缩放型喷嘴空化流动特性的数值分析

为研究空化射流结构及剪切空泡的形成演化,文中采用RANS-LES混合模型方法对一种缩放型喷嘴的空化水射流进行数值模拟计算,对比分析了不同扩张角喷嘴对射流流场的影响以及空泡初生阶段其形态、速度、湍动能等物理量的变化规律.计算结果发现:喷嘴扩张角对空化射流影响较大,当扩张角为60°时其空化性能更优;由于空化射流速度非常高,射流剪切层内存在较大的速度梯度,两侧流体发生频繁的能量交换并产生许多旋涡结构;空化现象最早发生在喷嘴喉管处并逐渐向扩张段及喷嘴出口附近运动发展,空化程度不断增大,不同时刻径向截面内的各参数均沿轴心对称分布,空泡形态呈圆环状,并随着时间推移圆环面积逐渐增大.研究结果对于提高空化水射流性能、拓宽空化水射流应用范围、揭示空化水射流特性等方面具有一定的应用价值及指导作用.     

短程射流共点交汇对撞阀设计与破碎能力检测

现有的射流阀均未对水力空化进行合理规划、有效控制和高效利用,存在破碎能量级低、能量构成欠合理、能量分散、能效低、废能占比高、对硬韧性物料破碎能力差等问题。为了提升高压射流破碎中的破碎能量级和密度,减少无效能产出,提出了一种短程射流共点交汇对撞阀结构方案及其水力空化效应机制。利用CFD进行了流场模拟,依据模拟结果配置了短程射流共点交汇对撞阀的几何和运行参数,通过捕集羟自由基和电镜成像检测了水力空化强化效果和对微晶纤维素的破碎效果,检测结果表明：与直孔阀相比,短程射流共点交汇对撞阀的羟自由基捕获量提高41%,无效动能减少60%～80%,可使微晶纤维壳层破碎并能剥离出直径约15nm的微原纤。短程射流共点交汇对撞破碎明显提升了溃灭冲击能,可作为硬韧性生物材料超微细化的有效方法。     

激光冲击强化316不锈钢的滚动接触疲劳性能

对316不锈钢进行激光冲击处理,研究LSP后试样表面的力学性能,包括显微硬度、表面粗糙度和残余应力,同时进行滚动接触疲劳试验,比较了LSP前后试样接触疲劳的S-N曲线.结果表明:LSP能显著提高表面显微硬度,当激光单脉冲能量为6 J时,显微硬度增大20%;激光冲击影响层深度随着激光能量的增大而增大,激光能量为6 J时影响层深度约为0.9 mm;随着激光能量的增大,表面粗糙度呈上升趋势,从0.41 μm增大到1.91 μm;LSP在316不锈钢表面产生高达280 MPa的残余压应力幅值.滚动接触疲劳试验表明:LSP能有效改善316不锈钢的接触疲劳性能,未冲击的试样在接触应力为848 MPa和708 MPa时,疲劳寿命约为4.72×10⁴次和1.08×10⁵次,激光冲击后,在相同应力条件下试样的疲劳寿命分别提高了2.1%和15.0%.     

空化射流条件下酶法制油豆渣蛋白结构与理化特性研究

为运用空化射流处理技术有效提高酶法制油豆渣中可溶性蛋白含量、改善其理化特性,采用二维和三维荧光、十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳及扫描电镜解析了不同空化射流处理时间（0、5、10、15min）对豆渣蛋白结构的影响及形态变化,并采用溶解性、乳化性、氨基酸分析、粒度分布及ζ 电位对其理化及功能特性进行表征,最终明确了空化射流处理对酶法制油豆渣蛋白结构及理化特性的影响规律。结果表明：空化射流可促进豆渣蛋白结构解折叠,使分子间相互作用增强,其亚基结构由高分子量向低分子量转化;当空化射流处理10min时,豆渣蛋白粒度分布稳定,且体积平均粒径D\[4,3\]达到最低值（470.10±8.70）nm,ζ 电位绝对值达到最大（27.4±0.83）mV,溶解特性及界面性质最佳;经氨基酸分析发现,酶法制油豆渣蛋白和大豆分离蛋白（SPI）的氨基酸组成相似,其疏水性氨基酸质量分数达33.03%。     

