平板仿生沟槽表面减阻性能数值模拟研究

本文借助AnsysFluent开展平板仿生沟槽表面减阻性能数值模拟研究,系统分析沟槽形状、几何尺寸等参数对其减阻性能的影响。数值模拟结果表明,平板表面仿生沟槽的存在使得平板表面的剪应力大幅减小,且可以大幅降低平板表面的速度梯度,因而可以起到减阻的效果。另外,通过对比分析3种不同沟槽形状平板的减阻性能发现,V形沟槽的减阻性能较U形和L形减阻性能更优,在后续设计中可考虑V形沟槽。

结构化减阻沟槽表面超精研抛光整形研究

为了去除结构化外圆沟槽减阻表面在磨削加工过程中产生的边界隆起毛刺等缺陷,改善沟槽交界处的形貌,提高沟槽表面的减阻能力,采用超精研抛光法对外圆沟槽进行抛光整形。探讨油石压力、工件线速度与油石振荡频率对抛光整形效果的影响。结果表明:提高油石压力、增加工件的线速度与油石震荡频率能提高超精研抛光整形的能力。

微沟槽表面的滑动轴承性能分析

分析了微沟槽表面滑动轴承的润滑性能 ,计算结果表明 ,微沟槽表面轴承的压力分布与光滑表面轴承有着显著不同。轴承表面油槽中的油在油润滑时能防止轴承表面的胶合失效 ,而且这种轴承衬表面层的应力分布与光滑表面轴承也有显著不同。

纳米沟槽表面润湿特性的分子动力学模拟

理解表面润湿现象及其影响因素,并进而控制表面润湿性,在能源工程领域中具有重要意义。本文采用分子动力学模拟得到了二维液滴与纳米沟槽结构表面的接触状态,考察了不同液固相互作用强度下,沟槽深度和沟槽宽度等参数对液滴在表面的接触角和润湿模式的影响。模拟结果表明:沟槽结构的引入使得表面疏水性相对光滑表面增强;沟槽深度增加,接触角增大,但当沟槽深度大于一定值后,接触角不再随沟槽深度发生显著变化;沟槽宽度增加,接触角总体增大;一定条件下,沟槽深度和宽度的改变可导致润湿模式的转变。此外,将模拟结果与经典模型对比,发现接触角的变化规律与Cassie-Baxter理论符合较好,与Wenzel理论偏差较大。

沟槽表面双排孔顺逆组合对气膜冷却的影响

为发挥气膜冷却中各结构优势,数值模拟研究了双排气膜孔顺逆组合形式对沟槽表面气膜冷却效率影响,孔间距与气膜孔直径之比为5,孔排间距与气膜孔直径之比为12,吹风比为0.3,0.8和1.4。结果表明,在吹风比较小时,沟槽对气膜有显著的导向作用,冷气在相邻的沟槽内部流动。当吹风比增大时,冷气喷到沟槽顶部,导向作用减弱。顺向射流的气膜贴近冷却表面,在低吹风比下气膜冷却效率较高。在高吹风比下,逆向射流覆盖更宽,气膜孔排间叠加效应明显。吹风比为0.3时,顺-顺组合的气膜冷却效率最高,面平均气膜冷却效率为0.13。当吹风比为0.8时,顺-顺、逆-顺、顺-逆组合的面平均气膜冷却效率相近,约为0.11,其中顺-逆组合气膜冷却效率分布更均匀。吹风比为1.4时,逆-逆组合的面平均气膜冷却效率最高,为0.13。

