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热气流辅助熔体微分电纺聚乳酸纤维制备

高分子材料科学与工程 2020年第6期36卷 79-83,90页

作者：王晓辉丁玉梅王军陈明军杨卫民李好义北京化工大学机电工程学院北京100029

利用自制熔体微分静电纺丝设备,以聚乳酸(PLA)为原料,探究了熔体微分静电纺丝辅助气流温度及纺丝距离对纤维直径、均匀性、孔径分布的影响。纤维直径随着气流温度的上升而变细,纤维直径均匀性也随着气流温度的上升变得更加均匀,而纤维... 详细信息

利用自制熔体微分静电纺丝设备,以聚乳酸(PLA)为原料,探究了熔体微分静电纺丝辅助气流温度及纺丝距离对纤维直径、均匀性、孔径分布的影响。纤维直径随着气流温度的上升而变细,纤维直径均匀性也随着气流温度的上升变得更加均匀,而纤维直径随着纺丝距离的变化呈现波谷趋势,并且根据纤维膜孔径分布表明,纤维越细、越均匀,纤维膜孔径分布越小,并获得了最佳的气流温度及纺丝距离参数。研究表明,在纺丝温度260℃、气流流量在20 m3/h、气流温度为100℃和纺丝距离为5.5 cm时,纤维平均直径达到最小值,约为400 nm。

关键词：热气流聚乳酸熔体微分静电纺丝

高温数字图像相关方法中的制斑和图像处理技术

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清华大学学报（自然科学版） 2019年第6期59卷 425-431页

作者：段淇元宫文然郭保桥吴立夫于兴哲谢惠民清华大学航天航空学院北京100084 北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081 北京强度环境研究所北京100076 北京宇航系统工程研究所 100076

结合数字图像相关(digital image correlation,DIC)方法高温应用的需求,该文重点对散斑制备技术和高温散斑图像处理技术进行了研究。首先,以高温结构材料为对象,研发了一种基于参数化模板的高温散斑制作工艺。该工艺基于参数化模板,可... 详细信息

结合数字图像相关(digital image correlation,DIC)方法高温应用的需求,该文重点对散斑制备技术和高温散斑图像处理技术进行了研究。首先,以高温结构材料为对象,研发了一种基于参数化模板的高温散斑制作工艺。该工艺基于参数化模板,可调整模板中散斑颗粒大小、分布密度和分布随机度等多个参数,成功地在C-SiC复合材料基底上制备出可耐1 200℃高温散斑载体。其次,分析了热气流、热辐射对DIC测量结果的影响,结合图像灰度平均方法、循环高温炉外热气流和光学滤波法等3种手段进行高温散斑图像的修正,并通过热膨胀系数测量实验验证了修正方法的可行性。

关键词：高温数字图像相关热气流热辐射散斑

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航空教学实践中的“鸡蛋热气球”探究

力学与实践 2023年

作者：沈海军同济大学航空与力学学院

针对汉代典籍中的鸡蛋热气球原理，提出了鸡蛋膜热气球的猜想。结合航空专业大学生教学，组织展开了一系列鸡蛋热气球的理论分析与实验工作。结果发现，加热空气无法使鸡蛋膜热气球升空；但在约3.3m/s的上升热气流下，却是可以起飞的。... 详细信息

针对汉代典籍中的鸡蛋热气球原理，提出了鸡蛋膜热气球的猜想。结合航空专业大学生教学，组织展开了一系列鸡蛋热气球的理论分析与实验工作。结果发现，加热空气无法使鸡蛋膜热气球升空；但在约3.3m/s的上升热气流下，却是可以起飞的。本次教学实践活动结合航空科技史探究，激发了同学们的专业兴趣，也锻炼了他们的创新实践能力。

关键词：鸡蛋热气球鸡蛋膜加热热气流

热气流对数字图像相关测量的影响及其修正研究

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热气流对数字图像相关测量的影响及其修正研究

作者：李倩东南大学

学位级别：硕士

近年来,数字图像相关测量方法在高温环境下得到了广泛应用。在热环境中进行数字图像相关测量时,空气密度直接影响光线在空气中的折射率,而空气密度又随着环境温度的不同而变化,密度不同的空气之间会产生对流运动,所以,当在非密闭环境下... 详细信息

