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作者：李立华大连医科大学

学位级别：硕士

目的：探讨超声破坏微泡的空化效应（Cavitation）对兔肾皮质血流灌注的改变。方法：健康成年新西兰大白兔20只，体质量1.8-2.4kg，雌雄不限，随机分为4组（N、B、C、D组），每组5只， N组为对照组，经兔耳缘静脉团注SonoVue（0.1ml/kg... 详细信息

目的：探讨超声破坏微泡的空化效应（Cavitation）对兔肾皮质血流灌注的改变。方法：健康成年新西兰大白兔20只，体质量1.8-2.4kg，雌雄不限，随机分为4组（N、B、C、D组），每组5只， N组为对照组，经兔耳缘静脉团注SonoVue（0.1ml/kg）30s进行造模，在造影模式下调节不同机械指数（Mechanical Index，MI）辐照各组兔肾均60s，辐照后15min，再次用常规超声造影，观察并采集造影后0～3min的各组实验兔动态图像，对所获得的时间-强度曲线（TIC）进行分析，参数包括上升支斜率（TIC）、达峰时间（TTP）、下降支斜率（α）、曲线下面积（AUC）、达峰强度绝对值（DPI）。超声造影结束时抽耳缘静脉血2ml，检查血尿素氮（BUN）、血肌酐（CRE），实验完毕后处死实验兔，取兔肾标本，10%甲醛固定，石蜡包埋切片，HE染色，光镜观察。结果：肾脏灌注曲线走行与伽马曲线相似，获得各组相关肾灌注定量参数结果表明，与对照组比较，C组、D组的A、α、DPI减小,AUC增大,TTP延长（P0.05）。与B组比较，C组、D组的α、DPI减小，AUC增大，TTP延长，差异有统计学意义(P0.05）;C组与D组各参数比较差异均无统计学意义(P>0.05)。结论：本研究结果显示，兔肾皮质血流在超声联合微泡造影剂的超声空化效应下可以发生血流动力学改变，应用TIC曲线可以定量分析肾功能改变，为SonoVue的安全性以及诊断超声空化效应对组织损伤程度进一步临床推广应用提供安全指导和实验依据。

关键词：微泡空化效应肾皮质血液动力学现象

脉冲Ho:YAG激光诱导水介质空化效应及其对骨硬组织消融的影响

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脉冲Ho:YAG激光诱导水介质空化效应及其对骨硬组织消融的影响

作者：陈传国福建师范大学

学位级别：硕士

减少热损伤并提高消融效率是当前激光硬组织消融技术研究的热点、重点和难点。现有研究表明：外部水的介入可以增强激光硬组织消融效果,激光诱导空化效应在液体介导消融中扮演重要角色,然而相关机制并没有得到合理的解释。本文立足于国... 详细信息

减少热损伤并提高消融效率是当前激光硬组织消融技术研究的热点、重点和难点。现有研究表明：外部水的介入可以增强激光硬组织消融效果,激光诱导空化效应在液体介导消融中扮演重要角色,然而相关机制并没有得到合理的解释。本文立足于国内外激光消融技术发展现状和临床应用需求,以波长为2.08μm的脉冲Ho:YAG激光为辐射光源,基于高速摄像技术,实验研究了不同水深和不同浓度墨汁溶液对空泡脉动特性及其对牛股骨消融效果的影响。首先,介绍了骨组织的组成结构、基本成分和相关特性,总结了激光直接消融和液体介导消融硬组织的机理,阐述了激光空泡产生、脉动和溃灭,以及空泡脉动特性的影响因素。其次,采用高分辨率高速摄像拍摄了脉冲Ho:YAG激光与水介质相互作用时空泡效应的高速过程。研究得到不同激光能量下,空泡的周期、最大横向宽度、最大纵向长度、空泡的最大体积随光纤入水深度的变化关系。再次,利用高分辨率高速摄像监测了脉Ho:YAG激光与不同浓度墨汁溶液相互作用时空泡的脉动过程。获得空泡的周期、最大横向宽度、最大纵向长度和空泡的最大体积均随脉冲能量的增加而增加;纯水中加入不同墨汁体积,增加纯水的吸收系数,空泡的尺寸反而减小。最后,使用波长2.08μm的脉冲Ho:YAG激光,对空气中、纯水介质不同深度以及不同吸收系数的墨汁溶液中牛股骨进行消融实验,利用高速摄像机进行实时拍摄,OCT扫描系统和体视显微镜系统评价牛股骨组织表面消融形貌的变化。通过对光纤入水深度、液体介质、激光参数的优化选择,可获得无热损伤的消融效果,还可以使消融切口深、边缘光滑干净,形状规则,以及更高的消融速率和效率。

