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旋转摩擦焊热力耦合行为及数值模拟研究进展

清华大学学报(自然科学版) 2024年

作者：谢佳琪张晗朱志明清华大学机械工程系清华大学先进成形制造教育部重点实验室中国人民解放军32555部队

旋转摩擦焊作为一种固相焊接方法,能够实现同种或异种材料的高质量连接,国内外均开展了广泛研究和应用。旋转摩擦焊接头性能主要取决于焊接过程中的热、力过程,其热力耦合行为是探明旋转摩擦焊机理、开展新工艺研究和参数优化的重要依据... 详细信息

旋转摩擦焊作为一种固相焊接方法,能够实现同种或异种材料的高质量连接,国内外均开展了广泛研究和应用。旋转摩擦焊接头性能主要取决于焊接过程中的热、力过程,其热力耦合行为是探明旋转摩擦焊机理、开展新工艺研究和参数优化的重要依据,但目前仍未形成统一理论。该文总结了旋转摩擦焊热力耦合行为的研究进展,包括摩擦机制和产热理论、材料黏塑性模型以及焊接过程热力耦合的解析求解方法;介绍了相关数值模拟方法的应用情况,在热传导数值模型的基础上,以有限元方法为主,发展出了多尺度多物理场仿真技术和应用神经网络的焊接工艺预测方法。目前旋转摩擦焊模拟仿真面临的挑战在于提高数值模拟技术的建模效率和模型准确性,同时降低计算成本。进一步深入探索焊接机理或引入多种计算手段是未来旋转摩擦焊模拟仿真的发展方向。

关键词：旋转摩擦焊热力耦合数值模拟有限元方法

离子液体萃取分离FCC柴油中双环芳香性硫氮组分：实验和分子机理

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化工学报 2024年

作者：蒋斯麒胡玉峰程永强刘清华雷志刚中国石化工程建设有限公司中国石油大学(北京)化学工程与环境学院重质油加工国家重点实验室北京化工大学化工资源有效利用国家重点实验室

萃取技术可以作为加氢脱硫脱氮工艺的重要补充用于分离油品中芳香性硫氮组分。本研究在分子尺度和实验尺度对离子液体萃取分离苯并噻吩和喹啉进行探讨。利用COSMO-RS模型从37种常见离子液体中确定了1-乙基-3-甲基咪唑双氰胺盐（[EMIM][D... 详细信息

萃取技术可以作为加氢脱硫脱氮工艺的重要补充用于分离油品中芳香性硫氮组分。本研究在分子尺度和实验尺度对离子液体萃取分离苯并噻吩和喹啉进行探讨。利用COSMO-RS模型从37种常见离子液体中确定了1-乙基-3-甲基咪唑双氰胺盐（[EMIM][DCA]）为最佳离子液体萃取剂。通过液液相平衡实验证明了[EMIM][DCA]萃取分离苯并噻吩和喹啉的可行性，再生实验表明所选离子液体在5次循环中萃取性能始终保持稳定。在分子尺度揭示了萃取过程的分离机理，分子动力学模拟和量子化学计算结果表明离子液体与苯并噻吩/喹啉之间形成的π-π相互作用和C-H···N氢键相互作用是离子液体高效分离苯并噻吩和喹啉的主要作用力。计算结果可为新型高效萃取剂设计提供理论指导。

关键词：萃取脱硫脱氮离子液体相平衡分子模拟量子化学计算 COSMO-RS模型

Mg_(0.27)Al_(2.58)O_(3.73)N_(0.27)透明陶瓷的热压/热等静压烧结制备与性能

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硅酸盐通报 2024年第9期43卷 3378-3385页

作者：陈浩杨静潇徐勇靖正阳涂兵田王皓武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室武汉430070 湖北隆中实验室襄阳441000

MgAlON透明陶瓷具有优良的光学与机械性能,在军用和民用领域均具有重要的应用潜力。本研究探索了MgAlON透明陶瓷的热压/热等静压工艺,使用BN材料解决热压烧结碳污染的问题,制备了光学性能优异的Mg_(0.27)Al_(2.58)O_(3.73)N_(0.27)透明... 详细信息

