射流电铸快速成型基础试验研究

介绍了射流电铸快速成型技术的基本原理与设备系统组成，并进行了基础试验研究。研究结果表明，采用扫描喷射电铸可大大提高电铸的电流密度，实验中可用电流密度高达380A／dm^2，远高于传统电铸电流密度；电铸电流密度和喷嘴扫描速度对铸层表面生长形貌有较大的影响，电流密度低、喷嘴扫描速度快易于获得颗粒细小、表面平整的铸层组织；当喷嘴口径小、喷射距离近时，铸斑尺寸小，定域性好，快速成型零件的尺寸精度高；用自行研制的射流电铸快速成型设备成型了一组具有一定形状的金属铜零件。     

提高电铸局部电沉积速率试验研究

电铸成型是采用离子沉积的方法制造复制件，具有很好的复制精度，因此电铸技术得到了广泛的应用。但由于受极限电流密度等多方面因素的影响，电铸速率一直是制约电铸技术发展的一个瓶颈，许多学者为此做了大量的理论和试验研究，但对如何提高极限电流密度还没有提供一个比较满意的答案，为提高电铸局部电沉积速率，本文在前人工作的基础上，讨论了影响电铸速率的因素，提出了一种新型的电铸方法－喷射式电铸，并通过两组试验分析了局部电沉积速率怀电铸液流量的关系以及局部铸速率与喷嘴口径的关系，试验结果表明，采用喷射式电铸可以大大提高局部极限电流密度，从而使电铸局部电沉积速率有一个较大范围的提高，为将电铸与快速成型结合奠定了试验基础。     

小模数齿轮模具型腔的电铸成形技术

传统的齿轮模具型腔电铸方法存在着许多问题,如:铸层质量差、沉积速度低、铸层厚度分布非常不均匀,严重时某些局部无金属沉积,不适用于小模数齿轮模具型腔的制造。分析认为,这些弊端主要是阴极上电流密度分布不均匀所致。本文在进行试验研究后,提出了一种新的齿轮模腔电铸成形方法。这种方法采取特殊的电极配置方式,用一绝缘材料齿轮对平板阴极进行选择性屏蔽,从而获得所需形状的铸层。这一方式保证了阴极上电流密度均匀分布,铸层无任何尖角缺陷、均匀致密。采取的强烈冲刷、脉冲供电等措施更进一步提高了沉积速度和铸层质量。这种方法既可用于直接电铸镍模具型腔,也可用于电铸电火花加工模腔用铜电极。已经采用了这种方法制造了模数在0.25～0.40mm之间的齿轮模具型腔近百个,均获得满意结果。     

精密模具大面积微结构电铸制备工艺研究

对精密模具大面积微结构的电铸制备工艺进行了研究。研究了掩膜厚度、化学微蚀刻、二次辅助阴极对精密模具大面积微结构电铸成型的影响。结果表明,化学微蚀刻能进一步去除显影残胶,提高镀层微结构与模具基板的结合力。在曝光时间为100s,曝光能量为750~810mJ/cm2的曝光工艺条件下,掩膜厚度在130~160μm时,可以得到线宽为100μm侧壁陡直度较好的精密模具微结构。采用外加电势的二次辅助阴极三电极电铸体系可以提高铸层的均匀性。     

提高UV-LIGA制备金微细零件的尺寸精度研究(英文)

在众多影响UV-LIGA(Ultra-violet lithography Galvanik abformung)技术制备微细金属零件尺寸精度的因素中,SU-8胶溶胀性是最主要的。通常采用隔离带方法降低SU-8胶的溶胀性,以提高电铸微细零件的尺寸精度。由于贵重金属会沉积到隔离带内,造成了贵重金属的浪费,增加制造成本,因此该方法不适合贵重金属微细零件制造。针对隔离带方法的弊端,提出了半隔离带方法,在保证电铸微细金属零件尺寸精度的前提下,避免了贵重金属的浪费。另外,还采用电解液喷射方法实现了高电流密度电铸,缩短了电铸时间,进一步提高了电铸微细金属零件的尺寸精度。试验结果表明:采用半隔离带方法和高电流密度,可以有效提高金微细零件的尺寸精度,当电流密度提高到0.6A/dm2,金微细零件的尺寸精度可以达到5μm。     

屏蔽阳极模板随动式微细电铸的定域性研究

屏蔽阳极模板随动式微细电铸技术是一种新颖的金属微结构加工方法,具有工艺简单、成本低以及高深宽比微结构加工能力的优点。电沉积定域性是影响其复制精度和分辨率的核心因素。对电沉积定域性进行了理论分析和实验研究,结果表明:极间距对定域性的影响较大,杂散沉积宽度随着极间距线性增大;而在极间距一定时,极间电压(即电沉积电流密度)、屏蔽胶膜厚度及微槽特征宽度不影响电沉积的定域性。     

