关键词： 摩擦纳米发电机   运动转换机构   流体能量   环境保护   自驱动系统  

摘要： 随着全球能源需求的不断增加,能源使用与生态环境之间的矛盾日益加深,为了应对不断增加的能源供应和环境污染压力,各国政府都在大力推进可替代新型能源研究。流体能源作为一种清洁无污染且储量丰富的可再生能源,对缓解当前的能源压力具有重要意义。本论文针对流体能源分布范围广、形式多样、流速分布不均等特点,提出了一种转动-平动式流体能量采集器,将摩擦纳米发电机与转动-平动转换机构相结合,能够有效的采集各种流体能量。并基于此流体能量采集器在环境保护领域开展应用研究。其主要研究要点如下:1.设计了一种转动-平动式流体能量采集器,该能量采集器由多层堆叠式结构的摩擦纳米发电机和一种转动-平动运动转换机构组成,转换机构可以将流体动能引发的旋转运动转化为驱动多层堆叠式摩擦纳米发电机运转的线性往复运动,从而实现流体能量到电能的转化。受益于合理的结构设计,采集器的输出可以通过简单的层数堆叠来稳步提升。同时,经过对摩擦层的材料选择以及基底设计,进一步优化了能量采集器的输出性能,最终制备的采集器能够直接提供2410 V的开路电压。2.受益于堆叠式结构,针对不同地区的流速差异,采集器可以通过改变摩擦纳米发电机的堆叠层数来灵活的适应不同的流速,对各风速区间的风能以及不同流速的河流水能都有着优秀的能量采集能力,在高风速区域能直接提供最高1784 V的开路电压,在河流的低流速与高流速区域分别可以以0.46 m J/min和2 m J/min的速率采集河水能量,具有广泛的环境适应性。3.基于转动-平动式流体能量采集器分别建立了一套自驱动无线环境温湿度监测系统和一套金属防腐蚀系统。监测系统可以持续的进行无线温湿度信息传输,同时,由防腐蚀系统保护的碳钢,其腐蚀速度明显减慢,保护效率可以达到98%以上。最重要的是,这两种自驱动系统完全由风能和水流能驱动,不需要任何外部电源进行供电,这种直接从环境中采集能量来进行环境保护的方式,在未来的环境保护领域具有广阔的应用前景。

摘要： 流体力学研究作为力学研究的重要分支，在航空、航天、航海、生物医学等领域发挥了重要作用。随着科技的迅猛发展，现代战争呈现出前所未有的复杂性和多样性，对海陆空天装备在极端环境下的综合性能提出了更高要求。深入探究极端环境下的流体力学问题，是提升装备性能、突破能力边界的重要基础。近年来，研究人员在极端环境下流体力学的理论探索、关键技术发展、研究手段建设等方面取得了长足进步，积累了丰富经验，获得了丰硕成果。为集中展示该领域的最新研究成果，推动极端环境下的流体力学研究及其在航空航天工程领域中的应用研究，《实验流体力学》策划出版了“极端环境下的流体力学”专栏，得到了领域内诸多专家的积极响应，在此表示诚挚感谢！“极端环境下的流体力学”专栏稿件内容丰富，涉及风沙、低压、低温等极端环境。希望本专栏对极端环境下的流体力学相关理论、技术和应用研究等都能起到积极的促进作用，为突破海陆空天装备现有能力及服役环境极限提供支撑。

