湿筛混凝土动态受压力学性能及破坏形态细观数值模拟

湿筛混凝土通常用来代替由于骨料粒径较大而不便开展物理试验的水工全级配混凝土。为了研究加载速率对湿筛混凝土力学性能及破坏形态的影响,从细观角度出发,运用颗粒流离散元软件PFC^2D建立湿筛二级配混凝土细观数值试件,根据拟静态单轴压缩(应变速率10^-5 s^-1)试验数据标定出数值试件中砂浆颗粒之间、粗骨料颗粒之间及砂浆颗粒与粗骨料颗粒接触面之间的细观参数,进而开展应变速率为10^-4 s^-1、10^-3 s^-1、10^-2s^-1的动态加载并进行动态力学性能及破坏形态的数值模拟和机理分析。结果表明,不同应变速率下试件的应力-应变曲线形状相近,峰值应力随着应变速率的增加而增大,增长率为7.3%～37.9%,峰值应力处应变增大幅度不大。试件破坏形态与物理试验现象吻合较好,随着应变速率的增加,裂缝数量不断增加,裂缝分布趋于均匀,裂缝数量增长率平均为峰值应力增长率的4.2倍。此外,随着应变速率的增加,数值试件内部...     

锂电池循环充放电过程热管理实验

针对动力电池充放电过程积热问题,以动力锂电池(18650型)为研究对象,在25、30和35℃恒温环境中,研究自然风冷、强制风冷和相变材料冷却3种方式对电池在1、2和3 C倍率放电时散热性能的影响。研究结果表明,自然风冷下,电池温度随环境温度和放电倍率的增加而上升,且在35℃、3 C放电倍率时表面最高温度达到86.45℃,最大温升速率达到20.6℃·min^-1;1和3 m·s^-1风速下,温度分别下降31.29%和32.61%,且3 m·s^-1风速时的温升速率下降至6℃·min^-1以下;相变材料在电池多次循环充放电过程中,对电池冷却效果最稳定,降温效果最佳,最高温度低于50℃,表面温差小于3℃,且温升速率降低至3℃·min^-1以下。研究结果对动力电池充放电过程热管理具有一定指导意义。     

热压缩变形条件对ZK30镁合金流变应力的影响

利用Gleeble-1500热/力模拟试验机,研究了不同变形温度(250~350℃)和应变速率(0.01~1s-1)条件下铸态ZK30镁合金的热压缩变形行为。结合真应力-真应变曲线特征,分析了热压缩试验过程中的变形条件对合金流变应力及其变化规律的影响。结果显示,随着变形过程中应变量的逐渐增大,受热变形条件的影响真应力-真应变曲线展现了由硬化作用主导的变形机制到动态回复或动态再结晶为特征的软化机制变化过程。在变形温度恒定不变的情况下,当应变速率由0.01s-1增大到1s-1时流变应力水平明显增大;在应变速率为一定值时,当变形温度由250℃增大到350℃时流变应力水平显著减小。     

低温下泡沫混凝土的动态力学性能

为了研究低温下泡沫混凝土的动态力学性能,采用φ100 mm的铝制分离式霍普金森压杆(SHPB)装置对不同温度下泡沫混凝土试件进行冲击压缩试验,得到了不同温度、应变率下的泡沫混凝土的应力应变曲线、能量参数、破碎形态等。结果表明:当应变率在62.59 s^-1以下时,泡沫混凝土应力应变曲线分为线弹性阶段、屈服阶段、破坏阶段;当应变率超过62.59 s^-1时,其应力应变曲线分为线弹性阶段、屈服阶段、局部失稳、应力平台、破坏阶段;常温、0 ℃、-10 ℃、-20 ℃和-30 ℃下,泡沫混凝土的动态抗压强度以及吸收能在对应的应变率分界点前表现出显著的应变率效应,但超出该分界点后,应变率效应便不再明显;泡沫混凝土的动态峰值抗压强度与吸收能随温度的降低而提高,但峰值应变随温度降低而降低;泡沫混凝土冲击破碎后的块度随着温度的降低逐渐变大。在低温环境下泡沫混凝土的抗动载设计中,对于泡沫混凝土的峰值抗压强度、吸收能,应优先考虑温度效应的影响,而对于其峰值应变,应优先考虑应变率效应。     

