随机粗糙微通道内流动特性研究

采用计算流体动力学的方法, 研究了微通道内气体在速度滑移和随机表面粗糙度耦合作用下的流动特性. 其中, 利用二阶速度滑移边界条件描述气体的边界滑移, 利用分形几何学建立随机粗糙表面. 研究发现, 综合考虑二阶速度滑移边界条件和随机表面粗糙度在较大的平均Knudsen数范围内 (0.025-0.59) 得到的计算结果与实验数据符合得很好, 而一阶速度滑移边界条件只在平均Knudsen数较小时(<0.1)符合实验结果. 随机表面粗糙度对气体在边界处的滑移有显著影响, 相对粗糙度越大, 速度滑移系数越小. 并针对计算结果, 给出了滑移系数与相对粗糙度近似满足的关系. 随机粗糙表面对气体流动过程中的压强、速度、Poiseuille数也有显著影响. 关键词： 随机表面粗糙度 二阶速度滑移边界条件 分形 微通道     

具有不规则自由表面的粘弹性介质中声波模拟的有限差分算法

声波在具有不规则自由表面的粘弹性介质传播的数值模拟工作在地震勘探,地震预测中非常重要,特别是当模型有起伏的自由界面和较强的衰减特性时更是如此。基于镜像方法和直接方法,本文发展了一种二维有限差分算法,可以模拟不规则自由表面引起的声波散射问题。该方法将自由表面条件与速度应力方程结合求解粘弹性波动方程,在垂直和水平自由段及拐点处设置相应的边界条件。该方法假设自由表面穿过剪切应力和相应参数的网格点。为了提高计算精度,分别计算了水平和垂直方向上应力镜像值,而对质点速度,采用先水平方向后垂直方向分析进行镜像计算和更新。将粘弹性水平自由表面镜像方法和不同倾斜度平滑自由表面的改进方法的数值结果进行对比,并验证了算法的精度。     

脆性光学材料的超声磨削实验研究

分别采用超声磨削和普通磨削加工方法加工了几种脆性光学材料,研究了几种主要工艺参数对工件加工表面粗糙度的影响。结果表明,超声频率和振幅、金刚石磨料粒度、切深、工具的横向进给速度和旋转速度等工艺参数对表面粗糙度的影响较大。通过比较发现,超声磨削方法比普通磨削方法具有更好的加工表面粗糙度,更高的材料去除率,以及更低的工具磨损量。     

新型全光纤弹速测量系统

探索了一种新型低成本的基于激光光束反射原理的全光纤速度传感器，并组成了弹丸速度测量系统。AFOBR测速系统的工作原理如图l所示。半导体激光器发出的激光通过光纤引导照射在被测物体的表面并经物体表面反射，部分反射光反射回同一根光纤并传送到光电探测器上产生光电流，光电流的大小与反射光的强度基本成正比，而反射光强是光纤端面到物体表面距离和物体表面反射率的函数。当子弹到达测量区域时，子弹外径尺寸和弹体材料反射率变化引起光电探测器输出信号的变化，在不同的位置布置同样的光纤传感器，即可进行速度测量。     

罕见暴风中形成的火星沙丘

火星表面分布着形状大小各异的沙丘,它们是怎样形成的呢？答案是显而易见的。对比撒哈拉和其他陆地沙漠,形成沙丘的火星气候更为恶劣。火星的大气浓度是地球的1‰,10年前的强劲火星风吹起这些沙粒时只用了短短的几秒钟。这里条件还算较好的就是表面重力,与地球相比,3．7m／s^2的重力加速度使风更易运输这些沙粒。     

