甲烷/乙烷混合工质纳米液膜蒸发传质特性的研究

采用分子动力学模拟方法研究了五种不同配比甲烷/乙烷混合工质纳米液膜的汽化过程,从蒸发现象、能量变化、涨落耗散规律及相对分子汽化量四个方面分析了混合工质的蒸发传质特性.结果表明:混合工质纳米液膜中甲烷配比越大,汽化起始时间越早,汽化过程越剧烈,汽化的持续时间越短,固定吸附层越薄,模拟体系动能和势能的增量越小,乙烷的存在会抑制甲烷的汽化;由涨落耗散分析可得,甲烷配比越大,对乙烷汽化的促进作用越强,汽化弛豫时间越短,整体汽化速率越快,传质效果越好.

浸渍石墨在陶瓷摩擦副下的摩擦腐蚀行为研究

研究不同介质环境中浸渍石墨的摩擦腐蚀特性,采用扫描电子显微镜和激光共聚焦显微镜分别表征了表面磨痕形貌、磨痕轮廓和磨损体积,通过分析在纯水与海水中的开路电位、极化曲线与电化学阻抗图及其相关参数,对浸渍石墨与2种陶瓷对偶球的摩擦磨损情况与机理进行评估分析.结果表明:浸渍石墨与陶瓷球Si_(3)N_(4)相对摩擦时自腐蚀电流密度更低,容抗弧度与相位角较大,极化电阻值更高,具有更好的耐腐蚀性能和耐磨性.随着载荷的增大,开路电位负移耐腐蚀性增强.纯水中石墨磨损表面存在明显的犁沟现象,以摩擦磨损为主.海水中腐蚀产物与磨屑混合在接触表面形成转移膜,表现较为光滑.摩擦过程中磨损体积、摩擦耗散能与载荷呈正相关性,而磨损率与载荷呈负相关性.海水中黏着现象较为明显,伴有磨粒磨损和轻微的氧化磨损.纯水中接触区以磨粒磨损为主,伴有轻微的黏着磨损和疲劳磨损.

水平管降膜换热器性能规律研究进展

水平管降膜换热器具有热质传递效率高、阻力小、结构简单等优点,被广泛应用于化工等传统领域及能源利用的节能减排领域。降膜换热器内部发生复杂的流动及传热传质相互耦合过程。介绍了实验及模拟研究手段的进展,综述了不同操作参数(气体温度、流向及流量,溶液流量、温度及浓度,内部媒介流量及温度等)与结构参数(管径、管间距等)对水平管降膜管间流型、液膜厚度与润湿性等流动特性的影响规律,以及对蒸发传热特性、吸收传热传质特性等换热器性能的影响规律,包括整体性能和局部微细特征,为水平管降膜换热器的性能优化提供理论支撑。指出在不同气流特征以及多因素相互作用下多维度的局部流动与传热传质性能的耦合影响规律以及强化换热手段会是水平管降膜换热器未来研究的重点方向。

双肩壁凹槽叶顶冷却传热性能的优化研究

为改善航空发动机透平第一级凹槽叶顶的冷却传热性能,利用自编程序搭建了凹槽叶顶的优化设计平台。采用三阶多项式响应面模型和Hooke-Jeeves模式搜索算法的组合优化策略,获得了一种具有优良气热性能的透平级双肩臂凹槽叶顶结构,并将优化结果与传统凹槽叶顶、4种典型双肩臂凹槽叶顶的传热和冷却性能进行了对比,分析了内肩臂的几何参数对凹槽叶顶流场结构和冷却传热性能的影响,评估了双肩臂凹槽叶顶冷却传热性能对设计变量的敏感性。结果表明:优化后的内肩臂分为上下两层;合理的内肩臂几何参数可有效降低泄漏流的冲击作用,有利于冷却流在内外凹槽区域形成良好的覆盖;与传统凹槽叶顶相比,优化后的双肩臂凹槽叶顶的平均传热系数下降了24.96%,平均气膜冷却效率上升了5.38%;叶顶平均传热系数对内肩臂下层的高度最为敏感,叶顶平均气膜冷却效率对内肩臂上层的起始位置更加敏感,而内肩臂上层的高度对双肩臂凹槽叶顶的冷却传热性能影响相对较小。