关键词： 真空   磁流体   往复密封   机理研究   数值研究   实验研究  

摘要： 随着真空设备向高真空、超高真空方向发展的需要,对真空设备密封的要求也更加严苛,尤其在真空动密封方面,泄漏率高、寿命短是面临的主要问题。密封是提高真空设备工艺效果的关键技术。目前,对于真空设备往复密封采用的是橡胶圈密封和填料密封,这些方式无法达到零泄漏和使用寿命的要求。因此,本文设计了一种能够应用于真空设备的磁流体往复密封装置,选用低饱和蒸气压的二酯基磁流体,有效降低了真空设备的泄漏率,延长其使用寿命。本文工作主要有以下内容:（1）设计磁流体密封机理实验台,通过对比抽真空过程和充压过程中磁流体液膜形状变化及各密封腔室的压力变化,揭示了真空环境磁流体密封压力传递机理和失效机理。结果表明,真空环境压力传递机理为压力逐级传递,失效形式为液膜产生泄漏通道,并且真空环境磁流体密封的耐压能力和寿命都优于气体环境。根据磁流体密封理论和真空环境压力传递机理,设计磁流体往复密封装置整体结构,包括极靴、外壳、磁铁、套筒、轴等零件的设计及材料选择。（2）采用磁场有限元法研究密封间隙、极齿数量、极齿高度、磁体厚度等关键参数对磁流体密封耐压能力的影响规律。设计正交试验,研究分析磁流体往复密封间隙、极齿数量、极齿高度、磁体厚度等因素影响密封耐压能力的主次顺序和最优试验方案。结果表明,随密封间隙的增大,密封耐压能力减小;随极齿数量增多,密封耐压能力增大;随极齿高度增大,密封耐压能力先增大后减小;随着磁体厚度增加,密封耐压能力先增大后减小。密封间隙与极齿数量对磁流体密封耐压能力的影响程度为高度显著,极齿高度的影响程度为显著,磁体厚度的影响程度不明显。（3）设计磁流体往复密封真空实验台,使用氦质谱检漏仪检测密封件的泄漏率,并进行密封耐真空度实验,得出往复行程、往复速度对密封耐真空度的影响。结果表明,当往复轴以较小速度（小于2.85mm/s）、行程（密封组件长度）运动时,泄漏率变化范围在10-11Pa·m3/s量级,磁流体往复密封装置能满足真空系统的气密性要求。

