钛合金表面超疏水膜的制备及其耐蚀性与机械稳定性

采用阳极氧化工艺在Ti6A14V钛合金表面制备阳极氧化膜作为过渡层,然后喷涂SiO_(2)颗粒溶胶烘烤使其固化成膜,再通过正辛基三乙氧基硅烷表面修饰,制备出具有微纳米表面结构、接触角为151.6°的超疏水膜。结果表明:超疏水膜的主要成分为Ti、O、Si和C元素,腐蚀电流密度仅为8.06×10^(-8)A/cm^(2),较裸钛合金降低约一个数量级,并且电荷转移电阻和低频阻抗模值较裸钛合金分别增大约7000Ω·cm^(2)、3000Ω·cm^(2),表现出良好的耐蚀性,可作为耐腐蚀膜层对钛合金起到防护作用。超疏水膜经受80次落砂冲击、50次胶带剥离以及沿砂纸往复摩擦400 cm后,接触角仍然大于150°,保持超疏水状态。蜂窝状多孔结构的阳极氧化膜充当过渡层,使溶胶膜和表面修饰形成的薄膜与钛合金基体牢固结合,从而表现出良好的机械稳定性。

陕西渭北晚更新世黄土-古土壤结合水膜厚度的试验研究

为深入剖析黄土与古土壤工程性质的影响因素,以陕西渭北晚更新世黄土与古土壤为研究对象,基于核磁共振、比表面积测试并结合理论分析对结合水膜厚度进行研究。试验结果显示:黄土与古土壤的结合水膜厚度存在明显差异,黄土的结合水膜厚度明显大于古土壤,原因在于古土壤孔隙体积及孔径小于黄土,而古土壤中高价阳离子含量大于黄土,同时古土壤颗粒表面分布铁锰质薄膜,其亲水性较弱。分析结合水膜与黄土湿陷性、回弹变形等工程特性间的关系,发现黄土-古土壤的湿陷性随结合水膜厚度的增大而增强,随结合水膜厚度的减小而减弱,结合水膜厚度与卸荷变形系数呈正相关关系。综合分析说明,高价阳离子含量、颗粒表面特性,及孔隙性的不同造成了黄土与古土壤结合水膜厚度的差异,从而导致黄土与古土壤的湿陷性等工程性质有显著区别。

爆炸冲击波与水膜相互作用的试验研究

为了研究爆炸冲击波与水膜的相互作用,基于水平激波管搭建冲击波与水膜相互作用的试验平台,设计一个水膜发生器,能够产生厚度为8 mm的稳定水膜。研究了1.31和1.42马赫的入射冲击波分别与距管口45、55和65 mm处的水膜相互作用,并采用纹影仪和高速摄影机对冲击波与水膜的相互作用进行了可视化研究,采用压力测试系统记录水膜前方和后方20 mm处的压力和冲量变化。研究结果表明:水膜前方的压力变化取决于冲击波的反射,且水膜产生的反射波低于刚性-固体壁面产生的反射波;水膜后方的压力变化取决于受冲击的水膜破碎时所吸收的能量,且这部分能量主要来源于冲击波后高速气流的作用,冲击波本身的作用并不明显;水膜后方的峰值压力和冲量显著增强,峰值压力的增强效果能达到50%以上,冲量的增强效果能达到10倍以上;水膜距管口越远,对峰值压力的增强效果越显著,对冲量的增强效果越微弱。

基于水膜厚度理论的混凝土料浆流变特性试验研究

通过控制不用的浆骨比和水胶比进行15组测量试验,采用ICAR流变仪对新拌料浆流变性能进行测试,并采用改进Bingham模型对流变参数进行了拟合,通过分析料浆中颗粒表面的水膜厚度探究流变特性变化机理。结果表明:随着水胶比的增加,料浆的剪切行为由剪切变稠转变为剪切变稀,存在临界水胶比0.42。料浆的屈服应力和塑性黏度随水胶比的增大而降低,降低的幅度呈衰减趋势。料浆颗粒表面水膜厚度的变化与浆骨比和水胶比成正比,得出了水膜厚度与屈服应力和塑性黏度的拟合函数,流变参数与水膜厚度存在较高的相关性。研究结果可为混凝土料浆的流变性能研究提供基础。