激光在高速钢表面加工沟槽表面织构的实验研究

沟槽状表面织构广泛应用于机械密封、缸套活塞环等机械摩擦部件，其性能取决于加工后的几何参数，因此高效准确地加工出理想尺寸的织构显得尤为重要。运用不同的激光输出功率、重复频率和扫描速度在高速钢表面加工沟槽状表面织构，设计了三水平三因素的全面实验，系统研究了加工参数与沟槽织构几何参数的关系。结果显示：随着激光重复频率的增加，沟槽织构深度和宽度均呈现先略微增大后减小的趋势。扫描速度增大使沟槽织构深度先增加后减小，而宽度均随着扫描速度的增大而变大。方差分析表明：较之激光输出功率，激光扫描速度、重复频率及其交互作用对织构加工深度和宽度的影响更显著。输出功率在10-14w之间、重复频率在20—30kHz之间、扫描速度1000mm/s左右时，加工高速钢表面沟槽织构的质量较好。同时，压痕实验证明，在织构边缘区域硬度明显增加。

部分沟槽表面织构摩擦学性能研究

采用紫外激光在GCr15圆盘试样表面加工出具有不同参数的部分沟槽,在HT-1000高温摩擦磨损试验机上,研究边界润滑状态下,不同载荷和速度下沟槽部分织构率和面积率对摩擦因数的影响。结果表明:在轻载下,随着部分织构率的增加,摩擦因数呈现先减小后增大的趋势,随着面积率的增加,摩擦因数呈现先增大后减小的趋势;部分沟槽表面织构在低速轻载下具有较好的减摩效果,但在高速重载下有增摩的现象。

沟槽表面对向列相液晶取向产生方位锚泊能机理的研究

研究了向列相液晶取向中表面沟槽诱导方位锚泊能的机制.针对沟槽表面与液晶各向同性和各向异性锚泊作用分别建立模型I和模型II.模型I给出方位锚泊能含有2项,一项正比于sin4,另一项正比于sin2,其中为指向矢的方位角.在模型I中,正比于sin4的项主要依赖于体弹性常数,而正比于sin2的项主要依赖于表面弹性常数.模型II给出方位锚泊能正比于sin2,并且主要依赖于体弹性常数.当沟槽表面与液晶之间的作用足够强时,模型I退化为Fukuda等人的结果,而模型II退化为Berreman理论的结果.讨论了两个模型的适用范围.

不同表面形式沟槽对集装箱列车气动阻力特性的影响研究

针对铁路单层集装箱表面结构单一、气动阻力特性差等问题,本文设计了适用于集装箱的三角形、梯形、弧形和矩形表面形式沟槽结构.利用ANSYS Fluent软件,采用基于Realized k-ε湍流模型和SIMPLE算法,对比了4种不同表面形式沟槽的集装箱列车模型的气动阻力,结果表明:明线情况下,弧形沟槽结构集装箱列车气动阻力最小;不同表面形式沟槽结构的集装箱列车所受的气动阻力差异主要来自于集装箱;集装箱的压差阻力贡献了主要的气动阻力,弧形沟槽结构集装箱压差阻力最小,而摩擦阻力最大.

沟槽表面边界层湍动能分布规律

通过对不同风速下不同尺寸V型沟槽表面及光洁平板表面边界层内湍动能的测试,对比分析了沟槽表面边界层湍动能的分布规律。试验在一小型专用风洞中开展,流场测试中使用恒温式IFA300智能型流动分析仪,测试模型则采用有机玻璃材质的矩形平板结构;而在沟槽表面理论零点及壁面摩擦速度的计算中,采用基于湍流边界层Spalding壁面律公式同时计算壁面理论零点和壁面摩擦速度的改进方法。最终研究结果表明,沟槽结构主要影响边界层流场的近壁区,沟槽的存在提高了边界层中黏性底层内湍流脉动所具有的动能,有效降低了边界层中过渡区内的湍动能,最大相对降幅超过10%,较好地验证了基于"二次涡"的沟槽表面减阻理论。