关键词：脉冲激光水介质空化效应牛股骨消融高速摄像

超声空化效应促人骨髓间充质干细胞体内归巢的实验研究

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超声空化效应促人骨髓间充质干细胞体内归巢的实验研究

作者：袁钰祺青岛大学

学位级别：硕士

第一部分骨髓间充质干细胞中环氧化酶2及聚蛋白多糖酶1沉默与胰岛素样生长因子1表达【目的】观察携带基因环氧化酶2、聚蛋白多糖酶1的sh RNA干扰载体和携带胰岛素样生长因子1的过表达慢病毒载体在骨髓间充质干细胞中的表达情况。【方法... 详细信息

第一部分骨髓间充质干细胞中环氧化酶2及聚蛋白多糖酶1沉默与胰岛素样生长因子1表达【目的】观察携带基因环氧化酶2、聚蛋白多糖酶1的sh RNA干扰载体和携带胰岛素样生长因子1的过表达慢病毒载体在骨髓间充质干细胞中的表达情况。【方法】应用重组慢病毒技术构建携带沉默基因环氧化酶2、聚蛋白多糖酶1、过表达基因胰岛素样生长因子1和绿色荧光蛋白基因的重组慢病毒表达载体,并用其转染体外培养的第三代人骨髓间充质干细胞(实验组),并以无目的基因的慢病毒载体转染人骨髓间充质干细胞和未做处理的人骨髓间充质干细胞分别作为阴性对照组和空白组进行对比。【结果】慢病毒转染3d后,荧光显微镜下可见人骨髓间充质干细胞发出绿色荧光,阴性对照组、实验组转染效率均达90%以上。RT-PCR、Western blot和ELISA检测结果显示,环氧化酶2和聚蛋白多糖酶1在人骨髓间充质干细胞的基因和蛋白水平有受到了明显抑制,胰岛素样生长因子1基因和蛋白水平的表达均高于阴性对照组及空白组。【结论】应用慢病毒可在人骨髓间充质干细胞成功沉默环氧化酶2和聚蛋白多糖酶1基因,同时将胰岛素样生长因子1高表达,为系统性治疗类风湿性关节炎带来新的希望。第二部分超声空化效应促人骨髓间充质干细胞体内归巢的实验研究【目的】研究观察超声空化效应对慢病毒介导h COX-2 sh RNA、h Aggrecanse-1sh RNA、h IGF-1基因转染人骨髓间充质干细胞移植的可行性及干细胞在兔关节炎模型体内归巢的影响。【方法】关节炎模型造模成功的新西兰兔分为3组:转染基因人骨髓间充质干细胞+微泡+超声组(实验组)、转染基因人骨髓间充质干细胞+超声组(对照组)、转染基因人骨髓间充质干细胞+无处理组(空白组),移植细胞后检测兔后肢膝关节滑膜组织学观察及RT-PCR基因检测。【结果】超声空化效应可以增加慢病毒介导h COX-2 sh RNA、h Aggrecanse-1sh RNA、h IGF-1基因转染人骨髓间充质干细胞在兔关节炎模型进入靶器官的比例。【结论】为临床应用骨髓间充质干细胞治疗遗传免疫性疾病提供了有效途径及实验基础。

关键词：骨髓间充质干细胞环氧化酶2 胰岛素样生长因子1 慢病毒关节炎超声微泡空化效应移植

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液膜密封空化效应的实验系统开发设计

液膜密封空化效应的实验系统开发设计

作者：郝树伟中国石油大学(华东)

学位级别：硕士

随着时代的革新,传统的机械密封技术也在不断发生变化,非接触式机械密封因具有密封效果优良、可靠性高、能耗低、抗干扰能力强等突出优点,而得到广泛的应用。就液膜密封而言,虽然密封端面空化效应广泛发生,但是其产生机理及对密封性能... 详细信息