船舶尾轴承倾角及磨损对水膜压力影响分析

针对船舶尾部水润滑轴承发生快速磨损的问题,该文研究了船舶尾轴承倾角和磨损的存在对其水膜压力分布的影响。首先根据DUFRANE提出的轴承磨损厚度经验公式计算倾角存在时的水膜厚度分布,并将其引入Reynolds方程中求解水膜压力的计算。结果表明:倾角与磨损的存在会改变水膜分布,特别是磨损的存在使水膜压力入口段变短,承压区域变窄。在相同负荷条件下,最大水膜压力会随着倾角增加连续缓慢增大,而随着磨损增加则先缓慢增大、后快速增大;当倾角与磨损增加到规范最大允许值的一半时,最大水膜压力增加7倍,并且水膜最大压力位置向着偏心距较小、磨损较大的端面偏移,由此预示已磨损端的磨损速率将进一步增加。

轮胎/路表间水膜受力和排出特征及其受刻槽参数的影响分析

为研究轮胎作用下水泥混凝土路表水膜受力特征及其受刻槽的影响,采用SolidWorks和Ansys WorkBench,构建了轮胎-水膜-路表有限元模型,基于CFD控制方程和流固耦合理论,分析轮胎作用下路表水膜流动规律以及水膜厚度、行车速度、刻槽宽度、间距和方向对轮胎所受动水升力的影响。结果表明:轮胎迎水面所受动水升力随水膜厚度的增加而增大;当水膜厚度超过轮胎花纹深度后,动水升力增幅明显变大;增加路面刻槽宽度或减小刻槽间距,能够有效地降低轮胎所受的动水升力;在相同的刻槽参数下,路面横向刻槽的排水性能和对动水升力的降低幅度要优于纵向刻槽。

超多车道高速公路超宽沥青路面水膜厚度分析

为解决道路通行能力的问题,改扩建工程通常采用扩宽通行段面的方法,超宽断面虽然提高了交通能力,但也增大了路面径流路径,增加了路面积水风险,而积水在路面形成水膜,降低路表与车胎的附着力,导致车辆发生水滑。高速公路,尤其是特殊路段,在不利天气条件等综合作用影响下的路面排水问题日益突出。依托南方某高速公路“六改十”改扩建工程项目,采用不同经验公式分别计算十车道及以上超多车道超宽断面路面水膜厚度,并分析不同因素对其的影响,为后续高速公路超宽断面的路面排水设计施工、研究提供参考。

喷淋水膜对固体表面红外辐射抑制研究

本文为揭示喷淋水膜对固体表面的红外辐射抑制机理并建立准确的红外辐射计算方法,开展了水膜对固体表面红外辐射影响规律的理论和实验研究,表明在8~12μm波段,水膜厚度大于100μm时,覆盖水膜固体表面的红外辐射特征主要取决于水膜的红外辐射。建立了覆盖水膜固体表面的红外辐射传输模型,对文献中常用计算方法的结果精度进行了分析。采用水膜自由表面温度计算红外辐射误差小于0.3%,而采用固体表面温度计算红外辐射最大误差达8.32%。

浆膜层和水膜层厚度对新拌混凝土流动性的影响

通过改变石粉含量、砂率以及砂级配得到不同浆膜层厚度(PFT)和水膜层厚度(WFT)的混凝土拌合物,通过混凝土扩展度以及T_(500)试验,研究了PFT与WFT对新拌混凝土流动性的影响。结果表明:当WFT>1.40μm时,混凝土的扩展度及T_(500)随PFT同步变化;当WFT<1.40μm时,混凝土的扩展度及T_(500)随WFT同步变化;当PFT与WFT同时增加时,混凝土的扩展度增加,T_(500)降低;当PFT与WFT同时降低时,PFT与WFT的降幅不同,混凝土的扩展度及T_(500)变化也有所差异。

煤化工脱盐水膜污染的研究与应用

为进一步探究煤化工废水脱盐效率的有效提升路径,以L-type型电驱动离子交换膜为主要材料,搭建膜反应工艺,对煤化工废水脱盐工艺进行探究,并探究了不同类型实验参数的影响,确定最优参数组合为操作电压为24 V、循环流量为20 L/h,且操作压力为0.65 MPa,将此参数组合作为优化后的参数组合,用于某煤化工企业的废水除盐工艺的实际测试。结果显示该测试工艺取得了相对较优的效果,具有一定的实际应用价值。

