考虑双电层力时微纳间隙动压润滑边界滑移研究

采用原子力显微镜对微纳米间隙下硅基片与纯角鲨烷液体固-液接触面的边界滑移进行试验研究,同时考虑固-液接触面处双电层力,拟合Si O2小球与固体试样的表面电荷密度以及角鲨烷流体动压力。结果表明,在不考虑小球重力、惯性力及分子间作用力的情况下,小球在垂直趋近固体试样的过程中主要受力为双电层力及流体动压力,在低速时,双电层力占主导地位;在角鲨烷液体环境中,探针趋近硅基片的过程中,双电层力表现为引力,且其大小与趋近速度无关;在试验的趋近速度范围内,Si(100)表面与角鲨烷的接触面均会产生边界滑移,且滑移长度随着速度的增大而升高。     

弹流润滑状态下润滑剂的边界滑移问题

根据大量的实验事实和观察,本文对润滑剂中极性分子与金属界面间相互作用作了初步分析,从而提出了弹流润滑状态下润滑剂在固液界面发生滑移的力学模型,并分析了由于润滑剂在边界滑移对弹流润滑性能的影响。结果表明边界滑移是造成弹流润滑油膜破裂的关键因素。     

EMP径向滑动轴承边界滑移现象研究

弹性金属塑料瓦（ＥＭＰ）径向滑动轴承是一种新型的轴承,由于轴瓦所采用的复合材料的特殊特性使得其表面能远低于传统的金属瓦轴承,从而有可能存在油膜边界滑移现象。本文对ＥＭＰ径向滑动油膜边界滑移现象进行了实验研究,再次证实了边界滑移现象的存在,并推导出了ＥＭＰ径向滑动轴承油膜边界滑移速度的公式。     

纳米切削实验研究

实现纳米科学技术的一个重要课题是纳米加技术的开发和应用,分析讨论目前广泛用于纳米测试中的扫描探针显微技术手段后,探讨直接内米切削的可能性和方法,并进行了实验研究。结果表明,开发的纳米切割方法毁可作为材料加工过程的研究手段,又具有很好的实实应用前景。     

边界滑移对柱塞偶件间油膜流动规律的影响

斜盘式轴向柱塞泵内柱塞偶件间油膜为相对运动的偶件提供润滑及密封作用。油膜流动将直接影响柱塞偶件的工作性能。深入分析偶件间油膜的流动规律对设计与优化柱塞偶件有重要意义。基于Navier-Stokes（N-S）方程,引入Navier边界滑移推导偶件间油膜流动方程,根据柱塞运动的周期性规律,分析单个周期内滑移长度和柱塞泵转速对油膜流动剪应力及流量的影响。研究发现：吸油阶段时近柱塞壁面处油膜剪应力随滑移长度增大而减小,流量随着滑移长度增大而增大,柱塞运动速度最大且滑移长度由1 μm增大到3 μm后,剪应力减小18%,流量增大13.59%;排油阶段柱塞运动速度越大,近柱塞壁面处剪应力和油膜流量与无滑移条件下的差距越小。在滑移长度为1 μm的条件下柱塞泵转速由1 500 r/min增大到4 000 r/min时,近柱塞壁面处的油膜剪应力与无滑移条件下相比降低明显,一个周期内油膜总流量与无滑移条件下相比差距减小。     

基于滑移边界的干气密封的数值模拟

根据微小尺度流动的特性,引入滑移边界条件,对干气密封进行了数值模拟,得到了比非滑移边界杀仟布Ⅱ假设流体为层流时更为精确的压力场分布。结果表明,干气密封压力最高的位置处于坝区的迎风面,气体在螺旋槽内的压力由外径向内径逐渐升高,其中在螺旋沟槽和密封坝之间的过渡区存在较大的压力降;滑移边界条件下的模拟结果具有良好的周期性,各个周期的过渡性也更加平滑,与实际情况更加接近。     

