微重力下加热面尺寸对气泡动力学行为的影响

为揭示微重力环境下加热表面尺寸对气泡动力学行为的影响，通过对比实验研究了不同热流密度条件下两种尺寸芯片表面核态沸腾过程中气泡的动力学行为.结果表明，低热流密度时两种尺寸芯片表面均能维持典型的孤立气泡沸腾，气泡生长合并过程缓慢，仅大芯片表面气泡脱落，并且体积达到小芯片气泡的3.4倍.两芯片在中等热流密度下均呈稳定的核态沸腾，气泡生长合并加速、脱离频率升高.大芯片表面气泡脱离次数明显高于小芯片，脱离气泡产生的尾流效应减小了后续气泡的脱离直径，进而有效抑制了气泡底部干斑的形成.高热流密度时，小芯片处于膜态沸腾状态，沸腾换热显著恶化；而大芯片表面仍能维较持稳定的核态沸腾.因此，增大芯片尺寸能有效促进气泡脱离，提高临界热流密度.继续升高大芯片热流至临界热流密度之上，虽然进入膜态沸腾换热状态，但是气泡无法完全覆盖芯片表面且可缓慢滑移，从而缓和了芯片温度上升速率.      

月尘静电迁移研究进展

月尘的静电悬浮和迁移是Apollo时期留下的最有争议的问题之一. 其既是研 究月球表面物质演化历史的重要线索, 也是探月工程必须考虑的重要因素. 月尘在月表环境下易因电子附着、光电效应、二次电子发射等过程带电, 并 在月球全球性静电场作用下发生迁移运动. 但目前对月尘静电迁移过程的认 识还不全面, 其主要原因在于对月尘静电特性的了解不够准确, 对静电迁移 过程的地面模拟不够充分以及对月球尘埃环境的探测较为缺乏. 未来需进一 步开展模拟月尘的研制, 月尘静电特性的分析, 静电迁移过程模拟以及尘埃 环境的探测等工作.      

微重力下层流扩散火焰碳烟生成过程

根据详细的燃料氧化机理和多环芳烃生成机理，对乙烯同轴射流火焰在重力变化下碳烟生成情况进行计算.认为碳烟的初始成核是由两个较大的多环芳烃（PAH）二聚而成，碳烟的表面生长机理为HACA，凝结过程主要考虑PAH与碳烟的碰撞吸附，碳烟生长和氧化过程耦合在分节气溶胶模型中.计算结果表明，微重力条件下乙烯同轴射流火焰峰值温度下降230K，碳烟浓度显著增加，且浓度峰值在微重力条件下更加偏离中心线.分析重力变化对碳烟前驱体乙炔和多环芳烃的分布、初始成核速率、表面生长速率及凝结速率的影响.结果表明碳烟在中心轴线上主要是通过凝结过程生成的，且微重力条件下PAH在碳烟表面的凝结更加重要.由于微重力条件下停留时间更长，导致碳烟直径更大.      

池内过冷核沸腾表面活化核心密度的研究

为研究在过冷沸腾条件下的加热表面的活化核心密度尺度分布是否具有分形特征,运用核态沸腾换热机理模型对不同过冷度下的4种不锈钢换热表面的活化核心密度进行了预测.结果表明:对于特定的沸腾表面,过冷度不影响活化核心密度曲线的形式,预测曲线与作者提出的加热表面活化核心密度的分形描述相一致,从而进一步证明了该结论具有普遍性.     

汽轮机末级三维非定常流动数值模拟

空冷汽轮机组采用空气作为冷却介质,是一种典型的变工况运行机组.深入了解透平叶片在设计状态和高背压条件下的非定常流动机理,能更好设计空冷汽轮机以及提高叶轮机械的性能和稳定性.主要利用三维粘性非定常数值模拟的方法对设计状态和高背压条件下透平叶片内部的流动进行模拟,并分析了设计状态和高背压条件下非定常流动机理.结果表明,在设计状态动静干涉作用是导致非定常现象产生的主要原因;在高背压条件下动静干涉作用很弱,导致非定常现象不明显.     