近年来,数字图像相关测量方法在高温环境下得到了广泛应用。在热环境中进行数字图像相关测量时,空气密度直接影响光线在空气中的折射率,而空气密度又随着环境温度的不同而变化,密度不同的空气之间会产生对流运动,所以,当在非密闭环境下,由于空气分子之间的不均匀受热,必定会引起空气折射率的变化,进而使数字相机采集到的图像产生虚化和模糊等问题。针对这一问题,本人将研究在热环境中用DIC进行测量时,由热气流引起的位移场和应变场的测量误差。通过研究畸变场图样和系统物理参数,物理参数主要有试件与热源之间的距离L、不均匀折射率场宽度W和成像区域内的温度梯度,固定计算方法,实现测量结果一致性,确保测量结果的可靠性和正确性,使数字图像相关测量方法真正成为一种可以广泛应用于各类测试环境,能够提高数字图像相关全场测量的环境适应性,满足全场变形测量相关的精度要求,这对加快数字图像相关测量技术的普遍化应用有着极其重要的意义。本文针对热气流对数字图像相关测量的影响展开,进而提出气动装置修正法和编码点修正法,本篇论文的主要内容和研究成果主要包括如下三大部分:(1)系统介绍了热气流对数字图像相关方法影响的理论背景,研究结果表明热气流引起3D-DIC测量的实验误差是这三个变量(试件与热源之间的距离L、不均匀折射率场宽度W和成像区域内的温度梯度)综合作用的结果。(2)开展环境气流对三维数字图像相关测量的影响研究,分别设计了相机自热实验和风环境实验来系统评估环境气流对数字图像相关测量的影响。通过相机自热对数字图像相关测量的影响实验,提出了相机预热至热平衡状态再进行实验的方法;通过用平稳气流模拟实际的空气流动研究气流干扰对数字图像相关测量的影响实验,表明环境气流对数字图像相关测量结果的影响较小,这些误差在DIC的常温应用中可以忽略不计。(3)系统研究了热气流对数字图像相关测量的影响,引入归一化距离,当热源在试件下方时,记为“0”,热源在相机下时,记为“1”,详细研究了不同归一化距离处热气流对数字图像相关测量的影响;本人提出了两种修正方法,分别为气动装置修正法和编码点修正法并对两种修正方法进行评估,实验结果表明编码点修正法的修正效果明显优于气动装置修正法,其修正率可达70%左右,具有明显的修正效果,且测量装置简单,实验易于操作,编码点修正法具有气动装置修正法不可替代的优越性。

关键词：数字图像相关热气流归一化距离气动装置编码点误差修正

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单液滴羽状/液膜稀释破碎特性研究

推进技术 2017年第4期38卷 885-895页

作者：金仁瀚刘勇王锁芳盐城工学院汽车工程学院江苏盐城224001 南京航空航天大学能源与动力学院江苏省航空动力系统重点实验室江苏南京210016

为了获得气流中单液滴羽状/液膜稀释破碎特性,采用高速摄像机对液滴变形、破碎过程进行了捕获。实验结果表明:液滴的变形时间小于其破碎时间,且都随气动力增加呈负增长的变化趋势,其变化梯度、相同气动力下特征时间也都随液滴初始直径... 详细信息

为了获得气流中单液滴羽状/液膜稀释破碎特性,采用高速摄像机对液滴变形、破碎过程进行了捕获。实验结果表明:液滴的变形时间小于其破碎时间,且都随气动力增加呈负增长的变化趋势,其变化梯度、相同气动力下特征时间也都随液滴初始直径的增加而有所增加;液滴破碎区域面积随气动力增加呈先增加后减小再增加的变化趋势,且随液滴初始直径增加,液滴破碎区域面积也随之增加;破碎区域中子液滴质量百分数随气动力增加而增加,且随液滴初始直径增加而减小,其值变化的范围为0.48~0.66;液滴的破碎程度随气动力、液滴初始直径的增加而增加;破碎区域中子液滴细度与液滴初始细度的比值在0.18~0.23之间变化;在羽状/液膜稀释破碎阶段,多元线性回归理论可以用于建立子液滴数目、SMD的数学模型。