考虑边界滑移状态的液体动静压球轴承稳定性分析

液体动静压球轴承稳定性分析包括探究其动态特性及临界转速,其刚度和阻尼系数对轴承转子系统稳定性具有重要影响,而研究临界转速可有效避免轴承转子系统发生涡动失稳。考虑边界滑移条件,将小孔节流器进入油腔流量与封油边流出流量相等作为边界条件,求解出边界滑移状态下的Reynolds方程得到油腔压力和封油边压力;对边界滑移状态下瞬态Reynolds方程采用小扰动法推导出扰动压力偏微分方程,结合有限差分法和松弛迭代法求解方程得到边界滑移状态下液体动静压球轴承的刚度和阻尼系数,进而通过线性稳定性方法求解临界失稳转速,探讨滑移系数、供油压力、转子转速之于轴承动态特性的影响及临界转速之于滑移系数的变化规律。结果表明,滑移系数增大会导致4个刚度系数和交叉阻尼系数减小、直接阻尼增大;供油压力增大将导致8个动态特性系数均增大,转速增大将导致刚度增大及阻尼减小,且滑移效应的发生不影响上述规律;临界转速随滑移系数的增大而减小,系统稳定性降低。     

基于原子力显微镜的纳米加工研究

以原子力显微镜(AFM)作为加工工具对单晶硅进行了基于金刚石针尖的纳米加工试验,运用不同的方法对纳米加工区域的特性、材料在不同垂直载荷下的去除机理及切屑形成特征进行了系统的研究和分析,提出了一种在纳米尺度下研究加工机理的新方法。在此基础上,应用有限元法对AFM纳米加工中存在于金刚石针尖和被加工材料之间的接触作用机制进行了计算仿真。     

EMP径向滑动轴承计入边界滑移的热弹流分析

弹性金属塑料瓦（ＥＭＰ）径向滑动轴承是一种新型的轴承,轴瓦材料的特殊性使其热弹变形远大于普通金属瓦轴承,同时它所特有的边界滑移现象,对改善径向滑动轴承的润滑性能有较为明显的优越性。建立了计入边界滑移情况后对轴承３Ｄ热弹流分析的教学模型,并给出列,对其润滑机理进行了初步的分析。     

基于原子力显微镜的碳纳米管微操纵研究

纳米级微操作技术是制造纳米电子器件的技术基础.以云母为基底,利用原子力显微镜,对碳纳米管束进行微操作,如滑动、切割等.由于基底不同,在微操作过程中呈现不同的现象.研究为加工碳纳米管的微纳米零件做出了有益的探索.     

微管中界面滑移的流体运动

在微流尺度下液体的流动研究表明:流体在固液边界处存在滑移现象,由此引起液体的流动阻力减小.许多试验证明,水在疏水表面流动时,具有流动边界速度滑移现象.该文通过推导得到了层流条件下,滑移速度和滑移长度的线性关系;然后通过计算得到滑移长度随着块相粘度和边界层粘度比值的变化关系;最后通过图形方法,分析了滑移长度对流速剖面和流...     

滑流边界条件下MEMS微圆盘的气体压膜阻尼分析

在考虑滑流边界条件的基础上,分析了微缝隙间气体流动的特性,提出了一种粘度修正的分析方法。基于微缝隙气流的粘度修正模型,分析了气体对微圆盘的压膜阻尼效应,得到微圆盘表面的压强分布、压膜阻尼力和压膜阻尼系数的解析解。通过与有限元数值解进行对比,两者结果吻合非常好,误差小于0．0468%,证实了解析解的正确。指出MEMS微圆盘的气体压膜阻尼不但与结构尺寸有关,而且与固体壁面的材质、粗糙度和光洁度等有关。     

亲水性和疏水性微管道中流动滑移特性的实验研究

通过对微圆管道内表面进行界面性质处理，研究了不同界面性质对去离子水在内径50μm微管道中的流动滑移特性的影响。通过实验，在微圆管道内表面自组装一层疏水性单分子octadecyltrichlorosilane（OTS）膜来改变界面性质，并采用体积法测量压力驱动下微圆管道中去离子水的流量，观察去离子水在亲水性和疏水性表面微圆管道中的流动滑移情况。结果表明，去离子水在亲水性表面流动的压力一流量特性仍符合经典的Navier—Stokes方程，而去离子水在疏水性表面管道中流动时，其流量明显增大，说明去离子水在疏水性表面微圆管道中的流动出现了表面滑移。其原因是，疏水性表面使微管道表面的粗糙度降低，微管道表面产生微气泡或低密度液体而引起流动滑移。     