射流空化对大豆蛋白美拉德反应及产物乳化特性的影响

为改善美拉德反应改性大豆分离蛋白效率低、反应时间长、能耗高等缺陷,研究了不同射流空化压力对大豆分离蛋白-葡聚糖美拉德反应进程的影响,并进一步研究射流空化压力对产物结构及乳化特性的影响。结果显示:当射流空化压力为1. 5 MPa时,SPI与葡聚糖美拉德反应进程最大,A420达到0. 55,褐变程度提高了17. 02%,增加了中间产物含量(P 0. 05),接枝度从32. 54%增加到57. 89%; SDS-PAGE验证了射流空化促进大豆分离蛋白-葡聚糖美拉德反应;射流空化处理后,SPI的荧光强度和紫外吸收峰升高,表明空化处理改变了蛋白分子空间,表面疏水性增强,但SPI-葡聚糖反应产物的荧光强度和紫外吸收峰降低,说明葡聚糖共价结合到处理后的SPI表面,其亲水基团增多,疏水性降低; SPI-葡聚糖美拉德反应产物的乳化活性、乳化稳定性分别提高了40. 61%和48. 46%。     

射流式离心泵性能及内部流动特性

为研究射流式离心泵内流动机理,以JET750G1型射流式离心泵为研究对象,搭建试验测试系统,分别对不同安装高度下射流式离心泵的空化及能量特性进行试验研究;基于k-ω湍流模型和Zwart-Gerber-Belamri空化模型,对0 mm安装高度下泵各工况点内部流动进行数值模拟.试验结果表明:当流量增大到一定程度之后,扬程-流量、功率-流量、效率-流量曲线均急剧下降;随着安装高度的增大,陡降起始点向小流量工况偏移.数值计算结果表明:扬程、功率、效率的数值模拟结果与试验值基本吻合,数值模拟性能陡降起始流量点比试验值大0.5 m³/h;射流式离心泵由于其面积比值较小,射流剪切层被迅速排挤到喉管壁面,泵内最低压力点出现在喉管内喷嘴稍后处,空化最早发生在该处;随着流量的增大,空化区域急剧向叶轮进口扩展,性能陡降起始点正好是泵内初生空化流量点,射流式离心泵的空化性能取决于其射流器的空化性能;射流器能提升离心泵扬程和自吸性能,但射流器内高速回流及强剪切流动,导致其效率及空化性能大幅下降.     

钛合金表面火焰喷焊镍基耐磨涂层的组织和性能

采用火焰喷焊技术在T i 6A l 4V合金基体上制备了镍基耐磨涂层,研究了其显微组织、合金元素的扩散、显微硬度和干摩擦磨损性能。结果表明,喷焊涂层具有韧基体加硬质相的耐磨组织;涂层横切面的组织、显微硬度和合金元素的扩散沿层深方向呈现连续性和渐变性,基体和涂层表现为冶金结合;喷焊表层的显微硬度为933.2 HV,是基体钛合金的3倍以上;涂层在不同条件下的磨损量都较小,耐磨性有较大的提高,转速和温度对其耐磨性能影响较大。     

异硫氰酸苄酯纳米乳液射流空化制备与冻融稳定性研究

利用大豆分离蛋白-磷脂酰胆碱作为复合乳化剂包埋异硫氰酸苄酯(BITC),通过射流空化机制备成纳米乳液以提高其冻融稳定性。以出油率和乳层析指数为稳定性指标,研究了射流空化压力及冻融循环次数对纳米乳液冻融稳定性的影响;通过乳液冻融过程热特性分析,研究了不同射流空化压力下改性大豆分离蛋白-磷脂作为乳化剂时冻融过程中乳液结晶及融化的热行为。结果发现:当空化压力为0. 8 MPa时,所制得的BITC纳米乳液乳层析指数比未处理样品降低了51. 39%,出油率较未处理样品下降83. 64%,平均粒径为(252±6. 2) nm,PDI为0. 114±0. 034,ζ-电位为(-27. 2±0. 6) m V;通过光学显微镜观测到,BITC被包埋于复合乳化剂中,且均匀分布在乳液体系,处于相对稳定状态;样品热特性的差异对比表明,射流空化改性蛋白-磷脂能显著增加乳液冻融稳定性。     

