磁流变丁腈橡胶基微凹槽尾轴承润滑特性研究

提出了一种磁流变丁腈橡胶基水润滑微凹槽尾轴承。在不同磁场强度下制备磁敏橡胶试样,并获得弹性模量;利用柔度矩阵法计算了轴承变形,建立了磁流变水润滑微凹槽尾轴承流-固耦合理论模型,通过试验对计算模型的正确性和有效性进行验证;探明凹槽结构参数对无量纲承载力的影响。分析结果表明:增强磁场可提升尾轴承的润滑效果,磁场强度为0.35T时,承载力比0T时增大了1.2%,摩擦系数减小了1.0%;微凹槽深度取值范围为(30~50)μm,宽度取值500μm,可达最佳润滑效果。

多工位组合电极电火花成形微凹槽结构

针对具有复杂微尺度凹槽结构的高硬度模具钢型腔难以加工的难题,提出了一种多工位组合电极电火花成形的新方法。以某种聚合物微流控芯片模具型腔为研究对象,选用NAK80模具钢为型腔材料,铜钨合金(W75%)为相应的微凸起结构电极材料并经由高速铣削加工。为降低加工难度及保障加工质量,对复杂微凸起结构进行分解,形成2组4工位组合电极;采用周铣、端铣交替进行的工艺使微凸起上表面的毛刺连续发生塑性变形从而减小和去除微凸起结构顶端的加工毛刺。最后,利用制备好的多工位组合电极,采用变换工位代替更换电极的加工方式,通过精密电火花成形,依次完成粗、半精与精加工。结果表明:加工的凹槽侧壁与底面垂直度较好,宽度、高度误差在3μm以内,根部圆角在15μm以内,可以满足成型聚合物微流控芯片的使用要求。

凹槽结构对水润滑微凹槽尾轴承润滑性能的影响

为研究仿生表面织构占比和宽度对尾轴承润滑特性的影响,基于柔度矩阵法和润滑理论,计入内衬弹性变形,建立表面微凹槽织构水润滑尾轴承的流固耦合模型,通过试验验证模型的正确性和合理性。设计矩形、圆形、等腰三角形3种不同截面形状的微凹槽表面织构水润滑尾轴承,对比分析凹槽占比和宽度对尾轴承承载力和摩擦性能的影响。结果表明:在同等条件下,局部凹槽尾轴承承载力和摩擦性能显著优于全局凹槽尾轴承;凹槽占比约为0.31时,矩形微凹槽尾轴承承载力达到最大值,摩擦因数达到最小值,因此在设计、使用水润滑尾轴承,尤其是赛龙内衬水润滑尾轴承时,建议凹槽占比取值为0.30~0.32,此时可获得最佳润滑性能;随凹槽宽度的增大,局部矩形凹槽尾轴承润滑效果显著优于等腰三角形和圆形凹槽尾轴承。

微凹槽内液滴流场特性的Micro-PIV实验研究

液滴已成为微流控技术的重要研究内容。为了精确调控液滴内的微环境,利用微通道矩形长凹槽生成并封裹液滴,并开展了液滴内部流场特性的显微粒子图像测速(Micro-PIV)实验,研究了雷诺数(Re)对液滴形貌、流场速度矢量场特性和剪应力分布的影响。结果表明,当Re=11.1时,液滴内部出现了一个涡胞结构;当Re=33.3时,液滴中心处的流速达到最大值,约为10μm/s。然而,当Re=44.4时,涡胞消失,平均流速降低。同时,液滴尺寸随Re增加而减小。此外,Re对液滴内部剪应力变化无明显影响,剪应力平均值极低(<1.5×10^-4Pa)。

微凹槽织构化表面在往复运动条件下的摩擦学特性

采用自主研制的激光微织构加工设备在45#钢试样表面制备出具有不同间距和夹角的微凹槽织构,在UMT-Ⅱ摩擦试验机上进行往复运动摩擦学性能试验。结果发现:在富油润滑条件下,当载荷较低、速度较大时,微凹槽织构具有较好的润滑减摩效果,织构面的平均摩擦因数最大比未织构面下降超过60%;凹槽夹角对摩擦因数的影响受载荷大小的影响,在给定的在载荷下,存在最优的夹角使摩擦因数最小;在其他几何参数相同的情况下,存在最优的槽间距使得平均摩擦因数达到最小,且最优的槽间距基本不受载荷大小的影响。

45^#钢表面微凹槽织构激光加工工艺

为优化激光表面织构技术加工微凹槽的工艺参数, 采用声光调Q 二极管泵浦Nd： YAG 激光器在45^# 钢表面开展工艺试验研究.通过WKYO-NT1100 三维形貌测量仪获得织构形貌, 应用单因素法分析泵浦电流、脉冲重复频率、扫描速度工艺参数对织构形貌的影响.结果表明, 随着泵浦电流的增加, 微凹槽织构的宽度和深度均随之增大;随着重复频率的增加, 微凹槽织构的宽度逐渐变小, 而深度先变大后变小; 随着扫描速度的增加, 微凹槽织构的宽度逐渐增大, 而深度逐渐减小.通过对上述参数的优化可以获得较为理想的微凹槽形貌, 较佳工艺参数范围为： 泵浦电流15～17 A, 重复频率1 500～2 500 Hz, 扫描速度10～20 mm/ s.