介质表面高功率微波击穿中释气现象的数值模拟研究

建立了一个简单的高功率微波(HPM)介质表面击穿释气模型,并采用PIC(partiele-in-cell)-MCC(Monte Carlo collisions)方法,通过自行编写的介质表面击穿数值模拟程序对不同释气条件下的介质表面HPM击穿过程进行了数值模拟研究,得到了击穿过程中电子数量等的时间图像和不同释气速度下的击穿延迟时间.模拟结果表明,对于具有一定时间宽度的HPM脉冲,当介质表面气体脱附速度较小时,由于介质表面气体层形成太慢而不会发生击穿;只有当脱附速度大于一定值时,击穿才会发生且击穿延迟时间在一定范围内随着脱附速度的增加而缩短.最后,将数值模拟得到的介质表面HPM击穿数据,与单极性表面击穿的实验诊断图像进行了对比,两者的发展趋势符合很好. 关键词： 释气现象 介质表面击穿 高功率微波 数值模拟     

基于润湿阶跃的水下大尺度气膜封存方法

超疏水表面水下减阻效果通常与其微结构上封存气膜的厚度和面积正相关,且气膜尺寸越大封存越困难.构造亲疏水相间表面,能在壁面形成润湿阶跃,产生约束固-气-液三相接触线移动的束缚力.通过监测切向水流作用下,润湿阶跃为54.8?,84.7?,103.6?和144.0?的亲疏水相间表面上不同面积和厚度气膜的形态发现,厘米尺度气膜可被长时间稳定封存,且气膜破坏的临界流速随润湿阶跃和气膜厚度的增加而升高,随气膜迎流宽度增加而降低.同时,该方法封存的气膜上能产生显著滑移量,尺寸0.6 cm×0.5 cm×0.15 cm的气膜上即可产生约占主流速度25%的稳定滑移速度.期待该气膜封存方法能进一步提升超疏水表面水下减阻技术性能.     

氮离子注入对聚四氟乙烯表面电荷积聚和消散特性的影响北大核心CSCD

为了抑制聚四氟乙烯材料表面电荷积聚,采用射频产生氮等离子体对其表面进行等离子体浸没离子注入以改善其表面性能。对注入前后的聚四氟乙烯材料样品进行了X射线光电子能谱分析(XPS)、傅里叶红外光谱测试(FTIR)、水接触角测量、表面电阻率测量以及表面电位衰减测量,并基于等温表面电位衰减理论对其表面陷阱能级和密度分布进行了计算,以分析聚四氟乙烯样品经离子注入处理后其表面成分和物理性能的变化,并研究了这些变化对聚四氟乙烯样品表面电荷积聚和消散特性的影响。结果表明:氮离子注入后,聚四氟乙烯材料表面化学成分的主要变化是自身分子结构的破坏和转化,部分CF2结构转变为CF和CF3结构,导致样品表面陷阱能级变浅;水接触角升至140°左右,比未处理样品上升了约27°,表面电阻率降至3×10^15Ω,比未处理样品下降了两个数量级;表面电晕放电1 min后,经氮离子注入处理的聚四氟乙烯材料表面积聚电荷量减少,消散速度加快,这是因为表面陷阱能级变浅有利于表面电荷脱陷,同时表面电阻率降低也促进了表面电荷沿面传导的消散过程,聚四氟乙烯样品表面陷阱能级分布曲线也证实了这一论点。     

熔化状态下锡样品微喷射现象的诊断北大核心CSCD

强冲击熔化状态下,金属样品表面微喷射大幅增加,难以诊断。针对该问题,利用Asay-F窗技术,通过实验诊断,得到了熔化状态下不同表面加工状态锡样品表面微喷射物质的质量、密度、速度和空间分布等信息,分析了表面加工状态对表面喷射物质量及特征的影响。结果发现,对于熔化状态的金属样品,表面粗糙度仍是决定微喷射物质量大小、速度及空间分布的重要因素,且相关特征均呈现随表面粗糙度增大而增大的趋势。研究结果为认识熔化状态下材料的微喷特性及构建物理模型提供了重要数据。     

