苯甲酸/硬脂酸钛基润滑脂摩擦磨损性能研究

在实验室制备出苯甲酸/硬脂酸钛基润滑脂,考察了复合钛基润滑脂的摩擦磨损性能及承载能力,并与成品锂基和脲基润滑脂进行对比,利用扫描电子显微镜观察钢球的磨斑表面形貌,并用X射线光电子能谱仪分析钢球磨斑表面主要元素的化学状态.结果表明,复合钛基润滑脂具有较好的减摩耐磨性能和极压承载能力,其摩擦系数与锂基、脲基润滑脂相当,磨斑直径与锂基润滑脂接近,略高于脲基润滑脂的磨斑直径,极压承载能力低于脲基,与锂基相同.在复合钛基润滑脂润滑下,钢球的主要磨损特征为轻微的黏着磨损,其减摩抗磨机制为在摩擦表面生成含钛元素的化学沉积膜.     

不同黏度矿物基础油对锂基润滑脂微观结构及性能的影响研究

以不同黏度的矿物基础油为原料制备锂基润滑脂,研究矿物油黏度对锂基润滑脂微观结构、摩擦学性能和流变性等性能的影响,并探讨不同性能之间的关联性.结果表明,高黏度基础油所制备的润滑脂高温安定性较好,但胶体安定性和氧化安定性较低.低黏度基础油所制备的润滑脂皂纤维结构缠绕紧密、空腔体积较小,因此具有较高的胶体安定性,而高黏度基础油制备的润滑脂皂纤维结构松散、空腔体积较大,有利于持续释放基础油,因此具有良好的抗磨减摩性能.随着基础油的黏度增大,润滑脂的结构强度先升高后降低,而结构强度越低的组分触变性越好,这也与润滑脂的微观结构密切相关.本文中的研究结果对锂基润滑脂产品开发过程中基础油的选用具有良好的指导意义.     

食品级滑石粉对复合铝基润滑脂摩擦学性能的影响

通过白油和稠化剂制备了复合铝基脂,在MFT-5000磨损试验机上研究了食品级滑石粉(Food-grade talc, F-Talc)质量分数对润滑脂摩擦学性能的影响,并采用MFP-D白光干涉仪、电化学工作站及X射线光电子能谱仪(XPS)表征磨痕表面. 结果表明:通过李斯特菌检测发现所制备的润滑脂具有较好的安全性,另外其锥入度和滴点的指标良好;F-Talc能够改善复合铝基润滑脂的热稳定性能和摩擦学性能;与基础脂相比,F-Talc的质量分数为1.0%的润滑脂摩擦系数降低了约25%,磨损体积降低了约47%. 机理分析可知,F-Talc易在摩擦副表面形成润滑膜,且部分F-Talc能够发挥修补及微抛光的作用,提高润滑脂的抗磨性能.      

多烷基环戊烷制备复合磺酸钙基润滑脂及其摩擦学性能研究

以多烷基环戊烷(MACs)为基础油制备了复合磺酸钙基润滑脂,研究了液态高分子量酚类抗氧剂(L135)、苯三唑衍生物(T551)和噻二唑类衍生物(T561)对复合磺酸钙基润滑脂性能的影响,采用热重分析(TGA)仪评价了润滑脂的热稳定性;利用往复摩擦磨损试验机(MFT-R4000)分析了L135、T551和T561在钢/钢摩擦副下对复合磺酸钙基润滑脂摩擦磨损性能的影响,利用扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)对磨损表面进行了分析.结果表明:以MACs为基础油制备的复合磺酸钙脂具有优良的热稳定性能;同时MACs复合磺酸钙脂与3种添加剂具有良好的相容性能,表现在MACs复合磺酸钙脂具有更好的减摩抗磨性能,其原因归结为MACs在摩擦副表面形成较为牢固的物理吸附膜和含S、N和Fe等生成的化学反应膜.     