仿壁虎刚毛阵列对卫星表面吸附能力模型与计算

壁虎脚的粘着机理对航天机器人脚掌的研制和开发具有重要启发意义.通过单根刚毛与光滑表面黏着力模型与计算、卫星粗糙表面分布模型与接触概率与计算、刚毛阵列与卫星粗糙表面黏着力模型与计算等，分析仿壁虎刚毛阵列对卫星表面的吸附能力，发现在一定条件下仿壁虎刚毛阵能够在太空失重环境中黏着在卫星表面，对航天舱内爬行机器人、管道机器人的研制和开发具有重要的启示意义.     

航天器分离面物理嵌合机理及防护方案

在某航天器研制过程中,发现了分离面镀膜后因非冷焊因素导致不能分离的现象。为探究该现象的产生机理、影响因素和防护方案,将铝合金试片表面分别进行不处理、本色阳极氧化处理、涂覆二硫化钼处理、光亮镀金处理和光亮阳极氧化处理后,两两配合加压,高真空条件下静置一段时间后,在常温常压条件下进行分离试验,如果试片未分离,重新采用新试片在变温常压条件下静置一段时间后,进行分离试验,分析各试片表面形貌变化和元素转移等情况。试验发现未分离试片因对接面上存在大量细小的凹凸纹路彼此机械咬合引起不能分离,试片镀膜硬度和表面粗糙度是产生物理嵌合的直接原因。从而,提出了航天器无相对运动的分离面需选用硬度较大、粗糙程度较低镀层的防护措施,并通过试验进行了验证。     

海洋环境下服役飞机铝合金零件腐蚀失效分析

对出口旅游观光用飞机的铝合金零件在热带海洋气候环境服役条件下所发生的腐蚀问题进行了分析探讨.通过铝合金零件发生腐蚀的微观形貌和腐蚀产物成分等的分析,结合飞机所处环境条件,讨论了铝合金零件的腐蚀类型和发生剥蚀的过程及原因,并分析了其发生剥蚀的机理.认为海洋环境中的氯离子是造成沿海飞机铝合金零件腐蚀的外因,而内因是飞机零件的表面防腐蚀设计与防护不足,腐蚀的发展过程是铝合金零件表面点腐蚀、晶间腐蚀直至剥蚀,腐蚀产物造成的应力是促进分层剥离的原因.针对这种表面腐蚀防护问题,提出了相应的改进措施.      

密封材料空间环境失效分析

对空间环境造成载人航天器密封材料的各种失效机理进行了分析。材料低温脆化,高温时表面脆化;真空时材料内挥发成份的溢出,使材料渗透性增大;辐照使密封件失去弹性：这些是空间环境中温度、真空和辐照使密封失效的主要原因。真空条件下,密封件挥发成份中的可凝物在光学元件表面的凝聚从而破坏表面光学特性,是密封设计中一个值得重视的现象。     

谜题六:月球上的对话

以下内容"阿阿波罗"宇航员在月球上与地面控制中心的对话摘录.其间,宇航员谈到了他们在月球表面发现的些新奇、难以懈释的物质结构和不同寻常的不明飞行物现象.     

矩形截面型材拉弯成形

针对铝合金矩形中空截面挤压型材进行了不同预拉和补拉的拉弯成形试验研究,获取了预拉和补拉对成形精度的影响规律.截面畸变是影响成形精度最主要的因素,由弯曲过程中的径向压力引起.试验表明,型材靠模弯曲即发生截面畸变,主要表现为上腹板的塌陷,沿型材长度方向截面畸变量不同,最大畸变量并不位于型材中间对称截面处;增大预拉和补拉,截面畸变增大.弯曲卸载回弹是影响零件贴模度的主要因素,其大小受多种因素影响,规律复杂.增大预拉和补拉,回弹减小;当预拉和补拉增大到一定值时,增大拉伸量减小回弹的效果不再明显.     

