搅拌管内分子印迹固相萃取涂层的制备与吸附性能

将分子印迹技术与搅拌吸附萃取技术结合,在镀镍铁管内壁制备了以雌二醇分子为模板,PA 66为骨架的分子印迹固相萃取涂层,使整个装置具有搅拌和萃取的功能,并探究了其对雌二醇及其结构类似物分子的吸附性能和选择性能。结果表明:该装置对雌二醇的吸附在90 min内可达平衡,吸附率为67.5%,分别是对雌三醇和雌酮吸附率的14和68倍,说明其对雌二醇具有高选择性;该分子印迹层使用50次后,对雌二醇的吸附率仅下降5.3%,说明管内分子印迹固相萃取涂层能保持较长的使用寿命。

搅拌管式反应器内流动特性的大涡模拟

采用实验和数值模拟的方法研究搅拌管式反应器内的混合过程,其中数值模拟采用大涡模拟的方法研究了反应器内流体的流动场,并就不同转速条件下流体的混合时间,将大涡模拟数值结果分别与标准k-ε模型的计算结果和实验测量值相比较,结果表明:管式搅拌反应器内的流动是非稳态的,具有不对称性。同时,大涡模拟方法可以预报漩涡,特别是桨叶背面的漩涡。与实验测量值相比,大涡模拟对混合时间的计算精度比标准k-ε模型计算精度高约22.8%,证明大涡模拟方法能够有效地模拟搅拌管式反应器内的流动特性。

双螺带式搅拌器的搅拌特性及关键结构参数研究

运用Fluent软件对双螺带搅拌器的混合过程进行模拟,利用多功能搅拌实验平台进行功耗测试,验证仿真模型的合理性。结合实例,分析了边界间隙、螺带直径以及螺距对搅拌特性的影响。针对混合效果和效率(经济功耗)的定量评价难点,提出用功耗因子与轴向功耗因子的数值,表征高黏度流体混合时的能量利用效果与整体混合效果,并以此为依据对螺带式搅拌器关键几何参数进行优化。实例的模拟结果表明:当螺带直径为1 200 mm时,即螺带直径达到罐体直径0.8倍时,轴向功耗因子最大为0.232 6 s,表明轴向流体宏观混合效果最好;螺距为1 350 mm时,即螺距与螺带直径之比为1(螺旋升角为45°)时,轴向功耗因子达到最大为0.180 6 s,表明轴向流体宏观混合效果最好;随着边界间隙的减小,罐壁总速度峰值增大,表明防附着效果增强,罐壁内侧的热边界层减薄。

固相搅拌摩擦沉积增材制造技术研究进展

搅拌摩擦沉积增材(Additive friction stir deposition,AFSD)是一种先进的固相增材制造(Additive manufacturing, AM)技术。与传统基于熔融的增材制造技术相比,它具有增材结构致密、材料低变形和过程高效节能等优势,在航空装备制造、交通运输、机械制造等领域拥有广阔的应用前景。本文综述了AFSD技术的原理、优势、组织演变特点和应用情况。重点介绍了AFSD过程中“工艺条件-微观组织-力学性能”相关性的研究现状,沉积材料力学性能受材料流动状态、界面连接机制、微观组织演变情况的综合影响。列举了AFSD技术在大型构件整体制造、高性能涂层、表面缺陷修复等领域的应用。最后,对AFSD技术进行了展望,指出该技术在工艺与组织变化耦合、原位变形条件模拟、工具头设计和新材料增材等方面需进一步研究和突破。

立式紊流搅拌机多相流场及混合性能

为研究液体与固体颗粒在大容积立式搅拌机中的混合特性,建立了转轴与转筒耦合运动形式的双轴立式搅拌机和单轴立式搅拌机模型,利用计算流体动力学仿真软件Fluent中的双欧拉模型和RNG k-ε湍流模型,以污泥和铁尾矿颗粒作为混合介质,分别模拟2种搅拌机内部物料的混合过程,对流体流动特性以及固相颗粒体积分布规律进行分析,并对比分析了双轴搅拌和单轴搅拌对液固两相混合性能的影响.结果表明:相同工况下,2种搅拌机内的流场特性差异较大,双轴搅拌机内流体的紊流效果明显强于单轴搅拌机;固相颗粒在单轴搅拌机内从上到下呈阶梯状分布,而在双轴搅拌机内各处均匀分布;结合示踪剂扩散时间可得出,双轴搅拌机单位体积混合能耗远小于单轴搅拌机,所以双轴搅拌机的搅拌混合效果以及混合效率优于单轴搅拌机.研究结果可为大容积搅拌混合设备的设计与优化提供重要的参考.

