光引发活性ATRP聚合制备纳米二氧化硅超疏水表面

利用3-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH-550)和2-溴代异丁酰溴(BIB)对纳米二氧化硅进行改性制备了原子转移自由基聚合(ATRP)纳米活性中心,采用紫外光引发丙烯酸十二氟庚酯活性聚合接枝在纳米二氧化硅表面并沉积在玻璃基材表面制备了超疏水表面。通过热失重分析纳米活性中心的接枝率,采用水接触角研究了纳米活性中心含量和光聚合时间对超疏水性能的影响。结果表明:随着纳米二氧化硅活性中心浓度增加,工艺稳定性变好,但光聚合沉积形成超疏水表面所需的时间要长。纳米二氧化硅活性中心浓度为3.63μmol/g为最佳,经40 min光引发活性聚合后,二氧化硅表面含氟聚合物的接枝率达到34.12%,接触角达到164°,表面微纳结构致密。     

超疏水表面水下电解补气方法研究

利用石墨电极电解装置,研究了人工海水电解过程中电流随电极极距和数目的变化规律,并观察了矩形管道中电解装置在不同工作电压下超疏水表面的气膜状态,验证了超疏水表面电解补气的可行性。结果表明:电解装置工作过程中电压与电流呈线性关系,在电压一定的条件下,电流随电极数目的增加而增加,随极距的增加而减小。计算电解效率后发现,增加电极数目虽然有利于提高电流,但是电解效率却有所下降。在湍流流动中,观测到超疏水表面气膜在水流冲刷下破坏消失,当电解装置在低电压下工作时,产气量较小,补气装置呈间歇工作状态,并只能使部分超疏水表面气液界面恢复;当增加电压后,电解装置产气量增加,可以观察到更加明显的镜面现象,证明了超疏水电解补气装置的可行性。     

氧化锌/葵花籽油超疏水表面的制备及性能研究

通过简单的热处理在铁片表面形成均匀的纳米氧化锌超疏水涂层。涂层由改性后的无机纳米粒子和葵花籽油在高温下交联而成,该涂层在铁和腐蚀性物质之间形成屏障,为铁提供腐蚀防护。探讨了葵花籽油与超疏水纳米粒子的比例对涂层润湿性和附着力的影响。研究证实:油与超疏水纳米粒子的质量比为0.9∶1时,该涂层的性能在润湿性、稳定性和耐腐蚀方面达到了相对均衡的水平,涂层的水接触角为158.1°±2.3°,滚动角为5.1°±0.5°,经过长时间的超声、磨损以及静态和动态盐水腐蚀处理都能保持良好的疏水效果。这项工作表明,从可持续和可再生资源开发环保、无毒的微纳米级超疏水防腐涂料具有广阔的前景,是一种简单有效的金属防腐方法。     

超疏水旋转圆盘气膜层减阻的实验研究

在冯卡门旋流中,对均匀超疏水表面与网纹超疏水表面在雷诺数Re～O(105)量级上的减阻性能与表面气膜状态进行了实验观测.2种超疏水表面均使用物理喷涂法在有机玻璃板上喷涂纳米疏水颗粒制备.网纹超疏水表面制备时增加了丝网掩模的步骤,因此其表面增加了毫米级网格纹理.实验结果表明:对于冯卡门旋流中的超疏水表面减阻而言,存在一个...     

超疏水表面减阻水洞实验及减阻机理研究

针对超疏水表面功能材料在流动减阻方面的潜在应用,通过水洞实验研究了具有超疏水表面航行器模型的阻力特性,获得了其减阻特性曲线,并得到了超过20%的减阻效果.对超疏水表面进行了表面能特性和滑移特性分析,认为表面组分中的疏水基团和表面微观结构分别导致了超疏水表面的低表面能效应和壁面滑移效应,两者是超疏水表面具有减阻作用的直接原因.     

超疏水表面对湍流边界层相干结构影响的TRPIV实验研究

湍流边界层中的相干结构是壁面摩擦阻力的主要来源。通过研究超疏水壁面对相干结构的影响,揭示其减阻机理。利用高时间分辨率粒子图像测速技术（TRPIV）,分别对流速为0.165m/s的亲水壁面和超疏水壁面平板湍流边界层进行测量,得到了2种壁面瞬时速度矢量场的大样本时间序列。通过对比分析2种壁面的平均速度剖面和湍流度,得到了5.39%的减阻效果。通过二维空间两点相关函数的方法定义并提取相干结构,对比得到超疏水壁面能够有效减小相干结构流向尺度的结论。进一步采用λ_ci准则对发卡涡头进行识别,并以此为条件事件对其周围的脉动速度分布情况进行线性随机估计。结果表明:超疏水壁面能够有效削弱单个发卡涡头的强度,并且能够影响其周围发卡涡包结构的组织形式,整体减弱涡包下方近壁区低速流体质点的流向脉动,从而有效减小壁面摩擦阻力。     

沟槽超疏水复合壁面湍流边界层减阻机理的TRPIV实验研究

利用TRPIV实验分别测量了湍流边界层在亲水壁面、超疏水壁面以及沟槽超疏水复合壁面上的瞬时速度场,对比分析了3种壁面的摩擦阻力,发现沟槽超疏水复合壁面的减阻率能够达到20.7％,而超疏水壁面只有14.6％.通过对比分析湍流边界层在3种壁面上的湍流脉动强度,发现法向湍流脉动强度在3种壁面上无明显变化,而在y+<150区域...     