微凹槽参数对轴承润滑性能影响的显著程度分析

基于基本润滑理论建立了水润滑微凹槽轴承流-固耦合润滑模型,通过轴承板条试验验证了模型的正确性,应用正交仿真和极差分析法探讨了微凹槽的深度、宽度、长度、布置位置及截面形状5种因素对水润滑轴承润滑性能影响的显著程度。结果表明:偏心率和转速一定时,微凹槽的结构和位置参数对局部微凹槽和全部微凹槽轴承润滑性能的影响程度不同。

微凹槽织构几何分布对不锈钢摩擦学性能的影响（英文）

本文实验研究了表面织构沟槽的几何分布对不锈钢摩擦学性影响。沟槽的分布形式分别是平行、三角形、正方形和六边形,并对比研究无织构形式。利用MFT-20激光系统加工织构,采用销-盘磨损试验机测试其摩擦学性能,同时利用扫描电镜观察分析微观形貌。结果表明,先粗加工后精加工的方法可加工出高精度织构;有织构试样的摩擦系数低于无织构的摩擦系数,且织构的几何分布影响润滑状态和无润滑状态下试样的摩擦学性能。从润滑油的供给和流体动压润滑效应分析了润滑状态下的摩擦磨损机理;从磨屑的捕捉以及去除分析了无润滑状态下的摩擦磨损机理。

表面微凹槽对机械密封性能的影响

采用FLUENT软件分析微凹槽结构对机械密封性能的影响,探讨凹槽深度比(凹槽深度与油膜厚度比值)、凹槽宽度比(微凹槽宽度与内环圆弧的直线长度比值)和凹槽长度比(微凹槽长度与圆环宽度比值)对开启力、液膜刚度、泄漏率的影响。结果表明:凹槽深度比、凹槽宽度比均存在一个最佳值使开启力和液膜刚度达到最大值,开槽深度与油膜厚度有着密切的关系;在凹槽宽度比一定时,凹槽宽度越大,开启力和液膜刚度也越大,而泄漏率基本保持不变,这表明毫米级宽度凹槽比微米级凹槽具有更好的密封性能;凹槽长度比越大,开启力和液膜刚度也越大,但是泄漏率也会同时增大。

硬质合金表面微凹槽激光加工工艺试验研究

为了在硬质合金材料上得到不同微凹槽织构尺寸的加工参数,采用Nd∶YAG激光微加工系统进行微凹槽造型。利用单因素分析法分析了泵浦电流和扫描速度对微凹槽参数的影响。通过WYKO-NT1-100三维形貌分析仪研究了试样的表面织构形貌。结果表明:泵浦电流对微凹槽织构的宽度和深度影响都很大,而扫描速度主要影响微凹槽的深度及底部质量。当扫描速度为8 mm/s时,微凹槽的深度最大,底部质量最好。

微流控粒子分选中圆形微凹槽容纳特性研究

微流控技术由于具备操控微通道中微小体积流体的能力,已成为操控粒子和细胞的新平台.基于粒子惯性迁移和微凹槽涡胞捕获的粒子分选方法,是一种重要的微流控粒子操控技术.目前,微凹槽容纳的粒子数量不高,制约了该方法的效率.为了提高微凹槽粒子容量,对圆形微凹槽进行结构设计,并利用高速显微成像技术和数值模拟,研究了不同圆形微凹槽的粒子容纳能力.研究发现,相同入口雷诺数(Re=37~555)下,带底腔的圆形微凹槽相较于普通圆形微凹槽容纳的粒子数量提升了45%,这是因为增加底腔后使得涡流线向下延展,形成更深的“U形”结构,可以容纳更多的粒子;当Re=482时,带底腔的直径500μm的圆凹槽比直径600μm的圆凹槽的粒子容量提高了93.9%,原因是前者凹槽内粒子运动轨道与流线更加吻合,粒子轨道面积与凹槽面积占比达到了97%;随着Re增加,从侧通道收集到的粒子富集浓度整体呈现先缓慢增大后减小的趋势,收集到的20μm粒子的最大富集浓度为初始悬浮液的126.7倍;不同微凹槽内粒子群的轨道运动受到涡流场特性、粒子物性及粒子间相互作用和壁面限制作用等因素的共同影响.研究结果对微凹槽结构设计和提高粒子分选性能有重要指导意义.