关键词： 过载   池沸腾   纳米流体   三氧化二铝   传热系数   临界热流密度   气泡行为  

摘要： 池沸腾相变传热具有传热效率高、经济性好以及温差小等优势,目前已经广泛应用于工业各类制冷设备中,如空气调节、海水淡化、火力发电、制冷设备、高功率电子设备、核反应堆、航空航天器热控等。随着航空航天等领域的快速发展,传统工质的传热性能已经无法满足工业需求,因此,作为有效强化传热技术之一的纳米流体成为热门研究课题。目前,纳米流体的池沸腾研究基本是在常重力环境下进行的,且纳米流体对池沸腾传热特性的影响规律并不统一。飞行器在起飞、降落等过程中常面临过载的环境,而过载环境下池沸腾研究极少,因此有必要开展过载对纳米流体池沸腾传热特性影响的研究。 针对上述技术需求,本文进行了不同过载环境下Al2O3–水纳米流体的池沸腾传热特性研究。为了通过对比分析,深入探讨过载环境下纳米流体池沸腾传热机理,同时开展了过载环境下纯水池沸腾传热特性研究。实验件是铂丝,其直径分别为0.03 mm和0.05 mm,长度为27 mm;Al2O3纳米颗粒的粒径为20–30 nm,浓度为0–0.15 wt%;过载加速度为1.0–3.0 g,系统饱和压力为0.1–0.6 MPa。主要的研究内容和创新成果如下: （1）设计、搭建了适用于过载环境下的池沸腾实验系统。此实验系统主要包括两部分:池沸腾传热系统和数据测控系统。对实验中的设备进行标定验证后,进行了常压常重力环境下的池沸腾实验研究,池沸腾传热系数（HTC）和临界热流密度（CHF）实验数据分别与Mostinski模型和Zuber模型的预测值进行了对比分析。结果显示,实验数据与模型预测值之间的偏差均在±10%以内,且实验数据与预测值趋势一致,说明了实验系统测试数据的可靠性。 （2）纯水池沸腾气泡行为的实验与数值模拟研究。对常重力环境下铂丝上的气泡行为进行了可视化实验研究,重点分析了热流密度与系统饱和压力对气泡行为的影响。可视化结果显示,系统饱和压力从0.1 MPa增加到0.4 MPa时,气泡的脱离尺寸逐渐减小,气泡的脱离频率逐渐增加。通过Fluent软件中的VOF多相流模型,数值模拟了常压下1 g、3 g、6 g和10 g时重力对池沸腾气泡行为的影响。数值模拟结果表明:常压下重力从1 g增加到6 g时,气泡的脱离尺寸和脱离频率与系统饱和压力从0.1 MPa增加到0.4 MPa时的可视化结果类似;过载6 g和10 g时的气泡行为差别不明显。 （3）过载环境下纯水池沸腾传热特性实验研究。实验结果显示,过载会轻微恶化HTC,但会强化CHF。过载对纯水池沸腾传热特性变化规律受到系统饱和压力的影响,随着系统饱和压力增加,HTC恶化趋势减弱,而CHF强化效果进一步加强。整体而言,在本文实验工况下,过载对池沸腾传热特性影响效果没有系统饱和压力的显著。基于过载环境下纯水HTC数据,拟合了HTC与系统饱和压力和过载的无量纲计算模型hr∝gr-0.13PR0.04。 （4）纳米流体配制与稳定性研究。采用超声波震荡的两步法配制纳米流体,用离心沉降方法与透光度分析方法验证纳米流体的稳定性。添加分散剂后,纳米流体透射比显著升高所需要的沉降时间延长,说明分散剂可以增强纳米流体的稳定性。不添加分散剂的情况下,纳米流体透射比在16小时内未发生显著变化。 （5）常重力环境下纳米流体池沸腾实验研究,重点研究了纳米颗粒浓度对池沸腾传热特性的影响。首先实验研究了纯水中添加十二烷基苯磺酸钠（SDBS）对池沸腾传热的影响,SDBS浓度为0–0.5 wt%。结果显示,随着分散剂浓度增加,SDBS水溶液的CHF逐渐恶化,而HTC先强化随后逐渐转为恶化。添加分散剂总体上对池沸腾传热有负面影响,且会干扰对纳米流体强化机理的探讨,因此本文池沸腾实验,纳米流体均未添加分散剂。与纯水数据相比,纳米流体的CHF随着纳米颗粒浓度增加而增加,而HTC先从强化变为恶化,随后又变为强化。随着热流密度增加,纳米流体HTC逐渐恶化。通过对水–纳米流体池沸腾传热与纯水在纳米颗粒镀层铂丝上池沸腾传热的实验结果对比分析,揭示了纳米流体强化传热的机理,主要包括纳米颗粒在铂丝上沉积,以及纳米颗粒强化主流液体的导热系数。随着纳米颗粒浓度的增加,纳米颗粒对基液导热强化作用会逐渐起主导作用。 （6）过载环境下纳米流体池沸腾传热特性实验研究。探讨了纳米颗粒浓度、过载加速度、系统饱和压力及池沸腾时间这几个因素对池沸腾传热特性的影响。结果显示:过载增加了纳米流体在池沸腾过程中的不稳定性,对纳米流体池沸腾传热特性的变化趋势产生影响。此外,增加热流密度与纳米颗粒浓度均会降低纳米流体的稳定性。0.015 wt%浓度纳米流体过载池沸腾实验研究中,HTC随着过载的增加而逐渐降低。当纳米流体浓度C>0.005 wt%时,CHF先随着过载的增加而增加;当过载大于2 g后,增加过载,CHF不再继续增加。