流动环境中三维圆形垂直浮力射流特性实验研究

为了揭示流动环境中三维圆形垂直浮力射流的规律,运用MicroADV流速测量系统和温度测量系统对不同射流——来流流速比情况下的圆形垂直热水浮力射流进行了实验研究。在对试验所得的速度场、温度场资料进行整理的基础上,对流场的流动结构,射流中出现的分叉现象,射流轨迹线,湍动能等时均特性和紊动特性进行了分析。认为基于最大速度和最高温度的射流轨迹线是不同的,射流横断面上两高温区的夹角的范围同前人在空气中所作试验是一致的。表明试验结果是可信的,可以用于揭示圆形浮力射流的规律和数值模拟的验证。     

汽车风洞试验段流场的试验研究

以上海地面交通工具风洞中心全尺寸气动声学风洞1:15模型风洞为研究对象,采用三维热线风速仪,测量了该模型风洞内不同工况下试验段内流场的分布情况.通过所测流场内平均速度的分析,了解该模型风洞试验段内气流的定常流动形态,对比典型射流结构进行分析,得到了该开口式低速汽车风洞试验段内喷口处射流剪切层所特有的结构形态;通过对风洞试验段内不同截面处流场内部湍流强度的分析比较,了解了喷口射流剪切层内以及收集口处的湍流强度大小与分布情况.     

欠膨胀自由射流密度场的丙酮平面激光诱导荧光显示与测量

介绍了利用丙酮平面激光诱导荧光(PLIF)技术测量自由射流密度场的原理,并对两种射流总压下含有丙酮蒸气示踪剂的欠膨胀自由射流的密度场结构进行了显示.所得图像直观地显示了射流的桶状激波和马赫盘等特征信息,从中可以看出射流欠膨胀度主要影响马赫盘以前的流场,射流欠膨胀度越高,则射流直径越大,马赫盘越远离喷口,桶状激波越向外凸出.为检验丙酮PLIF技术测量密度场的精度,对实验流场进行了数值仿真.仿真所得到的密度场结构以及沿射流轴线的归一化密度变化曲线与实验得到的相应结果符合较好.     

高频射流噪声测量及修正方法研究

为了提高射流远场噪声高频测量的精度，基于严格的射流噪声模拟试验装置，采用试验测量的方法，对影响射流噪声高频测量的因素进行了系统研究。具体研究包括传声器指向性、传声器频率响应特性、传声器保护罩、传声器本底噪声以及空气吸声效应等因素对射流噪声高频测量的影响。对各影响量进行了试验对比及量值分析，给出了射流噪声高频测量及修正的建议和方法。通过试验对比研究，给出了射流噪声远场测量边界的建议。     

电邦德数影响下无水乙醇的荷电微射流不稳定性

基于高速摄像及小尺度PIV技术对无水乙醇荷电微射流雾化模式的演变及射流不稳定性进行了实验研究。精确捕捉了无水乙醇荷电微射流的显微演变过程，探讨了电邦德数影响下不同雾化模式的射流不稳定性演变特征及其对微射流雾化特性的影响规律。实验结果表明:射流的非轴对称性径向扰动贯穿于整个射流雾化模式区间；随着电邦德数不断增大，射流偏离度呈先增大后减小的趋势，而其不确定性的脉动范围在锥射流模式下不断增大，过渡到多股射流模式后，脉动范围逐渐减小至零，而后再逐渐增大；锥射流模式下，射流核心区及速度方向均偏离轴心，射流速度较纺锤模式明显回落；多股射流模式下，射流核心区速度明显回升，但不同电邦德数下多股射流之间的速度分布差异较大；多数情况下，射流边界处的流线较为紊乱，缺乏对称性，但在电邦德数为13.30~13.60的极小区间内保持稳定的多股射流稳定雾化形态，射流核心区速度达到峰值。     

矩形长宽比对射流中心线湍流特性的影响

采用热线风速仪技术，测量了在出口雷诺数15，000条件下的不同长宽比（AR=1~15）矩形射流中心线速度场。主要分析了矩形射流中心线上平均速度、频谱、湍流尺度等变化规律。结果表明:随着长宽比的增加，射流的脉动速度和湍流度在出口之后会显著增强，反映了卷吸周围流体能力显著增强。随着射流向下游发展（x/D_e>30），不同长宽比的矩形射流湍流能谱、概率密度函数、湍流尺度等统计量逐渐趋近于圆形射流规律，这是由于射流演化遵循动量向周围流体更高效传递的原理。     