多孔介质太阳能热化学反应器传热特性模拟

利用FLUENT软件并结合用户自定义函数，采用不同的热物理模型，研究了多孔介质太阳能热化学反应器内部的传热和流体流动特性。结果表明：随着入口流速从0.005m·s^-1增加到0.1m·s^-1，局部热非平衡模型和局部热平衡模型之间的平均温度偏差增加了6.55倍，局部热非平衡模型可以保证在高温条件下的仿真精度。对于高温环境下的数值模拟必须考虑辐射传输模型。多孔介质在提供大比表面积和提高反应介质中温度和速度分布的均匀性方面具有积极作用。     

熔融沉积工艺参数对热塑性聚氨酯弹性体静动态力学性能的影响

为揭示通过熔融沉积成型（FDM）工艺制备的热塑性聚氨酯弹性体（TPU）的静动态力学性能及工艺参数对其力学性能的影响,采用万能材料试验机和分离式霍普金森压杆（SHPB）实验装置对使用3种打印速率（10、40、70 mm/s）和3种喷头温度（200、220、240 ℃）制备的TPU开展准静态（0.01 s^-1）和动态（1 000 s^-1）加载下的力学性能试验,并进行工艺参数优选,同时进一步获取了材料在较宽应变率范围（0.001~2 500 s^-1）的应力?应变样本空间数据。结果表明,准静态和动态加载下,喷头温度220 ℃、打印速率40 mm/s为最优工艺参数;试样在准静态和动态下均具有应变率效应;准静态下试样超弹性特征显著,动态下结合朱?王?唐（ZWT）方程构建的材料黏弹性本构模型拟合曲线与实验曲线吻合较好;采用最优工艺参数制备的试样出现明显“微相分离”现象。     

超临界二氧化碳管道腐蚀特性研究

超临界CO₂在输送过程中会腐蚀管道内壁，研究其腐蚀特性可指导管道完整性管理。针对X70钢材管道，建立了超临界CO₂管道腐蚀模型，分析了不同工况下超临界CO₂对管道的腐蚀行为。结果表明，超临界态CO₂对X70钢的腐蚀程度高于气态CO₂。随着温度的升高，腐蚀速率先快速升高，达到80℃后腐蚀速率反而下降，建议输送温度低于40℃。随着流速的升高，腐蚀速率升高缓慢，达到2.5m·s^-1后腐蚀速率快速升高，达到4m·s^-1后腐蚀速率升高再次变缓，建议输送速度低于2.5m·s^-1。     

基于扁管的蒸发式冷凝器管外传热传质特性研究

强化蒸发式冷凝器管外传热传质可有效降低系统能耗，利用Fluent软件，结合自编译程序及组分输运模型对扁管蒸发式冷凝器管外传热传质过程建模，选取了等周长圆管模型进行比较，研究了二者传热传质性能的差异。通过研究管外液膜厚度及速度，以及管外温度分布和含湿量的变化规律，对比了扁管和圆管的平均表面传热系数，结果表明扁管的平均表面传热系数于圆管提升了9.04%。模拟了风速从1.5 m·s^-1变化至3 m·s^-1以及喷淋密度从0.15 kg·m^-1·s^-1增加至0.3 kg·m^-1·s^-1时对扁管式蒸发式冷凝器换热的影响，得到随着风速及喷淋密度的增加其平均表面传热系数分别增加了5.68%和30.26%。对扁管式蒸发式冷凝器管外的传热传质特性的研究为其应用提供了理论指导。     

湍流减阻剂聚α-烯烃的流变性能实验研究

针对成品油长输管道中聚合物减阻剂流动性能差、注入系统容易堵塞等问题，采用旋转流变仪、电子显微镜和动态光散射系统，从微观和宏观角度分析了悬浮颗粒尺寸形态、温度和剪切速率对3种不同组分的直链聚α-烯烃油溶性减阻剂流变性能的影响。实验结果表明：在-4—40℃温度区间内，FLOMX减阻剂悬浮颗粒直径为100—200μm,紧密均匀排列，相互作用力较强，在剪切速率分别为5,10,50,100 s^-1的条件下，黏度变化率分别对应为262.2%,251.3%,216.1%,230.2%;减阻剂СНИТРЕН4110和СНИТРЕН2110的悬浮颗粒直径小，且黏度变化率较小，即减阻剂悬浮颗粒尺寸与其黏温性能呈负相关。基于以上研究结果，可知聚合物减阻剂最佳注入温度区间为25—40℃,且注入时应提高剪切速率(>30 s^-1),以此提高成品油管道湍流减阻剂的注入效率。     