基于微空泡效应的疏水性展向微沟槽表面水下减阻研究

超疏水表面在水下的减阻效果随着来流冲刷时间的增加会逐渐减小甚至会出现粗糙增阻的现象,而这种现象的本质在于超疏水表面裂隙中驻留的气相结构在来流的作用下会不断地从表面脱离.针对超疏水表面的裂隙中驻留的气相结构在水下不稳定的情况.本文通过对表面微结构的设计,利用疏水性展向微沟槽结构使驻留在沟槽内部的气相结构被相邻沟槽间的脊状结构挡住,从而不能轻易的被水流冲刷掉.实验结果表明该表面不仅能使气相结构在表面微结构内稳定驻留,而且基于稳定驻留在表面结构内的气相结构,在来流作用下会有新的气相结构生成.虽然表面上不稳定的气相结构会随流速的增加而加剧地脱离表面,但是可再生的气相结构能够补充由于冲刷从表面脱离的气体.最终在固/液界面间构建相对稳定的气模.通过粒子图像测速系统(PIV)对近壁面流场进行分析,可得到大于15%的速度滑移量.

基于微沟槽表面海流发电叶片翼型降噪特性研究

为解决海流能发电叶片流噪声较为严重这一问题,通过构造微沟槽表面的海流发电叶片翼型,采用大涡模拟与FW-H方程声类比相结合的方法,对试验测试样机叶片翼型的流噪声特性进行了研究。结果表明:数值计算结果与试验测量结果较为吻合;不同结构参数h和N的微沟槽结构对于翼型绕流噪声的影响均不同,最佳的结构参数为h=0.15 mm和N=33;微沟槽表面改善翼型流噪声机理在于微沟槽凹槽的内部产生了二次旋涡,改善微沟槽处翼型表面的流动情况,使翼型产生显著的减阻增升效果,达到微沟槽表面翼型降噪的目的,因此提出的微沟槽表面的方案对于抑制翼型流噪声具有一定的参考价值。

磨粒有序化砂轮磨削微沟槽减阻表面的研究

为研究砂轮磨粒排布样式对磨削结构化沟槽表面的影响,使用叶序、错位和阵列3种磨粒有序化排布的砂轮磨削工件平面。首先,建立3种有序化排布的数学模型;其次,根据结构化沟槽表面减阻的特性参数,设计砂轮磨削参数,并使用MATLAB软件进行磨削运动仿真,将仿真结果与理论计算值进行比较;最后,使用磨削试验验证数学模型与仿真结果的可靠性。结果表明:3种磨粒排布有序化的砂轮均能磨削出微沟槽表面,此时相邻两行磨粒的轴向间距分别为0.04 mm(叶序排布)、0.40 mm(错位排布)和0.80 mm(阵列排布),对应的磨削深度均为0.050 0 mm;磨粒阵列和错位排布的砂轮磨削出的沟槽表面更加稳定,但沟槽的参数比未能达到0.200~1.000的要求;磨粒叶序排布的砂轮加工出的沟槽,能满足表面减阻特性的要求。

湿法聚丙烯腈初生纤维表面沟槽的研究

湿法聚丙烯腈初生纤维表面存在沟槽,采用扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)表征纤维表面沟槽形态,研究了纺丝液性质和凝固成型条件对PAN初生纤维表面沟槽的影响。结果表明:随挤出速率、凝固浴浓度的增大,PAN初生纤维表面沟槽变得更加明显,表面粗糙度增大;随纺丝液温度和凝固浴温度的升高,PAN初生纤维表面沟槽变浅,表面粗糙度减小;PAN初生纤维表面粗糙度随凝固牵伸先增大后减小。

表面沟槽与润滑剂协同作用对摩擦振动和噪声特性的影响

目的提升表面沟槽的减振降噪性能,延长其寿命,通过试验方法探索合适的优化方式。方法借助数控加工方法在蠕墨铸铁材料表面加工出一定尺寸沟槽,并在沟槽填充固体润滑剂MoS2,以获得具有不同时变特性的表面。采用球-平面接触方式进行摩擦对比试验,研究沟槽与固体润滑剂MoS2协同作用对界面摩擦振动及噪声特性的影响。结果沟槽与MoS2固体润滑剂协同作用时,不仅有效地缓解了过沟冲击振动,还进一步抑制了摩擦振动及噪声的产生。与光滑表面相比,填充MoS2的表面噪声主频幅值降低约13.4dB。结论该试验条件下,接触表面粘着撕裂和犁削作用等产生的“不平顺”界面因素是激发摩擦振动及产生噪声的主要诱因。沟槽与MoS2结合不仅维持了界面的完整性,还能保持其时变特性,能减缓并削弱“不平顺”界面因素的产生,进一步优化表面沟槽减振降噪的功能,并能减小磨损,延长沟槽的使用寿命。