滚筒式堆肥反应器通风搅拌系统设计与试验

针对有机废弃物堆肥过程中物料溶氧效率低导致的堆体起温速率慢、发酵不彻底等问题,设计了一种高效堆肥通风搅拌系统,该系统由分段式通风系统和组合式搅拌装置构成,通过对两个主要装置进行理论设计和DEM-FEM耦合仿真,实现堆肥通风和搅拌工艺优化。结果显示,通风系统中的最大应力出现在通风管上,为13.064 MPa,最大形变量为0.038126 mm,搅拌装置中最大应力出现在抄板上,为190.31 MPa,最大形变量为0.34417 mm,符合设计要求。在此基础上,以食物垃圾和梧桐叶为原料,进行为期14 d的堆肥试验,监测堆肥过程中关键参数变化并测定发酵产物相关指标,完成通风搅拌系统性能验证试验。试验结果表明:使用该通风搅拌系统的滚筒式堆肥反应器,其内部堆体温度在3 d时达到53.34℃,堆肥过程中堆体最高温度可达69.56℃,堆体高温期(大于50℃)可持续6 d以上;试验结束后其产物含水率降至27.21%、pH值升至8.4、种子发芽指数最高可达131.4%,符合有机肥料测定标准(NY/T 525—2021),滚筒反应器运行成本仅65.51元/t。

根部加强的镁合金搅拌摩擦焊分析

常规搅拌摩擦焊中,不同厚度的材料所适配的最佳搅拌针长度也不相同,搅拌针过长或过短都会对焊接效果产生不利影响.为了解决这一局限性,提出了一种在焊缝背面添加适当厚度同种材料垫板的新型焊接工艺,在该工艺中,搅拌针长度大于被焊板材厚度,将垫板与母材焊接在一起,一方面,降低了对搅拌针长度的要求;另一方面,可消除焊缝减薄产生的不利影响.结果表明,采用该方法分析1.5 mm厚AZ31B镁合金的对接焊,接头抗拉强度最大可达母材的91.19%,此外,分析了焊缝横截面微观组织和显微硬度分布,通过所建立的卷积神经网络模型,对接头抗拉强度随参数变化的分布情况进行了预测,获取了最佳工艺参数.

航空铝合金薄板搅拌摩擦焊内部缺陷的超声相控阵检测

针对3 mm厚度下航空铝合金薄板搅拌摩擦焊焊缝的检测需求,基于典型缺陷特征以及缺陷对焊接接头性能的影响规律分析,明确了搅拌摩擦焊无损检测应重点关注的缺陷类型;设计了不同深度和尺寸的隧道以及未焊透缺陷模拟样件,利用模拟缺陷样件验证了超声相控阵检测技术对铝合金搅拌摩擦焊中1 mm埋深0.2 mm孔径的隧道缺陷以及1.6 mm埋深2 mm长、0.2 mm深未焊透缺陷的检测能力,对3 mm厚度下搅拌摩擦焊实际样件的检测结果与X射线检测结果及断口观察结果吻合,超声相控阵检测技术可以用于3 mm以下航空铝合金薄板搅拌摩擦焊焊缝的检测。

