通过电感耦合等离子体刻蚀技术和磁控溅射制膜技术制备了具有圆柱状织构和类金刚石DLC涂层的硅片样品,使用原子力显微镜和三维表面轮廓仪表征了样品表面的形貌特征,基于原子力显微镜并采用胶状探针考察了织构和涂层样品表面的黏附行为。结果表明织构化样品表面的黏附作用显著依赖于探针和样品表面之间的接触位置,且在织构间距相同时,织构直径越大,黏附力变化的偏差越大;圆柱状织构和DLC涂层均能减小硅片表面的黏附力,但圆柱状织构的减黏效果显著高于DLC涂层;表面织构和低表面能涂层的组合是减小黏附的推荐方式。

在获取Lee相变传质方程中最优传质系数的基础上,研究了螺旋角、槽径比、槽堰比以及槽深等槽型结构参数对液膜机械密封汽化特性(平均汽相体积分数表征)的影响规律,并基于均匀试验设计方法和响应面法探明了槽型结构参数之间的交互作用。最后以槽型结构参数为设计变量,以平均汽相体积分数为优化目标,采用遗传算法获得了结构参数的最优解范围。研究表明:平均汽相体积分数随着螺旋角、槽堰比、槽深的增大而增大,随着槽径比的增大先增加再减小;槽堰比和槽深交互影响极其显著,螺旋角和槽深交互影响较为显著;螺旋角、槽径比、槽堰比以及槽深分别在25.0°~28.0°、0.10~0.30、0.10~0.25和4.0~6.0μm时,可以获得较优的平均汽相体积分数值。

随着动压型非接触式机械密封应用领域的扩展和运行工况的复杂化,液膜相变成为影响其工作稳定性和可靠性的关键因素之一。针对端面液膜汽化和液膜空化2种相变类型,分析汽化和空化现象的产生机制,介绍常见的几类相变模型,如Thermal Lattice Boltzmann模型和Zwart-Gerber-Belanri模型等,综述端面型槽结构参数和工况参数对液膜相变程度影响规律的研究进展。指出在相变影响的研究方面,目前的研究主要集中在单因素对槽结构参数或工况参数的影响上,而对多因素综合影响的研究还不够深入。提出液膜相变问题未来可能的发展方向:汽化与空化综合作用理论计算模型的创新、极端工况下液膜相变与密封稳定性的关联、相变监测技术的突破。