微动磨损的热力学研究

微动磨损主要是由物理量纲不同的材料弹塑性和摩擦化学反应所决定的复合磨损，尚无普遍认可的理论模型。文中用非平衡态热力学描述摩擦接触下的耗散过程，以熵平衡关系和非平衡过程的稳定性分析为基础建立微动摩擦体系的热力学模型。分析摩擦磨损中热传导、粘滞性流动、扩散和化学反应的熵产生变化，提出以材料粘滞性流动和摩擦化学反应为主的简化模型。根据对简化模型的分析，设计了面－面接触的验证实验，并预测磨损良迹会随微动幅     

试论摩擦学研究中的科学方法问题

摩擦学是工程先导性的学科高度交叉综合的前沿研究领域，是尚未成熟和最具活力的学科之一，它具有用户要求多样的特点。近年来的大量实验结果对摩擦学理论产生了巨大的冲击。为迎接挑战并更好地指导工业设计，须重新探讨摩擦学的研究方法，表征量的选择及其思想方法。作者认为在继续开展摩擦学实验研究的同时，须大力推进理论研究，非平衡态热力学可做为该研究的基础，熵可用作为表征量。研究中应特别重视过程非线性、可逆性和混沌性，并积极探讨摩擦自组织结构的形成条件及其工业应用的可能。     

论熵方程在热力学第二定律中的作用和地位

传统的热力学第二定律是以开尔文—普朗克说法和克劳修斯说法为基础加以阐述的,而长期以来只用文字描述而没有一个统一的完整的数学表达式加以表达。本文参阅并分析了大量国内外对热力学第二定律和熵方程的有关论述,通过对熵方程在热力学第二定律中所起的作用和地位的详细论述,提出熵方程是热力学第二定律的最为完善的数学表达式这一看法,从而弥补了热力学第二定律在数学表达上的不足。本文认为,从熵方程中不但可以方便地导出著名的克劳修斯不等式和孤立系统熵增原理,而且利用熵方程可以轻而易举地判断任何热过程进行的方向、限度和条件,熵方程是热力学第二定律的最为完善的数学表达式。     

准晶材料的摩擦磨损性能研究

本文对准晶材料与类金刚石涂层在干摩擦条件下的摩擦磨损性能进行了研究，分别就磨损载荷、摩擦速度、气氛、温度等因素对准晶材料摩擦磨损特性的影响进行了讨论，采用扫描电镜和Ｘ－射线衍射仪等对表面形貌进行了观察，结果表明，随着磨损载荷、摩擦速度的增加，摩擦系数有所减小，温度对准晶材料表面的摩擦系数影响明显比其他因素大，温度的增加明显提高地表面摩擦系数。准晶材料在３５０℃下的磨擦磨损机制为剥落磨损，明显不同与室温下的磨损机制，形貌观察表明准晶材料摩擦表面均形成不了同程度的微裂纹，本文对上述结果进行了讨论。     

基于声发射技术的搅拌摩擦焊接工具磨损监测

为在线监测搅拌摩擦焊接过程工具磨损状态,本文基于虚拟仪器技术设计了一套声发射在线监测系统,结合声发射传感器、数据采集卡及信号调理器实现了对搅拌摩擦焊接加工过程中声发射信号的采集。实验中采用带有螺纹的搅拌针工具来焊接7075铝合金,并利用自主开发的在线监测系统采集焊接过程中的声发射信号。然后对采集到的声发射信号进行小波包分解处理,计算分解后各频段能量所占百分比,并提取能量分布规律作为信号特征。研究表明:搅拌摩擦焊接工具在不同磨损情况下具有不同的声发射信号特征,小波包分解处理表明搅拌头磨损轻微时,低频段能量占比较高;相反,搅拌头磨损严重时,低频段能量占比较低。     

不同温度对TC4-DT钛合金摩擦磨损性能的影响

以TC4-DT钛合金为研究对象，研究不同温度(20，300，500 ℃)对TC4-DT的摩擦磨损性能的影响。 采用HT-500型摩擦磨损试验机对TC4-DT合金进行摩擦磨损实验，分析温度对摩擦因数及磨损率的影响；通过扫描电镜（Scanning electron microscope,SEM）和能谱（Energy dispersive spectrometer,EDS）等方法探究磨痕的形貌和成分变化及磨损机理 。结果表明，随着温度的升高，磨损过程中TC4-DT合金表面不断生成氧化膜，摩擦因数从0.493下降到0.298，磨痕不断变窄变浅，磨损率大大降低；磨损机理在20 ℃时以粘着磨损、磨粒磨损为主，伴随着疲劳磨损；在300,500 ℃时以剥层磨损和氧化磨损为主，伴随少量的 粘着磨损和磨粒磨损。     