水润滑轴承用聚合物复合材料的摩擦学研究进展

聚合物复合材料因其优异的自润滑、高化学稳定性和减振降噪等特性而备受关注。以水作为工作介质的水润滑轴承具有环境友好、维护成本低及结构设计简单等特点,已被广泛应用于船舶、水电和化工等领域。首先总结了水润滑轴承用聚合物复合材料特性,归纳了聚合物复合材料在水润滑条件下的摩擦学性能及磨损机制,介绍了提高聚合物复合材料摩擦学性能的常规方法,并进一步探讨了材料内部结构、摩擦界面微观结构与材料宏观摩擦学特性的内在关联。指出促进水润滑聚合物-金属配副摩擦界面原位生长固体润滑特性转移膜,可弥补水膜润滑能力不足、显著提高配副的摩擦学性能,深入研究水润滑状态下复合材料的微观摩擦磨损机制,对于理解水润滑配副的摩擦学机理有重要的意义。

温度对PTFE/Kevlar织物复合材料摩擦磨损性能的影响

为了探究不同温度下复合材料摩擦系数、磨损率的转变以及材料摩擦磨损行为和损伤机制的演变规律,将制备的PTFE/Kevlar织物复合材料,在不同温度(25~150℃)、载荷(20~40 MPa)和频率(6~10 Hz)下进行往复式摩擦磨损试验.试验结果表明:载荷与频率对复合材料摩擦磨损性能的影响远小于环境温度,随着环境温度的升高,摩擦系数和磨损率呈现先减小后增大的趋势,温度为75℃时材料的摩擦系数和磨损率最小.当环境温度、载荷和频率分别为75℃、30 MPa和6 Hz时,复合材料的摩擦系数约为0.039,磨损率约为5.98×10^(-15)m^(3)/(N·m).随着温度升高至100℃以上,材料摩擦系数和磨损率急剧增大且摩擦系数出现剧烈波动.使用扫描电镜(SEM)和X射线能谱(EDS)对复合材料、转移膜和磨屑进行深入分析发现,复合材料的磨损行为与PTFE纤维的断裂行为有关.随着环境温度的逐渐升高,PTFE纤维断裂行为由滑动剪切挤出逐渐转变为纤维拔出、切断和疲劳剥落.复合材料的磨损机制,由磨粒磨损转变为轻微黏着磨损,再转变为严重的黏着磨损并伴随着热复合型的疲劳磨损.

宽温域环境环氧/聚氨酯复合材料摩擦学性能研究

目的考察环氧/聚氨酯(EP/PU)互穿网络复合材料在宽温域环境中的摩擦学性能,以及氧化石墨烯(GO)的添加对其摩擦学性能的影响。方法制备EP、EP/GO、EP/PU、EP/PU/GO等4种材料,其中EP和PU的质量配比为3︰1,GO的质量分数为1.0%。分别研究4种材料的热力学性能,并采用高低温摩擦试验机对比研究常温和–100、–50、50、100℃下GO对EP/PU互穿网络材料摩擦磨损的影响。结果热力学性能结果表明,PU的加入降低了起始分解温度,而加入GO,热分解起始温度有所提升,EP的拉伸强度最高约为90MPa。室温条件下,200r/min时,样品的摩擦因数和磨损率要优于400、500r/min,其中,EP/PU/GO在200 r/min时的摩擦因数最低,为0.03。同样地,在–50、50、100℃时,相对于EP、EP/GO和EP/PU,EP/PU/GO也表现出优异的润滑性和耐磨性。SEM及XPS结果表明,摩擦氧化和螯合反应促进了转移膜的生长,形成了均匀结构的转移膜,可避免摩擦副的直接接触,有利于润滑作用。结论添加GO可以有效改善材料的力学性能,提高EP/PU的摩擦学性能。