随着时代的革新,传统的机械密封技术也在不断发生变化,非接触式机械密封因具有密封效果优良、可靠性高、能耗低、抗干扰能力强等突出优点,而得到广泛的应用。就液膜密封而言,虽然密封端面空化效应广泛发生,但是其产生机理及对密封性能的影响规律并未得到充分认知,其中空化汽蚀将会造成工程应用中安全事故频发。因此,开发设计液膜密封空化效应实验系统,对获得良好性能的液膜密封,具有十分重要的意义,并能给机械密封端面结构的改进优化和生产制造提供指导。本文在分析机械密封实验系统研究现状的基础上,提出液膜密封空化效应可视化实验系统的研究方案,包括实验系统主体部分设计、可视化密封腔体设计、介质循环系统及测控系统的开发。基于数据采集系统的硬件设计原则,确定液膜密封空化效应测控系统的硬件结构,并选择合适的相关元器件。结合虚拟仪器(VI)和数字信号处理技术,利用LabVIEW图形化编程软件开发了液膜密封端面信息测控系统。文中主要从调节变工况参数和改变液膜密封结构两方面考虑,实现诱导和控制液膜密封空化效应。应用计算流体力学(CFD)软件对密封腔内流场进行数值模拟,研究分析其压力分布和速度分布为调节实验工况参数提供指导;创建可存储标准化和系列化零件的实体模型库,采用参数化设计的方法,开发了液膜密封结构参数化系统,可快捷有效地改变液膜密封结构,以利于诱导和控制液膜密封的空化效应。研究开发的实验系统为分析液膜密封空化效应提供有效的实验场所,并通过选择适当的测试手段,完成液膜密封空化效应实验过程中所需实验数据的采集与分析。在空化效应工作状态下,研究液膜密封主要性能参数的变化规律,并提出提高液膜密封使用寿命的具体方法。

关键词：液膜密封空化效应实验系统数值模拟程序开发

超声驻波与空化效应对Al/C界面行为影响的研究

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超声驻波与空化效应对Al/C界面行为影响的研究

作者：陈晓艳东北大学

学位级别：硕士

工业生产中,铝及其合金晶粒细化最有效、实用而且经济的方法是添加晶粒细化剂。与工业生产中广泛应用的A1-Ti-B晶粒细化剂相比,AI-Ti-C是一种细化性能更加优异的晶粒细化剂。然而,在制备过程中,A1/C界面的润湿与传质性能差、以及TiC合... 详细信息

工业生产中,铝及其合金晶粒细化最有效、实用而且经济的方法是添加晶粒细化剂。与工业生产中广泛应用的A1-Ti-B晶粒细化剂相比,AI-Ti-C是一种细化性能更加优异的晶粒细化剂。然而,在制备过程中,A1/C界面的润湿与传质性能差、以及TiC合成困难,极大地制约了 Al-Ti-C晶粒细化剂的工业化发展。本文通过对铝熔体中施加超声场,超声驻波和空化效应促进了 Al/C界面的润湿,强化了传质,实现了 TiC合成。因而,成功制备了 Al-5Ti-0.25C晶粒细化剂,并检验了其细化性能。研究内容如下:1、设计了超声场下的水模实验,观察水中聚苯乙烯粒子的运动规律及水/金属片界面润湿行为。结果表明:超声驻波场下粒子向波节定向运动,强超声场下水中发生超声空化,超声场能够改善水/金属片的界面润湿性。2、Matlab仿真模拟铝合金熔体中的超声空化,通过分别改变超声声压值、超声频率、空化泡初始半径和气体多变指数,得到不同条件下的超声空化规律。结果表明:在保证空化效应的前提下,较大的声压值,较低的超声频率,以及较低的熔体温度,有利于超声空化。3、采用超声驻波场制备Al-5Ti-0.25C晶粒细化剂,测得不同保温时间下合金的金相组织演化过程,分析了 TiC合成机理。同时,将制备的细化剂用于细化实验,验证了其细化性能。结果表明:超声驻波和空化效应能够促进Al/C界面润湿与强化传质,进而可以在较低的温度条件下合成TiC,制备的Al-5Ti-0.25C晶粒细化剂细化性能良好。