MgAlON透明陶瓷具有优良的光学与机械性能,在军用和民用领域均具有重要的应用潜力。本研究探索了MgAlON透明陶瓷的热压/热等静压工艺,使用BN材料解决热压烧结碳污染的问题,制备了光学性能优异的Mg_(0.27)Al_(2.58)O_(3.73)N_(0.27)透明陶瓷,并进一步表征了其直线透过率、维氏硬度、断裂韧性以及室温弯曲强度等性能。BN包裹样品有效隔离了高温烧结中的碳污染,Mg_(0.27)Al_(2.58)O_(3.73)N_(0.27)透明陶瓷在650 nm处的直线透过率从36.51%提高到73.74%。与无压烧结相比,热压结合热等静压烧结Mg_(0.27)Al_(2.58)O_(3.73)N_(0.27)透明陶瓷具有更加优异的力学性能,其弯曲强度为387.12 MPa,断裂韧性为(3.31±0.20)MPa·m^(1/2),硬度为(15.3±0.7)GPa。本研究可为MgAlON透明陶瓷的性能提升和工程化制备提供重要参考。

关键词： MgAlON 透明陶瓷热压烧结力学性能 Weibull统计

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茶叶酵素无机陶瓷膜过滤工艺优化

食品工业科技 2024年第4期45卷 180-186页

作者：李春燕魏福晓王瑜张朝举徐甜甜王道平贵州省天然产物研究中心贵州医科大学省部共建药用植物功效与利用国家重点实验室贵州贵阳550014

为了提高茶叶酵素的澄清度,同时保证茶叶酵素在澄清过程中功能成分得到最大的保留,本试验以夏秋茶发酵所得茶叶酵素为原料,采用单因素实验和响应面试验考察无机陶瓷膜孔径、过膜功率、过膜压力、过膜温度对过膜后酵素液功能成分含量、... 详细信息

为了提高茶叶酵素的澄清度,同时保证茶叶酵素在澄清过程中功能成分得到最大的保留,本试验以夏秋茶发酵所得茶叶酵素为原料,采用单因素实验和响应面试验考察无机陶瓷膜孔径、过膜功率、过膜压力、过膜温度对过膜后酵素液功能成分含量、膜通量、透光率、可溶性固形物含量的影响,旨在优选出最佳的茶叶酵素陶瓷膜过滤条件。结果表明,茶叶酵素陶瓷膜过滤的最佳条件为:膜孔径400 nm、过膜功率47 Hz、过膜压力0.28±0.02 MPa,过膜温度15±2℃,在此条件下,茶叶酵素中茶多酚含量保留率为95.28%,茶氨酸含量保留率为82.91%,锌含量保留率为90.48%,硒含量保留率为91.67%,可溶性固形物含量保留率为84.46%,透光率为85.10%±0.12%,透光率与过膜前相比提高了2.5倍,膜通量为123.25±2.68 m^(3)/(m^(2)·h),该条件既能最大程度的保留茶叶酵素中功能成分的含量,又能使茶叶酵素透亮、均一。因此,采用该条件对茶叶酵素进行过滤澄清方法可行。

关键词：茶叶酵素无机陶瓷膜过滤工艺优化茶多酚茶氨酸保留率

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热挤压工艺对Bi2Te2.7Se0.3材料热电性能和力学性能的影响

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硅酸盐学报 2024年第10期52卷 3243-3251页

作者：李泉邢通李小亚仇鹏飞史迅上海理工大学材料与化学学院中国科学院上海硅酸盐研究所高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室

碲化铋（Bi2Te3）基化合物作为室温附近性能最优异的热电材料,在热电制冷及发电技术中已获得广泛商业化应用。目前商业化生产的Bi2Te3基热电材料主要采用区熔法制备,虽然具有优异的热电性能,但材料容易解理,力学性能较差,无法满足微型... 详细信息

碲化铋（Bi2Te3）基化合物作为室温附近性能最优异的热电材料,在热电制冷及发电技术中已获得广泛商业化应用。目前商业化生产的Bi2Te3基热电材料主要采用区熔法制备,虽然具有优异的热电性能,但材料容易解理,力学性能较差,无法满足微型热电器件的加工需求。本工作探索最佳热挤压工艺参数,采用热挤压技术在不同工艺条件下制备了n型Bi2Te2.7Se0.3热电材料样品,并对样品进行物相分析、热电性能以及力学性能表征。结果表明,在确定的挤压比以及挤压速率下,提高挤压温度有利于减少样品裂纹,而过快的挤压速率则会导致样品断裂,最佳工艺参数为挤压温度400℃以及挤压速率0.05 mm/s。采用最佳工艺参数在不同工艺条件下制备的n型Bi2Te2.7Se0.3样品中,通过放电等离子烧结结合热挤压所制备的样品热电性能最高,在400K时zT值可达到0.83,并且其力学性能显著提升,维氏硬度可达602.5 N/mm2,为区熔Bi2Te2.7Se0.3材料的2倍。Bi2Te2.7Se0.3材料的机械加工性能也随之提升,采用封装切割工艺可以加工出最小尺寸达到147μm的微型热电粒子,为后续Bi2Te3基微型热电器件的加工制备提供了材料基础。