金属催化辅助无转移石墨烯薄膜制备技术研究进展

作为一种原子级别厚度的二维碳材料,石墨烯已经被证明具有优异的电学、光学、热学等综合物化性能。但是如何制备高质量、大面积晶圆级别的石墨烯薄膜仍然是激发人们进行科学研究以及器件集成领域的一大热点问题。传统过渡金属催化合成石墨烯薄膜的化学气相沉积工艺往往需要复杂费时的后处理转移工序,会对石墨烯薄膜本征性能造成巨大破坏,因此研究如何在介电基底上直接制备高质量大面积的石墨烯薄膜具有重大意义。基于此目的而兴起的无转移石墨烯薄膜制备研究已经取得了显著的科学成就,其中金属催化辅助合成无转移石墨烯薄膜的研究尤其引人注目,并且基于原位合成石墨烯薄膜性能测试及器件验证均取得了不错的效果。尽管如此,由于催化剂种类、形态以及结构设计等因素的不同,针对金属催化剂在无转移石墨烯薄膜合成过程中的工艺策略,不同的研究有不同的设计。本文基于无转移石墨烯薄膜制备的最新研究结果,对金属在催化转化获得无转移石墨烯过程中的作用机理和设计策略进行了系统全面的分析,对促进高质量晶圆级石墨烯薄膜的合成及在电子、光电子等功能器件领域的应用具有重要的指导意义。

紫外辐照对自润滑关节轴承衬垫磨损性能的影响

PTFE/Kevlar织物材料具有优异自润滑性能,在航空关键部件中广泛应用,但紫外辐照对其影响规律尚不清晰。针对航空器飞行强紫外线暴露的特点,聚焦紫外辐照对航空常用PTFE/Kevlar编织关节轴承衬垫自润滑材料摩擦学性能的影响规律研究。对不同紫外辐照时长的PTFE/Kevlar织物衬垫材料进行往复摩擦试验,并采用多种表征手段对其宏观、微观损伤形貌以及化学状态进行分析。结果表明:PTFE/Kevlar织物衬垫材料的磨损程度随着紫外辐照时间的增加呈现出先降低后升高的趋势,短时辐照(T=100 h和200 h)的磨损最轻微,摩擦损失体积和磨痕最大深度仅为未辐照和长时辐照(T=300 h和500h)的2/3;紫外辐照后,衬垫材料与GCr15轴承钢球之间的磨损行为变化表现为PTFE纤维塑性变形和转移膜形成能力的下降,其主要原因是PTFE纤维结晶度的降低;衬垫材料的磨损机理随辐照时间的延长由疲劳磨损和粘着磨损向磨粒磨损为主转变。研究成果可为PTFE/Kevlar织物衬垫型自润滑材料在紫外辐照后的磨损性能跟踪和研制优化提供参考。

N掺杂对Si-DLC薄膜的结构性能影响及摩擦机理研究

采用平板阴极等离子体增强化学气相沉积技术,通过调控N_(2)流量在GCr15基底上制备了系列硅氮共掺杂类金刚石碳基(Si/N-DLC)薄膜,分析探索N掺杂对于Si-DLC薄膜结构、力学性能和摩擦学行为的作用规律以及Si/NDLC薄膜的低摩擦磨损机理.结果表明:N元素的引入促进Si-DLC薄膜中sp^(2)-C结构的形成,降低了薄膜的硬度和弹性模量,但能大幅改善Si-DLC薄膜的韧性并增强结合(>20 N).更重要的是,N掺杂可有效降低Si-DLC薄膜的摩擦系数并改善其耐磨性能,摩擦系数和磨损率相较于Si-DLC薄膜分别降低了约26%和45%.其摩擦机理是类石墨碳(GLC)转移膜的形成使得摩擦界面发生转移,有效降低了Si/N-DLC薄膜的摩擦系数,并且依赖于摩擦界面的石墨化程度和氢含量.而磨损行为取决于其薄膜自身韧性和抵抗弹塑性变形的能力,磨痕内部脆性断裂缺口会造成转移膜的大面积破坏,加剧了黏着磨损.此外,确定了Si/N-DLC薄膜低摩擦(摩擦系数≤0.05)的最佳服役区间,相关结果为Si/N-DLC薄膜的结构性能调控和工程应用提供参考.

