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超高速激光熔覆镍包覆c-BN颗粒增强耐磨复合涂层及摩擦磨损行为

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中国表面工程 2024年

作者：刘康诚娄丽艳蔡志海邢志国王海斗李成新西安交通大学金属材料强度国家重点实验室陆军装甲兵学院机械产品再制造国家工程研究中心

钛合金拥有较轻的密度和较高的比强度被广泛应用在航空航天以及航海等领域。然而，较差的耐磨性限制了其在各种工况下的应用。为提升钛合金在极端服役条件下耐磨性能，采用超高速激光熔覆工艺在高温钛合金表面成功制备出完整、致密的镍... 详细信息

钛合金拥有较轻的密度和较高的比强度被广泛应用在航空航天以及航海等领域。然而，较差的耐磨性限制了其在各种工况下的应用。为提升钛合金在极端服役条件下耐磨性能，采用超高速激光熔覆工艺在高温钛合金表面成功制备出完整、致密的镍包覆c-BN复合耐磨涂层。利用XRD、SEM、EDS和显微硬度计、摩擦磨损试验机等手段分析测试涂层微观组织形貌、物相组成和力学性能。结果显示，c-BN颗粒在激光照射下部分分解，并与熔池中的Ti反应，原位生成TiN、TiB等增强相；另外在涂层凝固过程中，c-BN表面包覆的镍进入Ti晶格并部分与Ti反应生成Ni-Ti金属间化合物，对涂层起到固溶强化和弥散强化，使得镍包覆的c-BN涂层硬度和耐磨性能相较于钛合金基体和未包覆镍的c-BN涂层均显著提升：涂层平均硬度值在1 200 HV0.3以上，达到钛合金基体3倍以上；经过摩擦磨损试验后，其磨损体积相较于钛合金基体和未包覆镍c-BN涂层分别减少了72%和22%。磨损形貌显示，钛合金基体表现出明显的黏着磨损，未包覆镍的c-BN涂层表现为磨粒磨损；而镍包覆的c-BN涂层磨痕则出现大量“鱼鳞”状磨屑。研究采用镍包覆的方式在熔覆前将c-BN颗粒包裹，使得c-BN陶瓷粉末流动性提升并进一步增强了复合涂层的显微硬度，从而提升了复合涂层的耐磨性能。

关键词：超高速激光熔覆钛合金表面改性摩擦

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先进抽水压缩空气复合储能技术

西安交通大学学报 2024年第5期58卷 1-9页

作者：王焕然席光李瑞雄姚尔人孙中国王志恒邹瀚森令兰宁贺新张宇飞西安交通大学能源与动力工程学院西安710049

储能技术的创新突破成为带动全球能源格局革命性、颠覆性调整的必经之路,是实现“碳中和、碳达峰”目标的重要举措。为此,西安交通大学“先进物理储能技术”研究团队创新性地发明了新型抽水压缩空气复合储能技术。该技术采用空气和水作... 详细信息

储能技术的创新突破成为带动全球能源格局革命性、颠覆性调整的必经之路,是实现“碳中和、碳达峰”目标的重要举措。为此,西安交通大学“先进物理储能技术”研究团队创新性地发明了新型抽水压缩空气复合储能技术。该技术采用空气和水作为混合工作介质,利用水力机械设备和空气透平作为系统的复合做功设备,实现储能介质高效等温压缩/膨胀。相比于传统压缩空气储能技术,新型气液复合空气储能技术具有响应快、效率高、投资成本低等优点。团队通过10余年的攻关研究,完成了关键设备与储能系统的性能表征、时域特性研究、流体机械关键共性技术集中攻关、空气储能技术全寿命周期性能评估软件的研发及应用,研究成果可为气液复合压缩空气储能技术的规模化推广应用提供坚实的理论与数据支撑。