界面极限滑移条件下的液膜密封流场平均速度分布规律

为研究液膜密封流场平均速度分布规律,及其与流-固界面剪切应力之间的关系,基于Couette流动模型建立存在边界速度滑移时的密封间隙流场速度计算模型,采用Mixture均相模型和Schnerr-Sauer空化模型,通过数值模拟考察界面无滑移(滑移速度为0)和无剪切(滑移速度最大)2种极限情况下不同转速时液膜轴向不同位置处的微流场径向、切向和轴向速度分布,并建立流体型槽界面剪切力-速度拟合模型。研究结果显示：液膜的切向速度远大于径向和轴向速度,三维合成速度分布规律主要由切向速度决定;流场在槽区内近台阶轴向1μm范围内压力梯度发生突变,但非槽区和槽区流场相对独立,非槽区可视为简单Couette流动,槽区为逆压梯度Couette流动;流-固界面粘附剪切应力的大小与液膜边界速度滑移密切相关,槽区界面剪切应力变小时,边界滑移速度和槽内外流场各方向速度均变大,且转速越高,数值越大;在不高于10 000 r/min时,空化效应对整体平均速度场的影响较小,但速度更高时,需量化空化效应,并对剪切应力-速度拟合模型进行修正。     

界面性质对流动滑移特性影响的实验研究

采用分子自组装技术在微圆管道内壁生成一层单分子Octadecyltrichlorosilane(OTS)膜来改变其界面性质,使亲水性管道表面变成疏水性表面。利用亲水性和疏水性表面内径50μm的微管道,通过测量其流量的方法观察了去离子水在不同界面性质表面的管道中的流动滑移情况。实验结果表明,在亲水性表面管道中,去离子水流动的压力-流量关系符合经典的Navier-Stokes方程;去离子水在自组装一层单分子OTS膜管道流动时,由于去离子水在斥水性微管道中的流动出现了表面滑移,其流量增大约8%,去离子水流动的压力-流量关系不再符合经典的Navier-Stokes方程。     

基于二阶滑移边界的螺旋槽干气密封气膜刚度计算与分析

应用二阶非线性滑移边界条件推导出修正的广义雷诺方程,并用PH线性化方法、迭代法对非线性雷诺方程近似求解,得到气膜推力的近似解析式,继而对其进行气膜厚度的求导,得到气膜刚度的近似解析式.并利用Maple程序计算不同转速和压力下的气膜刚度数值,并与一阶线性滑移边界条件下的气膜刚度和试验数值进行对比.结果表明:随着气膜厚度的增加,二阶非线性滑移边界条件下的气膜刚度随之减小,且呈非线性关系:随着介质压力、转速的增加,气膜刚度也随之增加,且呈线性关系;二阶非线性滑移边界条件下的气膜刚度数值比一阶线性滑移边界条件下的气膜刚度数值更接近试验数值,其计算精度较高,特别是在低速、低压工况下更加明显.因此在低速低压釜用轴端干气密封中将应用二阶速度滑移条件下的流体力学理论来进行优化设计,指导工程应用.     

粘度对超疏水固体表面减阻影响的实验研究

为了研究流体粘度对微细结构固体表面减阻特性的影响,用飞秒激光加工技术在光滑K9玻璃表面加工出光栅微细结构,并对光滑K9玻璃和光栅结构K9玻璃表面进行硅烷化处理,用AR-G2流变仪测量了不同粘度甘油溶液在两表面的扭矩与剪切速率,根据推导出的减阻率计算公式,计算出它们各自的减阻率。结果表明:超疏水光栅微结构表面与疏水光滑表面相比具有明显的减阻特性;微细结构固体表面的减阻效果随着流体粘度的增加而显著提高。     

高黏度非牛顿磁性润滑脂密封的试验研究

针对牛顿型磁性流体密封的密封间隙较小、适用温度较低的不足,提出了对磁性流体载液的改进。采用高黏度非牛顿润滑脂作为磁性流体的载液,制备成以Fe3O4为磁性颗粒的磁性润滑脂。在试验台上实际测定了该磁性润滑脂用于密封时在不同工况和不同密封结构下的密封压力、密封处的温度,并对影响密封压力和密封处温度的主要原因进行了分析。结果表明,高黏度非牛顿磁性润滑脂密封比牛顿型磁性流体密封的承压能力更高,温度适用范围更广,密封间隙可以大大提高,并允许旋转轴存在一定量的径向跳动;通过调节内摩擦影响因素,可以降低密封处温度,延长使用寿命。