碲镉汞表面钝化新方法

提出了脉冲式阳极氧化生长碲镉汞表面钝化膜的方法．自行设计研制成功一种新颖的脉冲式阳极氧化装置，获得了优于传统恒流方式生长的碲镉汞阳极氧化膜界面，并结合扫描电子显微镜、俄歇电子能谱和光电导衰退法观测了脉冲氧化对碲镉汞表面的影响．探索到一种能够使表面复合速度降得最低的最佳脉冲氧化条件．对脉冲氧化膜的生长机制进行了分析讨论 关键词：     

激光微织构拉刀制备与能量残留

基于将表面织构技术应用于刀具表面可以有效改善刀具切削性能，结合拉刀材料性能，提出一种微织构拉刀的加工方法。利用激光加工技术在拉刀后刀面加工出一种微织构，并研究各种加工参数对织构形貌的影响。深入研究Q频、功率、扫描速度及加工次数对织构及其润湿性的影响。实验结果表明:低Q频下织构边界模糊，高Q频下边界清晰；随功率上升，织构边界膨胀严重，重铸区不断增大；加工次数与微织构深度近似成正比关系；随扫描速度增大，材料的去除率下降，材料残留明显；制备完成初期织构表面存在能量残留，使得疏水织构出现亲水特性。     

光滑表面粗糙度Rz参数的一种干涉测量法

介绍了一种光滑表面粗糙度Rz 参数的干涉测量法.该方法用空气膜层上表面与样本表面的基准面平 行的方式来观察等厚干涉条纹, 用干涉条纹间的相对运动来判断样本表面的峰谷, 同时也给出了新的Rz 计算公 式.该方法测量过程较简单、 对仪器要求较低且有助于样本的表面微观形貌分析     

空间多普勒激光雷达海表面散射信号分析

为了验证受海表面风速驱动的海表面反射率模型和计算海表面信号进行零风速校准的精度,开展了激光雷达海表面散射信号强度和速度特征的分析。在强度特征信息方面,进行了海表面反射率仿真模型和机载激光雷达海面散射信号实测数据的对比,考虑激光水下散射,参考QuikSCAT的海表面风速大小,测量结果和模型曲线基本吻合。在速度特征方面,通过海表面运动波形的仿真和海表面速度信息的提取,考虑波面的垂直和水平运动,采用时间积分的海表面探测信号零风速校准误差小于0.2 m/s。     

行星保持其表面大气的物理条件

本文从理想气体分子运动的麦克斯韦速度分布律出发，导出了理想气体分子运动速度的近似上限；并由它给出行星保持其表面大气的物理条件及行星表面的某些物理性质。     

直流电晕充电下环氧树脂表面电位衰减特性的研究

介质材料表面电荷的积累和衰减行为是制约众多高压直流电力设备研制的关键因素. 薄片状介质试样的表面电荷密度与表面电位近似呈线性关系, 因此常通过表面电位衰减行为研究表面电荷的衰减特性. 基于电晕充电、表面电荷沉积和脱陷、介质体内单极性电荷输运等3个物理过程, 建立表面电位动态响应的物理模型. 通过计算环氧树脂的表面电位衰减行为, 得到栅极电压、相对介电常数和体电导率等对其表面电位衰减特性的影响. 栅极电压越高, 表面电位的衰减速度越快; 环氧树脂材料参数典型值(相对介电常数3.93, 体电导率10^-14 S· m^-1)下, 归一化表面电位的衰减速率随时间变化的曲线可拟合为分段幂函数, 其中, 分段幂函数的特征时间、指数系数与栅极电压分别呈幂函数和线性变化关系. 相对介电常数越大, 表面电位的衰减速度越慢; 环氧树脂相对介电常数典型范围(3–4)内, 表面电位衰减时间常数由1720 s增大到2540 s, 两者呈线性关系. 体电导率越大, 表面电位的衰减速度越快; 环氧树脂体电导率典型范围(10^-15–10^-13 S· m^-1)内, 表面电位衰减时间常数由24760 s 减小到260 s, 两者呈幂函数变化关系.     