关键词：热电材料碲化铋热挤压热电性能力学性能

具备实时动态稳定性监测特性的高速混合陶瓷摩擦电滚动轴承

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机械工程学报 2024年第15期60卷 80-88页

作者：高帅韩勤锴褚福磊清华大学高端装备界面科学与技术全国重点实验室北京100084 米兰理工大学机械学院意大利米兰20158

滚动轴承运行的可靠性和稳定性是制约高速旋转机械性能的关键因素。为实现滚动轴承实时动态行为和稳定性监测,开发了一种高速混合陶瓷摩擦电滚动轴承。采用单侧开口的冠形保持架,将陶瓷滚珠作为介电材料,与设置在轴承端盖上的叉指电极组... 详细信息

滚动轴承运行的可靠性和稳定性是制约高速旋转机械性能的关键因素。为实现滚动轴承实时动态行为和稳定性监测,开发了一种高速混合陶瓷摩擦电滚动轴承。采用单侧开口的冠形保持架,将陶瓷滚珠作为介电材料,与设置在轴承端盖上的叉指电极组合,构成浮动滚动-滑动组合自由层式摩擦纳米发电机。在内外滚道牵引力作用下,介电陶瓷滚珠产生自旋和公转运动,进而扫掠电极输出交流电。电信号的频率特征与瞬态周期特征可作为评估轴承打滑与保持架稳定性的指标。本文研究了径向载荷、转速等工况参数以及电极尺寸、滚动体材料等结构参数对摩擦电轴承信号输出的影响。试验结果表明:较低径向载荷下,滚动体绝对打滑速度随转速升高明显升高;提高径向载荷,轴承保持架旋转稳定性降低。所制造的轴承样机实现了16000 r/min(DN值约0.45×10^(6)r/min·mm)下的稳定输出,并通过了3千万转的耐久性测试。该研究为高速滚动轴承智能化设计提供了技术参考。

关键词：摩擦电效应稳定性陶瓷滚动体滚动轴承打滑

MILD粉体燃烧技术研究进展与关键问题分析

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煤炭学报 2024年第1期49卷 224-234页

作者：吕俊复冯乐乐吴玉新张海清华大学热科学与动力工程教育部重点实验室北京100084 中国矿业大学安全工程学院江苏徐州221116

MILD燃烧是一种在中度或极度低氧环境下发生的温和燃烧模式,兼具高燃烧热利用率和极低NOx排放的优势,国际燃烧领域认为它是拥有巨大应用潜力的清洁燃烧技术之一。自1990年左右开展相关研究以来,对于实现气体燃料的MILD燃烧的相关技术已... 详细信息

MILD燃烧是一种在中度或极度低氧环境下发生的温和燃烧模式,兼具高燃烧热利用率和极低NOx排放的优势,国际燃烧领域认为它是拥有巨大应用潜力的清洁燃烧技术之一。自1990年左右开展相关研究以来,对于实现气体燃料的MILD燃烧的相关技术已相对成熟,而关于煤粉和生物质等固体燃料的MILD燃烧机制和实现条件的研究仍相对缺乏。基于高动量氧化剂射流来实现内部再循环,不再需要外部高温预热来建立MILD燃烧,极大拓宽了MILD燃烧的应用范围。从颗粒弥散、受热、着火、燃烧、污染物等方面概述了MILD粉体燃料燃烧的基础特性,由于颗粒的不均匀弥散和反应,煤粉等碳基固体燃料的MILD燃烧进程较气体燃料更复杂。高速射流MILD燃烧在增加点火延迟的同时也扩展了点火区和反应区,需要对燃烧各阶段的特征和机理开展系统研究。介绍了固体燃料MILD燃烧理论设计和装备研发领域所取得的研究成果,建议通过高精度数值模拟,改进现有燃煤锅炉燃烧器、调节工艺参数以匹配MILD燃烧模式,增加焦炭颗粒的停留时间以提高燃烬率,提高燃烧稳定性并抑制包括细颗粒物在内的各类污染物排放。基于互联能源系统的整体方法,推进MILD燃烧与各类新型燃烧技术的耦合研究,尤其加强煤粉、生物质与氢、氨等可燃气体共燃特性研究,助力能源转型。探究粉体MILD燃烧中的湍流两相流特征、湍流相间传热作用以及湍流-化学耦合作用是加深对粉体MILD燃烧理解的关键,涉及多变量分析和高精度模拟,是未来研究的重点和难点。