关键词：压缩空气储能技术近等温压缩抽水压缩空气复合储能技术高效运行

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涡旋膨胀机研究进展及展望

西安交通大学学报 2024年第3期58卷 1-14页

作者：杨旭胡昊宇曹锋西安交通大学能源与动力工程学院西安710049

随着“双碳”目标的提出,涡旋膨胀机作为回收低品位能量的机械装置备受关注。首先,对近年来涡旋膨胀机的理论研究成果进行了综述,主要包括型线理论、热动力学和计算流体力学(CFD)仿真。然后,对涡旋膨胀机在有机朗肯循环(ORC)中的应用进... 详细信息

随着“双碳”目标的提出,涡旋膨胀机作为回收低品位能量的机械装置备受关注。首先,对近年来涡旋膨胀机的理论研究成果进行了综述,主要包括型线理论、热动力学和计算流体力学(CFD)仿真。然后,对涡旋膨胀机在有机朗肯循环(ORC)中的应用进行了总结,梳理了涡旋膨胀机在跨临界CO_(2)制冷循环中的应用研究成果。最后,对涡旋膨胀机未来的研究方向进行了展望。结果表明:变壁厚涡旋膨胀机因其可以在不增加泄漏线长度的情况下增加内容积比,因此将成为未来型线优化的主要方向;CFD仿真已成为重要的研究工具;润滑油是影响涡旋膨胀机性能的关键因素,提高润滑油的黏度有利于提升效率,而过量的润滑油则会使其性能下降;工作压力是影响涡旋膨胀机性能的最主要的因素,过膨胀、欠膨胀以及泄漏现象都会使其性能下降。此外,涡旋膨胀压缩一体机集成了膨胀机和压缩机两个功能单元于一个机壳中,显著简化了系统结构并提高了能量回收效率,是提升新能源车用CO_(2)热泵空调系统性能的有效途径。基于当前的研究成果和行业需求,提出涡旋膨胀机未来应继续深入研究和优化型线设计、减少泄漏、优化工作压力等,以满足日益增长的能量回收和环境保护需求。

关键词：涡旋膨胀机 “双碳”目标有机朗肯循环涡轮压缩-膨胀一体机

基于1D-CNN提取Cl2紫外吸收谱特征的浓度反演方法研究

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光谱学与光谱分析 2024年第11期 3109-3119页

作者：贾彤华程光旭杨嘉聪陈昇王海容胡海军西安交通大学化学工程与技术学院化机系国家市场监管技术创新中心中国特种设备检测研究院西安交通大学机械工程学院机械制造系统国家重点实验室

开放环境下氯气泄漏的准确检测一直是氯碱生产企业亟待解决的难题，差分吸收光谱技术（DOAS）可以实现大气中的污染气体的痕量远距离测量，而氯气的紫外吸收光谱呈现“慢变化”的特征，无法用差分的方法分离吸收特征与噪声信号。提出了... 详细信息

开放环境下氯气泄漏的准确检测一直是氯碱生产企业亟待解决的难题，差分吸收光谱技术（DOAS）可以实现大气中的污染气体的痕量远距离测量，而氯气的紫外吸收光谱呈现“慢变化”的特征，无法用差分的方法分离吸收特征与噪声信号。提出了一种基于一维卷积神经网络（1D-CNN）的氯气浓度反演算法来充分利用光谱信息，通过逐层提取氯气的吸收特征，解决了传统算法容易受噪声干扰导致反演精度下降的问题。与常用的最小二乘法（LS）、多层感知机（MLP）、支持向量机（SVR）和k近邻（KNN）方法相比，该算法的反演结果相比实测数据的准确度最高（R2=0.996, RMSE=4.40, MAE=2.64, SMAPE=8.51%）。由于系统中不可避免的随机噪声会对检测产生干扰，对比了S-G滤波、傅里叶变换、奇异值分解和小波变换分解算法的预处理效果。结果表明，S-G滤波和小波分解算法可以在去除噪声的同时保留氯气的吸收特征信息，进一步提高氯气浓度反演模型的性能。所提出的浓度反演算法为实现开放环境下氯气泄漏的远距离定量检测提供了新的可行方法。