热电制冷液体冷却散热器的实验研究

旨在开发一种新型热电制冷液体冷却装置,解决微电子设备芯片超频运行后的冷却问题。通过搭建实验测试平台,对该新型冷却装置在不同热通量、不同工况以及热电制冷器（TEC）在不同工作电压下的传热性能进行了实验研究。研究表明,限定热源表面温度（65℃）时,该散热器在实验风速7～13 m·s^-1的条件下,最大散热能力可达45.2 W·cm^-2,装置最低总热阻为0.107℃·W^-1;当热通量为28.5 W·cm^-2、风速为9 m·s^-1和13 m·s^-1时,TEC工作在最佳电压值下,使热源表面温度分别降低4.0℃和4.6℃。实验结果同时表明,新型热电制冷液体冷却装置的制冷性能与TEC工作电压相关,当热通量为28.5 W·cm^-2、风速为9 m·s^-1和13 m·s^-1时,最佳工作电压分别为28 V和32 V。     

盐泥颗粒热风干燥特性及动力学模型

为优化盐泥颗粒干燥设备及结构参数，搭建热风干燥实验装置对盐泥颗粒进行热风干燥实验，研究不同风温、风速和堆积厚度对盐泥颗粒热风干燥特性的影响。对不同条件下的干燥特性曲线，通过比较决定系数R²、卡方x²和标准误差ESME等指标，评价5种常用干燥动力学模型对干燥曲线的拟合结果。结果表明：Midilli模型可以预测盐泥颗粒热风干燥过程水分的变化规律，模型预测的干燥曲线与实验干燥曲线有较高的拟合度。盐泥颗粒热风干燥过程中干燥速率逐渐下降，热风干燥特性与风温和堆积厚度密切相关。当温度从50℃增加到80℃时，有效水分扩散系数由2.038 39×10^-9 m²·s^-1增加到8.137 643×10^-9 m²·s^-1。     

淀粉/PP基发泡包装材料静态缓冲性能分析

以淀粉/聚丙烯(PP)基发泡缓冲包装材料为研究对象，通过静态压缩试验得到材料的应力-应变曲线和能量吸收图，研究了初始应变率和湿度对该材料静态压缩缓冲性能的影响，构建了基于初始应变率和相对湿度的静态压缩本构模型。结果表明，当静态压缩时，材料的应变率效应较显著。该材料的应力和能量吸收随着初始应变率的增大而增大。当相对湿度为50%,应变为0.6时，随着初始应变率由0.002 s^-1增大至0.01、0.017、0.033、0.05 s^-1,材料的应力分别增大了5.4%、12.51%、20.97%、26.3%,能量吸收分别增大了0.69%、7.18%、12.27%和19.21%。湿度对该材料的影响较大，该材料静态压缩力学性能随着相对湿度的增大显著降低，当初始应变率为0.017 s^-1,应变为0.6时，随着相对湿度由50%增大至70%、80%、90%,该材料的应力分别下降了7.26%、19.39%和39.42%,能量吸收分别下降了17.93%、25.7%和43.84%。另外，构建了基于初始应变率和湿度的淀粉/PP基发泡材料的静态压缩...     

热变形温度对82B盘条变形抗力的影响

通过在Gleeble-1500热/力模拟实验机上的热压缩实验,研究了不同热变形条件下SWRH82B盘条的变形抗力. 由所得数据,确定钢样的应力-应变曲线,分析了变形温度对变形抗力的影响,结果表明,在选定变形程度范围0.3~0.8内,变形温度从860℃升至1110℃过程中,不同变形程度的变形抗力明显减小;当变形速率分别为0.1, 1, 10, 40 s-1时,变形抗力随变形温度的增大而减小;当变形温度为860, 910, 960, 1010, 1060, 1110℃时,变形抗力减小趋势随变形速率增大而趋于平缓;建立了82B盘条变形抗力与变形温度关系模型为：s=162.6283exp(-2.28815T+8.04316),拟合精度达99%以上.     