发动机磨屑尺寸的分布模型及其应用

磨屑分析是研究零件摩擦表面破坏机理、监测机械磨损状态的主要方法之一。本文研制了一种将微机图象处理技术应用于铁谱技术的磨屑显微分析系统。根据对ＷＺ－６航空发动机长试过程的监测研究，提出了机械磨损磨屑尺寸的Ｗｅｉｂｕｌｌ分布规律、研究证实，Ｗｅｉｂｕｌｌ函数的参数、磨粒分布的均值和方差等特征能够清楚地指示出发动机工作过程中的磨损类型和程度。在此基础上，本文以统计检验和Ｊ散度指标为依据，探讨了航空发动机运行时的磨损状态监测和故障诊断的方法。     

碳/锌复合材料的制备与性能研究

本文采用真空液态渗透法制备了碳/锌复合材料。拉伸和磨损试验表明:碳纤维的加入,明显提高了锌以及锌合金的抗拉强度,改善了锌合金的摩擦磨损特性。用S-570扫描电镜观察了碳/锌复合材料的拉伸和冲击断口,以及碳/锌复合材料的磨损表面,并用X-射线能谱仪对断口进行了分析。此外,本文还对碳/锌复合材料的纵向拉伸性能、纵向冲击性能以及摩擦磨损性能的影响因素进行了讨论。     

网络陶瓷增强铝基复合材料的摩擦磨损特性

提出了三维陶瓷网络（骨架）增强金属基复合材料的新构思，设计和制备了一种新型的三维陶瓷网络（骨架）增强铝合金复合材料，研究了其在干摩擦状态下的滑动摩擦磨损行为。结果表明，基体铝合金在重载时产生严重粘着磨损，磨损层发生软化和塑性流动，而复合材料中的陶瓷颗粒暴露于磨损表面并起承载作用，从而保护基体不发生严重磨损，复合材料对磨环的磨损量大于基体合金对磨环的磨损量，但复合材料摩擦副的总摩损量比基体合金摩擦副的小。     

超高速机械密封副离子注入与摩擦学特性研究

超高速机械动密封需满足CZ-5运载火箭伺服系统中涡轮泵可靠性及寿命指标要求。离子注入作为重要的金属材料表面改性技术，对有效改善机械密封副旋转环表面摩擦磨损特性至关重要。在对密封动环表面离子注入可行性研究的基础上，提出了对其密封副配对摩擦磨损特性进行综合验证的试验方案。通过选取常用典型石墨与旋转金属环配副进行干磨条件下的试验测试，改变线速度、端面比压，使用摩擦磨损试验机对比分析了配对摩擦副的摩擦磨损特性，系统研究了载荷和转速对密封副配对摩擦系数的影响规律，揭示其密封摩擦学特性。通过机械密封在温度应力下的工作可靠性分析以及密封副整机稳态工作性能验证，为超高速涡轮泵的寿命与可靠性试验验证提供了一个合理的、高效费比的技术途径。     

轴对称层流到湍流转捩区间速度和温度的振荡统计特性研究

热力学平衡系统连续相变的理论方法，被推广用来讨论圆管内轴对称层流到湍流转捩区间的流动和振荡特性。假设在转捩区间径向脉动速度与充分发展区的湍流在数值上完全相同，在每一个截面上转捩流动可以看成是充分发展区的层流和湍流的合成流动。湍流成分的合成比例作为序参数用来定义合成流动。引入合成比例的振荡后，运用最小熵产生准则得到一个可以描述转捩行为的方程。采用相同的处理方法讨论了加热圆管内转捩区间的对流传热特性。在圆管内的流动和对流传热允许相似和独立的转捩过程，在转捩区间宏观振荡同时具有随机性和确定性。最后与实验进行了对比，包括流动和传热实验得到的测量结果。     

电加热圆管内流动的自然转捩过程研究

分析了在一个电加热圆管内的自然转捩流动和对流传热。对于圆管内的流动，提出在径向脉动速度不随流动模式变化的假设下，自然转捩流动是充分发展的层流与湍流流动按照比例的合成。采用合成比例来描述该合成流动，合成比例在转捩区间会发生振荡。根据最小熵产生准则得到自然转捩发展演化的方程，其中转捩发展演化的控制因素，是合成比例的振荡。给出了一个与测量结果一致的合成比例的振荡函数，包括圆管内转捩过程的传热实验测量和速度及其脉动统计特性的实验测量。指出圆管内层流向湍流的转捩过程，可以与热力学平衡系统的连续相变过程进行比较，并且在电加热圆管内的流体，其速度和温度可以有相似和独立的转捩演化过程。     