纳米SiC颗粒增强Ni基激光熔覆涂层高温抗氧化性能的研究

文章研究了通过添加适量纳米SiC颗粒,采用NiCoCrAlY合金粉末在GH4037合金表面激光熔覆制备了纳米SiC颗粒增强Ni基合金涂层,对熔覆层及界面区进行了显微组织分析,进行了1070℃下的高温抗氧化性试验及结果发表。     

空化射流条件下豆渣不溶性膳食纤维结构与功能性研究

为有效促进豆渣中不溶性膳食纤维的可溶化、提高其功能特性,利用空化微射流技术处理生物酶法制油豆渣膳食纤维,采用X-射线衍射、扫描电子显微镜方法分析不同空化微射流处理时间(0、6、12、18 min)下豆渣膳食纤维的晶体结构及表观形态变化,并通过粒度、持水性、膨胀性、表观粘度、葡萄糖和胆固醇吸附能力对其理化、功能性质进行表征,明确空化射流对其结构、功能及吸附特性的影响。结果显示:经空化射流处理18 min后,样品结构产生粒径减小、结晶度下降、粘度降低等变化;处理12 min时膨胀力、持水力分别达到最大值(13.92±0.78) m L/g、(2.83±0.13) g/g,此时对葡萄糖和胆固醇的吸附能力最佳。研究表明,空化射流可有效促进生物酶法制油豆渣不溶性膳食纤维的可溶化,并显著改善其结构及理化性质。     

基于环对称掺气的液体射流泵试验研究

为改善液体射流泵性能,提出了在喉管处环对称掺气的方法.通过射流泵水力试验,研究了不同掺气条件下各流量比工况的基本性能及空化特征.试验表明:喉管适量掺气后,未达到极限流量比工况时压力比总体略有提升,效率变化率增值为0.3%~4.9%,接近极限流量比时增效最为明显;极限工况时掺气可以改善空化性能,实测喉管及扩散管的压力脉动明显减弱,且射流泵极限流量比有所增加、正常工作范围变大;较优的掺气率(空气与混合液的体积流量比)约为2%~3%.研究表明:与水相比,空气的黏度系数很小,少量空气被液体携带着贴管壁流动,可降低近壁面水流阻力、减小沿程水头损失,有利于提高射流泵传能效率.在极限工况时空气自然吸入可提升喉管内压力,减免射流泵空化、改善运行性能.环对称掺气的研究成果,可为液体射流泵的性能优化提供参考依据.     

空化射流条件下大豆分离蛋白糖基化产物乳液特性研究

为探究空化射流对大豆分离蛋白糖基化产物乳液特性的影响,以大豆分离蛋白、葡萄糖、葡聚糖为原料,通过空化射流处理辅助糖基化制备大豆分离蛋白-葡萄糖共价复合物乳液、大豆分离蛋白-葡聚糖共价复合物乳液,探究空化射流技术对大豆分离蛋白糖基化产物乳液的粒径、ζ-电位、微观结构、蛋白吸附率、乳析指数及抗氧化性的影响。结果表明：经过一定时间的空化射流处理后的糖基化产物乳液平均粒径显著降低、ζ-电位增大、微观结构液滴逐渐变得均匀,蛋白吸附率升高、乳析指数降低、还原力和DPPH自由基清除能力均升高,并在空化射流处理80 min时,乳液特性达到最佳,且相比大豆分离蛋白-葡萄糖共价复合物乳液,大豆分离蛋白-葡聚糖共价复合物呈现出更好的乳液特性;但随着空化射流处理时间的进一步增加,糖基化产物乳液的平均粒径升高、ζ-电位减小、微观结构开始出现聚集情况,蛋白吸附率呈降低趋势,乳析指数逐渐升高。适当时间下的空化射流辅助处理可以改善糖基化产物的乳液特性,提高乳液的储藏特性和抗氧化特性。     