关键词：氯气泄漏远程检测差分吸收光谱技术深度学习一维卷积神经网络

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共形天线点阵夹层结构侧压承载破坏特性分析

复合材料学报 2024年

作者：郭瑞侯瑞韩思聪盛映龙王梓旭冯上升金峰西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室航空工业第一飞机设计研究院西安交通大学仿生工程与生物力学中心

共形天线由于能够实现电磁-承载-轻量化的结构功能一体化设计，因此相较于传统机载天线，共形天线更加适应现代化发展趋势，而复合材料夹层结构作为多材质叠层材料，层间承载能力较弱，天线的埋设又会引入新的界面，会对原有结构的传载... 详细信息

共形天线由于能够实现电磁-承载-轻量化的结构功能一体化设计，因此相较于传统机载天线，共形天线更加适应现代化发展趋势，而复合材料夹层结构作为多材质叠层材料，层间承载能力较弱，天线的埋设又会引入新的界面，会对原有结构的传载特性和结构破坏模式产生重大影响，另外结构的制备技术和成型工艺发生改变也会影响力学性能。本文针对一种共形天线夹层结构，通过试验和有限元方法分析了该结构在侧压载荷下的承载特性和失效机制，并与复合材料泡沫夹层结构进行比较。结果表明，天线界面的引入使结构质量增加了38.87%，结构比强度提高1.35%，比刚度下降21.72%。对于结构的失效模式，天线阵列的引入导致结构失效模式从以分层渐进失效为主的中部折断转为沿夹具夹持端应力集中处扩展的基体压缩渐进失效；同时，共形天线夹层结构加工工艺存在溢胶问题，溢胶程度的不可控性会导致结构承载和破坏机制的变化，因此控制溢胶对提高结构力学性能至关重要。

关键词：共形天线复合材料夹层结构承载特性破坏模式渐进损伤

-86℃超低温医疗冷柜碳氢混合工质替代试验研究

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流体机械 2024年

作者：刘嘉瑞鱼剑琳晏刚西安交通大学能源与动力工程学院

针对-86℃超低温医疗冷柜存在系统能耗高以及常用低温制冷剂全球变暖潜能值高的问题，以采用混合工质一次节流制冷系统的568L冷柜作为研究对象，试验探索了2种三元碳氢混合制冷剂（R600a/R170/R1150和R601a/R290/R1150）作为现有含氟化... 详细信息

针对-86℃超低温医疗冷柜存在系统能耗高以及常用低温制冷剂全球变暖潜能值高的问题，以采用混合工质一次节流制冷系统的568L冷柜作为研究对象，试验探索了2种三元碳氢混合制冷剂（R600a/R170/R1150和R601a/R290/R1150）作为现有含氟化物混合制冷剂（R600a/R23/R14/R50）的替代品的可行性。评估了在不更改系统部件的情况下，2种碳氢混合物的制冷性能；针对R601a/R290/R1150进行了毛细管、压缩机以及充注量的调整，旨在降低制冷温度、压缩机排气温度和系统能耗。结果表明，在未更改系统部件的情况下，R600a/R170/R1150只能实现-60℃左右的制冷温度，而R601a/R290/R1150可以达到-70℃左右；减小毛细管内径及更换适用于R290的压缩机后，R601a/R290/R1150成功实现了-87.3℃的制冷温度，而且相较于R600a/R23/R14/R50，最高排气温度和耗电量分别降低了11.4℃和32.9%，但降温至-81℃所需时间从246min延长至404min；通过进一步增大压缩机转速及制冷剂充注量，降温时间缩短至298min，此时耗电量相较于R600a/R23/R14/R50降低了28.9%;R601a/R290/R1150不仅能够实现-86℃以下的制冷温度，而且在降低能耗和减少环境影响方面具有显著优势，是一种适用于-86℃超低温冷柜产品的性能优越的环保制冷剂替代品。

关键词： 86℃超低温冷柜混合工质一次节流制冷制冷剂替代碳氢化合物能效提升

碟簧支承高速圆瓦推力轴承性能分析及标高误差影响研究

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润滑与密封 2024年第6期49卷 1-8页

作者：张帆胡志建李振华王建梅袁小阳太原科技大学重型机械教育部工程研究中心山西太原030024 西安交通大学现代设计及转子轴承系统教育部重点实验室陕西西安710049

