基于多孔粒子的快速响应压敏涂层的制备与性能表征

论文摘要

压力敏感涂层（pressure sensitive paint,PSP）测压技术是一种基于光致发光中荧光“氧猝灭”过程的非接触式光学压力测量方法,由于其高空间分辨率、全场测量的显著优势得到了国内外高校和研究机构的广泛关注和深入研究,已经成为空气动力学实验中压力测量方法的一种前沿技术。为满足非定常气动测试中动态压力测量的要求,快速响应压敏涂层（Fast PSP）自2000年以来得到了快速发展,已经成为压敏涂层技术的重要发展方向,其响应时间可达毫秒量级甚至更短,从而拥有高时间分辨率的优异性能,已经成为非定常空气动力学研究中重要的实验工具。涂层的制备与性能表征是压敏涂层技术发展的基础与核心,涂层的性能直接关系到测量结果的准确性与适用范围。现有的快速响应压敏涂层其稳定性仍显不足,存在着抗冲击/冲刷能力较差、温度应用范围有限、光衰减较快等问题。这些问题已成为现阶段压敏涂层测量技术发展的瓶颈,制约了快速响应压敏涂层在高超声速与动力机械等领域的应用。本研究中,开发了一种基于多孔二氧化硅粒子的快速响应压敏涂层,并对其性能和稳定性做了较全面的测试。结果表明,涂层的力学强度和适用温度上限得到显著提升,同时光衰减速度得到显著降低。因此该涂层较好的解决了现阶段快速响应压敏涂层面临的稳定性不足的问题。最后,该压敏涂层在JF-12高超声速激波风洞中得到了初步应用,验证了其在极端实验环境中的良好性能。在绪论中,介绍了本文的研究意义,压敏涂层的工作原理,测量技术的发展,快速响应压敏涂层的研究现状,以及现阶段压敏涂层测量技术遇到的瓶颈问题,最后简介了本文的主要工作。第二章首先介绍了快速响应压敏涂层的开发思路,之后详细介绍了多孔粒子压敏涂层的制备材料选择与制备流程,并通过光谱分析、微观结构分析、表面形貌分析对多孔粒子压敏涂层做了初步表征。第三章首先介绍了压敏涂层的标定技术,然后介绍了本文使用的静态温度压力标定系统、动态压力标定系统的组成与技术原理,最后对多孔粒子压敏涂层的测压性能进行了标定,给出了多孔粒子压敏涂层的测压性能指标,并通过对照组实验得到了不同因素对测压性能的影响关系,验证了多孔粒子结构的优越性。第四章首先介绍了目前快速响应压敏涂层在应用试验中尚存在的稳定性问题,之后针对这些问题设计了验证其稳定性的测试实验,包括光衰减实验、耐高温实验,抗冲刷能力验证实验,最后对其实验结果进行分析,通过与以往快速响应压敏涂层的对比证明了多孔粒子压敏涂层优越的应用性能,并探究了不同因素对其稳定性的影响。第五章介绍了多孔粒子压敏涂层应用试验的试验条件,简介了JF-12高超声速激波风洞的结构,以及多孔粒子压敏涂层应用的测量系统,对实验结果进行了简单分析,证明了快速响应压敏涂层在极端实验条件下的优良性能。最后第六章对本文的工作进行了总结,指出了研究工作中存在的不足并展望了未来快速响应压敏涂层开发中需要进一步解决的问题。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 谷丰

导师: 彭迪

关键词: 多孔粒子,快速响应,高超声速

来源: 上海交通大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 力学

单位: 上海交通大学

分类号: O355

DOI: 10.27307/d.cnki.gsjtu.2019.001813

总页数: 74

文件大小: 3637K

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