非等温粗糙表面液滴撞击特性试验与仿真研究

非等温固体表面液滴碰撞现象广泛存在于航空航天领域机械零部件中,液滴碰撞动力学行为的研究对提升机械零部件传热换热以及润滑性能具有重要意义.为获得液滴在非等温粗糙表面的撞击特性,研究了硅油在金属表面撞击、铺展和回缩的动力学行为,并着重分析了硅油黏度、撞击速度、油滴初始直径、金属表面粗糙度及温度对硅油撞击特性的影响.结果表明,在等温表面,液滴最大铺展直径与撞击速度、基体表面温度及液滴初始直径正相关,与基体表面粗糙度、硅油黏度负相关;当表面粗糙度介于6.3～25μm时,其对液滴最大铺展直径影响较小;在非等温表面,液滴回缩过程中少量液体残留并形成尾迹,且残留尾迹随基体温度升高而愈发明显;随后数值模拟了硅油在非等温粗糙表面的碰撞过程,并揭示了基体温度和表面粗糙度的影响机制.本文中研究成果为理解非等温粗糙金属表面液滴的撞击行为提供了丰富的理论和试验依据.     

基于永磁环阵列的磁流体支撑及润滑特性研究

在本文中初步探讨了一种永磁环阵列的磁流体支撑及润滑特性,以期获得一种对固定目标区域精准支撑与润滑的方法,并实现低摩擦. 以3D打印树脂材料为基底,在其表面嵌入正方形点阵排布的永磁环阵列,分别在各磁体表面注入特定体积的磁流体,使其在各永磁环表面形成封闭的液体结构. 采用自行设计的支撑力测试系统及往复式摩擦磨损试验机分别对该液体结构支撑及润滑性能进行测试. 结果表明:在磁场作用下的磁流体,除自身磁化和内聚产生液体支撑力外,被磁流体密封于其液体结构内的气体将进一步提升支撑能力;而对于该磁环阵列结构而言,被吸附于其表面的磁流体支撑能力随着磁铁间距的增加而减小,并逐渐趋于稳定,同时磁极排布方式对支撑力也会有所影响;当磁流体密封结构的支撑能力大于外载荷时,即摩擦对偶完全被磁流体支撑,此时可获得0.005的低摩擦系数. 可见该磁流体液环密封结构所形成的液-气混合支撑力显著高于单一液体支撑,而磁环阵列结构可进一步提升总体支撑能力,当该支撑力高于负载时可避免摩擦副间的直接接触,在静止或低速状态下实现低摩擦. 该研究结果对于解决精密低速滑动机构中常出现的“冷焊”及“爬行”现象具有一定应用价值.