铜表面织构密度对铜/碳配副载流摩擦性能的影响

目的碳刷是大型水轮机组、风电、新能源汽车等装备中电机转子供电的唯一通道,在长期服役过程中其碳块磨耗过度,落粉现象严重,探索织构化对铜/碳配副载流性能和摩擦磨损性能的影响,提出改善碳刷服役性能的表面技术。方法在铜环表面制备不同织构密度的圆形微织构,与碳块构成滑动载流摩擦副,研究织构密度对铜/碳配副载流摩擦磨损性能的影响。采用光学显微镜、白光干涉三维形貌仪、扫描电子显微镜等表征手段分析试样的磨损形貌,并通过能谱仪分析铜环表面碳元素分布及含量,揭示织构化对铜/碳配副性能的影响机制。结果当织构密度从0%增至18%时,摩擦跑合时间下降了47.2%,碳块磨损量下降了31.8%,在同等名义接触面积下接触电阻增高了28.7%。结论铜表面织构化有利于收集和储存摩擦过程中产生的碳颗粒,促进碳转移膜的形成,织构密度的增加可有效缩短摩擦跑合时间、降低碳磨损率。由于织构化破坏了铜表面的连续性,且碳转移膜的导电性弱于铜,因此织构密度的增加导致接触电阻升高。铜表面织构化对于提高碳刷磨损寿命、减少落粉量有一定效果。

表面粗糙度对SA508 Gr.3 Cl.1钢-石墨摩擦副摩擦磨损性能的影响

采用旋转钢圆环-固定石墨圆环式端面摩擦副结构,对不同表面粗糙度(0.319,0.451,1.210,2.300,5.240μm)的SA508 Gr.3 Cl.1钢进行干摩擦磨损试验,研究了试验钢表面粗糙度对摩擦副摩擦磨损性能的影响,分析了磨损机制。结果表明:随着试验钢表面粗糙度增加,摩擦因数先减小后增大,表面粗糙度为0.451μm时最小,为5.240μm时最大;石墨的摩擦磨损质量损失整体呈增大趋势,磨损机制均以磨粒磨损为主。当表面粗糙度较低时,石墨在试验钢磨损面形成大面积光滑的转移膜,膜中碳含量较高;当表面粗糙度较高时,产生犁沟效应,石墨转移膜面积较小,膜中碳含量较少。

气膜孔堵塞对凹槽叶顶冷却传热性能的影响

采用数值方法,研究了燃气透平叶片气膜孔堵塞条件下凹槽叶顶的冷却传热性能,获得了3种吹风比M=0.5, 1.0, 1.5和不同堵塞比B=0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8条件下的凹槽叶顶的气膜冷却效率和传热系数分布。研究表明:气膜孔堵塞会导致凹槽叶顶气膜冷却性能下降、热负荷升高,堵塞比越大,凹槽叶顶的冷却传热性能越差。气膜孔堵塞显著改变了叶顶区域的流场结构,加剧冷气的抬升效应,导致冷气过早离开凹槽。吹风比是影响堵塞工况下凹槽叶顶冷却传热性能的重要因素,吹风比为1.0、堵塞比为0.8时,凹槽叶顶的面积平均气膜冷却效率相比于未堵塞时下降了64.88%、传热系数上升了13.01%。减小吹风比可以改善小堵塞比工况下的叶顶气膜冷却性能,吹风比为0.5、堵塞比为0.4时,叶顶平均气膜冷却效率仅下降了6.82%,但小吹风比会导致大堵塞比工况下的气膜冷却性能恶化严重,吹风比为0.5、堵塞比为0.8时,平均气膜冷却效率下降了82.09%。增大吹风比,可改善大堵塞比工况下的叶顶气膜冷却性能,吹风比为1.5、堵塞比为0.8条件下叶顶平均气膜冷却效率下降了51.34%、传热系数上升了11.52%。