不同微结构超疏水表面的光热防除冰特性（英文）

超疏水光热防除冰表面作为一种新兴的防除冰手段,在防除冰领域具有巨大的应用潜能。本研究通过数值模拟和物理实验相结合的手段研究了不同微结构超疏水表面的光热防除冰特性。基于有限元模拟,得到了纳米颗粒的粒径、种类、体积分数、涂层厚度及微纳复合结构表面的结构参数对表面光热转化效率和升温效果的影响。另外,考虑了微柱和微锥两种微纳复合结构,数值结果表明微纳复合结构具有更好的光热特性,微锥结构的光热特性最好。同时,详细讨论了微结构尺寸参数,如特征尺度和高宽比,对表面吸收率与光热转化效率的影响。光照升温和融冰试验结果表明制备的超疏水光热表面能够实现高效的光热转化和防除冰功能,最优结构的表面在一个太阳光照条件下的温升可以达到45℃。本研究的研究工作可以为防除冰材料的优化设计提供参考。     

用于改善飞机螺旋桨防结冰性能的硅橡胶超疏水表面耐久性和延迟结冰性能研究（英文）

飞机螺旋桨在服役过程中由于地域性差异和天气的变化可能会遇到各种苛刻的环境。因此,理想的飞机螺旋桨用橡胶复合材料必须具备极好的超疏水性能、延迟结冰性能和环境耐久性。本文通过模板法和高温处理制备了硅橡胶超疏水表面,研究了低温冷冻、高温加热和紫外辐照对超疏水硅橡胶疏水性能的影响。此外,为了揭示超疏水硅橡胶在空气湿度影响下的延迟冻结行为,设计了延迟结冰装置,并利用扫描电子显微镜（Scanning electron microscopy,SEM）和能谱仪（Enery dispersive spectrometer, EDS）分析了超疏水性能的变化和延迟冻结机理。结果表明,制备的超疏水硅橡胶具有良好的环境耐久性和延迟冻结性能,在飞机螺旋桨超疏水电热防冰方面具有实际应用价值。     

超疏水/电热协同防/除冰策略在冰风洞中的实验研究（英文）

无人机结冰严重威胁飞行安全。无人机可供能量不足,因此需要一种节能的结冰防护策略。本文以一种内嵌电热膜与外喷涂超疏水涂层（Super-hydrophobic coating and embedded electro-thermal film, SHS-EET）的一体化玻璃纤维复合翼型为研究对象,采用比例积分微分法（Proportional integral derivative,PID）调节表面温度和加热功率。在结冰风洞中开展试验验证了该策略的防/除冰性能。结果表明,没有热源的超疏水涂层不能避免积冰的形成。此外,SHS-EET策略下除冰时间缩短了64.6%,能耗降低了72.3%。当表面温度低于10℃时,SHS-EET实现了干防冰效果,对比电热膜布置在蒙皮内表面的玻璃纤维复合翼型（Fiberglass airfoil with underground electro-thermal film, FG-UET）只能实现湿防冰效果,能耗降低了27.5%。混合防/除冰策略有利于无人机结冰防护系统的发展。     

气固两相流粒子粒径分布测试技术的研究

研究了一种气固两相流粒子群宽粒径分布的测试方法;对０．１～２０００ｕｍ大粒子的粒径测试给出了理论分析和试验验证。提出了以较大发散角的低功率半导体激光器为光源,用侧向椭球反射镜接收散射光,并用概率统计的方法可以测量０．１～２０００ｕｍ粒子的粒径分布。该方法可以应用于电厂、环保等领域的粉尘监测,具有较高的实用价值。     

疏水涂层表面防冰效果的结冰风洞实验研究

采用结冰风洞实验的研究方法,对不同疏水涂层表面的防冰效果进行了研究,建立了综合考虑结冰外形、结冰速率和结冰强度等量化参数的防冰效果评估方法.实验研究表明,硅橡胶的防冰效果并不明显,但添加16烷的硅橡胶却显示出了更好的防冰效果,因此,在高分子涂层中添加小分子材料是一种值得探索的防冰涂层研究方向.疏水涂层只能降低结冰速率,无法完全杜绝材料表面的结冰现象,需要对涂层配方及其防冰机理进行更深入的研究,才能获得更好的防冰效果.研究结果对于防冰理论和技术的发展具有现实的意义.     