关键词：低氧稀释燃烧(MILD) 高速射流煤燃烧污染物湍流

颗粒级配对重结晶SiC蜂窝陶瓷显微结构与力学性能的影响

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耐火材料 2024年第2期58卷 127-131页

作者：闵昌胜董博余超邓承继邢广超丁军刘浩祝洪喜武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室湖北武汉430081

以不同粒径(0.5、25、38和45μm)α-SiC粉末为原料,采用重结晶烧结工艺制备碳化硅蜂窝陶瓷,探究了颗粒级配对重结晶碳化硅(R-SiC)显微形貌、孔径分布及物理性能的影响。结果表明:1)经2200℃保温1 h烧成后,与仅添加25、0.5μm双粒径颗粒... 详细信息

以不同粒径(0.5、25、38和45μm)α-SiC粉末为原料,采用重结晶烧结工艺制备碳化硅蜂窝陶瓷,探究了颗粒级配对重结晶碳化硅(R-SiC)显微形貌、孔径分布及物理性能的影响。结果表明:1)经2200℃保温1 h烧成后,与仅添加25、0.5μm双粒径颗粒级配相比,随着38和45μm粒径α-SiC的逐步引入,R-SiC蜂窝陶瓷的烧结致密度无明显变化,但R-SiC粗颗粒间的平均烧结颈面积增大,中位孔径提高且孔径分布更为集中。2)当α-SiC原料的颗粒级配为25、0.5、38μm三种粒径时,R-SiC蜂窝陶瓷力学性能达到最优,其常温抗压强度、体积密度、显气孔率分别为18.0 MPa、1.81 g·cm^(-3)、40.8%。

关键词：重结晶碳化硅蜂窝陶瓷烧结颈气孔特性力学性能

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含锌钇铝硅酸盐玻璃的晶化特征和力学性能

硅酸盐学报 2024年第8期52卷 2495-2501页

作者：郑庆双陈胜林乔昂王觅堂陶海征武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室武汉430070 上海理工大学材料与化学学院上海200093

因具有与碳化硅陶瓷相匹配的膨胀系数和良好的物化性能,钇铝硅酸盐(YAS)玻璃和玻璃陶瓷广受关注。为进一步提升YAS玻璃陶瓷的力学性能,以22Y_(2)O_(3)·19Al_(2)O_(3)·59SiO_(2)玻璃为基础,基于n(ZnO):n(Al_(2)O_(3))=2:1摩尔比,利用Z... 详细信息

因具有与碳化硅陶瓷相匹配的膨胀系数和良好的物化性能,钇铝硅酸盐(YAS)玻璃和玻璃陶瓷广受关注。为进一步提升YAS玻璃陶瓷的力学性能,以22Y_(2)O_(3)·19Al_(2)O_(3)·59SiO_(2)玻璃为基础,基于n(ZnO):n(Al_(2)O_(3))=2:1摩尔比,利用Zn O逐步替换Al_(2)O_(3),探索了系列含锌YAS玻璃的晶化特征和力学性能。通过选择合适的热处理工艺,制备了系列玻璃陶瓷。结果发现:ZnO的引入具有晶粒细化作用,随着ZnO含量的增加,析出晶粒的尺寸逐渐减小;通过合适的热处理,获得了最大断裂韧性为1.92 MPa·m^(0.5)的含锌YAS玻璃陶瓷;与原始无锌YAS玻璃陶瓷(1.16 MPa·m^(0.5))相比,提升了65%。上述工作为高性能玻璃陶瓷的研制提供了一种新的思路。

关键词：钇铝硅酸盐玻璃陶瓷断裂韧性硬度