Journal of Zhejiang University

Current Issue: <JZUS-A>

Journal of Zhejiang University-SCIENCE A (Applied Physics & Engineering)

ISSNs 1673-565X (Print); 1862-1775 (Online); CN 33-1236/O4; started in 2000,Monthly.

JZUS-A is a peer-reviewed physical and engineering journal, indexed by SCI-E, Ei Compendex, INSPEC, CA, SA, JST, AJ, ZM, CABI, ZR, CSA, etc. It mainly covers research in Applied Physics, Mechanical and Civil Engineering, Environmental Science and Energy, Materials Science and Chemical Engineering, etc.

Impact factor: 0.408 (2011), 0.527 (2012), 0.608 (2013), 0.882 (2014), 0.941 (2015), 1.214 (2016), 1.215 (2017), 1.369 (2018).

Journal of Zhejiang University SCIENCE A

ISSN 1673-565X(Print), 1862-1775(Online), Monthly

2018 Vol.19 No.2 P.95-174

<<< CONTENTS >>>

Special Feature on Trends of Additive Manufacturing and 3D Printing Technology (Guest Editor-in-Chief: Jun ZOU)

Review: Wear performance of metal parts fabricated by selective laser melting: a literature review

Yi Zhu, Jun Zou, Hua-yong Yang

DOI: 10.1631/jzus.A1700328 Downloaded: 2891 Clicked: 4189 Cited: 0 Commented: 0(p.95-110) <Full Text> <PPT> 2039

Chinese summary <33> 選區激光熔化成形件磨損特性綜述

概要:通過對文獻的綜述,本文總結了已有的選區激光熔化成形件的磨損特性研究,并提出了未來的研究方向,爲該技術成形摩擦副的推廣提供參考.本文通過幹磨、邊界潤滑下(xià)的磨損、腐蝕以及沖蝕四個方面介紹了已有研究.總體(tǐ)來看,選區激光熔化成形件得益于均勻細晶,高緻密度成形件的磨損率普遍低于傳統制造件,然而孔隙的出現将降低成形件的抗磨性能.未來的研究内容主要包括孔隙對潤滑的影響規律及其機理,以及如何通過主動控制激光工(gōng)藝參數提高選區激光熔化成形件的抗磨能力.

關鍵詞組：選區激光熔化;磨損;增材制造;潤滑;孔隙

Influence of substrate surface morphology on wetting behavior of tracks during selective laser melting of aluminum-based alloys

Jie Liu, Dong-dong Gu, Hong-yu Chen, Dong-hua Dai, Han Zhang

DOI: 10.1631/jzus.A1700599 Downloaded: 2718 Clicked: 3795 Cited: 0 Commented: 0(p.111-121) <Full Text> <PPT> 1860