双机镜像搅拌摩擦焊顶锻力变化规律与影响因素研究

随着搅拌摩擦焊板厚增大,设备承载能力无法满足单侧搅拌摩擦焊的高顶锻力要求,因而难以形成质量良好的焊缝。为了降低设备所受顶锻力,本文提出了一种双机镜像搅拌摩擦焊工艺方法,研究了工艺过程中顶锻力的变化规律和影响因素,并验证了该工艺的可行性和优越性。首先,建立热力耦合的有限元仿真模型,得到顶锻力随板厚的变化规律,同时得到了双机镜像搅拌摩擦焊工艺能够减小顶锻力的结论;之后,建立顶锻力估计模型,并基于数据驱动对模型进行试验修正和验证,实现无传感器的顶锻力监测;最后,在搭建好的试验平台样机上开展了镜像焊接试验、3组工艺参数的多因素试验及单侧搅拌摩擦焊对比试验,得到顶锻力随时间的变化规律和工艺参数的影响,验证了双机镜像搅拌摩擦焊工艺可以减小搅拌头所受顶锻力、降低设备承载能力需求的作用。

6061铝合金超声辅助搅拌摩擦焊温度场分析

为了分析超声振动对6061铝合金超声辅助搅拌摩擦焊接过程温度场的影响,采用解析建模和数值模拟的方法,建立了超声辅助搅拌摩擦焊过程中接触界面摩擦系数模型和热力耦合有限元分析模型,开展了6061铝合金超声辅助搅拌摩擦焊温度测量试验,结合有限元与试验结果进行对比分析.结果表明,仿真得到的工件表面温度分布曲线及取样点温度都与试验结果基本吻合,验证了建立模型的准确性;超声振动可以改变摩擦状态,降低焊接摩擦产热,减少峰值温度及高温区域的面积,振幅对焊接峰值温度影响的显著性高于频率.

底吹搅拌技术在电弧炉中的应用与发展

发展电弧炉短流程炼钢是钢铁工业实现“双碳”目标的重要途径。近年来,现代电弧炉技术发展迅速,电弧炉底吹搅拌技术也在不断进步和推广,对电弧炉生产的高效化和节能化作出了重要贡献。针对电弧炉底吹搅拌技术的机理、工艺特点、系统组成、气体种类、底吹元件类型及工艺布置方式进行综述,并对底吹技术的应用情况进行总结分析。模拟计算得出,远离底吹装置的区域,钢液流速明显偏低。结合炉型特点布置底吹装置及优化底吹气量,可改善熔池动力学条件,促进钢液元素传质,实现降低能耗和原材料消耗、提高生产效率的效果。深度开展底吹技术研发,与吹炼、供电、喷粉等工艺技术耦合,并结合新炉型特点制定底吹工艺制度,实现智能化底吹是发展现代电弧炉短流程技术的重要方向。

射流与搅拌协同式浮选机气体引射规律探究

为了探究射流与搅拌协同式浮选装置在射流与搅拌协同作用下的气体引射规律,建立了射流与搅拌耦合区域模型,分别模拟了射流速度变化、搅拌速度变化、射流速度与搅拌速度同时变化对装置吸气能力的影响,搭建了射流与搅拌协同式浮选装置并对其进行试验。结果表明,射流速度是影响装置吸气能力的主要影响因素,搅拌速度对装置吸气能力产生一定的影响;射流与搅拌协同作用下浮选装置的吸气能力取决于射流速度与搅拌速度的相对贡献;射流速度与搅拌速度的增大对喷嘴的吸气能力分别产生促进与抑制的效果;当射流速度带来的增益效果大于搅拌速度带来的抑制效果时,提高装置吸气量的同时也促进了物料的混合,反之则降低装置的吸气量;随着搅拌速度的不断增加,叶轮剪切射流束的剪切力与剪切面积逐渐减小,射流束不再冲击叶轮,此时装置的吸气能力取决于射流速度大小。射流与搅拌协同式浮选装置在流量8.2m^(3)/h以上工作时,搅拌速度对喷嘴吸气能力影响较小;当在流量8.4m^(3)/h、转速7.5m/s的条件下工作时,此时喷嘴的吸气能力得到质的提高并且物料混合效果较好,浮选装置具有较好的工作能力;当搅拌速度达到8.75r/s以上时,射流束逐渐发生轨迹偏移,装置吸气能力取决于射流速度且射流束不再冲击驱动叶轮。