基于水膜厚度的宽路幅高速公路几何尺寸优化

随着国民经济发展和道路交通量的增加,大量双向8车道的高速公路改扩建项目日益增多。如何提高宽路幅高速公路的路面排水效率,降低雨天路面水膜厚度,一直是道路设计关注的焦点。本文在明确临界安全水膜厚度的基础上,利用纬地道路交通辅助设计系统的路面水膜厚度计算模块,分析计算道路纵坡、道路横坡等因素和路面最大水膜厚度的关系,各自给出了单因素影响回归方程;以临界安全水膜厚度为控制标准,给出了全国各地区双向8车道高速公路一般路段最大纵坡推荐值,同时针对双向8车道高速公路弯道超高段如何降低水膜厚度给出了具体的几何尺寸优化措施。

水膜压力监测节点旋转非接触供电耦合机理研究

水润滑轴承水膜压力无线监测方法中,由于节点随主轴旋转,其供电成为一大难题。而常见的电池、滑环和自供电等供电方法均无法保证无线监测节点的持续和稳定性,因此,提出一种非接触供电方法并深入研究耦合机构电磁耦合机理。首先,通过耦合机构磁通路径建立等效磁路模型,获得了物理模型与电感参数的映射关系。然后,结合有限元仿真分析了耦合机构中磁芯数量、气隙、径向偏移和旋转等因素对耦合性能的影响,并对两侧电路进行无功补偿,通过联合仿真对比了补偿前后的输出功率。最后,将耦合机构安装在水润滑轴承试验台上进行了动态测试试验。研究结果表明,仿真与试验一致性较好,该耦合机构在5 mm气隙下能够兼顾耦合和抗偏移性能,且不受旋转工况影响,经过补偿后的耦合机构平均输出功率为12.496 W,传输效率为71.96%,满足无线监测节点需要。

建筑用Q345钢表面超疏水膜层的制备及抗污性能研究

为提高建筑常用Q345钢板的抗污性能,采用磷化并结合喷涂工艺在Q345钢板表面构建超疏水膜层。首先通过调控磷化液温度在Q345钢板表面制备具有较为规则微米级结构的锌系磷化膜,然后均匀喷涂含TiO2颗粒的树脂涂料,树脂固化成膜与锌系磷化膜紧密结合并将分散的疏水性TiO2颗粒固定,从而构建超疏水膜层。结果表明:磷化液温度60℃条件下成膜均匀并且形成规则致密的微米级结构,树脂固化成膜与锌系磷化膜紧密结合使得超疏水膜层具有良好的机械稳定性和化学稳定性。超疏水膜层的化学成分为Zn、P、O、Ti、C和Si元素,表面接触角达到153.2°,其表面能低并且形成微纳米复合结构,能有效抑制模拟污染物的聚集和黏附,表现出良好的抗污性能。

基于运动波方程的道面水膜厚度动态演变研究

水膜对道面抗滑性能影响显著,精确、实时、全面的道面水膜厚度信息,有助于保障飞机滑跑安全,防范重大湿滑风险。文中基于运动波方程和水力学基础理论,结合道面纹理、横纵坡排水和实时降雨强度等动态时空信息,提出道面水膜厚度求解的基本控制方程。在此基础上,分别采用Preissmann法和MacCormack法进行动态求解,并在恒定降雨强度和变化降雨强度2种条件下进行模型验证。结果表明,在恒定降雨强度下,水膜厚度的计算值与实测值的平均绝对误差为0.54 mm,平均相对误差为14.9%,两者吻合度高;在变化降雨强度下,模型能够很好地反映水膜厚度的动态演变特征,均方根误差为0.17 mm;在求解速度上,MacCormack法耗时仅为Preissmann法的56.25%。

关于排水立管水膜流均匀流、非均匀流基本方程之确定

推导确定了排水立管水膜流均匀流基本方程和非均匀流基本方程(不等式),填补了有关研究空白。

PVDF超疏水膜的研制及空气过滤初探

提高膜表面的疏水性是解决空气过滤过程中出现膜润湿现象的必要手段,而提高膜孔隙率是解决空气过滤过程中压降过大的直接方法.本文以聚偏氟乙烯(PVDF)为膜材料,N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂,氯化锂为添加剂,采用非溶剂致相分离方法制备PVDF超疏水膜,考察了添加剂氯化锂对膜接触角以及空气过滤过程压降的影响.结果表明,当铸膜液中氯化锂质量分数为3%时,PVDF超疏水膜的表面接触角为161°,膜截面形成颗粒堆积的疏松结构,孔隙率达到83.1%,气体通量为52 mL/(m^(2)·s·Pa),压降为401 Pa,空气的过滤效率达到90%以上.