Chinese summary <24> 選區激光熔化鋁合金基底表面形貌對軌道潤濕行爲的影響

目的:研究選區激光熔化(SLM)過程中(zhōng)形貌差異較大(dà)的塊體(tǐ)表面單道成形工(gōng)藝性,分(fēn)析單道的潤濕行爲,爲進一(yī)步揭示SLM加工(gōng)過程中(zhōng)熔化軌迹的凝固行爲提供理論基礎.
創新點:1. 系統研究在不同加工(gōng)參數下(xià)形成的不同表面形貌的塊體(tǐ)上加工(gōng)同一(yī)參數的單道; 2. 基于熔體(tǐ)流動理論,分(fēn)析在SLM加工(gōng)過程中(zhōng)已加工(gōng)層存在的大(dà)量的熱積累以及粗糙的成形表面對單道的潤濕行爲的影響.
方法:1. 對在不同形貌的塊體(tǐ)上形成的單道進行分(fēn)析,将單道形貌分(fēn)爲4種典型類型(圖4). 2. 通過分(fēn)析單道橫截面的幾何尺寸(圖5和6),研究表面形貌對單道成形工(gōng)藝性的影響. 3. 基于Wenzel 方程(公式(3))分(fēn)析熔體(tǐ)在粗糙表面的潤濕行爲并基于Navier-Stokes方程(公式(12))和Marangoni方程(公式(13))分(fēn)析熔體(tǐ)流動行爲.
結論:1. 塊體(tǐ)表面光滑、平整時,粉末在表面鋪展均勻、熔化充分(fēn)、潤濕性好,有利于形成連續、規則的單道. 2. 單道附近的塊體(tǐ)表面存在較大(dà)孔隙時,孔隙中(zhōng)會積累一(yī)定量的粉末.熔融金屬的重力和表面張力共同驅使液體(tǐ)向孔隙流動,單道出現擴展效應:潤濕角明顯減小(xiǎo),熔池寬度和深度增加. 3. 塊體(tǐ)表面球化顆粒及飛濺物(wù)增多時,表面凹凸不平,單道處熔化的粉末量減少,對基闆的潤濕性較差,熔池不穩定,導緻單道出現頸縮. 4. 塊體(tǐ)表面存在大(dà)量球化顆粒和飛濺物(wù)時,單道附近團聚的鋁合金球化顆粒極易被氧化,氧化膜使得顆粒表面光滑,從而難以被熔融金屬潤濕. 此外(wài),熔融金屬的較大(dà)的溫度梯度對熔體(tǐ)流動方向也有顯著影響,易誘導單道出現球化效應.

關鍵詞組：選區激光熔化(SLM);AlSi12;表面形貌;單道

Progress in selective laser melting equipment, related biomedical metallic materials and applications

Yu-chao Bai, Fan Fu, Ze-feng Xiao, Ming-kang Zhang, Di Wang, Yong-qiang Yang, Chang-hui Song

DOI: 10.1631/jzus.A1700482 Downloaded: 2716 Clicked: 3637 Cited: 0 Commented: 0(p.122-136) <Full Text> <PPT> 1835

Chinese summary <20> 激光選區熔化設備及生(shēng)物(wù)醫學金屬材料的研究與應用進展

摘要:本文主要介紹了華南(nán)理工(gōng)大(dà)學(SCUT)在激光選區熔化(SLM)成型設備以及醫用金屬材料SLM成型的基礎研究與應用的最新成果.首先,采用DiMetal-100設備研究316L不鏽鋼、CoCrMo與Ti6Al4V三種醫用金屬粉末SLM成型的工(gōng)藝參數、微觀組織和力學性能.其次,詳細介紹了SLM成型316L不鏽鋼在個性化舌側正畸托槽和手術導闆的應用,SLM成型CoCrMo在膝關節假體(tǐ)和牙冠牙橋的應用,以及SLM成型Ti6Al4V在骨盆骨折接骨闆和個性化顱骨修複體(tǐ)方面的研究成果.最後,介紹了SCUT在SLM技術方面的發展方向和研究計劃,具體(tǐ)包括實現新型多孔結構的SLM直接成型、實現多種材料SLM一(yī)次成型、實現SLM與減材複合成型、增加SLM設備的負反饋系統以及開(kāi)發陶瓷和新型金屬的SLM成型工(gōng)藝.
總結:SCUT對SLM設備及其醫學應用進行了長期深入的研究,研究了醫用金屬材料316L不鏽鋼、CoCrMo合金以及Ti6Al4V合金的SLM成型工(gōng)藝和微觀組織,獲得了性能優異的零件.SCUT成功将SLM成型的316L不鏽鋼應用于舌側正畸托槽和手術導闆,将SLM成型的CoCrMo合金應用于膝關節假體(tǐ)和牙冠牙橋,以及将SLM成型的Ti6Al4V合金應用于個性化接骨闆和顱骨多孔修複體(tǐ).其中(zhōng),舌側正畸托槽和牙冠固定橋已經進入商(shāng)業應用.目前,SCUT正在進一(yī)步開(kāi)展面向植入體(tǐ)内部結構的設計和制造技術研究,同時開(kāi)始對SLM多材料成型、SLM與切削複合成型進行研究,并逐步開(kāi)展SLM設備負反饋系統的開(kāi)發及陶瓷、鋅合金、鎳钛合金等SLM成型工(gōng)藝的研究等.