混凝土搅拌筒CFD-DEM多相流数值模拟与分析

为研究混凝土运输车搅拌筒内的混凝土与骨料颗粒的真实运动情况,采用CFD-DEM耦合的方法,考虑混凝土的非牛顿流体特性及骨料颗粒间的相互作用,对混凝土进料、搅拌、出料过程的混凝土及颗粒运动规律进行数值模拟。通过将出料时间和出料速率数值仿真结果与实验对比,验证了CFD-DEM耦合方法的可行性。将计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)和离散元(Discrete Element Method,DEM)仿真结果导入ABAQUS中对叶片结构强度进行了分析,结果表明:叶片所受应力远小于材料的许用应力,最大节点位移满足刚度设计要求。最后对叶片的磨损情况进行了分析。

7075–O铝合金搅拌摩擦焊接头微观组织与力学性能

时效硬化态7075铝合金搅拌摩擦焊接头塑性较低,给进一步变形加工带来困难。本文采用3 mm厚的7075–O铝合金板进行搅拌摩擦对接焊,研究焊接速度对接头组织和强塑性的影响,为获得高塑性的搅拌摩擦接头提供解决方案。结果表明,7075–O铝合金接头焊核区为细小的等轴晶粒,随焊接速度的增加,焊核区平均晶粒尺寸呈先减小后缓慢增加的趋势,当焊接速度为40 mm/min时,焊核区晶粒尺寸最小,约为1.96μm。不同焊接速度下接头横截面显微硬度呈“凸”形分布,接头区域发生明显硬化,其中焊核区硬度最高,约为145HV。7075–O铝合金搅拌摩擦焊工艺窗口较宽,焊接速度在20~80 mm/min范围内接头强度均高于母材强度,焊接件伸长率达母材的82%,采用7075–O铝合金不仅能够克服时效硬化态7075铝合金搅拌摩擦焊接头的软化问题,而且能够获得更高的伸长率。接头弯曲试验结果表明,7075–O铝合金搅拌摩擦焊接头能够承受更大的弯曲角度,极限弯曲角达105°,具备更加出色的塑性变形能力。

ZL101/6061铝合金搅拌摩擦焊接头组织及性能研究

采用搅拌摩擦焊接ZL101铸造铝合金和6061铝合金,转速为1000 r/min,研究不同焊接速度和压入量对铝合金接头组织和性能的影响。结果表明:当焊接速度为150 mm/min,压入量为6 mm时,铝合金接头的成型较美观;接头主要以α(Al)相为基体,在基体上分布着Al4Si第二相;铝合金接头的抗拉强度达到最大值,为92.53 MPa;焊接接头的硬度总体上呈“W”趋势,焊核区硬度高,热机械影响区的硬度略微下降,热影响区的硬度又有所回升。此工艺参数条件下铝合金接头的耐腐蚀性能最好,自腐蚀电位和自腐蚀电流密度分别为-0.6933 V和3.17×10^(-7) A/cm^(2)。

非搅拌聚合制备聚吡咯功能化密胺海绵用于油水分离研究

聚吡咯(Polypyrrole,PPy)功能化整体材料在油水分离领域引起了广泛关注.本研究建立了一种非搅拌的聚合方法,成功制备了PPy功能化密胺海绵(PPy-functionalized melamine sponge,PPy-Ms).首先,在搅拌和非搅拌条件下分别制备了PPy和PPy-Ms,结果表明,非搅拌条件制备的PPy纳米颗粒更分散,PPy-Ms更容易清洗,其吸附性能也更优;为达到PPy-Ms的最大吸油效率,基于非搅拌条件进一步优化了聚合时间、酸度和摩尔比等参数.PPy-Ms水接触角约为140°,对各种油类和有机溶剂表现出良好的吸附能力,最大吸油量可达其自身重量的119倍.PPy-Ms对油水混合物的分离效率高达99.8%,并且表现出良好的重复利用性.本研究报道的PPy-Ms制备方法简单且成本低廉,是油水分离的理想候选材料,具有广阔的工业发展和应用前景.