磁纳米粒子对Vs55溶液反玻璃化等温结晶行为的影响

借助差示扫描量热仪（DSC）和低温显微系统,研究了磁纳米粒子对典型玻璃化溶液Vs55在反玻璃化过程中等温结晶行为的影响。结果表明：（1）磁纳米粒子经过羧酸（CA）和聚乙二醇（PEG）表面修饰后,对Vs55溶液的玻璃化转变温度（T_g）几乎没有影响,但对其反玻璃化转变温度（T_d）和反玻璃化结晶焓（H_Td）影响较大;（2）在Vs55的反玻璃化温区范围内（-85~-60℃）,随着等温温度的升高和降温速率的增大,经CA修饰的磁纳米粒子均会显著促进Vs55的反玻璃化现象,在-85℃等温时的冰晶生长速率为0.37 μm·s^-1,75℃等温时则为2.19 μm·s^-1,而当降温速率从2℃·min^-1增大到100℃·min^-1时（在-75℃等温结晶）,其反玻璃化冰晶生长的速率由1.72 μm·s^-1增大到3.54 μm·s^-1;（3）与Vs55相比,两种修饰均明显促进了其反玻璃化,在-80℃等温结晶时,Vs55溶液的生长速率为0,而CA和PEG修饰分别达到了1.04 μm·s^-1和2.31 μm·s^-1;与CA修饰相比,PEG修饰后的磁纳米粒子更加促进了Vs55溶液的反玻璃化现象,在-85℃等温时的冰晶生长速率为0.62 μm·s^-1,而-75℃等温时则达到了6.25 μm·s^-1,这个结果也充分说明了磁纳米粒子表面修饰物质的不同必定会显著影响Vs55的反玻璃化结晶生长。     

高含硫气田集输净化管道缓蚀剂预膜稳定性

针对高含硫气田集输净化系统两相湍流流动条件下缓蚀剂预膜稳定性问题,利用高温高压动态循环腐蚀反应釜实验系统,开展高含硫气田典型管流流动条件下缓蚀剂膜稳定性评价研究:当流速在6 m·s^-1以下时,缓蚀剂预膜稳定性较好;当流速超过7.5 m·s^-1后,缓蚀剂预膜开始出现局部破坏;当流速达9 m·s^-1时,缓蚀剂膜在较高的流动剪切应力作用下已完全失效。流体动力学研究表明剪切应力为6.5 N·m^-2时为缓蚀剂膜发生整体破坏的临界点。     

不同应变速率下橡胶混凝土损伤本构模型

为获得低应变速率下橡胶混凝土的力学性能,本文进行了不同应变速率下橡胶混凝土的轴压试验,分析了混凝土细骨料的橡胶颗粒体积替换率和应变速率对橡胶混凝土力学性能的影响规律。结果表明,随着应变速率的增加,橡胶混凝土的应力-应变关系曲线和抗压强度均呈现增大的趋势,橡胶混凝土初始损伤值呈现递减的趋势,但应变速率对橡胶混凝土的弹性模量影响不显著。当应变速率从3.3×10^-5/s增加至3.3×10^-3/s时,橡胶体积替换率为0%、20%和30%的橡胶混凝土抗压强度分别增加了31%、24%、10%。当橡胶体积替换率率从0%变化到30%时,承受应变速率为3.3×10^-5/s、3.3×10^-4/s和3.3×10^-3/s的橡胶混凝土抗压强度分别减少了17%、15%、30%;橡胶混凝土的耗能随着加载速率的增加,整体呈现增大的趋势。最后基于试验数据建立了不同应变率下橡胶混凝土的损伤本构关系模型,并采用试验数据验证了新建立模型的准确性。     