关键词：超声驻波空化效应 Al-Ti-C晶粒细化剂润湿传质 Matlab

基于空化效应的液粘调速离合器多场耦合仿真分析

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基于空化效应的液粘调速离合器多场耦合仿真分析

作者：李晓建太原理工大学

学位级别：硕士

本文以油槽结构为双圆弧型的液粘调速离合器作为研究对象,通过CFD有限元仿真软件对摩擦副油膜流场进行仿真模拟,分析了油膜流场的空化效应及摩擦副多物理场耦合,以期能够更准确的模拟整个摩擦副的工作状况。除此之外,针对油膜流场中的... 详细信息

本文以油槽结构为双圆弧型的液粘调速离合器作为研究对象,通过CFD有限元仿真软件对摩擦副油膜流场进行仿真模拟,分析了油膜流场的空化效应及摩擦副多物理场耦合,以期能够更准确的模拟整个摩擦副的工作状况。除此之外,针对油膜流场中的入口油温、输入转速、供油量和油膜厚度等影响参数进行摩擦副流场特性及转矩传递特性的研究。在开启能量方程及粘性耗散热的前提下,确定热边界条件,建立传热模型,选择适合的数值求解方程及求解方案,对双圆弧槽油膜流场进行初步的流场仿真模拟。分析了摩擦副油膜间隙的压力场、温度场和速度矢量场的分布规律,得到了在不同输入转速的条件下,供油量对油膜传递转矩能力的影响规律。考虑气体的存在,建立空化模型,设置油膜表面张力,获得了油膜流场的输入转速、供油量和油膜厚度对空化效应的影响,以及空化效应对油膜流场温度分布和传递转矩特性的影响。最后,基于空化效应对离合器摩擦副热-流固耦合进行了数值仿真模拟,分析了空化前后,摩擦副主动片及被动片最大变形量和最大应力随油膜厚度及输入转速的变化规律。研究表明:油膜流场中的压力要低于工作油饱和蒸气压,且流场中产生的气体总量较少。转速越高,空化产生的气体体积分数越大,空化效应时间越短;供油量越大,空化产生的气体体积分数越小,空化效应时间越长;油膜厚度越大,空化产生的气体体积分数越大,并且所占区域面积越大;供油量越低转速越高则空化体积越大。输入转速较低时,空化后的主动片及被动片的最大变形量要略高于空化前;当主动片达到高转速时,空化对主动片及被动片的影响可以忽略不计。随着输入转速的提高,摩擦副的最大变形量和最大应力增大。随着油膜厚度的增加,摩擦副的总变形量相应地减小。

关键词：液粘调速离合器双圆弧油槽空化效应多场耦合传递转矩

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基于空化效应的液粘离合器传递转矩特性研究

基于空化效应的液粘离合器传递转矩特性研究

作者：童耀文江苏大学

学位级别：硕士

液粘离合器作为一种新型的调速装置,依靠多组摩擦副间油膜的粘性剪切传递动力,在矿山、冶金和水利机械中运用广泛,具有显著的节能效果。本文以液粘离合器径向油槽为研究对象,基于油膜空化效应,分析油膜厚度、转速和供给流量对流场特性... 详细信息

液粘离合器作为一种新型的调速装置,依靠多组摩擦副间油膜的粘性剪切传递动力,在矿山、冶金和水利机械中运用广泛,具有显著的节能效果。本文以液粘离合器径向油槽为研究对象,基于油膜空化效应,分析油膜厚度、转速和供给流量对流场特性及输出转矩的影响,探究油膜在高转速区输出转矩降低的原因,主要内容如下:在纯油膜剪切阶段以一对摩擦副间的油膜为研究对象,建立了流场特性数学模型,采用分布解析法得到流场速度、压力以及流量的分布情况,并且分析了油液的粘度、转速以及供给流量对油液径向速度的影响,基于空化Reyonlds边界条件建立了油膜等效半径模型,求解了油膜的等效转矩。基于油膜的空化效应,建立了自由表面VOF模型,对摩擦副间油膜的流场特性进行数值模拟,分析了两相流区域的演变规律,通过改变输入转速、供给流量、入口温度和油膜厚度,揭示了两相流区域以及传递转矩的变化情况。基于油膜的空化效应,建立多组不同油槽参数的油膜仿真模型,分析油膜表面剪切应力、压力以及气体的体积量分布情况,发现了油槽产生的动压效应可以加强壁面粘性剪切力,以及总压能够产生负转矩的情况,研究表明:转速、油膜厚度和油槽参数都对油膜的空化产生一定的影响。最后,通过对比美国通用技术中心印度分公司离合器传递转矩的实验数据,验证了油膜空化条件下,传递转矩模型的合理性。

