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材料损伤自修复过程原理实验与流动特性研究

作　者: 王衍哲
导　师: 张后雷
学　校: 南京理工大学
专　业: 制冷及低温工程
关键词: 自修复幂率流体双尺度流阻传热
分类号: TB303
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

材料(如高分子材料、混凝土等)在使用过程中,表面和内部会出现各类损伤,这些损伤有时很难人工修复或修复代价过高,从而缩短了材料的使用寿命。为了提高材料可靠性,延长使用寿命,一种方法是采用自修复技术,即在材料出现损伤(如微裂隙)后可以自动实现修复过程,不需要人工干预或仅需要很少的人工干预。本文首先分析了一种新型压力驱动型材料自修复过程工作原理,建立了模拟裂隙生成及修复剂充注实验装置,进行了多种条件下的实验测试,实验结果表明:修复剂可以顺利注入裂隙并保持在裂隙表面上,压力驱动型材料自修复过程在原理上是可行的。其次,采用分析和数值模拟方法研究了非牛顿幂率流体在网状修复剂流道中的流阻特性。结果表明:当流体在网状流道中由中心(粗粗通道交点)向周边稳定流动时,双尺度流道阻力小于均匀尺度流道,并且对于剪切稠化流体双尺度流道的优势更明显;当流体在网状流道中非稳定排放/充注流动时,如排放点为粗粗通道交点,双尺度流道优于均匀尺度流道;如排放点为粗细通道交点,双尺度流道优于均匀尺度流道;如排放点为细细通道交点,均匀尺度流道优于双尺度流道。再次,建立了一个双尺度微流道流阻特性实验装置,实测了典型条件下的流阻,不同压力下各对称点的流量变化趋势大体相同。最后,采用数值模拟方法研究了非牛顿幂率流体在网状修复剂流道中的传热特性。结果表明:耗功存在多个临界值,随着功耗的增加,双尺度流道传热的增幅要大于均匀尺度流道。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
1 绪论  9-16
  1.1 课题背景  9
  1.2 自修复材料研究现状  9-15
    1.2.1 液芯纤维法  10-11
    1.2.2 微胶囊法  11-14
    1.2.3 其他类型自修复材料的研究  14-15
  1.3 本文主要工作  15-16
2 基体材料裂隙生成及流体充注原理实验  16-34
  2.1 材料连续自修复过程基本方案  16
  2.2 基体材料制备  16-19
    2.2.1 基体材料概述  16-17
    2.2.2 基体材料制备  17-19
  2.3 裂隙生成实验  19-22
    2.3.1 裂隙类型  19-20
    2.3.2 试验方法  20-21
    2.3.3 实验设备及实验步骤  21-22
  2.4 流体充注实验研究  22-33
    2.4.1 实验原理  22-23
    2.4.2 实验过程及实验结果分析  23-33
      2.4.2.1 实验过程  23-25
      2.4.2.2 实验结果  25-33
  2.4 本章小结  33-34
3 非牛顿流体网状流道中流阻特性研究  34-51
  3.1 网状流道结构  34-35
  3.2 网状流道中非牛顿流体稳态流阻分析解  35-37
    3.2.1 分析模型  35-36
    3.2.2 结果与讨论  36-37
  3.3 网状流道中非牛顿流体非稳定充注过程分析解  37-42
    3.3.1 分析模型  37-38
    3.3.2 结果与讨论  38-42
  3.5 网状流道中非牛顿流体稳态流动数值模拟  42-50
    3.5.1 物理模型  42-43
    3.5.2 数学模型  43-44
    3.5.3 求解方法  44
      3.5.3.1 网格划分  44
      3.5.3.2 收敛判断  44
    3.5.4 模拟结果与讨论  44-50
  3.6 本章小结  50-51
4 非均匀网状流道中流体流阻特性实验研究  51-57
  4.1 实验装置  51-54
    4.1.1 实验内容  51
    4.1.2 实验装置  51-53
    4.1.3 实验步骤  53-54
  4.2 实验结果及分析  54-56
    4.2.1 管网内最大雷诺数  54
    4.2.2 结果与讨论  54-56
  4.3 本章小结  56-57
5 网状流道中非牛顿流体流动与传热特性研究  57-64
  5.1 数学模型  57
  5.2 求解方法  57-58
  5.3 模拟结果与讨论  58-63
  5.4 本章小结  63-64
结论  64-65
致谢  65-66
参考文献  66-67

材料损伤自修复过程原理实验与流动特性研究

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