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搅拌摩擦加工调控Mg-5Zn-0.6Zr合金耐蚀性的研究

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材料导报 2024年第10期38卷 151-156页

作者：龙飞刘瞿朱艺星周梦然陈高强史清宇清华大学机械工程系清洁高效透平动力装备全国重点实验室北京100084 先进成形制造教育部重点实验室北京100084

作为一种储量足、比强度和比模量高的轻质结构材料和功能材料,镁的应用前景十分广阔,然而镁的耐蚀性不佳严重限制了其应用范围,较大尺寸的沉淀相导致的电偶腐蚀是镁合金耐蚀性不佳的重要原因。本工作选取铸态Mg-5Zn-0.6Zr合金作为研究对... 详细信息

作为一种储量足、比强度和比模量高的轻质结构材料和功能材料,镁的应用前景十分广阔,然而镁的耐蚀性不佳严重限制了其应用范围,较大尺寸的沉淀相导致的电偶腐蚀是镁合金耐蚀性不佳的重要原因。本工作选取铸态Mg-5Zn-0.6Zr合金作为研究对象,对该合金进行了搅拌摩擦加工处理,并对搅拌摩擦加工前后合金的组织结构和电化学性能进行了检测分析。结果表明,搅拌摩擦加工处理后的Mg-5Zn-0.6Zr合金形成了较强的(0001)基面织构,且大部分区域位错密度较低,晶粒尺寸从66.4μm细化到1.6μm,沉淀相发生了一定程度的破碎和弥散分布,在3.5%(下文如无特别说明,均指质量分数)NaCl水溶液中开路电位下的腐蚀电流密度由38.3μA/cm^(2)降至17.0μA/cm^(2),极化电阻由48.98Ω·cm^(2)提升至197.02Ω·cm^(2)。研究表明,搅拌摩擦加工可以有效提高镁合金的耐蚀性。

关键词：搅拌摩擦加工镁合金耐蚀性动态再结晶

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铝合金低压铸造过程数值模拟

铸造 2024年第3期73卷 270-281页

作者：谭云骧马聚怀许庆彦清华大学材料学院先进成形制造教育部重点实验室北京100084

铝合金密度小、比强度高,常作为汽车轻量化材料。低压铸造充型平稳,能成形复杂薄壁铸件,广泛应用于汽车典型零部件的制造。为优化低压铸造工艺、减少铸件缺陷、获得优良组织性能的铸件,运用集成计算材料工程与多尺度数值模拟方法对铝合... 详细信息

铝合金密度小、比强度高,常作为汽车轻量化材料。低压铸造充型平稳,能成形复杂薄壁铸件,广泛应用于汽车典型零部件的制造。为优化低压铸造工艺、减少铸件缺陷、获得优良组织性能的铸件,运用集成计算材料工程与多尺度数值模拟方法对铝合金低压铸造过程开展研究,具有重要的科学意义与工程价值。本文全面综述了低压铸造铝合金凝固过程数值模拟技术的发展,分析了充型过程和凝固过程的宏观数值模拟及其常用算法,归纳总结了元胞自动机模拟铝合金初生相和共晶相的微观组织演变的研究现状,展望了铝合金低压铸造过程数值模拟的未来发展方向。

关键词：铝合金低压铸造集成计算材料工程数值模拟多尺度模拟

GH4169惯性摩擦焊界面摩擦及瞬态热过程数值模拟研究

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航空制造技术 2024年第10期67卷 36-44,52页

作者：唐天祥史清宇周军张春波梁武周梦然张弓陈高强清华大学机械工程系北京100084 清华大学机械工程系清洁高效透平动力装备全国重点实验室北京100084 先进成形制造教育部重点实验室北京100084 中国机械总院集团哈尔滨焊接研究所有限公司哈尔滨150028

针对GH4169高温合金惯性摩擦焊过程,基于有限元方法研究了界面摩擦机制的转变、摩擦产热和温度场等热过程参量的分布特征及瞬态演化规律。利用试验数据对有限元模型的准确性进行了对比验证。结果表明,焊接初始整个界面均为库仑摩擦区,从... 详细信息