高碱值复合磺酸钙-钛基脂的制备及其摩擦学性能研究

本文将高碱值磺酸钙与复合钛基润滑脂融合,制备出一种新的复合磺酸钙-钛基润滑脂,并对其理化性能、摩擦学性能及机理进行了研究分析.结果表明:新的复合磺酸钙-钛基润滑脂在摩擦表面生成了含有二氧化钛的摩擦保护膜,有效降低了摩擦系数并在常温条件下表现出优异的润滑性能.同时高温下摩擦表面生成了更多的含硫酸盐成分,而生成的二氧化钛含量相对减少,高温条件下呈现减摩性能优异,但抗磨损性能降低的特点.     

聚脲润滑脂噪音特性的衰退机制研究

低噪音润滑脂是高速电主轴、高速电机及高端家电中高精密轴承广泛使用的润滑介质.当前有关低噪音润滑脂的研究大都集中在基础油、稠化剂和生产工艺等因素对润滑脂噪音特性的影响,而对长期使用过程中润滑脂噪音性能的变化行为及其微观机制则缺乏足够关注.本论文中围绕低噪音聚脲润滑脂,基于FE9轴承测试台架,结合润滑脂噪音检测技术,考察了低噪音聚脲润滑脂在使用过程中噪音特性的衰退行为.结果表明,静音性能优异的聚脲基低噪音润滑脂在轴承试验开始的100 h内,噪音等级已由GN4级衰减为GNX级,丧失减振降噪能力.对取样润滑脂的微观结构表征发现,润滑脂噪音等级的衰退与聚脲润滑脂内稠化剂团聚体的形成高度关联.团聚体的形成破坏了稠化体系的结构连续性,导致稠化网络的结构保持性显著下降,失去束缚的大尺寸团聚体随基础油流入轴承运动界面,进而引发高速轴承的振动和噪声.热分析结果表明该低噪音聚脲稠化剂可能为一种亚稳态聚脲结构,在受热条件下会向组装度更高的团聚体发展.本论文中的研究表明低噪音润滑脂的噪音寿命与轴承试验中得到的服役寿命相关度并不高,充分评估热作用对润滑脂微观结构及噪音特性的影响,对于保障高速精密轴承的长期可靠运行...     

向列相溶致液晶旋转黏度研究

溶致液晶具有良好的生物相容性、无毒性、生物降解性以及光学、电磁学各向异性等, 在细胞相互作用、神经刺激传递、脂肪吸收、药物智能输运等生命活动研究、医药工程和液晶显示等领域有广泛应用. 本文采用旋转磁场法测得溶致液晶日落黄在不同温度和溶液浓度下向列相时旋转黏度, 并结合溶致液晶分子自组装过程, 理论分析了溶致液晶向列相旋转黏度随温度和溶液浓度的变化规律. 研究结果表明: 溶致液晶旋转黏度与液晶分子自组装柱状体平均长度的平方呈正比增大关系, 随溶液浓度的增大而增大, 随温度的升高表现出指数减小的规律. 构建了与向列相溶致液晶温度和浓度相关的旋转黏度经验表达式, 经验表达式计算结果与实验值吻合较好, 最大误差仅为18.56${\%}$. 提出采用旋转流变仪间接获得溶致液晶剪切能的新方法, 溶致液晶剪切能随溶液浓度的增大而增大, 但在实验温度范围内, 溶致液晶剪切能几乎不随温度而改变. 利用旋转流变仪间接获得的溶致液晶剪切能与报道的利用X-Ray检测所得的结果之间最大误差仅为3${\%}$. 成功地利用了液晶分子自组装能力随温度的变化规律来研究柱状体长径比对旋转黏度的影响规律, 创新地提出了"一步法"测量研究, 大大减少相关实验研究的成本和复杂性.      