单晶锗各向异性力学性能实验

通过纳米压痕实验对单晶锗(100)、(110)、(111)晶面进行各向异性力学性能的分析研究。根据纳米压痕过程中获得的载荷-位移曲线并结合Oliver-Pharr理论对材料的弹性模量和硬度进行考察。实验结果表明:单晶锗在纳米压痕过程中发生明显的塑性变形,并且(110)晶面塑性最好,(100)晶面其次,(111)晶面塑性最差;硬度与弹性模量变化趋势相一致,在压入深度较小时,材料受表面效应的影响,硬度和弹性模量发生明显波动,而且由于单晶锗各个晶面上的原子密度以及晶面间距有较大的差异,单晶锗表现出稳定的各向异性,硬度和弹性模量大小依次为:(111)晶面、(110)晶面、(100)晶面。随着压入深度增加,硬度和弹性模量逐渐趋于稳定,大小依次为:(110)晶面、(100)晶面、(111)晶面。     

Ni-P-纳米SiC化学复合镀层显微硬度的试验研究

以镀液pH值、镀液温度、镀液中纳米SiC添加量为试验参数,进行三因素五水平二次正交旋转组合试验设计;并采用超声波工艺分散纳米微粒,研究了试验参数对Ni-P-纳米SiC化学复合镀层的显微硬度的影响规律。结果表明:镀液pH=6±0.5,施镀温度为(86±1)℃,镀液中纳米SiC浓度为3g/L时,所获得的复合镀层经480℃热处理后显微硬度可达1700HV。     

高温豆粕大豆分离蛋白射流空化辅助提取

为高效提取高温豆粕中大豆分离蛋白,利用射流空化辅助提取高温豆粕中大豆分离蛋白,并进一步研究射流空化压力(0～2. 0 MPa)对大豆分离蛋白提取率、二级结构、持油性及持水性、溶解度、起泡性及乳化性等性质的影响。结果表明,射流空化处理样品的游离巯基含量、蛋白质表面疏水性均显著高于未经处理的样品(P 0. 05),而二硫键含量显著降低(P 0. 05)。当射流空化压力1. 5 MPa时,大豆分离蛋白提取率为58. 97%,比未处理样品提高了34. 42%;大豆分离蛋白的持油性及持水性、溶解度、起泡性和乳化性均得到显著改善,表明射流空化处理使蛋白质分子解折叠,结构展开,暴露出更多的游离巯基,蛋白颗粒粒径减小,比表面积增加,有利于改善大豆分离蛋白的功能特性。当射流空化压力增加到2. 0 MPa时,高压作用及极端热导致大豆分离蛋白的功能特性下降。将提取大豆分离蛋白与商品大豆分离蛋白的功能性质进行比较,表明射流空化处理工艺可提高高温豆粕中蛋白质的利用价值。     

喷孔空化特性和近孔初始射流结构研究

设计了透明的有机玻璃喷嘴头部代替原喷油器的压力室和喷孔,在高压共轨试验台架上搭建了喷油器孔内流动和近孔喷雾可视化试验装置,采用高速可控闪光摄影与长距离显微成像技术相结合方法,获得了喷孔内部空化流动和近孔区域初始射流结构形态的发展过程图像。结果表明,所有试验喷孔内均呈现空化流动,空化强度和空化类型与针阀升程和喷油压力有关,喷油压力越高,对应空化初生的喷油时刻越早,并且空化类型在喷孔内出现的频率和时间也不同;喷油前喷孔内存在初始气泡,初始气泡大小不同导致了近孔区域初始射流结构不同。基于大涡模拟(Large eddy simulation,LES)和界面追踪法(Volume of fluid,VOF)多相流模型,根据喷嘴内部几何形状和试验条件,模拟计算喷孔内初始气泡的演变过程以及初始射流结构形态的形成发展过程,试验结果与模拟结果相符。     