关键词： 筒状针织物   服装压   压力袜   光纤布拉格光栅   弹性模量  

摘要： 压力是影响服装产品舒适性能的重要因素之一,也是针织弹性面料性能的研究重点。压力的预测及测量成本相对较高,因此深入探究压力的影响因素,分析面料性能对服装压力的影响,可有效降低压力预测及测量的成本。 随着科学技术的发展,新型服装压力测量仪器不断出现。光纤光栅是一种光学传感部件,具有体积小、抗电磁干扰能力强、电绝缘性好、检测精度高、易于实现复用以及可进行远距离信号的传输等优点,被广泛应用于压力应变测试。在纺织服装领域,采取光纤光栅测量服装压力,可以更加灵活的反应服装压力的变化,能够对服装压力舒适性的研究起到一定的促进作用,为开发压力服装产品奠定基础。 本研究针对服装压力的表征,提出一种基于光纤布拉格光栅传感原理的压力测量方法,并使用以光纤布拉格光栅为核心构建的测试系统对针织产品进行压力测试。 首先,制作了光纤测压平台,使用光纤光栅传感器对筒状针织样品的压力应变进行测量,并使用力试拉伸试验机对针织样品的弹性回复性、弹性模量等进行了测试,对它们之间的关系进行了分析。研究发现针织物压力与延伸率存在明显的正相关的线性关系,针织压力与弹性模量及弹性回复性也存在一定的关系。 然后,以年龄25岁-30岁、身高在160cm-168cm范围内的中国女性为目标人群,以仿生机器人领域的气动肌肉结构为设计灵感,设计制作了人体腿部测试平台。该使用聚氨酯海绵来模拟人体腿部的脂肪,利用TPU材料制成气囊,通过气囊的膨胀状态模拟运动过后腿部的肌肉膨胀状态。使用硅胶皮实现对人体皮肤的仿真,按照人体运动过后的肌肉的变化,及相关测试标准,将布拉格光栅放置在腿部测试平台以构建腿部压力测试系统。 最后,选取了三个不同压力等级的医用压力袜,将其装套在腿模上,测试不同部位及同一位置不同围度的压力值变化。研究结果表明腿部不同部位的压力值存在差异,且医用压力袜的压力数值从袜底到大腿部中部呈明显的递减趋势。这为今后研发压力袜产品,改进和优化压力袜的制作工艺提供了一定的实验依据。

摘要： The present investigation entitled, ?Studies on preparation of environment friendly incense sticks from flowers and aromatic plants? was carried out in the floral craft lab of the Department of Floriculture and Landscape Architecture, Dr. YS Parmar, University of Horticulture and Forestry, Nauni, Solan, Himachal Pradesh during September, 2021 to May, 2022. Two experiments were laid out in a Complete Randomized Design with three replications. One experiment was done to find out the best combination of flower petal powder and adhesives to make incense sticks. Out of the 16 treatments of flower petal powder + adhesive; treatment consisting of Rose petals powder (42.5%) + Marigold petals powder (42.5%) was found the best for making incense sticks when mixed with Jigat powder (15%) as adhesive material followed by Marigold petals powder (85%) in combination with Jigat powder (15%) as adhesive material. In all the incense sticks artificial fragrance was provided by dipping in fragrance oil. It was found that a combination of Marigold petals powder (85%) in combination with Jigat powder (15%) as an adhesive material was found best with respect to maximum B:C ratio of 1.13 followed by ?Rose petals powder (42.5%) + Marigold petals powder (42.5%) when mixed with Jigat powder (15%) as an adhesive material with B:C ratio of 1.11. It was found that the best naturally fragrant incense sticks with highest B:C ratio (1.40) can be made by mixing Rose (32.5%) + Marigold (32.5%) powder + Jigat powder (15%) + Clove powder (20%).

关键词： 降膜流动   脱挥   数值模拟   环境压力   成膜性能  

摘要： 物料在设备内的流动行为对材料加工结果具有重要影响,提出采用计算流体力学数值模拟技术探究黏性流体沿凹型壁面降膜的流动行为。在考察不同流场环境压力对流体降膜流动行为影响的基础上,探究了真空环境中变换流体物性参数和操作参数时降膜流动的自由面、特征位置的膜厚和速度场等成膜流动特性。结果表明:提高降膜流场环境的真空度,液膜的成膜厚度变小,有利于提高脱挥设备内的物料传质速率;特征面速度随着角度的增大而逐渐增大,在45°时达到最大;当黏度为130.00 Pa·s的流体进行降膜流动时,其成膜效率最高可达12000 m^(2)/(m^(3)/s),表现出较好的成膜性能。该研究结果可为降膜脱挥器的设计与开发提供一定参考。

关键词： 压力测试   反向压力测试  

摘要： 反向压力测试作为压力测试的重要补充,越来越受到国外金融监管部门和银行业的重视,但是国内对反向压力测试的应用和研究还比较少。本文比较分析了压力测试和反向压力测试的原理与方法,梳理了国外主要监管部门对反向压力测试的要求以及国际学者的相关研究,并探讨了在国内实施反向压力测试的必要性和存在的困难。