电场作用下向列相液晶指向矢与流动的耦合机理

作为开发液晶流动驱动的第一步,运用宏观ELP模型及Frank弹性理论对电场作用下液晶盒内向列相液晶的指向矢旋转与所引起的液晶流动之间的耦合机理进行了理论与实验研究。通过对液晶盒进行施加及撤销电场的操作,得到了液晶盒内瞬间液晶指向矢的旋转及所引起的液晶流动的变化情况。电场施加瞬间指向矢的旋转控制着流动的变化,二者同时达到最大值:指向矢旋转为350(°)/s,引流速度为30μm/s;而电场撤销的瞬间流动的变化控制着指向矢的旋转,流动特征与电场施加瞬间很相似,但持续时间很短。实验验证采用最直接的观察法,用显微镜自带CCD拍摄液晶盒在电场施加和解除过程中内部液晶引流发生的过程,通过图像分析得到实验数据,每个数据点分别通过取10次实验的平均值得到,实验结果与理论计算结果吻合。     

季膦盐离子液体润滑脂的制备及摩擦学规律研究

发展高性能离子液润滑脂是离子液体作为新型润滑材料在摩擦学领域的热点和重点.针对这一问题,用三丁基烷基季膦盐离子液体为基础油,聚四氟乙烯微粉为稠化剂制备了三种具有较高滴点的润滑脂.在钢/钢摩擦副表面摩擦学研究结果表明:与1-辛基-3甲基咪唑磷酸二辛基酯盐离子液体润滑脂相比,在室温和高温(100℃)下,三丁基烷基季膦盐离子液体润滑脂均具有优异的减摩抗磨性能.通过磨斑表面的XPS分析和电场条件下考察离子液体润滑脂摩擦系数变化,推断三丁基烷基季膦盐离子液体润滑脂的减摩抗磨机理为离子液体润滑脂中的聚四氟乙烯与摩擦表面发生摩擦化学反应生成含FeF_2的化学反应膜,以及离子液体阳离子、阴离子以物理吸附的方式在摩擦表面形成稳定吸附膜.     

离子液体润滑脂导电性研究

以一定比例的PAO和PAG为基础油,聚四氟乙烯作稠化剂,分别以1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(LB104)和1-己基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(LB106)离子液体为添加剂,制备离子液体润滑脂,采用扫描电子显微镜(SEM)观察铜磨斑表面形貌,采用Lovibond EC110电导率测定仪测量润滑脂室温条件下的导电率,并换算成体积电阻率.研究结果表明:离子液体润滑脂与商业导电脂相比,不但具有良好的润滑性能,同时具有良好的导电性,这为离子液体在电力设备中的应用提供理论和技术支持.     

环烷酸铋与金属减活剂在润滑脂中的协同作用研究

本研究中选择三种金属减活剂：苯并三氮唑类金属减活剂(T551)和噻二唑类金属减活剂(DMTD-8和DMTD-12)，分别与环烷酸铋进行复配，利用铜腐、滴点和锥入度等方法考察复配添加剂对复合锂基脂基本理化性能的影响规律；然后通过摩擦学试验和表面分析等方法深入研究分析复配的添加剂间协同/对抗作用、对复合锂基脂承载能力及减摩抗磨性能的影响规律与作用机理.结果表明，环烷酸铋和三种金属减活剂的复配添加剂对复合锂基脂的基本理化性能影响较小，三种金属减活剂能够有效抑制环烷酸铋对铜片的腐蚀；环烷酸铋与苯并三氮唑类金属减活剂在极压性能和减摩抗磨性能上几乎没有协同作用，而与噻二唑类金属减活剂的协同作用明显，能够显著提升基础脂的承载能力和减摩抗磨性能，这种优异的协同效果归结于摩擦过程中生成的Fe2O3、Li2O、FeS2和Bi2S3等摩擦化学产物.     

炸药裂缝燃烧增压过程的一维理论

为了深入理解炸药裂缝燃烧演化过程中的压力增长行为,提升对事故点火下武器装药向高烈度反应转变机制的认识水平,基于炸药预置裂缝燃烧演化压力历程分析,对某HMX基PBX炸药裂缝燃烧的增压过程开展了理论计算。采用气体动力学相关理论建立了简化的炸药燃烧产物流动模型,基于一维等熵流动假设预测了不考虑黏性和摩擦阻力情况下炸药预置裂缝的燃烧压力增长过程,计算结果显示压力增长阶段与实验结果定性符合,为理解炸药裂缝燃烧的增压行为提供了一种理论解释。     