应变效应对金属Cu表面熔化影响的分子动力学模拟

采用Mishin镶嵌原子势，通过分子动力学方法模拟了金属Cu 的(110)表面在不同应变下的熔 化行为，分析了表面熔化过程中系统结构组态和能量的变化以及固液界面迁移情况.金属Cu 的(110)表面在低于热力学熔点的温度下发生预熔化，准液体层的厚度随温度升高而增加.当 温度高于热力学熔点时，固液界面的移动速度与温度成正比，外推得到热力学熔点为1380K ，与实验结果1358K吻合良好.应变效应（包括拉伸和压缩）导致热力学熔点降低，并促进表 面预熔化进程.在相同温度条件下，准液体层的厚度随应变绝对值的增加而增大.应变效应导 致的固相自由能增加是金属Cu(110)表面热稳定性下降的主要因素，且表面应力和应变方向 的异同也会影响表面预熔化的进程. 关键词： 表面预熔化 热力学熔点 表面应力 分子动力学     

离子浓度及表面结构对岩石孔隙内水流动特性的影响

酸性环境引发的岩石孔隙表面溶解增加了孔隙内水溶液的盐离子浓度,破坏了孔隙的表面结构.本文采用分子动力学模拟的方法研究了纳米级岩石孔隙内水溶液的流动特性,分析了盐离子浓度和孔隙表面结构对水流速度分布的影响及原因.研究结果表明:纳米级岩石孔隙内的水溶液流动符合泊肃叶流动特性,流速呈"抛物线"分布;随盐离子浓度增加,水溶液内部氢键网络变得更为致密,水黏度随其呈线性增长;水溶液中离子浓度越大,孔隙表面对水流动的阻力越大,最大流速越小,速度分布的"抛物线"曲率半径越大;岩石孔隙表面结构的破坏改变了流动表面的粗糙程度,增加了孔隙表面对H2O分子的吸引力.随表面结构破坏程度的增大,水溶液在近壁区域的密度增大,流速降低;当表面破坏程度达到50%时,水溶液在近壁区域出现了明显的负边界滑移现象.     

表面改性对换热面抗垢性能的影响

利用化学镀对换热面进行表面改性,获得了表面自由能不同的镀层.污垢沉积实验表明,经表面改性处理的试样与没有处理的碳钢金属表面试样相比,其污垢沉积速度均明显下降.而经不同工艺处理的表面改性试样中,随非晶相含量的增加,抗垢性能表现出增加的趋势.进一步的电化学腐蚀结果也表明,材质表面的微观结构对抗蚀性的影响趋势与对抗垢性能的影响一致,易于被腐蚀的表面也易于污垢的附着.诱导期的污垢附着量回归公式也被总结出.     

微型激光扩束镜高质量表面加工工艺的研究

研究了微型激光扩束镜准超光滑表面的加工工艺。分析了机床速度、压力、抛光粉、工作温度、抛光模等对高质量表面的影响。选定了一系列的工艺参数,大幅度地提高了产品的合格率。     

浮法玻璃摊平过程温度场的模拟

在分析浮法玻璃生产工艺的基础上,建立了玻璃液摊平过程的数学模型.玻璃液与保护气体、锡液之间均存在自由表面,实现界面追踪、重构计算量大,且边界条件给定困难.针对以上问题,兼顾算法的效率与准确性,建立了自由表面标高-SIMPLE计算方法.该方法用经验公式计算玻璃液的实际活动空间,在相应速度和温度边界条件下,采用三维SIMPLE方法计算玻璃液的温度场与速度场.对400吨级锡槽玻璃液摊平过程进行的模拟表明,玻璃液横向温差较大,对玻璃液的抛光与平整不利,需合理布置冷却水包位置以降低玻璃液内部的温差.