针对GH4169高温合金惯性摩擦焊过程,基于有限元方法研究了界面摩擦机制的转变、摩擦产热和温度场等热过程参量的分布特征及瞬态演化规律。利用试验数据对有限元模型的准确性进行了对比验证。结果表明,焊接初始整个界面均为库仑摩擦区,从0.54 s开始库仑摩擦区逐渐缩小并在9.60 s完全消失,剪切摩擦区从0.31R0(R0为工件半径)处开始形成并逐渐扩展至整个界面。根据模拟结果,提出了描述库仑摩擦区演化过程的解析公式。分析了摩擦机制转变引起的界面热流密度、摩擦应力和温度的耦合关系及变化规律。研究表明,界面上库仑摩擦机制向剪切摩擦机制的转变有利于焊接界面附近温度场的均匀化。

关键词：惯性摩擦焊摩擦机制热流密度温度场有限元分析 GH4169高温合金

HFC-134a热催化降解的实验与机理研究

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工程热物理学报 2024年第4期45卷 935-941页

作者：张凯许云婷王天浩戴晓业史琳清华大学能源与动力工程系北京100084 清华大学热科学与动力工程教育部重点实验室北京100084

2021年9月《蒙特利尔议定书》基加利修正案对我国正式生效,我国在未来三十年左右将面临严峻的HFCs淘汰任务,因此实现淘汰HFCs的高效率、低能耗降解至关重要。传统的高温焚烧工艺存在能耗高、成本高的特点,因此本研究关注于制冷剂热催化... 详细信息

2021年9月《蒙特利尔议定书》基加利修正案对我国正式生效,我国在未来三十年左右将面临严峻的HFCs淘汰任务,因此实现淘汰HFCs的高效率、低能耗降解至关重要。传统的高温焚烧工艺存在能耗高、成本高的特点,因此本研究关注于制冷剂热催化降解方法,选取主要的HFCs类制冷剂HFC-134a为研究对象,通过实验手段和量子化学计算方法探究HFCs制冷剂的热催化方案可行性,并分析了催化剂种类、温度和氧气比例等关键因素对制冷剂降解效果的影响。

关键词： HFC-134a 热催化降解热催化剂影响因素分解机理

机器人化装备测量-加工一体化技术现状及展望

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机器人 2024年第1期46卷 118-128页

作者：王卓群谢福贵解增辉刘辛军清华大学机械工程系北京100084 清华大学精密超精密制造装备及控制北京市重点实验室北京100084

面对非结构化的加工场景以及多品种小批量复杂构件的定制化加工需求,机器人化装备需具备感知待加工件和加工场景的能力,对测量技术与加工技术的深度融合需求迫切,但目前尚无成熟的技术体系。本文围绕测量-加工一体化技术所涉及的测量数... 详细信息

面对非结构化的加工场景以及多品种小批量复杂构件的定制化加工需求,机器人化装备需具备感知待加工件和加工场景的能力,对测量技术与加工技术的深度融合需求迫切,但目前尚无成熟的技术体系。本文围绕测量-加工一体化技术所涉及的测量数据获取、加工特征提取、加工方案生成和末端闭环控制4项关键技术进行综述,总结了测量-加工一体化技术的现状与面临的技术挑战,对测量-加工一体化技术在构建跨尺度测量场、优化数据驱动方式、集成多功能测量、拓展智能化应用等方面的发展趋势进行了分析和探讨。

关键词：测量-加工一体化机器人化装备智能化加工跨尺度测量

提升管高度对循环流化床内气固流动及燃烧特性影响的CPFD模拟研究

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工程热物理学报 2024年第7期45卷 2033-2039页

作者：韩诚良张扬杨海瑞张海清华大学能源与动力工程系热科学与动力工程教育部重点实验室北京100084

本文利用计算颗粒流体力学(CPFD)方法建立提升管高度(H_(riser))为10 m、20 m、30 m的循环流化床(CFB)模型,在低固体循环流率(Gs)条件下开展H_(riser)对床内气固流动及燃烧特性的影响作用研究。结果表明,H_(riser)对颗粒浓度及气体分布... 详细信息

本文利用计算颗粒流体力学(CPFD)方法建立提升管高度(H_(riser))为10 m、20 m、30 m的循环流化床(CFB)模型,在低固体循环流率(Gs)条件下开展H_(riser)对床内气固流动及燃烧特性的影响作用研究。结果表明,H_(riser)对颗粒浓度及气体分布具有直接影响。随着轴向床高的增加,颗粒浓度逐渐降低。H_(riser)较大时,轴向床高超过15 m后,颗粒浓度和气体组分浓度基本保持稳定,说明超过15 m的提升管为燃料提供充足的停留时间,保证燃料燃尽。模拟也发现H_(riser)越高,床内下部床温与上部床温更加趋于一致,温度分布更加均匀,但是轴向床高达到15 m之后H_(riser)对于炉膛温度均匀性作用影响较少。在20 m和30 m提升管内气体组分浓度整体分布趋势接近。综合而言,设计CFB燃烧试验系统时,提升管最低高度应保持在15 m以上,以保证实验台中的燃烧与实际锅炉的相一致。