关键词：液粘离合器空化效应摩擦副输出转矩油槽油膜

超声介导微泡空化效应靶向传输机制及生物学效应的研究

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超声介导微泡空化效应靶向传输机制及生物学效应的研究

作者：黄武锋南方医科大学

学位级别：硕士

随着超声造影诊断和超声造影剂制备技术的不断发展，探讨以超声微泡造影剂为载体进行超声分子影像和靶向治疗是当前研究的热点。实现靶向传输，首先需要通过一定的载体或方法将治疗性外源物质安全、高效、靶向性地导入靶细胞或组织内，... 详细信息

随着超声造影诊断和超声造影剂制备技术的不断发展，探讨以超声微泡造影剂为载体进行超声分子影像和靶向治疗是当前研究的热点。实现靶向传输，首先需要通过一定的载体或方法将治疗性外源物质安全、高效、靶向性地导入靶细胞或组织内，释放到组织间隙的外源物质然后被细胞吞噬吸收或翻译或表达利用，达到靶向治疗的目的。目前用作靶向传输的载体在靶向性、安全性及效率等方面均存在各自的局限性。最近，国内外一些学者的研究表明：将表面黏附或内部包裹有外源物质的微泡造影剂经静脉注射，同时在靶器官或组织给予一定条件的超声照射后，使微泡破坏，其携带的外源物质在局部可以达到有效浓度，而到机体其他部位的外源物质随微泡代谢，不在局部停留，从而降低副作用，微泡造影剂在靶向传输方面显示出令人鼓舞的应用前景。超声介导微泡空化效应靶向传输的原理是：在特定部位发射不同声强的超声，在超声作用下该部位的微泡发生破裂，发生空化，微泡的空化效应产生很大的压力和能量，对周围的组织产生生物学效应，使得血管内皮屏障损伤，血管通透性增加，从而使外源物质通过本来无法通过的血管内皮屏障到达特定的部位。目前超声介导微泡空化效应靶向传输机制尚未完全阐明。不同的条件下，微泡空化对局部组织的生物学效应程度不同，使其可以用于实现不同的目的。在靶向传输时，需要损伤，既要保证外源物质可以通过损伤的细胞膜进入细胞，或通过受损的内皮屏障到达组织间隙，又要保证微泡空化所致的生物学效应不会产生严重的后果。目的： 1、通过观察声学造影剂白蛋白微泡在不同能量的超声作用下，对大鼠脊斜肌微血管的损伤情况、伊文思蓝以及绿色荧光微球外溢情况的观察，评估微泡空化效应对脊斜肌微血管通透性的影响;2、在不同的时间点，用透射电镜及HE染色的方法观察微泡空化导致的微血管损伤情况，以及了解微血管壁的结构变化情况，初步探讨超声介导微泡空化效应靶向传输的机制;3、应用脊斜肌活体微循环标本，观察超声破坏微泡前后不同时间点平均动脉压、微血管口径、血流速度及血流量的变化，结合透射电镜及HE染色结果，评估微泡空化效应对局部微循环的影响以及探讨其在靶向传输应用时的安全性问题。方法： 1、微泡空化效应对脊斜肌微血管通透性的影响根据超声能量大小将56只健康的SD大鼠分为0.25W/cm，0.75W/cm和1.5W/cm三个超声微泡照射组和一个对照组，每组又细分为伊文思蓝和荧光微球输入亚组，共分8组，每组7只大鼠，大鼠按取动物顺序依次分别分配到各组。实验时经静脉输入含有伊文思蓝(Evans blue，EB)或荧光微球的微泡造影剂，分别采用0.25W/cm，0.75W/cm和1.5W/cm超声照射游离在体脊斜肌1分钟，破坏脊斜肌组织内造影剂，在体荧光显微镜观察微血管损伤情况和计数每100倍光镜视野出血点数目。通过比较红细胞、伊文思蓝及荧光微球的外溢情况，结合在超声照射破坏造影剂后取局部损伤组织作微血管电镜观察结果，初步评价微泡空化效应对脊斜肌微血管通透性的影响，并探讨超声介导微泡空化效应靶向传输机制。 2、微泡空化效应对脊斜肌微循环的影响将72只健康的SD大鼠分为对照组、微泡组、超声组(超声能量为1.5W·cm)、高能量超声微泡组(超声能量为1.5W·cm)、中能量超声微泡组(超声能量为0.75W·cm)及低能量超声微泡组(超声能量为0.25W·cm)，每组12只。大鼠按取动物顺序依次分别分配到对照组、微泡组、超声组、高能量超声微泡组、中能量超声微泡组及低能量超声微泡组。按Gray法制备大鼠脊斜肌活体微循环观察标本，每组6只大鼠分别在超声破坏微泡前后不同时间点测量平均动脉压，用红细胞跟踪相关仪和电视测微仪测量微动静脉口径和血流速度，其余6只大鼠在不同时间点用电镜观察大鼠脊斜肌组织结构的变化。结果： 1、用低能量的超声(0.25W/cm)照射含有微泡的脊斜肌后，在体荧光显微镜未观察到出血点及荧光微球外溢，但活体显微镜下脊斜肌可见到EB外溢至组织间隙(P＜0.05)。而用较大能量的超声(0.75W/cm和1.5W/cm)照射后，在体荧光显微镜均观察到出血点，与对照组比较有显著差异(0.75W/cm：P=0.006和0.016，1.5W/cm：P=0.016和(0.001);EB外溢量与对照组比较有显著差异(0.75W/cm：P=0.002和1.5W/cm：P=0.006)，同时可见荧光微球外溢。 2、透射电镜观察结果显示低能量的超声(0.25W/cm)破坏微泡后，微血管结构完整，未见红细胞外溢到组织间隙，但可见微血管内皮间隙增宽;较大能量的(0.75W/cm和1.5W/cm)超声破坏微泡后即刻的出血点组织标本电镜结果显示：微血管内皮间隙明显增宽，同时内皮细胞上有破裂口，其中用1.5W/cm超声破坏微泡后可观察到组织空泡化和肌溶解等现象;2h后出血点组织标本电镜观察未发现内皮破口。 3、微泡空化效应不会对大鼠微血管口径产生显著的变化(P＞0.05);但可