应用PIV技术对气固两相流粒子浓度场的瞬时测量

气固两相射流有着广泛的应用领域。但如何测量瞬态的粒子浓度和粒子速度目前还没有很好的解决。笔者采用PIV技术,能瞬时测量气固两相射流轴对称平面上粒子浓度分布、粒子运动速度。     

无动量亏损尾迹的实验研究

采用尾缘吹气的流动控制技术,改善静子尾迹区流动.使用热线风速仪对静子尾迹区在不同吹气量下的轴向速度进行了测量,得到了在纯尾迹、弱尾迹、无动量亏损尾迹和射流这4种工况下尾迹区的轴向速度分布、中心点速度频谱图以及尾迹特征长度沿流动方向的变化.实验测量结果表明,无动量亏损尾迹和纯尾迹工况相比改善了静子出口速度的均匀性,并改变了涡脱落特性.无动量亏损尾迹特征长度与x0.35成正比关系,而纯尾迹时的特征长度沿轴向与x0.37成正比关系变化.     

光场单相机三维流场测试技术

将光场三维成像技术与实验流体力学相结合，实现单相机对空间三维瞬态流场（3D3C）的精确测量，为流体力学实验研究提供了一种全新的测试技术。详细介绍了具有自主知识产权的光场相机硬件系统、基于乘积代数重建技术（MART）的粒子光场图像重构算法以及基于光线追迹的数字光场图像合成算法。利用DNS数字合成图像以及低速射流实验图像，将所发展的光场单相机三维流场测试技术（Light Field Particle Image Velocimetry，LF-PIV）与目前最成熟的三维流场测试技术层析PIV（Tomographic Particle Image Velocimetry，Tomo-PIV）进行对比研究分析。实验结果表明LF-PIV技术完全能达到与Tomo-PIV同等量级的测量精度。     

气溶胶抑制尾喷口红外辐射的试验研究

在对气溶胶红外抑制机理研究的基础上，建立了一套发动机尾喷口模型试验台及气溶胶施放系统，通过气溶胶施放系统在尾喷流四周形成环形气溶胶层，降低尾喷台向外的红外辐射。试验对不同流速的尾喷流及二股流、不同的气溶胶施放位置、施放量及在不同的方位角上的气溶胶红外抑制效果作了测量与分析，得出一些初步结论，发现在二股流与尾喷流出口流速为１∶３，气溶胶质量浓度为３６．３ｇ／ｍ＾３时，其红外抑制量可达９０％以上。     

液体圆柱射流在气流中的破碎特性实验研究

本文采用高速相机对低速横向气流作用下的圆柱射流表面波发展及液柱断裂和破碎进行观察研究。实验喷嘴为直射式，孔径为1mm，长径比为20。工质采用水和空气；工况为:温度293K，液体射流速度为2~20m/s，雷诺数为2400~22400，横向气流速度为10~40m/s，气流韦伯数为1.6~25.6，液气动量比为5~127。高速相机帧幅为2000，曝光时间为16s。通过实验观察到横向气流气体韦伯数的变化导致射流破碎形式呈现不同形式变化，液体射流的无量纲表面波波长与气流韦伯数的-0.31幂指数方成正比；主液柱断裂点沿横向气流方向的距离随着液气动量比的增大而减小，而沿初始射流方向的距离随液气动量比的增大而增大；断裂后产生的液滴在沿横向气流方向的速度分量为横向气流速度的0.1倍左右，而沿初始液体射流方向的速度分量先呈现出与液气动量比线性增长关系，直到其变为射流初始速度的0.8倍左右并保持在这一水平。在上述研究基础上，本文拟合了低速射流表面波的波长与气流韦伯数间关系式以及射流破碎位置、射流轨迹及液柱断裂产生液滴的速度与射流初始条件间的数学关系。     

等离子体气动激励诱导空气流动的PIV研究

为了揭示等离子体气动激励与边界层相互作用的物理机制,作者进行了等离子体气动激励诱导空气流动的PIV研究.实验结果表明:毫秒、微秒等离子体气动激励诱导空气流动以“启动涡”和“壁面射流”的形式出现;当激励电压为12kV时,最大诱导速度约为3m/s;激励电压越大,“启动涡”和“壁面射流”的强度越大;脉冲激励的作用强度和作用范围要强于定常激励.该结论为提高等离子体流动控制的作用能力提供了指导.