关键词：循环流化床提升管高度流动特性燃烧特性

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纳米受限效应下流体自扩散机理及规律研究

工程热物理学报 2024年第3期45卷 778-784页

作者：曾克成姜培学胥蕊娜热科学与动力工程教育部重点实验室清华大学能源与动力工程系北京100084

当固体壁面间距仅有几个纳米时,纳米受限效应使得流体自扩散系数降低12个数量级,孔径、温度和压力的影响显著且复杂。分析受限流体扩散机理和规律,建立简洁的关联式具有重要意义。本研究从分子模拟出发,经过仔细计算和分析,获得了大量... 详细信息

当固体壁面间距仅有几个纳米时,纳米受限效应使得流体自扩散系数降低12个数量级,孔径、温度和压力的影响显著且复杂。分析受限流体扩散机理和规律,建立简洁的关联式具有重要意义。本研究从分子模拟出发,经过仔细计算和分析,获得了大量纳米孔隙中流体自扩散系数数据。分析了壁面吸附作用对流体扩散的影响机理和规律,提出了可简单描述流体扩散行为的无量纲扩散系数,从而与努森数建立相应关联式,具有较强的适用性。

关键词：纳米受限流体扩散分子动力学

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还原区焦炭黏附在线测量及黏附模型

工程热物理学报 2024年第6期45卷 1838-1844页

作者：李丹陈登高王邑维李振山清华大学能源与动力工程系热科学与动力工程教育部重点实验室北京100084

采用焦炭黏附重量在线测量实验平台,对分级燃烧还原区中含有不同比例未燃尽碳的焦炭黏附进行了研究。实验结果表明,黏附速率取决于未燃尽碳含量,可分为三个区域。Ⅰ区未燃尽碳含量低于下临界值(UBC_L),黏附特性可由灰分性质计算;Ⅲ区未... 详细信息

采用焦炭黏附重量在线测量实验平台,对分级燃烧还原区中含有不同比例未燃尽碳的焦炭黏附进行了研究。实验结果表明,黏附速率取决于未燃尽碳含量,可分为三个区域。Ⅰ区未燃尽碳含量低于下临界值(UBC_L),黏附特性可由灰分性质计算;Ⅲ区未燃尽碳含量高于上临界值(UBC_U),黏附受炭骨架控制,黏附速率很小。Ⅱ区介于UBC_L~UBC_U,黏附特性受炭骨架和灰分性质共同控制。提出了一种焦炭黏附模型并应用于CFD模拟,预测结果与实验数据吻合良好。

关键词：在线黏附重量测量焦炭黏附速率未燃尽碳黏附模型

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陶瓷基复合材料相变发汗冷却实验研究

工程热物理学报 2024年第2期45卷 506-513页

作者：李晓阳李浩姜培学胥蕊娜清华大学能源与动力工程系热科学与动力工程教育部重点实验室北京100084

采用轻质耐高温陶瓷基复合材料和相变冷却剂分别是发汗冷却的重要发展方向,然而两者相结合的发汗冷却研究相对缺乏。本文在超声速风洞中实验研究了C/C-SiC陶瓷基复合材料的相变发汗冷却过程,分析了复合材料孔隙结构对发汗冷却性能的影... 详细信息

采用轻质耐高温陶瓷基复合材料和相变冷却剂分别是发汗冷却的重要发展方向,然而两者相结合的发汗冷却研究相对缺乏。本文在超声速风洞中实验研究了C/C-SiC陶瓷基复合材料的相变发汗冷却过程,分析了复合材料孔隙结构对发汗冷却性能的影响。结果表明,陶瓷基复合材料平板中,非均匀分布的孔隙结构加剧了蒸汽堵塞效应,导致平板存在局部高温且难以随注入率提升而消除;而孔隙结构较为均匀的材料,表面的温度分布均匀性和冷却效率明显提高。与金属烧结多孔材料相比,陶瓷基复合材料渗透率和热导率较低导致相变比例低,发汗冷却效率偏低。未来需要继续对孔隙结构的优化方法进行研究,以进一步提升复合材料相变发汗冷却效率和均匀性。

关键词：发汗冷却复合材料相变超声速