關鍵詞組：激光選區熔化(SLM);生(shēng)物(wù)醫學金屬材料;工(gōng)藝參數;微觀組織;機械性能;應用

Articles

Design of transition curve of profiled chamber flow sensor considering slides with arc ends

Li Liu, Yang Lu

DOI: 10.1631/jzus.A1600666 Downloaded: 2244 Clicked: 4101 Cited: 0 Commented: 0(p.137-147) <Full Text> <PPT> 1745

Chinese summary <22> 考慮轉子爲圓弧頂的流量傳感器異型腔過渡曲線的優化設計

目的:爲了使作者設計的一(yī)種新型異型腔流量傳感器獲得更好的密封性能和轉子動态特性,本文重點研究轉子爲圓弧頂時的流量傳感器定子型腔過渡曲線的優化設計.
創新點:将轉子頂端設計爲圓弧形狀,優化了轉子與定子内腔之間的密封性能,但增加了曲線設計的難度.本文給出了設計方法和相關的公式推導,并提出過渡曲線的設計需要考慮曲線凸凹形狀這個因素.
方法:1. 提出"基本過渡曲線"的概念并總結多項式函數描述的過渡曲線的優化設計方法,給出邊界條件和求解方法; 2. 分(fēn)析過渡曲線的凸凹形狀對設計加工(gōng)的影響; 3. 分(fēn)析圓弧頂轉子與定子内腔可能産生(shēng)的幹涉問題,給出考慮轉子頂端爲圓弧形狀時的過渡曲線的設計方法,并分(fēn)析不同階數的多項式函數所描述的過渡曲線的凸凹形狀特點.
結論:1. 本文設計的過渡曲線可以使流量傳感器的轉子與定子内腔獲得更好的密封性能,且轉子的動态特性達到最優; 2. 考慮過渡曲線的凸凹形狀可降低加工(gōng)工(gōng)藝的難度.

關鍵詞組：轉子流量傳感器;過渡曲線;轉子動态特性

Chemical kinetics simulation of semi-dry dechlorination in coal-fired flue gas

Chang Liu, Hong Zhao, Wei-ying Yang, Kun-zan Qiu, Jian-guo Yang, Zi-wen Geng, Wei-ming Teng, Wei-zhong Yuan, Xi-jiong Chen

DOI: 10.1631/jzus.A1600653 Downloaded: 3623 Clicked: 5110 Cited: 0 Commented: 0(p.148-157) <Full Text> <PPT> 1871

Chinese summary <27> 燃煤煙氣半幹法脫氯的化學動力學模拟

目的:燃煤鍋爐煙氣中(zhōng)的HCl對環境、設備及脫硫系統有不利的影響,也是脫硫廢水處理的難點.本文提出半幹法脫氯技術,探讨其技術合理性,并研究不同因素對反應效率的影響,爲進一(yī)步工(gōng)程應用提供理論依據,實現燃煤煙氣中(zhōng)HCl的脫除及脫硫廢水零排放(fàng).
創新點:1. 提出半幹法脫氯技術,将氯離(lí)子固化到飛灰中(zhōng); 2. 脫氯後脫硫廢水大(dà)幅減少,将脫硫廢水作爲堿基溶劑回噴到煙道中(zhōng),實現脫硫廢水零排放(fàng); 3. 建立良攪拌反應器(PSR)模型,探讨半幹法脫氯過程的化學動力學反應機理與關鍵參數.
方法:1. 通過CHEMKIN構建PSR模型,模拟實際燃煤煙氣組分(fēn)下(xià)的半幹法脫氯過程; 2. 通過敏感性分(fēn)析,探讨SO₂與HCl之間的競争關系(圖8~10); 3. 通過單變量模拟,研究不同因素對反應效率的影響(圖13~16).
結論:1. 煙氣中(zhōng)的SO₂對HCl的脫除存在較大(dà)競争關系,但即使Na/Cl(摩爾比)爲1時,HCl的反應效率依然可觀. 2. HCl的反應效率與Na/Cl呈正相關;綜合考慮反應效率和運行成本,設置Na/Cl爲5較爲合理. 3. SO₂濃度的小(xiǎo)範圍變化不會對HCl的反應效率造成顯著影響. 4. 僅通過化學動力學模拟,煙氣溫度對HCl的反應效率影響不明顯. 5. 煙氣中(zhōng)酸性氣體(tǐ)與NaOH在0.1 s内即可完成反應,在1 s左右達到平衡.