钛合金超塑成形/扩散连接四层结构表面沟槽控制方法研究

通过有限元数值模拟和物理试验相结合方法,对超塑成形/扩散连接(SPF/DB)四层结构表面沟槽形成原因进行了分析和研究,采用正交试验方法分析了应变速率έ、扩散连接宽度b、芯层与蒙皮厚度比t和摩擦系数u这4个因素对蒙皮表面沟槽深度的影响。结果表明,对蒙皮表面沟槽形成影响最大的因素为芯层与蒙皮厚度比t。通过试验研究,提出了一种对蒙皮表面施压背压的方法,可有效避免或控制超塑成形/扩散连接四层结构蒙皮表面沟槽的形成。

摩擦片表面沟槽对调速起动影响的数值模拟

摩擦片表面沟槽对油膜传递扭矩和承载力有较大影响,从而影响液体粘性传动调速起动性能。同时在调速起动过程中,油膜的挤压效应也会对调速起动性能产生影响。为揭示摩擦片表面沟槽对调速起动性能影响的机制,采用修正瞬态雷诺方程、能量方程及润滑油粘温方程对目前常用的几种表面沟槽对油膜传递扭矩和承载力的影响进行了数值计算和分析。结果表明宽和深的沟槽并不适用于调速起动装置,为获得更好的调速起动性能,沟槽的尺寸和布置应使油膜承载力在起动过程中一直呈上升趋势。

表面沟槽诱导双轴向列相液晶的弹性畸变

双轴向列相液晶在表面沟槽上锚定,3个指向矢之一平行于沟槽均匀排列。使用Berreman在研究单轴向列相时提出的弹性形变产生表面能的理论方法对双轴向列相液晶进行研究,得到了一个公式,在Berreman模型中它描写弹性畸变对表面锚定的贡献,但在双轴向列相中,这一公式描写当n指向矢沿着沟槽锚定时,m指向矢受到沟槽表面的作用而产生的畸变能量。研究了双轴向列相液晶在表面沟槽上锚定的稳定性问题;稳定性条件在双轴向列相单一弹性常数近似下为n指向矢的弹性常数最大。

沟槽表面冷凝液滴脱落模式

本文利用多相流格子玻尔兹曼方法模拟了重力作用下二维倒置沟槽表面上的冷凝过程,研究了不同润湿性表面上的液滴成核、生长、合并和脱落过程,重点讨论了冷凝液滴脱落的行为模式。研究结果表明,倒置沟槽表面上液滴脱落存在纯重力诱导脱落和重力-毛细力诱导脱落模式。并且,纯重力诱导脱落模式下的液滴临界脱落半径随本征接触角增大而呈阶梯状下降。

绕丝结构砂轮磨削沟槽结构化表面

为磨削出微沟槽结构化表面,设计一种将金刚石丝锯紧密缠绕在基体上的新型砂轮,提出相应的结构砂轮平面磨削沟槽结构的方法。首先,建立砂轮几何模型与数学模型并得出磨粒运动轨迹方程;其次,理论分析磨削沟槽表面的创成机理及磨削参数对沟槽形貌的影响;最后,通过仿真和实验验证新型砂轮磨削沟槽结构的可行性和不同磨削参数下的沟槽结构形态。研究结果表明:绕丝结构化砂轮可以平面磨削出结构化沟槽表面,且改变磨削用量能磨出不同尺寸的参数与排布的沟槽结构。