关键词：超声微泡空化空化效应脊斜肌微血管外溢

摩擦副表面织构诱导空化效应的模拟及实验研究

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摩擦副表面织构诱导空化效应的模拟及实验研究

作者：闫学良大连海事大学

学位级别：硕士

在滑动摩擦副上进加工合理的表面织构可以有效的改善摩擦副的润滑性能。但目前对表面织构的研究还存在许多不完善之处,尤其是对表面织构诱导空化效应的研究还相对比较匮乏,缺少足够的理论支撑和直观的实验研究。因此论文采用数值模拟和... 详细信息

在滑动摩擦副上进加工合理的表面织构可以有效的改善摩擦副的润滑性能。但目前对表面织构的研究还存在许多不完善之处,尤其是对表面织构诱导空化效应的研究还相对比较匮乏,缺少足够的理论支撑和直观的实验研究。因此论文采用数值模拟和实验两种方法对表面织构诱导空化效应开展研究。数值模拟方面,利用Fluent软件对建立好的表面织构流体润滑模型进行计算分析,从理论上研究空化效应对摩擦副动压润滑的影响,并在考虑空化效应的条件下,针对单个织构不同尺寸及不同形貌的模型进行求解计算,分析表面织构诱导空化效应的机理和影响因素,初步探究织构的分布密度及间距对其诱导空化效应的影响。实验方面,利用可视化实验台采集清晰的空化效应图,以此来验证表面织构能够诱导润滑油发生空化的现象。再参照模拟时考虑的因素,改变实验工况和织构参数,以计算出的摩擦系数和采集到空化效应图作为评价标准,分析不同织构的形貌尺寸参数对空化效应和动压润滑的影响,并与模拟结果进行对比分析,验证模拟结论的合理性。研究结果表明:模拟与实验结果趋势相同,表面织构在一定的速度、载荷条件下会诱导润滑油发生空化效应,在织构后端产生气泡;并且空化效应会影响摩擦副的润滑性能,随着速度的增加,动压润滑效果逐渐增强,摩擦副的摩擦系数逐渐降低;不同的织构的形貌参数对表面织构诱导空化效应和摩擦副动压润滑的影响各不相同,表面织构的长宽尺寸越大,空化效应的程度也就越大,但出现空化现象的条件也就相对越大;当织构深度接近油膜厚度时,其诱导空化、改善润滑的效果最好;相同尺寸的织构,正方形织构要优于圆形和三角形。另外,实验中发现,存在最优的面积密度8%且仅在试样入口方向加工织构的分布方式会使得表面织构对滑动摩擦副的动压润滑提升效果更显著,并在实验所选工况范围内,速度越大,其改善效果也就越明显。