Upwards migration phenomenon on molten lunar regolith: New challenges and prospects for ISRU

As part of our research on the feasibility of producing commodities from lunar regolith by thermal-driven processes with minimal terrestrial precursors we need to characterize, reproduce, and understand thermophysical properties of the molten regolith still unforeseen under the lunar vacuum conditions at a scalable sample size. Two unanticipated phenomena, apparently caused by lunar melt’s surface tension under vacuum, have been revealed in our research work, vacuum void formation and upwards migration. In this paper we present our findings and thinkable explanation on the upwards migration phenomenon experimentally observed and consistently replicated as JSC-1A lunar regolith simulant melted at high vacuum. Upwards migration of molten lunar regolith will make future lunar ISRU’s melting processes both challenging as molten bulk material would migrate upwards along the container’s walls, and also promising on new opportunities for alternative ISRU’s sustainable processes as regolith’s upwards migration takes place in uniformed thin-film pattern. Among the potential ISRU’s processes that might use controlled thermal thin-film-based migration without the necessity of terrestrial precursors are production of feedstock for 3D printing, fractional separation of regolith’s component’s (O₂, metals, and alloys) via pyrolysis, film coating, purification of valuables solid crystals including silicon, and fabrication of key elements for microfluidic, and MEMS devices. Thermal upwards migration phenomenon on JSC-1A’s melt is formulated and explained by the authors as due to thermal Marangoni effect (also known as thermo-capillarity) in which temperature gradients within the melt’s bulk and along the crucible’s wall yield the surface tension large enough to supersede the gravitational force and yield the experimentally observed upwards thin-film migration. As far as the authors know, upwards thermal migration of molten JSC-1A (or other lunar simulant regolith) under vacuum has not been reported in the literature. A thermal mathematical model accounting for thermal Marangoni effect on molten JSC-1A agrees with what experimentally was observed, the formation of the meniscus on the melt-wall surface interface along with an incipient upwards migration in thin-film pattern along the crucible wall that, according to the model, experiences large temperature gradient, an important factor to trigger the thermal Marangoni effect along with the fact that surface tension of the molten lunar regolith material is temperature dependent.     

高强度铝合金中氢传输的研究

采用化学镀镍层作为铝合金LC4上防护层,应用电化学氢渗透技术研究了氢在LC4中的静态传输规律以及在不同热处理状态下,氢在LC4中的传输对其应力腐蚀敏感性的影响。实验结果表明:常温下氢在LC4中的静态传输是以扩散为控制步骤的过程。氢扩散系数为10~(-9)cm~2·s~(-1)数量级,为同条件下氢在纯铝中扩散系数的四分之一;LC4材料的DCB试样在常温下的3.5％NaCl溶液中的应力腐蚀断裂不遵循氢脆机理。     

相变装置二维方腔内空穴分布规律研究

为了解微重力条件下空穴对相变传热过程的影响,在焓法的基础上增加了基于温度排序算法的空穴模型,在求解过程分析了温度场和空穴之间的相互作用;建立了相变装置的二维模型;研究了空穴在周期外热流条件下的移动规律。结果表明,从初始时刻到第8个轨道周期,低温区空穴逐渐消失并在高温区出现,空穴沿等温线方向扩散并最终积聚在高温边界附近,空穴的移动使传热路径上的热阻增大,导致相变装置冷热边界的传热温差增加了3℃。     

拉弯模具间隙对复杂截面型材成形精度的影响

采用有限元数值模拟方法对非对称复杂截面铝合金型材拉弯工艺过程进行研究,分析拉弯模具间隙对称和不对称两种情况对型材拉弯后的截面畸变及回弹的影响.结果表明型材拉弯后壁厚出现减薄,其最小厚度受间隙值影响较小,但左右间隙是否对称会影响截面畸变方向,左右间隙不对称时型材拉弯后其截面畸变方向会发生偏转,回弹后的扭转量也会有变化.以减小截面畸变和回弹量从而提高成形精度为目标,通过数值模拟分析对拉弯模具左右间隙值进行了优化,为合理设计拉弯成形模具提供理论依据,对制定生产工艺规范具有重要参考价值.     