Ni—P／纳米TiO2化学复合镀研究

在Ni—P酸性化学镀镀液中加入TiO2纳米颗粒,以Ni—P最佳工艺为基础,采用三因素二水平正交实验的方法获得优化的Ni—P／TiO2复合镀层。利用扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XaD）对镀层的表面形貌和微观结构进行观察。结果表明：Ni～P／TiO2复合镀层中的Ni—P镀层包裹着少量纳米颗粒,但纳米颗粒团聚现象明显,大部分沉积在镀层表面。同时,Ni—P／TiO2复合镀层在不同温度的热处理后,由于非晶态的Ni—P镀层中复合了高硬度TiO2纳米颗粒,从而增强了镀层的抗局部变形能力和弥散强化的效果,而且也强化了Ni—P合金基体,使得其显微硬度性能都得到了一定程度的提高。此外,Ni—P／TiO2复合镀层由于TiO2纳米颗粒加入,使复合镀层孔隙率和界面增加,从而使其耐腐蚀性略有降低。     

Ni-P/纳米TiO2化学复舍镀研究

在Ni—P酸性化学镀镀液中加入TiO2纳米颗粒,以Ni—P最佳工艺为基础,采用三因素二水平正交实验的方法获得优化的Ni—P／TiO2复合镀层。利用扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XaD）对镀层的表面形貌和微观结构进行观察。结果表明：Ni～P／TiO2复合镀层中的Ni—P镀层包裹着少量纳米颗粒,但纳米颗粒团聚现象明显,大部分沉积在镀层表面。同时,Ni—P／TiO2复合镀层在不同温度的热处理后,由于非晶态的Ni—P镀层中复合了高硬度TiO2纳米颗粒,从而增强了镀层的抗局部变形能力和弥散强化的效果,而且也强化了Ni—P合金基体,使得其显微硬度性能都得到了一定程度的提高。此外,Ni—P／TiO2复合镀层由于TiO2纳米颗粒加入,使复合镀层孔隙率和界面增加,从而使其耐腐蚀性略有降低。     

45#钢表面激光熔覆组织与摩擦磨损性能研究

为有效提高45#钢表面的耐磨性,制备标号为JG-8、JG-11的合金粉末,采用RHJR850X6000型四轴联动数控激光加工机并进行激光熔覆试验,优化工艺参数,获得了2种铁基熔覆材料。用DM2700M型金相显微镜、VHX-5000超景深显微镜和Nano SEM450型扫描电镜对熔覆层进行微观表征,用MMQ2000型摩擦试验机进行摩擦磨损性能试验,分析了激光熔覆前后45#钢基材表面的显微组织、硬度、摩擦性能的变化。结果表明,涂层组织均匀致密,内部无裂缝、孔隙等缺陷,与基体结合良好;JG-8和JG-11两种熔覆层的平均硬度较基体材料分别提高了207.7%和235.9%;磨损率分别降低了22.2%和41.1%;摩擦因数分别降低了33.3%和73.3%。基于JG-8、JG-11两种合金粉末的激光熔覆材料改善了45#钢的表面组织结构,极大提高了基体的耐磨性能,JG-11较JG-8铁基熔覆层材料表面组织结构和耐磨性更优。     

空化微射流对米糠蛋白热聚集体结构及特性的影响

以米糠蛋白为研究对象,采用加热处理(p H值7. 2、100℃、20 min)制备热可溶性聚集体,分别对热聚集体进行空化微射流(0、30、60、90、120 MPa)处理,以未经处理的可溶性米糠蛋白作为对照,探究空化微射流处理对可溶性米糠蛋白聚集体结构特性(3D微观结构、粒径分布、电位、表面疏水性、官能团、二三级结构)和乳化特性(乳化性和乳化稳定性)的影响。结果表明:与热可溶性聚集体相比,经过空化微射流处理(90 MPa)后,3D微观结构高度和颗粒大小、总游离巯基含量、平均粒径和β-折叠含量降到最低,结构变得疏松;表面疏水性、乳化性指数及乳化稳定性指数提高了798. 05、90. 32 m~2/g和281. 68 min。低压(30～90 MPa)处理减小了热可溶性聚集体颗粒粒径,将不溶性聚集体转化为可溶性聚集体,使其乳化特性增大;而高压(120 MPa)处理则会使蛋白发生聚集,乳化特性降低。