關鍵詞組：燃煤煙氣;半幹法脫氯;化學動力學;競争機理;鈉氯比;CHEMKIN

Numerical study of heat transfer characteristics of downward supercritical kerosene flow inside circular tubes

Jing-zhi Zhang, Jin-pin Lin, Dan Huang, Wei Li

DOI: 10.1631/jzus.A1600276 Downloaded: 3412 Clicked: 16604 Cited: 0 Commented: 0(p.158-170) <Full Text> <PPT> 1792

Chinese summary <25> 圓管内向下(xià)流超臨界航空煤油換熱特性數值研究

目的:超臨界航空煤油在換熱過程中(zhōng)會出現傳熱惡化的現象.本文旨在研究該現象産生(shēng)的原因及質量流量、壁面熱流、入口溫度和壓力對此現象的影響.
創新點:1. 分(fēn)析超臨界航空煤油的傳熱惡化現象; 2. 揭示超臨界航空煤油傳熱過程中(zhōng)傳熱惡化現象與質量流量、壁面熱流、入口溫度及壓力的關系.
方法:利用數值模拟的方法,模拟超臨界航空煤油在管内的流動換熱情況,分(fēn)析其換熱特性,并探讨傳熱惡化産生(shēng)的原因及影響因素.
結論:1. 傳熱惡化是在壁面溫度達到拟臨界溫度或流體(tǐ)平均溫度達到臨界溫度時産生(shēng)的; 2. 換熱系數随質量流量的增加或壁面熱流的降低而增大(dà); 3. 通過提高煤油的壓力可以顯著降低惡化現象.

關鍵詞組：航空煤油;傳熱惡化;超臨界;數值研究

Correspondence

Correspondence: Laser frequency locking with low pump field saturated absorption spectroscopy

Shang-qing Liang, Yun-fei Xu, Qiang Lin

DOI: 10.1631/jzus.A1700142 Downloaded: 2349 Clicked: 4256 Cited: 0 Commented: 0(p.171-174) <Full Text> <PPT> 1564

Chinese summary <21> 用于激光鎖頻(pín)的低泵浦場飽和吸收光譜

目的:利用激光透過原子氣室時的端面反射産生(shēng)泵浦光,實現低泵浦場的飽和吸收光譜,提高飽和吸收光譜鎖頻(pín)方法對運動平台的适應性.
創新點:1. 在飽和吸收光譜中(zhōng)實現無需額外(wài)反射鏡調節的泵浦光與探測光的重合方法; 2. 在飽和吸收光譜中(zhōng)實現強探測-弱泵浦的實驗方式.
方法:1. 利用原子氣室端面反射光作爲泵浦光,實現低泵浦場的飽和吸收光譜裝置(圖1和2); 2. 研究實現低泵浦場的飽和吸收光譜所需的角度控制精度(圖4); 3. 研究采用此方法的激光頻(pín)率鎖定效果(圖5和6).
結論:1. 低泵浦場的飽和吸收光譜方法可以滿足激光頻(pín)率鎖定的要求; 2. 低泵浦場的飽和吸收光譜裝置相比傳統裝置,沒有多餘的可調節的反射鏡,裝置更加簡潔,鎖頻(pín)效果受環境影響更小(xiǎo),對運動平台的适應性更強.

關鍵詞組：飽和吸收光譜;低泵浦場;長漂;運動平台