氯离子和温度对铝合金在冷却液中腐蚀的影响

分别采用了动电位极化法、电化学阻抗法研究了不同温度下、不同氯离子浓度下防锈铝在模拟冷却液中的腐蚀行为,采用金相显微镜和扫描电镜对极化后防锈铝的表面特征进行了观察和记录。结果表明,氯离子吸附在防锈铝氧化膜表面,对氧化膜表面造成破坏。在一定温度下（30℃）,当氯离子浓度超过0.01mol/L时,中间产物吸附作用就会增强,阻抗谱中低频区出现感抗弧,点蚀萌生。随着氯离子浓度增高（超过0.01mol/L）,防锈铝的腐蚀加剧,耐腐蚀性能下降。随着温度的升高,阴极和阳极反应阻力变小,阳极金属铝的溶解和阴极氧还原速度增大,腐蚀速度增大。温度升高的同时,溶解氧含量下降,阴极反应受到抑制。与此同时扩散过程在整个腐蚀反应过程中的支配性降低,中间产物在氧化膜表面的吸附作用增强,从而导致低频容抗弧的出现。温度对点蚀形貌的影响主要体现在影响单个点蚀坑的几何大小,促进点蚀坑的生长。      

激光弯曲机理的试验研究

通过对试件在激光与材料非熔凝作用下动态变形过程的实时测量及光斑中心处横截面的金相分析,得知激光弯曲变形是热应变和相变共同作用的结果.试验结果表明:激光弯曲变形的大小和方向取决于材料吸收的能量、材料特性和材料的厚度,并给出了这些影响因素的变化规律.研究结果进一步完善了激光弯曲的变形机理,并为进一步研究激光弯曲过程奠定了基础.     

基于神经网络遗传算法的CFRP拉挤工艺优化

根据固化动力学和传热学理论,建立了碳纤维增强聚合物基复合材料(CFRP,Carbon Fiber Reinforced Polymer)拉挤成型非稳态温度场与固化动力学数学模型.采用有限元与有限差分相结合的方法,结合ANSYS求解耦合场的间接耦合法,对CFRP拉挤过程非稳态温度场和固化度进行数值模拟.使用特殊设计制作的铝毛细管封装的布拉格光栅光纤(FBG,Fiber Bragg Gratings)传感器,对温度场进行实时检测;并采用索氏萃取实验测定CFRP制品固化度.模拟与实验结果基本吻合.以数值模拟结果为样本建立反向传播神经网络,训练得到固化炉温度与CFRP固化度之间的非线性相关关系.采用神经网络与遗传算法相结合的方法,优化得出拉挤固化炉三段最佳温度值,结果表明神经网络结合遗传算法优化拉挤工艺参数快捷有效.     

Succession in a microbial mat community: A gaian perspective

The Gaia hypothesis originally proposed by James E. Lovelock states that the composition, oxidation-reduction state and temperature of the troposphere are actively regulated by the activities of the biota. The gaian concept has been extrapolated to include the composition of surface sediments through the process of biomineralization. The stratified microbial community dominated by the cyanobacterium Microcoleus chthonoplastes is actively involved in the deposition of laminated sediments at Laguna Figueroa, Baja California, Mexico. Unusually heavy rains in the winters of 1979 and 1980 flooded the evaporite flat with up to 3 meters of meteoric water and deposited 5 – 10 cm of allocthonous sediment. The composition of the microbial community changed as a succession of dominating microbial species ensued, ultimately leading to the recolonization of the surface sediment by the original Microcoleus-dominated community. The resiliency of bacterial communities is suggested to be an important mechanism of gaian control systems.     

模拟月面环境钻进过程热特性研究

根据实际月面采样任务需求,月壤钻取采样器须在真空条件下,实现无辅助冷却介质的连续钻进取心工作,这极易导致钻头温度快速升高,影响采样任务的可靠进行。因此,为深入研究钻进过程的热特性,通过分析钻头切削具与孔底月壤的切削和摩擦机理,建立钻头在钻进过程中的温升模型,归纳影响钻头温升的主要因素。根据月面真空条件下的月壤环境,制备真空度低于10 Pa、钻进深度不少于2 m的模拟月壤,并开展钻进过程热特性试验。试验结果表明钻头前端切削具的温升与钻压力存在很强的正相关性,与钻头扭矩相关性较弱。基于试验结果对温升模型中的相关性系数进行修正,拟合出钻头温升曲线,并与试验实测结果进行对比,实现了钻进过程热特性的定性分析。