关键词：液滴雾化热气流喷雾高速摄像机

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连续均匀热气流中液核/袋状破碎特性实验

航空动力学报 2017年第2期32卷 280-288页

作者：金仁瀚刘勇王锁芳盐城工学院汽车工程学院江苏盐城224001 南京航空航天大学能源与动力学院江苏省航空动力系统重点实验室南京210016

为了获得热气流中单液滴液核/袋状破碎特性,采用高速摄像机对液滴变形、破碎过程进行了捕获.实验设计工况下所得结果表明:1液核/袋状破碎过程是液滴中液体流动与外界气动力共同作用下发生的,可以分为伞形破碎与勺形破碎;2液滴初始直径... 详细信息

为了获得热气流中单液滴液核/袋状破碎特性,采用高速摄像机对液滴变形、破碎过程进行了捕获.实验设计工况下所得结果表明:1液核/袋状破碎过程是液滴中液体流动与外界气动力共同作用下发生的,可以分为伞形破碎与勺形破碎;2液滴初始直径减小、气流温度增加,都可以降低液滴发生液核/袋状破碎所需最小气动力;3液滴破碎特征时间,随气动力增加呈负增长变化趋势,其值与变化梯度都随液滴初始直径增加而增大;4子液滴质量分数随气动力增加而增加,且随液滴初始直径增加而减小;5子液滴群质量分数的空间离散度都随气动力增加而增加.

关键词：液滴破碎雾化热气流喷雾高速摄相机

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横向热气流中单液滴剪切破碎特性研究

推进技术 2016年第2期37卷 1928-1937页

作者：金仁瀚刘勇王锁芳盐城工学院车辆工程学院江苏盐城224001 南京航空航天大学能源与动力学院江苏省航空动力系统重点实验室江苏南京210016

为了获得热气流中单液滴剪切破碎特性,采用高速摄像机对液滴变形、破碎过程进行了捕获。结果表明:液滴初始直径减小、气流温度增加,降低了液滴发生剪切破碎所需最小气动力;液滴破碎特征时间,随气动力增加呈线性递减变化趋势,且其值与变... 详细信息

为了获得热气流中单液滴剪切破碎特性,采用高速摄像机对液滴变形、破碎过程进行了捕获。结果表明:液滴初始直径减小、气流温度增加,降低了液滴发生剪切破碎所需最小气动力;液滴破碎特征时间,随气动力增加呈线性递减变化趋势,且其值与变化梯度都随液滴初始直径增加而增大;液滴破碎区域面积、子液滴质量百分数随气动力增加呈先增加后减小的变化趋势,液滴初始直径增加,液滴破碎区域面积随之增加,而子液滴质量百分数则随之减小;剪切破碎锥角,随气动力增加呈线性减小的变化趋势;液滴破碎程度随液滴初始直径增加有明显改善;标准离差率数学模型可以用于子液滴群空间分布均匀性方面的研究。

关键词：液滴破碎雾化热气流喷雾高速摄像机

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热气流辅助聚合物熔体微分电纺多级牵伸纤维细化研究

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热气流辅助聚合物熔体微分电纺多级牵伸纤维细化研究

作者：王晓辉北京化工大学

学位级别：硕士

聚合物纤维直径越细、比表面积越大,单位质量材料发挥的功能性越强,因此纤维细化一直是纤维制造领域的研究热点。近期新型冠状病毒疫情中大量使用的口罩依靠更细的聚合物纤维以及静电吸附效应来实现气凝胶的过滤,但是市场上口罩的纤维... 详细信息