基于注塑成型过程的液晶高分子Hele-Shaw流动模拟分析

针对注射模腔内液晶高分子Hele-Shaw流动进行模拟分析。模腔为规则的方形,温度为恒温300℃,以小分子液晶TIF理论为基础,建立内部流动分析方程组;采用这种方法预测整个注塑过程中任意时间点流动前沿的位置,随时掌握腔内压力、速度场的变化情况。通过模拟分析得知:在入射口处压力、速度场分布变化最大,向内部逐渐减小,且分布均匀,无畸变点;向矢场的变化则与模腔高度有关,靠近腔壁处分子向矢按照流动方向均匀排列,而中心层相对复杂,由X-Y平面内流动剪切速率决定;注射时间与初始压力、模腔高度的平方成反比。本文的结果为进一步分析注塑过程中非恒温下液晶高分子流动提供了参考。     

多孔介质中稳定泡沫的流动计算及实验研究

将多孔介质简化为一簇变截面毛管束,根据多孔介质的颗粒直径、颗粒排列方式、孔喉尺度比及束缚水饱和度,计算出变截面毛细管的喉道半径和孔隙半径. 在考虑多孔介质喉道和孔隙中单个气泡的受力和变形基础上,利用动量守恒定理,推导出单个孔隙单元内液相的压力分布和孔隙单元两端的压差计算公式,最终得到多孔介质的压力分布计算公式. 利用长U型填砂管对稳定泡沫的流动特性进行了实验研究. 研究结果表明:稳定泡沫流动时多孔介质中的压力分布呈线性下降,影响泡沫在多孔介质中流动特性的因素包括:多孔介质的孔喉结构、泡沫流体的流量和干度、气液界面张力、气泡尺寸,其中孔喉结构和泡沫干度是影响泡沫封堵能力的主要因素.关键词: 稳定泡沫;多孔介质;变截面毛管;流动;表观粘度;压力分布;实验研究      

基于舌/上颚微间隙下流体流动行为研究

为探讨口腔环境下流体的流动行为,采用数值方法与流变试验深入研究舌/上颚微间隙下流体流量的影响因素. 建立舌/上颚微间隙的简化模型及Reynolds方程,通过数值方法获取微间隙下流量变化;在DHR-2流变仪上研究非牛顿流体的黏度与剪切率的变化,探讨牛顿流体和非牛顿流体的流量影响. 结果表明:牛顿流体流量平方的倒数同载荷和黏度比值和时间均呈线性函数关系;所制备的非牛顿流体近似为幂律流体,其黏度随脂肪含量的增加而增大,而非牛顿流体流量率先高于后低于等效牛顿流体,其研究结果将为特定人群功能产品的研发提供技术支持.      

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依据膏体推进剂火箭发动机设计和膏体推进剂管道流动实验需求,提出了一种新型膏体推进 剂供给系统方案. 该方案以变频电机作为驱动力,螺杆/螺母、减速器等作为传动部件,可以 满足实验中对流量精确控制的要求. 利用该供给平台进行了膏体推进剂替代物-丁羟(端羟 基聚丁二烯)的管道流动实验,测得了压力与流量的关系曲线. 以非牛顿流体流动理论为基 础,分析了丁羟管道流动实验结果,得出的黏度数据与文献吻合,初步验证了该供给方案的 可行性以及原理性平台各项参数的正确性.     

多孔介质中气泡的生成机理及流动特性研究

根据组成多孔介质的颗粒直径、颗粒排列方式、孔喉比、束缚水饱和度,将多孔介质简化为一簇变截面毛管组成的毛管束.利用质量守恒原理和动量定理,推导出单个孔隙单元内液相压力梯度和壁面剪切应力的计算公式,得到泡沫稳定流动状态时多孔介质中的压力分布以及泡沫当量直径的计算方法.通过对喉道处气泡的受力分析,推导了截断再生气泡的当量直径计算公式.利用长U型填砂管对多孔介质中稳定泡沫的流动特性进行了实验研究.研究结果表明:稳定泡沫流动时多孔介质中的压力分布呈线性下降,孔喉结构和泡沫干度是影响泡沫封堵能力的主要因素.     

