軸承外圈PIIID復合處理的強化層均勻性及強化機理研究

采用全方位離子注入與沉積（PIIID）技術強化處理GCr15材料,計算試件在承受接觸載荷時亞表面層的應力/應變分布，綜合接觸疲勞壽命測試結果，借鑒接觸疲勞壽命預測經驗公式得到PIIID強化處理后預測接觸疲勞壽命的數學模型。采用脈沖高壓自輝光放電技術實現內表面PIIID復合強化處理，并對這一過程進行數值模擬，研究工藝參數對內部等離子體形成過程的影響規(guī)律，獲得提高等離子體密度分布均勻性的工藝途徑。利用高結合力類金剛石（DLC）膜強化處理能夠大幅度提高軸承材料接觸疲勞壽命的優(yōu)點，采用內表面PIIID復合處理方法實現軸承外套圈滾道表面均勻的高能離子注入與沉積，并根據接觸疲勞壽命預測的理論模型設計所合成的DLC膜應該具備的結構和性能參數，優(yōu)化軸承外套圈滾道的內表面PIIID復合處理工藝，獲得具有高接觸疲勞壽命的強化層，為大幅度提高國產軸承性能和使用壽命提供一種可靠的技術途徑。 2100433B

由于傳統(tǒng)換熱介質的熱容量和導熱系數較小以及普通換熱設備的換熱效率低下，嚴重影響換熱設備換熱效率的提升。本項目將納米流體與不同強化結構的換熱面相結合應用于光熱轉換、換熱器、電子元件冷卻等領域的換熱設備中，對納米流體與強化傳熱面的耦合傳熱特性及強化機理進行研究。針對光熱轉換的腔體，本項目建立了納米流體流動與傳熱的兩相格子Boltzmann模型，研究了納米顆粒間的相互作用機理和納米顆粒在腔體內的分布規(guī)律，揭示了納米顆粒粒徑對流動與傳熱的影響規(guī)律，結果發(fā)現布朗力的數量級遠遠大于顆粒間其它的作用力，在強化換熱方面起著決定性的作用，納米顆粒主要分布在腔體的上部或者中部，粒徑越小越有利于強化傳熱，這對光熱轉換腔體內傳熱介質及工況的選擇、傳熱機理的解釋及強化傳熱的方向提供了一定的指導意義。針對換熱器，本項目配制了不同種類的納米流體，提出了一種基于紫外分光光度計的穩(wěn)定性檢測方法-透過比法，該方法是一種定量檢測方法，與定性的沉淀法相比，具有更加準確的優(yōu)勢。本項目將配制的納米流體與各種強化結構的換熱管相結合，研究了不同結構的強化換熱面、納米顆粒組分對流動與傳熱的影響，發(fā)現強化結構與納米流體的結合大大提升了換熱效果，同時也大大增加了其流動阻力。為了能夠客觀、綜合地評價這些強化技術，引入了火用效率，但是傳統(tǒng)的火用效率需要針對每一個物理問題進行模型建立及公式推導，過程繁瑣。本項目提出并建立了一種統(tǒng)一的火用效率評價準則圖，與傳統(tǒng)的火用效率評價相比，本項目的火用效率評價準則圖適用范圍更廣，只要涉及到強化手段，該評價準則均可適用，并且不再需要單獨推導和建模，這對于以后新的強化技術在能的品質上的綜合評價有一定的指導意義。針對電子元件冷卻，本項目研究了不同的強化換熱面與納米流體的結合，結果發(fā)現最大納米顆粒組分的冷卻效果不是最好，而是存在一個臨界組分，這對于電子元器件冷卻表面結構的設計、傳熱介質及工況的選擇提供了一定的指導意義。

由于傳統(tǒng)換熱介質的熱容量和導熱系數較小以及普通換熱管道的換熱效率低下，嚴重影響換熱設備換熱效率的提升。本項目將不同顆粒結構的納米流體與強化換熱管相結合應用于換熱設備中，對強化換熱管內納米流體耦合傳熱特性及強化機理進行研究，用于提高換熱設備的換熱效率。研究內容主要包括：將納米顆粒微觀結構的影響引入顆粒間相互作用力模型中，建立更高精度的納米流體顆粒間相互作用力模型；耦合納米顆粒間主要相互作用力和強化換熱管主要結構參數，完成高階復雜湍流模型的降階處理，建立強化換熱管內納米流體湍流流動與傳熱的格子Boltzmann模型；研究納米顆粒間的相互作用機理和納米顆粒的分布規(guī)律；揭示納米顆粒間相互作用力與強化換熱管結構的耦合強化換熱機理；分析納米顆粒的微觀結構對納米流體穩(wěn)定性和湍流流動與傳熱特性的影響，建立傳熱學與動力學特性的評價體系。該項目對于豐富納米流體強化換熱機理的研究、推動其應用有重要意義。