降和温差进行实验分析。研究结果表明:液压介质在L形管道和T形管道流动时,随着入口压力的增加,液压介质的压降增大,温差减小;同等入口压力下,水基TiC纳米流体液压介质的压降小于32号液压油,温差大于32号液压油。数值仿真与实验结果基本吻合,因此,水基TiC纳米流体满足液压传动介质的性能要求。

永磁弹簧先导式溢流阀导阀设计与性能分析

针对机械弹簧疲劳、断裂、塑性变形等导致溢流阀工作性能降低的问题,提出一种基于斥力的永磁弹簧先导式溢流阀导阀结构。利用CFD对先导阀进行流场仿真分析,利用AMESim对传统机械弹簧先导式溢流阀和永磁弹簧先导式溢流阀进行特性仿真,得到不同系统压力时的阶跃压力响应曲线和稳态压力-流量特性曲线。对机械弹簧先导式溢流阀和永磁弹簧先导式溢流阀进行稳态压力-流量特性试验。分析结果表明:永磁弹簧先导阀结构设计合理;相较于机械弹簧先导式溢流阀,其动态性能更好,定压精度更好。

管内可控铰接柔性结构双层接触非线性力学分析

管内可控万向铰接柔性细长结构是超短半径侧钻水平井的特有结构。考虑可控万向铰结构中的机构问题、结构不连续和开槽不完整结构的三体两层接触问题,将空间梁单元、万向铰单元、刚性梁单元和梁梁接触单元相结合,建立了管内可控万向铰接柔性结构双重接触非线性有限元模型及数值计算方法。与有解析解的算例进行比对,计算结果吻合较好。通过对超短半径水平井造斜钻进时的柔性钻具进行力学分析,得到了柔性钻具受力变形状态、载荷传递规律及其与井壁之间的接触力分布规律。

基于Halbach永磁阵列液压缸缓冲特性研究

液压缸行程至终端时会产生惯性冲击,导致冲击振动和噪声,影响了使用寿命。针对此,基于Halbach永磁阵列设计一种液压缸复合缓冲装置。利用Ansoft Maxwell软件分别对厚度为5,6,10 mm的永磁体和永磁阵列进行磁力仿真,并确定最佳永磁模型。建立复合缓冲过程的数学模型,分析缓冲不同阶段的流量特性和活塞杆运动特性。运用Comsol软件对传统节流缓冲和复合缓冲过程进行仿真分析,并对节流缓冲和复合缓冲进行缓冲特性对比试验,结果表明:复合缓冲效果较传统节流缓冲效果更好。

基于ANSYS塑料检查井井壁加筋结构仿真分析

塑料检查井埋入地下后会受多种载荷影响,若井壁没有足够的强度和刚度常导致变形,严重时甚至断裂,大大降低检查井工作性能。此外,检查井受到路面车辆等造成的激振作用,若发生共振现象,易造成疲劳损伤。针对此,本文提出6种加筋方案,对埋深5 m的井壁结构进行受力分析,利用ANSYS软件对不同加筋结构进行静力仿真,对满足指标要求的两种网状加筋结构进行6阶模态分析。分析结果表明:加筋方案有利于提高塑料检查井井壁的强度和刚度,且在相同加筋密度下网状加筋优于条状加筋,三角形肋板优于方形肋板,其中三角形网状加筋方案对井壁刚度和强度的提升最明显;三角形网状加筋结构和方形网状加筋结构的固有频率均避开外界激振频率范围。

水力径向钻孔治理低产低效井效果分析

头台油田共有低产低效井458口,单井日产油仅0.1t,其中长关井146口,油井利用率低,严重影响油田开发效果。水力径向钻孔是治理低产低效井的重要措施,主要选择油层薄、排距大的低产液井开展措施增油。本文主要从储层发育状况、油水井连通状况和断层影响等方面进行分析,详细阐述了影响措施效果的主要原因。通过对比分析,初步确定了下步径向钻孔的选井选层条件。

导磁型磁流变换向阀设计及性能分析

针对因比例电磁铁响应频率限制及弹簧疲劳失效等导致换向阀响应速度不足的问题,基于磁流体磁流变特性以及惠斯通电桥原理,设计了一种主动引导磁力线方向的磁流变换向阀,建立其数学模型。使用MATLAB/Simulink软件对导磁型磁流变换向阀进行动态分析,得到不同电流组合下阀芯位移-时间特性曲线,并测试了导磁型磁流变换向阀的动态响应性能。测试与分析结果表明,导磁型磁流变换向阀动态响应时间较同通径电磁换向阀有显著缩短。