粗糙颗粒动理学及稠密气固两相流动的数值模拟

考虑颗粒碰撞过程中摩擦作用,给出了粗糙颗粒碰撞动力学.引入颗粒相拟总温来表征颗粒平动和转动脉动能量的特征.基于气体分子运动论,建立颗粒碰撞中平动和旋转共同作用的粗糙颗粒动理学,给出了颗粒相压力和黏度等输运参数计算模型.运用基于颗粒动理学的欧拉-欧拉气固两相流模型,数值模拟了流化床内气体颗粒两相流动特性,分析了颗粒旋转流动对颗粒碰撞能量交换和耗散的影响.模拟得到的流化床内径向颗粒浓度和提升管内颗粒轴向速度与他人实验结果相吻合.模拟结果表明随着颗粒浓度的增加,颗粒相压力和能量耗散逐渐增加,而颗粒拟总温先增加后下降.随着颗粒粗糙度系数的增加,床内平均颗粒相拟总温和能量耗散增加,表明颗粒旋转产生的摩擦将导致颗粒旋转脉动能量的改变,影响床内气体-颗粒两相宏观流动特性.      

分叉血管中动脉狭窄对血液流动的影响

利用血液流动的粘性不可压Navier-Stokes方程，采用有限元方法研究了分叉血管中动脉局部狭窄对血液流动的影响，分别对母血管壁有动脉狭窄病变和无病变时的血液流动进行了数值模拟。针对不同程度的动脉狭窄，得到了当狭窄度S分别为0.05、0.25、0.5时血液流动的流线图和压力图。一方面，从计算的压力图中可以看出当血液流经狭窄区域时，压力会迅速发生变化；另一方面，观察流线图可知，在血液流经狭窄的区域时会出现流动分离现象，产生涡的结构。根据上述结果，可以看出动脉局部狭窄会对血液流动产生很大的影响。动脉粥样硬化等某些血管疾病的发病机制和病变发展与血液流动的力学特征有密切关系。在动脉局部狭窄的初期，动脉狭窄邻近区域的血液几乎光滑地流过狭窄区，流动产生的分离小；随着狭窄区域半径的逐渐增大，血流流动产生比较明显的分离，在分离区内存在层流和回流；而当狭窄区域的半径进一步增大时，血管内血流流动分离区域扩大，而且在分离区内的血液流动会出现局部湍流。这种情况可能会使血液中的血小板、纤维蛋白、脂肪颗粒沉积，最终导致血流不畅或动脉粥样硬化等血管疾病。     

串列双锥柱绕流流动特性的大涡模拟研究

利用大涡模拟研究了雷诺数Re = 3900下串列双锥柱在间距比L/D_m = 2 ~ 10下的升阻力特性及三维流动结构. 研究发现: 上游锥柱在后方形成的两个展向不对称回流区, 使其后方压力分布不对称. 上游锥柱发展的上洗、下洗和侧面剪切层作用在下游锥柱的附着点位置不同是上游和下游锥柱时均阻力系数和脉动升力系数变化的主要原因, 串列双锥柱间流动结构随间距比变化可分为三种状态: 剪切层包裹状态, 过渡状态及尾流撞击状态. 剪切层包裹状态. 上游锥柱的自由端主导来流在下游锥柱迎风面影响范围广, 上游锥柱剪切层完全包裹住下游锥柱, 从而抑制下游锥柱后方回流区形成, 导致下游锥柱时均阻力系数降低; 尾流撞击状态; 上游锥柱尾流得到充分发展, 其回流区大小随间距比增大不再发生变化, 上游锥柱尾流出现周期性脱落, 撞击在下游锥柱表面, 从而使脉动升力系数大幅增加, 最大脉动升力系数较单直圆柱提升约20.7倍; 过渡状态, 此时时均阻力系数和脉动升力系数均会较剪切层包裹状态增加. 该研究可以为风力俘能结构群列阵布局提供理论支持.