应力作用下含水煤岩渗透率及水膜动态演化机制

为探究应力−吸附−水与滑脱效应多因素综合作用下煤岩渗透率演化机制,考虑应力−吸附诱导煤岩变形的影响,修正水膜厚度表达式,并分析煤岩孔隙的动态变化。基于此,进一步量化含水煤岩气体滑脱效应的强度,建立考虑应力−吸附−水与滑脱效应多因素综合作用的煤岩渗透率模型。此外,结合煤岩渗透率试验研究,通过试验数据验证渗透率模型的可靠性,以揭示应力−吸附−水多因素综合作用下煤岩渗透率、动态水膜及滑脱因子的演化机制。研究结果表明:同一含水饱和度条件下,煤岩渗透率随有效应力增大先急剧减小后趋于平缓;同一有效应力条件下,煤岩渗透率随含水饱和度增大逐渐减小。水膜厚度在应力−吸附−水作用下动态变化,水膜厚度与应力、吸附呈负相关趋势,而与含水饱和度呈正相关趋势;随含水饱和度增大,滑脱因子逐渐增大,但在低应力条件下,增大趋势平缓,高应力条件下增大趋势急剧。此外,基于气−液−固表面分离压,推导应力−吸附作用下正方形、正三角形内动态水膜表达式,并分析不同几何形态孔隙的煤岩渗透率、动态水膜及滑脱因子演化机制的差异。其中,因角孔存在,不同几何形态孔隙内水膜厚度从大至小排序为圆形、正方形、正三角形,煤岩渗透率排序与其相反;圆形孔隙内滑脱因子较含角孔隙更大,而正方形与正三角形孔隙内滑脱因子差异较小。

发生风雨激振拉索表面水膜形态数值分析和实测初探

结合Lemaitre斜拉索表面水膜风致形变解析算法,对数学模型中拉索运动方程进行修正,使其能计入拉索风致运动对表面附着水膜形态的影响,通过差分方法对方程进行数值求解,并进行参数分析:研究拉索表面水膜在重力、表面风压、表面摩擦力、表面张力作用下的形态变化,得到拉索发生风雨激振时表面水线的运动规律及形态变化。采用超声波探测仪对拉索表面水膜进行动态测量,实时获得拉索风雨激振形态下表面水膜动态响应数据,通过与水膜运动数值算法结果进行对比一定程度上探讨了圆截面斜拉索风雨振发生机理。

水滴在撞击不同厚度水膜条件下产生的二次液滴特性

采用高速相机对水滴撞击水膜的飞溅过程进行了详细测量,分析了水滴撞击水膜的飞溅临界值、二次液滴的直径分布和二次液滴的速率等飞溅特性。结果表明,在实验参数范围内,当韦伯数增大时发生飞溅现象。此外,可以使用量纲为一参数K来描述飞溅临界值,K=We·Oh-0.4。当K值大于2 100时发生飞溅现象,二次液滴的量纲为一直径和二次液滴的量纲为一速率随着K值的增大而增大。水膜量纲为一厚度对二次液滴直径分布的影响不明显,但由冠状水花产生的二次液滴的平均量纲为一速率随水膜量纲为一厚度的增加而减小。

基于未冻水膜压力判据的冻土水热力耦合冻胀模型研究

冻胀融沉是多年冻土区的主要病害,其受水分场、温度场、应力场的复杂耦合作用影响。基于水膜理论提出了冻土未冻水膜压力作为冰透镜体生成的判据,并重新对水分迁移驱动作用进行描述,建立了以温度、土体孔隙比为变量的全耦合模型。通过考虑已冻区冰基质的影响,推导了涵盖原位冻胀与冰分凝两部分的冻胀量计算公式。基于Matlab和COMSOL Multiphysics的联立平台,提出了模型冰透镜体实时分布的数值求解方法,实现了冻土温度、水分、应力、冰透镜体分布的全耦合数值求解。通过与室内土柱冻结试验及现有水热力模型(Thermal-Hydraulic-Mechanical,又称THM模型)冻胀量结果进行对比分析,证明了温度、含水率与冻胀计算上的可靠稳定。最后通过探讨温度梯度、上覆压力、渗透系数与压缩模量对土柱冻结的影响发现,温度梯度能显著增加土体冻胀量,上覆压力会导致更多水分向冻结锋面迁移,但对冻胀量起着抑制作用,渗透系数与压缩模量均对冻胀量产生正影响。为冻胀理论研究与数值实现提供了新思路。