搅拌摩擦焊过程热-力-流全耦合仿真:不同本构方程的仿真效果对比

本构方程是搅拌摩擦焊过程热-力-流全耦合仿真模型的重要部分。针对6 mm铝合金6061-T6板材FSW过程开展热-力-流全耦合仿真分析。为分析本构方程的形式对仿真效果的影响,在模型中分别采用Chen-Liu本构模型、Sellars-Tegart模型和Johnson-Cook模型,并对仿真结果进行对比分析。仿真结果表明,Chen-Liu模型计算得到的FSW温度场及流动场与实验结果的吻合程度均高于Sellars-Tegart模型和Johnson-Cook模型。究其原因,在搅拌头-工件界面附近的温度条件下,Sellars-Tegart模型和Johnson-Cook模型预测的流变应力较高,使得材料流动困难,搅拌头与工件之间的界面状态主要为滑动摩擦。相比之下,Chen-Liu模型能够体现材料在温度升高时的迅速软化现象,在搅拌头-工件界面附近的温度条件下,材料的剪切流变应力低于搅拌头/工件界面的摩擦应力,因而在摩擦作用下工件发生塑性流动,这降低了搅拌头/工件之间的滑动摩擦速度,从而使得滑动摩擦产热减少,且其减少量大于工件发生塑性流动产生的额外热量,从而使得采用Chen-Liu模型预测得到的焊接温度更低。综合来看,FSW过程温度场与材料流动速度场受材料本构模型影响归因于FSW的热-力-流全耦合效应。

振动搅拌对复掺预制梁混凝土性能的影响研究

文中测试了两种搅拌方式下混凝土的坍落度、坍落度经时损失、含气量、表观密度、抗压强度以及抗冻性,采用热重分析仪、扫描电镜和压汞仪分别测试混凝土的水化产物含量、微观形貌及孔径分布.结果表明:与强制搅拌相比,虽然振动搅拌对复掺胶凝体系预制梁混凝土的坍落度以及坍落度经时损失均产生不利影响,但对混凝土的含气量、表观密度、抗压强度、抗冻性均有显著的提升作用;振动搅拌使得复掺胶凝体系预制梁混凝土3d龄期的CH含量提高了22.4%,少害孔、有害孔、多害孔含量及总孔隙量分别减少16.1%、42.3%、37.9%、27.6%,界面过渡区无明显微裂缝且结构密实.振动搅拌通过增加复掺胶凝体系预制梁混凝土水化产物数量、改善界面过渡区微观形貌以及细化孔径分布,从而提高混凝土的致密性、抗冻性和抗压强度.

一种利用自适应发射率模型补偿搅拌摩擦焊温度场的方法

针对目前搅拌摩擦焊温度场研究大多忽略热辐射作用或者采用固定发射率模型导致误差较大的问题,提出一种考虑粗糙表面的铝合金氧化膜生长过程的自适应发射率模型,对焊接温度场进行补偿研究。首先,考虑到搅拌摩擦焊过程中铝合金表面形貌的动态变化,采用二次曲面响应法确定焊接表面粗糙度及其与平均线单位长度平均值的交点数;随后,基于提出的自适应发射率,建立6061铝合金搅拌摩擦焊过程的完全耦合有限元模型进行数值模拟,并对模拟结果进行分析。结果表明:不同焊接条件下,基于自适应发射率模型所得结果与实验结果之间的最大绝对误差仅为11 K,表明采用自适应发射率的数值模型能够较好地再现焊接过程中的温度场,可为提高搅拌摩擦焊焊接质量提供支持。

Al/Ti异质合金回填式搅拌摩擦点焊数值模拟

采用耦合的欧拉-拉格朗日(CEL)算法对2 mm厚的5A02铝合金/TC4钛合金板异质金属回填式搅拌摩擦点焊过程展开模拟研究,分析了旋转速度和停留时间对焊点成型过程中温度场、等效塑性应变场以及材料流动的影响。结果表明,在扎入初期,热累积作用明显,升温速率相对较快,随焊接过程进行,产热会由摩擦产热转变为摩擦和塑性变形共同产热,升温速率放缓。当搅拌头转速为2000 r/min、扎入速度为1 mm/s、扎入深度为1.9 mm、回填速度为1mm/s、停留时间为0 s时,铝合金焊核区温度峰值达到558℃,等效塑性应变峰值达到120。在模拟的工艺区间内,焊核区峰值温度与旋转速度呈正相关,停留时间对温度的影响并不明显。