聚合物纤维直径越细、比表面积越大,单位质量材料发挥的功能性越强,因此纤维细化一直是纤维制造领域的研究热点。近期新型冠状病毒疫情中大量使用的口罩依靠更细的聚合物纤维以及静电吸附效应来实现气凝胶的过滤,但是市场上口罩的纤维细度仍在数微米,因此实现从微米纤维到纳米纤维的绿色制造意义重大。静电纺丝技术为纤维尺度从微米向纳米跨越打开了一条产业化制造新途径,近年来得到学术界和工业界重点关注。本人所在的团队针对传统毛细管溶液静电纺丝技术存在效率低、溶剂污染及易堵塞等问题,提出了熔体微分静电纺丝新方法,已制备了平均纤维直径为990 nm的聚丙烯（PP）和微米级聚乳酸（PLA）纤维。如何让纤维细度进入到800 nm以内,并接近溶液电纺的300 nm,极具有挑战性。辅助气流有助于使微分多射流进一步牵伸细化,辅助热气流有助于射流在牵伸过程中保持熔融状态,前期国内外学者对于气流辅助的静电纺丝均有研究,但是却无法与熔体微分电纺系统配套,研究也不够深入。本课题基于熔体微分静电纺丝技术及装备,提出采用改变辅助气流温度、气流加载方式使纤维进一步细化。具体的研究内容如下:首先提出二级加载气流辅助熔体微分电纺多级牵伸纤维新工艺,创新性地在熔体微分静电纺丝技术中同时引入两股气流,一股加热气流从喷头内部中心进气管引出,一股常温气流通入喷头下方的气流引射器,分别形成一级加热气流、二级常温气流在引射器入口形成的局部负压气流、二级常温气流和高压静电场对微分多射流的多级牵伸细化过程。分别研究了纤维的直径及直径分布与一级加热气流的温度、速度之间的关系。结果表明一级加热气流速度及温度的上升会降低纤维平均直径并且提高纤维直径均匀性,但过高的气流速度及温度则会影响纺丝进程及降低纤维膜均匀性,最佳纺丝工艺参数区间为一级加热气流温度为120～160℃,气流速度为78.6～117.8 m/s（气流流量为8～12 m3/h）,二级气流速度为197 m/s,成功制备出平均直径为610 nm的PLA纤维和810 nm的PP纤维。进一步研究了负压热气流辅助熔体微分电纺多级牵伸纤维新工艺。创新性地将加热气流引入到喷头下方的气流引射器中,形成喷头与引射器之间的电场、热气流在引射器管口形成的局部负压气流以及引射器喷出的热气流对射流的多级牵伸细化作用,分别阐述了气流温度及纺丝距离与纤维直径及均匀性的关系,研究了气流温度对纤维膜孔隙率及孔径分布的影响,得出最佳的纺丝区间参数为加热气流温度80～120 ℃,纺丝距离5～7 cm,成功制备了平均直径为400 nm的PLA纤维。最后,将上述工艺参数应用于热塑性聚氨酯（TPU）超细纤维开发。成功利用负压热气流辅助多级牵伸工艺制备出平均直径为1.21 μm的TPU纤维,与毛细管熔体电纺工艺制备TPU纤维（10 μm以上）相比,TPU纤维直径降低80%以上,与激光加热电纺TPU纤维（0.9～1.7 μm）直径相当,但把制备效率提高了 40倍。综上,提出了二级加载气流辅助熔体微分电纺多级牵伸纤维及热气流辅助熔体微分电纺多级牵伸纤维新工艺,实现了 PP、PLA纤维直径降低,并提高了纤维直径分布均匀性;进一步基于热气流辅助多级牵伸优化工艺用于TPU熔体微分电纺新材料开发,使TPU纤维制备效率及细度领先于其他熔体法纺丝技术。本文为熔体静电纺丝纤维细化工艺的探索及发展提供了新方法,此研究成果有望应用于工业化生产中。

关键词：熔体微分静电纺丝纳米纤维二级气流热气流多级牵伸

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配电开关柜温升特性的多物理场仿真和实验

高电压技术 2016年第6期42卷 1775-1780页

作者：汪倩屈建宇吴刚李兴文西安理工大学理学院西安710054 西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室西安710049

配电开关柜散热效率不高,其内部安装的断路器等设备经常需要降容运行以满足国标允许的温升要求。为此研究了配电开关柜内生热与散热过程,探究强迫对流条件下开关柜散热能力的提升。首先利用Ansys E-mag与CFX软件模块,分别建立自然对流... 详细信息

配电开关柜散热效率不高,其内部安装的断路器等设备经常需要降容运行以满足国标允许的温升要求。为此研究了配电开关柜内生热与散热过程,探究强迫对流条件下开关柜散热能力的提升。首先利用Ansys E-mag与CFX软件模块,分别建立自然对流和强迫对流条件下的开关柜电-磁-热-流耦合仿真模型,获得开关柜内生热功率、气流速度、温度等分布;并利用温升实验平台测量开关柜关键部位的温升,与仿真结果进行对比与验证;最后,利用搭建的仿真模型,探究安装散热风扇降低开关柜温升的效果。研究结果表明:在额定电流下,开关柜进线断路器的上接线端子温升超标严重,出气口附近有较明显的回流现象,不利于热空气排出;出气口安装风扇后,散热效率明显加强,风扇风速达到3 m/s和6 m/s时,进线断路器上接线端子平均温升分别下降28.6%和42.1%。

关键词：温升焦耳热传导散热对流散热热气流开关柜