二次枝晶臂间距的研究

研究枝晶二次臂间距对于提高铸件力学性能有重要意义。本文中概述了3种二次枝晶臂间距理论模型,介绍了对Cu Zn合金二次臂间距的实验结果。针对Cu Zn合金,对理论模型的计算结果与实验结果进行了比较。结果表明,在冷却速度为0 06～130K/S、局部凝固时间为0 35～750S时,3种模型的计算结果与实验结果的相对误差平均值分别是11 3%、10 5%和11 5%。

固液界面形貌及其转变

凝固时的固液界面通常为平面、胞状、枝晶状。在某些条件下结晶,会形成双胞结构、三胞结构、倾斜枝晶、密集分枝和退化枝晶等不规则界面。本文介绍了不规则界面的形貌特征,讨论了界面能各向异性、压力和温度对界面形貌的影响以及规则界面与不规则界面的相互转变等问题。当晶体沿着某些特定位向生长时,界面能接近于各向同性,晶体以密集分枝方式生长;当界面能各向异性时,大多数晶体以规则枝晶方式生长。在VF工艺中,低压下得到密集分枝界面;压力增加,界面以枝晶方式生长;压力进一步增加,重新得到密集分枝界面。

定向凝固过程中的不规则固液界面形貌

固液界面通常为规则界面,但有时为不规则界面,如倾斜枝晶、退化枝晶和海藻状晶体界面。以琥珀腈为研究对象,用设计的定向凝固实验体系,研究了不同温度梯度和界面生长速度对固液界面形貌的影响。实验结果表明:界面生长速度一定时,增加温度梯度界面由倾斜枝晶逐渐转变为退化枝晶,最终成为海藻状晶体;温度梯度一定时,降低界面生长速度界面会发生类似的变化。温度梯度和界面生长条件在一定范围内变化时,界面可以从一种生长方式变为另一种方式,如可以从海藻状晶体连续地变为倾斜枝晶。在某些条件下,海藻状晶体和倾斜枝晶可能同时出现在界面上,并竞相生长。退化枝晶界面处于动态变化中,二次枝晶臂不断地改变着生长方向。

自然对流对界面形貌、流场和温度场的影响

为了探究固液界面形貌、界面附近流场和温度场与自然对流强度的关系,设计了实验装置,用物理模拟和数值模拟的方法,研究了自然对流强度对透明有机材料固液界面的形貌、界面附近流体速度和温度分布的影响.结果表明,自然对流使固液界面发生弯曲,界面呈不对称形状;靠近固液界面的液体以边界层的方式流动;Rayleigh数较小时,界面附近的液体温度呈线性降低;Rayleigh数较大时,远离界面的液体温度几乎是均匀的,界面处液体温度迅速降低.可见,自然对流强度是影响固液界面形貌、界面附近液体速度和温度分布的重要因素.

激光手术喷雾冷却中单个液滴蒸发特性

制冷剂喷雾冷却(CSC)是激光治疗鲜红斑痣(PWS)手术的重要辅助手段。为了深入了解制冷剂喷雾特性以提高冷却效率、优化喷嘴设计,利用质量传递数法推导传质方程,通过选取合适的阻力系数经验关联式建立了动量方程,考虑液滴蒸发以及与环境气体的对流换热建立了液滴能量方程,初步建立了单个制冷剂液滴平衡蒸发阶段蒸发冷却理论模型。利用建立的模型模拟悬挂水滴冷冻过程的过冷阶段,并在变物性条件下预测了制冷剂液滴温度随飞行距离的变化,结果与实验对比证明了模型的有效性。有关液滴初始参数对液滴蒸发冷却特性影响的研究结果表明,本模型可以为制冷剂喷雾冷却实际应用于激光治疗鲜红斑痣手术提供有效的分析方法。

纳米金胶体的制备及其对血液光吸收性的影响

纳米金是指粒径介于1～100nm之间的金粒子，具有良好的生物兼容性、结构稳定性和光学性质，可用于强化激光治疗血管性皮肤病的光吸收。采用柠檬酸钠还原法制备纳米金胶体，研究了温度、加热时间、柠檬酸钠还原剂用量等因素对其粒径和吸收光谱的影响，得到了制备纳米金胶体的最佳条件。取制备得到的粒径为16nm左右的纳米金胶体与血液混合后稀释，研究了胶体金对血液光吸收性能的影响及其随温度的变化规律。结果表明，加入胶体金后血液的光吸收性能随着加入体积比的增大而增强，当胶体金与血液的体积比为5时，血液在545nm和581nm处的吸收峰值分别提高了1．33倍和1．09倍。在变温条件下，胶体金不会对血液的动态吸收特性产生影响。

微通道内被动式流体混合研究

微结构引发微通道内不同流体相界面拉伸、折叠及诱导形成二次涡流,对被动式流体混合有着重要的影响。在前期针对单侧带有微结构的微通道内被动式流体混合研究的基础上,本文在微通道两侧设计了不同形式的微结构,并进一步研究微结构排列形式对被动式流体混合的影响。研究结果表明,相较于微结构分布在单侧的微通道,当微结构分布在微通道的两侧时,无法形成多流体层结构,导致流体混合效率降低。同时,由于微结构数量增多,双侧带有微结构的微通道内流动阻力损失增加,达到的最大流量减小。本文研究有助于高效被动式流体混合器设计,促进微流体混合技术在生物医学、化学分析与反应等领域中的应用。