针对立式干气密封氦气压缩机轴系用高速圆瓦推力轴承承载性能问题,建立碟形弹簧支承推力轴承的润滑性能计算模型和搅拌功耗计算公式,分析圆形瓦推力轴承随转速、载荷的性能变化规律及标高误差对轴承润滑性能和支承碟形弹簧性能的影响。... 详细信息

针对立式干气密封氦气压缩机轴系用高速圆瓦推力轴承承载性能问题,建立碟形弹簧支承推力轴承的润滑性能计算模型和搅拌功耗计算公式,分析圆形瓦推力轴承随转速、载荷的性能变化规律及标高误差对轴承润滑性能和支承碟形弹簧性能的影响。研究表明:轴承搅拌功耗与摩擦功耗的比值随转速和载荷的增大分别增大和减小,最高转速下搅拌功耗是摩擦功耗的两倍以上;弹性自适应调节技术可以有效改善瓦块标高误差对轴承承载平面度的影响,但各瓦标高误差越大,各瓦润滑性能及碟形弹簧积累的变形能差异也越大。因此,对于高速立式转子系统,推力轴承设计必须考虑搅拌功耗对轴承温升的影响,同时需要进一步研究标高误差对转子高速稳定性的影响。

关键词：圆形瓦推力轴承标高误差碟形弹簧立式氦气压缩机

制冷系统中水平管降膜式蒸发器内部流动数值模拟

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西安交通大学学报 2008年第3期42卷 318-322页

作者：阮并璐刘广彬赵远扬李连生西安交通大学流体机械与压缩机国家工程研究中心西安710049

采用FLUENT两相流VOF模型,对制冷系统中水平管降膜式蒸发器内部流场进行了数值模拟,研究了蒸发器内部蒸发管的不同布管方式对蒸发器内部流场的影响.计算结果表明:由于蒸发器入口制冷剂液体的滴落速度较小,而蒸发器内部气体流速相对较大... 详细信息

采用FLUENT两相流VOF模型,对制冷系统中水平管降膜式蒸发器内部流场进行了数值模拟,研究了蒸发器内部蒸发管的不同布管方式对蒸发器内部流场的影响.计算结果表明:由于蒸发器入口制冷剂液体的滴落速度较小,而蒸发器内部气体流速相对较大且流场不均匀,因此导致液体垂直下落过程中受流场的影响较大;针对入口制冷剂流速不大的情况,预留水平的气流通道有助于改善蒸发器内部流场;较大宽度的气流通道有助于蒸发器内部流场的优化,该研究中满液式蒸发所占的比重较大,所以上部预留较小宽度,下部预留较大宽度有利于整体流场的优化.

关键词：降膜式蒸发器数值模拟制冷系统布管方式气流通道

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耗散粒子动力学在流动数值模拟中的应用

西安交通大学学报 2006年第9期40卷 1104-1108页

作者：孔轶华张楚华席光西安交通大学流体机械及压缩机国家工程研究中心西安710049

对耗散粒子动力学方法在流动问题中的应用进行了理论及数值研究,给出了耗散流体粒子运动的控制方程组、边界条件、数值方法及随机数据统计方法等.提出用固壁粒子层结合流体粒子反弹运动的方法来处理固壁边界有滑移流动边界条件,有效地... 详细信息

对耗散粒子动力学方法在流动问题中的应用进行了理论及数值研究,给出了耗散流体粒子运动的控制方程组、边界条件、数值方法及随机数据统计方法等.提出用固壁粒子层结合流体粒子反弹运动的方法来处理固壁边界有滑移流动边界条件,有效地消除了目前耗散粒子动力学及分子动力学模型在固壁附近的粒子密度波动问题.利用该方法编程计算了2类流动问题:方腔驱动流动与泊肃叶流动,计算结果与现有的理论及数值结果比较吻合,验证了所采用的数学模型、计算方法在流动数值模拟中的可行性及潜在优势.

关键词：耗散粒子动力学流体流动固体粒子数值模拟