板管型降膜式蒸发器换热特性数值模拟

降膜式蒸发器兼有满液式蒸发器换热效果好及干式蒸发器制冷剂充灌量小的特点。对板管型降膜式蒸发器进行了数值模拟,得出了其在使用R410A为制冷工质时,条缝宽度、喷淋密度及板面温度对蒸发器换热性能的影响。结果表明,当工质入口条缝宽度为1.5mm时,板面的液膜覆盖率及换热系数最大,条缝宽度小于或大于1.5mm时,板面的液膜覆盖率及换热系数均有所降低;板面的液膜覆盖率及其换热系数随着液膜雷诺数的增加而增加,但当液膜雷诺数达到10000以上时,增加幅度明显减小并趋于零;板片温度升高可以增强蒸发器的换热性能,但雷诺数较小时的影响很小,只有雷诺数足够大时板片温度的影响才得到明显的体现。

Zr-4表面特性及冷却剂过冷度 对骤冷沸腾传热的影响

核燃料棒再淹没骤冷沸腾是堆芯失水事故后避免堆芯熔化采取的重要事故缓释措施。本文采用不同粒度砂纸打磨得到不同粗糙度的Zr-4表面,研究了Zr-4表面粗糙度和冷却剂过冷度对骤冷沸腾过程冷却速率及沸腾换热的影响。对所制备的不同表面粗糙度实验段进行了骤冷沸腾可视化实验,同时测量实验段内部温度,通过导热反问题反演得到骤冷过程表面温度及热流密度。结果表明:表面粗糙度对膜态沸腾换热的影响较小,但粗糙度较大的表面更早地触发了表面-液体接触,强化了骤冷沸腾;而粗糙度较小时,粗糙度对骤冷沸腾的影响较小;当粗糙度进一步减小时,由于表面接触角的增大,骤冷沸腾持续的时间增长。此外,随着冷却剂过冷度的增大,膜态沸腾气膜厚度减薄,维持稳定气膜的最小膜态沸腾温度增大,骤冷速率增强。本文为揭示压水堆破口事故燃料棒再淹没过程的流动沸腾换热机理提供一定的理论基础。

基于胸部X线片的深度迁移学习模型早期诊断儿童肺炎支原体肺炎

目的:探讨基于VGG19的深度迁移学习模型在儿童胸部X线片(胸片)早期诊断肺炎支原体肺炎(MPP)中的价值。方法:搜集常州市第二人民医院儿科就诊的患儿3763例,其临床及影像资料齐全。将患儿胸片分成细菌性肺炎组、MPP组和病毒性肺炎组,并按照9:1随机分为训练集和测试集。另外选择150例患儿胸片作为验证集(细菌性肺炎、MPP和病毒性肺炎各50例)。模型性能评价指标包括在训练集和测试集中的准确率(Ac)及在验证集中的精确度(Pr)、召回率(Rc)、F1评分(F1)和ROC曲线下面积(AUC)。结果:VGG19在训练集和测试集中的最高Ac分别为0.99和0.95。细菌性肺炎组的Pr、Rc、F1、AUC分别为0.87、0.82、0.85、0.92,MPP组分别为0.85、0.74、0.78、0.90,病毒性肺炎组分别为0.76、0.88、0.81、0.93。VGG19对三组图像分类诊断的总体AUC为0.92。结论:基于VGG19的深度迁移学习模型是儿童胸部X线片诊断MPP的可靠方法,能够帮助临床早期诊断MPP。