聚氨酯改性环氧树脂的研究

用原位聚合法制备了聚氨酯/环氧树脂复合材料,考察了不同因素对刚性聚氨酯/环氧树脂复合材料力学性能的影响。结果表明,在所得复合材料中,当聚氨酯含量不高时,其冲击强度、拉伸强度和耐热稳定性能同时得到提高;若刚性聚氨酯含量超过一定范围,材料的拉伸强度逐渐降低。比较了聚酰胺、咪唑、三乙胺、三乙烯二胺四种固化剂的固化效果,结果表明,聚酰胺固化效果最好,咪唑的固化效果次之,三乙胺固化改性后的力学性能较差,而三乙烯二胺不能完全固化聚氨酯/环氧树脂复合材料。制得了拉伸强度为54.6MPa,冲击强度为12.025KJ.m-2的高韧性聚氨酯/环氧树脂复合材料。     

疏水微槽道内层流减阻的实验研究

研究了光滑和带有横向凹槽结构的疏水微槽道内层流的流动特性和表面滑移效应.在硅片上加工了矩形截面微槽道,利用十八烷基三氯硅烷(octadecyltrichlorosilane OTS)在槽道内壁形成疏水薄膜.实验结果表明在光滑疏水微槽道内的水流压降比无滑移条件下的理论值减少8%.对于侧壁带有凹槽结构的疏水微槽道,流动阻力可以降低10%~30%.笔者采用micro-PIV测量得到的壁面表观滑移速度约为槽道中心速度的8%,滑移长度约为2 μm.实验结果与滑移壁面条件下三维槽道内层流的解析解吻合,同时得到了带有凹槽结构的疏水微槽道内的流速分布.     

微小气泡粒径的测量研究

对用一台CCD摄像机所摄得的微小气泡水图像要识别摄影进深方向的气泡，必须利用图像的像素灰度这一特征。因此获取气泡粒径的常规图像方法不能使用。又气泡对光的反射和折射下有的气泡像的中心部分呈现反转，这也给处理带来了难度。为此建立了保持像素灰度的灰度线段中心辨别法来快捷地识别微小气泡。另外，利用摄影所获得的微小气泡图像，统计出气泡的形心到它的边界的最短距离与最长距离之比来自动分离微小气泡水中的气泡和杂质以及散焦的物像。通过以上方法能快捷地对微小气泡的粒径进行测量。     

水雾粒径对冰附着力影响的实验研究

冰附着力是冰与基底表面之间的作用力,研究环境参数对冰附着力的影响对认识冰附着力机理、开发防除冰方法以及分析融冰和脱冰特性具有重要的意义。在基底不变的条件下,实验研究了静态结冰以及相同水含量、不同平均粒径（40、80、250μm）的水雾在不同温度（-25~0℃）下的动态结冰的冰附着力（剪切力）的变化情况。相对于静态结冰,动态结冰的冰附着力随温度的变化存在一个转折点,可称该转折点所对应的温度为临界温度。在临界温度以上,冰附着力随温度的降低而增加,成冰方式对冰附着力影响不大;而在临界温度以下,动态结冰所成冰的冰附着力相对于静态结冰明显要小,所成冰从明冰向混合冰或者霜冰转变。水雾平均粒径不同,临界温度随之变化,动态结冰的冰附着力随温度的变化趋势也随之变化。     

结冰风洞过冷大水滴粒径测量初步研究

过冷大水滴粒径测量方法是结冰风洞过冷大水滴云雾模拟能力的关键组成部分.为评估双通道机载式相位多普勒干涉仪(PDI-FPDR)的过冷大水滴粒径测量能力,利用标准液滴流发生器产生特定尺寸的大粒径液滴流,评估PDI-FPDR的液滴粒径测量不确定度;针对真实大粒径喷雾,同时采用Malvern粒度分析仪和PDI-FPDR测量喷雾...     

20CrMnTi的动态超塑性研究

对２０ＣｒＭｎＴｉ在７２０～８３０℃的温度循环下的动态超塑性现象进行了研究，获得了２１０％的伸长变形，探讨了多种条件对变形的影响，金相显示了微观晶粒的长大和拉长。同时研究了变形时应力和应变速率以及应变和温度的关系，并据此测得该材料的动态超塑性应变速率敏感指数可达０．７。     

超空泡航行体非定常流体动力延迟效应水洞试验研究

空泡延迟效应在机动航行诱发的尾拍振荡中影响显著,是超空泡航行体的重要力学特性,在动力学建模中必须加以考虑。采用人工通气超空泡的试验方法,在西北工业大学高速水洞实验室开展了超空泡航行体连续变攻角测力试验研究,测量攻角与流体动力随时间变化历程来定量分析延迟时间特性。通过试验研究,获得了不同试验条件下变化的延迟时间;无量纲化的延迟系数与水速近似成线性关系,且随预置舵角的增大而增大;在试验采用的摆动频率中,摆动频率较大的工况,延迟系数较小。