加热板上蒸发液滴动态特性的实验

采用高速摄像技术可视化观察5 μl小液滴在铜、铝和不锈钢表面上的蒸发与核化过程,板温50～112℃.实验测量了液滴高度、湿润半径和接触角随时间的动态演化.板温低于100℃时蒸发处于自由界面蒸发模态,过程可分为两阶段,第一阶段液滴高度和接触角连续降低,湿润半径仅比初始值略有降低;第二阶段后退角恒定,湿润半径迅速降低至零.板温高于100℃时处于核态沸腾模态,液滴内部核化及气泡动力学过程强烈依赖壁面过热度.自由界面蒸发模态和核态沸腾模态,壁面平均热流与壁温均呈线性关系,斜率的不同反映两种模态换热机制的差别.     

动态湿润过程中薄液膜厚度场的演化

采用润滑近似分析完全浸润流体低毛细数下的动态湿润过程.结果表明,van der Waals长程相互作用力对表观接触线附近的液膜厚度场有重要影响,对于排斥的van der Waals力,膨胀压力大于零,自由界面上气相压力高于液相压力,液膜厚度随van der Waals力的增大而增大.毛细数对液膜厚度的影响表现为毛细数越大,液膜越厚.      

飞秒脉冲激光诱导TC4微结构表面抑冰特性实验

飞机发动机进气道前缘唇口积冰将会严重威胁航空安全,仿生研究表明具有微纳结构的疏水表面可以起到良好的抑冰效果。针对飞机唇口材料TC4,采用飞秒脉冲激光诱导制备TC4微结构表面,利用三维形貌仪和扫描电镜对TC4合金表面三维形貌和微纳结构进行观测,应用接触角测量仪分析表面浸润改性,依托结冰特性实验系统测试微结构表面抑冰抑霜性能,并分析飞秒脉冲激光加工工艺参数对表面微观结构和抑霜特性的影响机制。研究结果表明：随着激光扫描速度的增大,TC4合金表面形成的拱形沟壑深度增加,沟壑上方出现干涉条纹以及圆形凸起且微纳凸起的尺寸随扫描速度的增大而增大,接触角先减小后增大再减小;加工后表面液滴冻结时间比未加工表面延迟30 s;扫描速度2 000 mm/s时的液滴冻结时间最长,霜层质量最小,高度最低。飞秒激光加工TC4合金表面形成的微纳结构以及表面吸附的有机物能够改变表面接触角;粗糙度和表面形貌能够影响表面结冰时间和结霜量。     

动态湿润与动态接触角的实验

利用精密步进电机、高速CCD图像采集系统、立体显微镜,采用液槽法测试硅酮油在玻璃、铝、不锈钢表面上的动态湿润行为。实验结果与前驱膜模型对比表明,无量纲参数λ在玻璃、铝和不锈钢表面上分别取值0.07,0.16和0.35时,二者吻合较好,表明动态接触角不仅是静接触角和毛细数的函数,也和固体表面性质有关。实验同时发现,对于低毛细数下成立的Hoffman-Voinov-Tanner定律(Cazabat推荐适用于CaD<1或θD<10°),直到动态接触角达到70°依然成立,用前驱膜模型可给出合理解释。      

微型镓场发射电推力器的研制和点火特性

为了满足立方星等微纳航天器对推进系统的需求,研制出中国首台针式微型镓场发射电推力器。通过提高润湿温度解决了真空环境下镓难以充分润湿钨针等问题。实现了推力器的稳定点火,测试了不同润湿温度和不同几何参数下的点火特性。得到了发射电流随润湿温度提高、极间距减小和吸极内孔直径的增大而增大的关系。通过公式计算,给出了不同发射电流下的理论推力。通过电场仿真得到不同几何参数下的电场强度,揭示了几何参数影响发射电流的原因。     

单向纤维集束的树脂浸润影响因素

运用自行研制的浸润特性测试系统,研究了环氧树脂对单向纤维集束的浸润行为,分析了纤维体积含量、树脂温度、纤维种类及纤维表面浸润剂等因素对浸润的影响规律.研究表明,增加纤维体积含量、升高树脂温度、去除纤维表面浸润剂均可加快环氧树脂对纤维集束的平均浸润速率.研究结果对指导复合材料成型工艺的合理设计、开发浸润特性表征新方法具有重要的意义.      