熵产最小法在热电制冷系统优化中的应用

应用有限时间热力学理论，基于熵产最小法，对热电制冷系统随有限温度的变化、由外部热源与内部工质之间的温差而形成的热漏及内部耗散所产生的传热不可逆性进行了最优化研究，建立了不可逆热电制冷循环模型。研究结果表明，不同的参数对热电制冷系统的影响有着显著的区别。本文推导出熵产率最小时对应的优化性能特性关系和重要设计参数的最佳值；绘出了相关优化性能曲线并说明了这些参数在总体和优化性能中的作用。计算结果对实际热电制冷系统优化条件的确定具有一定参考价值。     

加热圆管流动热阻力及熵产的数值分析

本文利用数值计算方法,对圆管加热流动的热阻力和熵产进行了综合分析研究。以空气加热圆管为例,通过联立求解流体力学基本方程和熵产方程,获得了热阻力、熵产及其随加热量、管长而变化的关系。数值分析结果表明,加热流动中的热阻力与熵产二者之间存在着对应相关的关系。     

管流转捩对比态定律的讨论：层,紊流并存流态转捩现象

转捩对管内流动和换热有很大影响，Ｎ．Ｔ．Ｏｂｏｔ曾在总结归纳圆管、矩形管、三角形管和环形管实验结果的基础上提出对比态定律，并断言：对任意截面管道，只要知道临界摩擦因子和临界雷诺数，根据对比态定律，就可以计算其流动和平均换热特性。本文通过对复杂截面通道流动的研究，指出管流转捩的对比态定律只适用于单一流态管流，而不适用于层、紊流并存管流，文中还分析了层、紊流并存现象及其产生的原因，它的起始点和终止点的判定，以及流动和换热特性计算的处理方法。     

旋射流气波制冷机实验研究及数值模拟

针对目前气波制冷机的接受管开口端存在较多熵增因素从而制约制冷效率进一步提高的缺点,借鉴了透平膨胀机制冷机理,将现有气体分配器改型,融入旋射流作功机理,加大出流偏角,使射向接受管气体射流反冲膨胀作功,减少熵增、降低入射气体的射流速度,从而有效改善接受管入口端射流气体的流动状况,达到降低工质速度、减小总焓及提高等熵效率的目的.利用Godunov格式建立了管内非定常流动与管壁传热数学模型,对接受管内激波的流动进行了数值模拟,计算结果与实验测量值趋势相同,可为气波制冷机的改造、设计及优化提供参考.     

磁制冷工质的熵特性分析

磁制冷的基本原理是应用磁工质的磁热效应。外加磁场作用下的磁工质总熵组成包括磁熵S_M、品格熵S_L和电子熵S_E,其中只打磁熵变化可用于制冷,而晶格熵和电子嫡却是磁制冷的重要热负荷,影响磁制冷效率。因此提高磁制冷效率的一种关键途径是选用具有大的磁熵变,而晶格熵和电子熵都较小的磁制冷工质,这就需对磁制冷工质进行正确的熵分析。本文分别由量子力学分子场近似理论、德拜理论及电子能级理论推导出计算磁工质磁熵、晶格嫡、电子熵的数学模型,运用上述模型研究了高温磁制冷典型工质钆的总熵、磁熵、晶格熵和电子熵等随温度和磁场强度的变化关系,讨论了熵的各种形态变化影响因素及其对磁制冷的性能影响,从而得出了磁制冷工质正确选择的一般原则,为研制实用磁制冷机打下了基础。     

Numerical Analysis on Thermal Function of Clothing with PCM Microcapsules

To study the influences of phase change material(PCM) microcapsules in clothing on human thermal responses,a mathematical model is developed. The improved Stolwijk's model is used to simulate human thermo-regulatory process,and the coupled heat and moisture transfer including the moisture sorption/desorption of fibers and effects of phase transition temperature range on the phase change processes of the PCM is considered in clothing model. Meanwhile,the theoretical predictions are validated by experimental data. Then,the interactions between human body thermal responses and the heat and moisture transfer in clothing are discussed by comparing the prediction results with PCMs and without PCMs. Also the effects of fiber hygroscopicity on clothing and human thermal responses are compared. The conclusion shows that the clothing with PCMs microcapsules can delay the human temperature variations and decrease the sweat accumulation rate on the skin surface and heat loss during changing of ambient conditions,and fiber hygroscopicity reduces the effect of PCM microcapsules on delaying garment temperature variations very significantly.     

多功能摩擦试验机的研制与应用

研制了一种多功能摩擦磨难机。它由主体、试样装夹附件和计算机数据采集及处理系统组成，通过更换不同附件可进行销盘摩擦试验、环块摩擦试验和接触疲劳试验等多种试验；同时，该机进行各种摩擦试验时可使用同一盘试样，排除了试样制备中的误差对试验结果的干扰，提高了试验结果的可对比性；采用计算机数据采集及处理系统，大大提高了采集精度的效率。大量试验表明，该机所得结果准确、重复性好、可比性强，具有广泛的应用前景。