废纸浆/HDPE复合发泡材料的流变行为及发泡形态

将废旧瓦楞纸板粉碎制浆,与HDPE（高密度聚乙烯）通过模压成型制备了废纸浆/HDPE发泡复合材料。利用英国Rosand双料筒毛细管流变仪,在线研究了发泡剂AC含量、废纸浆含量、温度以及吸热、放热和平衡发泡剂对废纸浆/HDPE复合发泡材料的流变行为的影响,并在SEM下观察了不同AC含量和废纸浆含量对发泡形态的影响。结果表明：废纸浆/HDPE复合发泡材料熔体表现为假塑性流动特征,当剪切速率达到600 s^-1时,出现管壁滑移现象。发泡剂AC能明显降低熔体黏度,随着AC含量的增加,熔体黏度下降。随着废纸浆含量的增加,熔体黏度增加。当剪切速率小于275 s^-1时,随着温度的升高,熔体黏度降     

2-烷基蒽醌加氢合成过氧化氢的动力学研究

针对蒽醌法合成过氧化氢工艺,采用Pd基催化剂在温度为30～60℃、压力为0.15～0.35MPa的条件下研究了2-烷基蒽醌加氢反应过程,并采用多元线性回归分析建立了幂指型动力学方程。结果表明：随着2-乙基蒽醌、2-丁基蒽醌、2-戊基蒽醌侧链烷基官能团空间位阻效应增大,加氢反应活化能依次提高(15.663,18.715,19.347 kJ/mol),H₂分压的反应级数增大,工作液中蒽醌浓度的反应级数和指前因子依次降低。在蒽醌转化率低于50%的条件下,2-乙基蒽醌加氢反应速率是2-丁基蒽醌的4.31倍、2-戊基蒽醌的6.63倍;在蒽醌法工况条件(55℃、0.3 MPa)下,H₂于双酰胺衍生物溶剂中的体积扩散传质系数(kLa)为0.162 s^-1,明显优于工业常用溶剂磷酸三辛酯(0.091 s^-1)、三甲苯(0.057 s^-1)中的kLa。     

通风与相变耦合条件下围护结构最佳蓄热性能

现阶段用于建筑围护结构的相变构件在蓄热阶段存在蓄热速率较低的问题。为了提高相变构件在蓄热过程中的蓄热速率,将相变构件与机械通风相结合,搭建了相变构件热性能研究实验台,测试了不同送风温度和送风风速工况下相变构件的蓄热性能,采用了有限差分法通过Matlab软件对相变构件蓄热过程进行数值计算以拓展实验送风温度工况,将风机能耗考虑在内,对系统整体的节能效果进行了分析,提出了有效的送风方法。结果表明：提高送风温度或风速可缩短构件相变完成时间,同时可以提高构件表面蓄热热流,当送风风速为1.0 m·s^-1,送风温度由34℃提高到80℃时,液化过程的平均热流由23 W提高到322 W;同一送风风速工况下,最佳送风时间最终稳定在固定值;在送风温度80℃,送风风速2.0 m·s^-1条件下,送风1.6 h时,系统能达到最大节能量,为891.8 kJ。     

新型制冷剂R1234ze(E)水平圆管内流动沸腾换热特性

新型制冷剂R1234ze(E)(trans-1,3,3,3-tetrafluoropropene)因较低的GWP值备受制冷行业关注,有望替代R134a。在内径为8mm水平圆管内对R1234ze(E)流动沸腾换热特性进行实验研究,并在相应实验工况下与R134a进行对比。本研究的实验工况:流动沸腾换热的饱和温度为10℃±0.5℃,热通量为5.0和10kW·m^-2,质流密度范围为300~500kg·m^-2·s^-1。分析质流密度、热通量以及干度对R1234ze(E)和R134a饱和流动沸腾传热系数的影响。结果表明,R1234ze(E)和R134a的流动沸腾传热系数随质流密度和热通量的增大而增大;在低质流密度300kg·m^-2·s^-1工况下,R1234ze(E)传热系数较R134a偏低14.68%左右,但随质流密度增大到500kg·m^-2·s^-1,其偏差缩小为7.35%。最后将实验结果同4种常见预估关联式进行比较,结果表明Kandlikar关联式计算结果较优,全工况范围内Kandlikar关联式对R1234ze(E)和R134a的预估值与90%的实验数据偏差在±25%以内,平均偏差分别为23.13%和11.50%,满足工程设计要求。