MoS_(2)/CF改性超高分子量聚乙烯复合材料微动磨损性能研究

采用热压烧结法制备一系列碳纤维(CF)和MoS_(2)相对含量不同的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合材料,研究填料在基体中的分布,考察CF和MoS_(2)对UHMWPE复合材料热性能的影响;通过SRV-IV微动磨损试验机研究CF和MoS_(2)对UHMWPE复合材料微动磨损性能的影响,并对复合材料的磨损机制进行研究;考察干摩擦和去离子水润滑介质2种条件下载荷对复合材料摩擦性能的影响。结果发现:CF的加入有利于复合材料热性能的提升;与单一CF改性相比,适量CF和MoS_(2)同时改性UHMWPE更有利于复合材料摩擦学性能的提升,其中质量分数10%CF和10%MoS_(2)改性的UHMWPE复合材料在摩擦过程中能在摩擦表面形成均匀致密的转移膜,且MoS_(2)均匀分布在转移膜,这使得复合材料的摩擦磨损性能最优;复合材料在水润滑介质中具有更低的摩擦因数,其摩擦因数随着载荷的增加而上升。

Si_(3)N_(4)/PTFE复合材料转移膜形貌与磨损率定量分析

聚四氟乙烯(PTFE)基复合材料摩擦转移膜对其摩擦学性能有着决定性影响,转移膜形貌与磨损率定量关系对PTFE基复合材料的摩擦学性能优化有重要意义。文章对Si_(3)N_(4)/PTFE复合材料转移膜膜厚与覆盖率进行定量表征并建立两者与磨损率的函数关系。结果表明:转移膜最大厚度和覆盖率均与复合材料磨损率之间有较高的拟合度,最大厚度与覆盖率在转移膜不同形貌时对复合材料磨损率的影响起不同作用;转移膜最大厚度大于0.319μm时,其最大厚度的增加对提高复合材料磨损变化起主导作用;转移膜最大厚度小于0.319μm时,覆盖率的增加对降低复合材料的磨损起主导作用。

V形沟槽纳米线团簇表面的毛细抽吸-补液蒸发传热特性研究

利用V形沟槽纳米线团簇表面的毛细抽吸和补液特征,结合实验观测和建模分析对表面的薄液膜蒸发进行研究。探究了表面结构参数和沟槽液位对蒸发性能的影响,建立薄液膜蒸发模型求解纳米线团簇和V形沟槽中的液膜轮廓方程并分析传热性能。结果表明,随着纳米线直径减小和高度增大,薄液膜蒸发传热系数增大,最高可达369kW/(m_(2)·K)。团簇内液膜在毛细力驱动下具有极高的爬升速度,使得小持液量下液膜仍位于团簇顶端蒸发。沟槽液膜完全润湿沟槽且与团簇顶端液膜相连通,为团簇蒸发补液,沟槽液位下降不影响团簇顶端蒸发,能够延伸薄液膜长度并减薄沟槽侧壁液膜厚度,进一步强化传热。纳米线团簇中液膜宏观传热系数显著高于沟槽,证明了团簇在整体蒸发中的决定性贡献,阐明了V形沟槽纳米线团簇表面薄液膜蒸发微观机制。

水平内螺纹管中超临界RP-3航空煤油换热数值研究

针对航空换热器的应用,对水平内螺纹管中RP-3航空煤油的超临界换热进行了数值研究,着重考察煤油压力和螺纹升角对换热的影响。基于管截面温度、密度、局部质量流速、流线分布状况,揭示周向非均匀传热恶化的机理。通过类气膜温度梯度和旋流动能的演变以定量表征类气膜程度和旋流强度。提出了适用于周向四个位置努塞尔数预测的换热关联式。结果表明:流动性差的类气膜在冷流体和热壁面之间形成阻隔,导致传热恶化问题。浮升力作用致使流场和温度场出现畸变,类气膜厚度周向不均,产生局部超厚类气膜,对应的传热恶化加剧。厚类气膜区和二次流涡在浮升力和螺纹旋流耦合机制下沿流动方向不断逆时针改变位置。提高煤油压力有利于削弱和延后类气膜效应,且使旋流强度下降。随着螺纹升角增大,类气膜效应略有削弱和后延,旋流强度显著提高。换热关联式预测偏差普遍位于±10%的误差范围。