微矩形凹槽表面液滴各向异性浸润行为的研究

受自然界启发,仿生微结构被广泛用于调控固-液界面的性质.研究显示,液滴在微结构表面的各向异性浸润行为可用于实现微流动方向和速度的控制,且其各向异性浸润与微结构的尺寸和分布等密切相关.本文研究了微矩形凹槽尺寸对液滴各向异性浸润行为的影响规律.结果显示,液滴沿平行沟槽的方向具有较小的运动阻力、易铺展,因此具有较小接触角;而垂直于沟槽方向,由于沟槽的阻隔作用具有较大运动阻力,因而具有较大接触角,并且在垂直方向液滴的浸润过程是三相线一系列钉扎和跳跃行为.在微矩形凹槽表面,液滴沿平行方向接触角θ//与肋板宽度R和凹槽宽度G密切相关,其值与表面固体面积比成反比;而垂直于沟槽方向的接触角θ⊥随肋板宽度R和凹槽宽度G变化基本保持不变.同时各向异性液滴的变形比L/W、特征方向接触角比值θ⊥/θ//与表面固体面积比成正比.研究结果有助于加深理解微结构表面浸润行为的机制,并为微矩形凹槽在微流动控制方向的应用提供技术支持.

凹槽微通道铜-水纳米流体传热与流动分析

对铜-水纳米流体在圆弧型凹槽微通道中的传热与流动特性进行了分析。比较了不同体积分数的铜-水纳米流体在深宽比分别为0.3和0.5的凹槽微通道中的温度和速度分布,分析了体积分数和凹槽深宽比对凹槽微通道中铜-水纳米流体的传热系数和流体输运动力因子的影响。凹槽强化了微通道对流传热,与平板型微通道相比,铜-水纳米流体在圆弧型凹槽微通通内呈现出不同的传热特性。纳米流体体积分数、流体输运动力因子和凹槽深宽比对凹槽强化微通道传热影响较大。分析结果与已有的实验结果符合较好。

带凹槽的微通道中液滴运动数值模拟

运用改进的耗散粒子动力学方法模拟了液滴在由凹槽所构成的粗糙表面微通道内的运动行为.改进的耗散粒子动力学方法采用新近提出的"短程排斥、长程吸引"相互作用势能函数,从而可以模拟带有自由面的流体,如液滴等.模拟了新势能函数下液滴与固体壁面的静态接触角,并用2次多项式拟合了"接触角-αwf/αf"的变化曲线.研究了液滴在带凹槽的微通道中运动时,微通道壁面浸润性、外场力、液滴温度对液滴流动特性的影响.结果表明壁面浸润性和外场力对液滴流动特性的影响较大,液滴温度对液滴流动特性的影响较小.研究结果对运用耗散粒子动力学方法模拟并分析微流体在复杂微通道中的流动有一定的参考价值.

钛表面微凹凸织构的激光加工及其细胞黏附研究

钛以其优异的力学性能和良好的生物相容性而被广泛用于制造医疗植入体。为提高钛在人体内的稳定性、抗菌性等,需对其表面进行修饰改性。本研究采用飞秒和皮秒激光在钛表面加工出微凹槽和微凸起结构,对比了两种激光技术在钛表面加工的微凸起和微凹槽结构在表面形貌、亲疏水性和生物相容性等方面的差异。表面形貌、轮廓、元素的表征结果表明两种激光加工结构的尺寸主要受能量密度的影响,而形状受光斑重叠率的影响较大,皮秒激光加工表面的氧含量较高。由于飞秒和皮秒激光改性钛表面微织构形貌的差异,水接触角(以下简称“接触角”)从初始的40.25°分别降为9.88°和0°。通过对比样品在空气、真空、生理盐水中保存3 d后的表面接触角发现,皮秒激光加工样品表面能保持稳定的超亲水性;经硅烷处理后,飞秒激光改性表面的接触角可达152.80°,而皮秒激光改性表面的接触角为146.38°。细胞黏附和增殖的实验结果表明飞秒激光加工的微凸起或微凹槽线阵有利于细胞的黏附和排列,而皮秒激光加工的微凸起或微凹槽线阵有利于促进细胞的铺展和迁移。

双层微通道换热特性优化分析

为强化微通道换热器换热效果,建立了三维双层微通道换热器模型,通过优化分析计算得出微通道最佳设计尺寸。在底部热流密度qw=100W·cm-2时,最优占空比K=74%,下层通道高度Hc1=0.5mm,上层通道高度Hc2=0.9mm,其最高温度分布于受热面中部,最大温差比未经优化时降低20.37%。并对比了凹槽微通道与普通微通道的换热特性,结果表明,在入口速度大于3m/s时,凹槽微通道换热效果比普通微通道换热效果好。