关键词：表面织构空化效应数值模拟动压润滑

考虑空化效应的表面微织构摩擦副润滑性能研究

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考虑空化效应的表面微织构摩擦副润滑性能研究

作者：方勋大连海事大学

学位级别：硕士

在摩擦副表面加工合理的微织构能够有效提高摩擦副的润滑性能,但目前关于考虑空化效应条件下表面微织构对摩擦副润滑性能影响规律的研究存在不完善之处,理论和实验方面的研究较少。因此本研究采用数值模拟和实验研究两种方法较系统地分... 详细信息

在摩擦副表面加工合理的微织构能够有效提高摩擦副的润滑性能,但目前关于考虑空化效应条件下表面微织构对摩擦副润滑性能影响规律的研究存在不完善之处,理论和实验方面的研究较少。因此本研究采用数值模拟和实验研究两种方法较系统地分析了微织构的结构参数、分布位置、间距、角度和转速等对摩擦副润滑性能的影响,从而揭示微织构对摩擦副空化现象和承载特性的作用规律和机理。数值模拟方面,采用Fluent软件对具有表面微织构的摩擦副润滑特性进行模拟研究,以转速和织构的宽度、深(高)度、分布位置、角度和形貌等为参数,模拟得到单个或多个微织构油膜压力分布图以及空化效应图等,通过观察微织构的空化现象,分析空化发生模式及机理,研究空化效应对摩擦副动压润滑的影响。实验方面,利用轴承空化现象可视化实验台,通过速度、载荷等因数变化,得到不同织构参数下承载力和摩擦力等参数,并且采集不同条件下的空化效应图,从而获得不同工况参数、织构参数对空化效应的影响以及其对滑动摩擦副润滑特性的影响,最后与数值模拟结果进行对比分析。模拟研究结果表明:对于表面具有微凸体织构的平面摩擦副而言,增加表面之间相对运动速度、微凸体织构的宽度或高度、微织构前段和后端的角度,均能导致空化区域面积增加,使空化现象更加明显。空化效应的出现,抑制了微凸体后端负压区压力的降低,摩擦副的承载能力也随之提高;同时,由于空化效应使界面之间由液体润滑转变为局部的气体润滑,使得界面之间摩擦系数的数值明显减小。对于表面具有微织构的滑动轴承而言,无论织构布置在入口区域、最小油膜厚度处还是出口区域,空化现象仅发生在出口区域。当微织构布置在中间区域时,较无织构时相比承载力下降,摩擦力有所提高,布置在入口区域或出口区域时,能有效提高承载力,降低摩擦系数,其中在出口区域时效果最佳:适当增大转速以及织构的深宽会使空化现象更为明显,提高承载力,降低摩擦力;存在一个最优的织构间距(间距为织构宽度的14倍),使滑动轴承润滑性能最好。实验研究结果表明:与模拟结果趋势大致相同,适当增加转速和载荷,均能使空化区域面积增加,空化现象更为明显;织构宽度的增大,使得摩擦副的摩擦系数减小;织构的分布位置对摩擦副润滑性能有重要的影响,其中当织构布置在出口区域时效果最佳。

关键词：表面织构空化效应数值模拟动压润滑织构参数