Si3N4/TC4活性钎焊连接机理与性能

针对Si_3N_4/TC4复合结构钎焊连接问题,研究了钎料和母材中活性元素Ti对Si_3N_4/TC4接头润湿性、界面结合机制和力学性能的影响。进行了润湿、接头显微组织分析和剪切强度试验,结果表明:活性元素Ti对于钎料在陶瓷表面的润湿起主要作用,Ag-Cu钎料通过TC4母材中Ti元素的长程扩散进入Si_3N_4界面虽然实现润湿,但形成的反应产物并不明显,陶瓷/钎料界面成为断裂薄弱区域。Ag-Cu-Ti钎料中Ti元素在Si_3N_4一侧界面富集形成TiN+Ti_5Si_3反应层,对钎料在陶瓷界面润湿性和接头断裂脆性都具有改善作用,接头剪切强度达到267.3 MPa。     

疏水性材料减阻特性实验研究

应用光滑的和粗糙的、亲水性的和疏水性的平板在水槽中进行了测力和边界层流场测量,以廓清壁面材质、粗糙度和雷诺数对壁面摩阻的影响。实验结果表明：材料的疏水性和壁面的适度粗糙的共同作用才能表现出明显的层流减阻效果。     

液滴撞击超疏水表面的能量耗散机制

针对飞机表面易结冰部位设计超疏水表面,可以大幅度减轻对高能耗防/除冰技术的依赖程度,进而提高飞机的燃油经济性。主要通过实验研究与数值模拟的手段,分析讨论了液滴撞击分级粗糙结构超疏水表面过程中的能量耗散机制。以Ti6Al4V为基体经过喷砂处理形成微米级粗糙结构,然后在1mol/L的低浓度NaOH溶液中水热生长一层一维纳米线,构建出微/纳米复合粗糙结构并氟化修饰获得超疏水表面。通过场发射扫描电镜(FE-SEM)观察了微观形貌的变化规律,利用动态视频接触角测量仪表征试样表面液滴表观接触角与接触角滞后。基于气液两相流动界面追踪的复合Level set-VOF方法,实现了液滴撞击超疏水表面过程的数值模拟。采用高速摄像技术记录了撞击液滴在超疏水表面的运动过程,实验验证了模拟方法与铺展计算模型的正确性,并详细讨论了液滴运动过程中的能量耗散问题,分析表明液滴撞击过程中的能量耗散主要取决于超疏水表面的动态润湿特性和润湿界面模型。     

预处理SiC颗粒在ZA-27合金中的分散润湿过程和界面反应模型

用扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）并应用搅熔铸造工艺研究了预处理过的SiC颗粒在加镁ZA－27合金中的卷入，分散和润湿过程，在低温搅拌（470℃）时，预处理过的SiC颗粒首先呈较大尺寸团聚体被卷入ZA－27合金半固态浆料中，随后在搅拌剪切力的作用下SiC团聚体逐渐变小，且由于发生了存在于SiC表面的SiO2与由于加Mg而降低表面能的合金液间的润湿，并在旋涡能的促进下，SiC能呈单粒状分散在熔体中，在高温（550℃）搅拌时，由于SiO2与合金液中的活性原子Mg 和Al等发生界面反应，促进了SiO2与合金液间的进一步润湿，随后SiC能与合金液发生非反应润湿的主要原因是界面反应提供了无气洁净的SiC表面，结合电镜观察和热力学计算及动力学分析，确认界面反应产物是尖晶石，探讨了搅拌时界面反应的过程并建立了反应润湿的模型，得出SiC表面的残余SiO百X与反应时间t成线性关系，即X＝L－DKVmt。