细水雾作用下固体池炎熄灭时间的实验研究

利用三维激光粒子动态分析仪测量距离细水雾喷嘴不同位置的雾场特性（雾滴速度、雾滴粒径），选择东北红松和PMMA作为固体燃料研究了细水雾与固体池火的相互作用过程，重点考察燃料特性、细水雾施加流量以及喷距离燃料试样表面的高度对熄灭时间的影响。结果表明，随着细水雾流量的增加，灭火时间均下降，在同一个流量条件下PMMA的灭火时间比松木长。在小流量的情况下，喷嘴离燃烧试样表面越远，灭火时间越短。固体池火的熄灭主要由于燃料表面的冷却。     

水蒸气抑制熄灭杯式燃烧器扩散火焰的机理

在自行研制的杯式燃烧器的基础上，采用实验与数值模拟相结合的方法对水蒸气抑制熄灭甲烷／空气扩散火焰的过程进行了研究，分析火焰抑制熄灭现象产生的过程与作用机理，得到了临界灭火浓度与协流氧化剂流量的变化规律．结果表明，水蒸气抑制熄灭杯式燃烧器扩散火焰是典型的局部火焰熄灭机理．随着水蒸气浓度的增加，杯式燃烧器扩散火焰的根部首先向内收缩并悬举至新的稳定高度，当根部反应核的燃烧速率随着火焰温度下降受到极大抑制后，火焰根部的预混区将因更多水蒸气的扩散稀释作用而无法继续维持火焰向外的振荡传播过程，火焰会脱离燃烧杯面而熄灭．破坏火焰根部核心燃烧区的反应条件是熄灭扩散火焰的关键．水蒸气临界灭火浓度在一定的氧化剂流量范围内不依赖于空气流量，在临界灭火浓度曲线上存在一“平缓区”．实验测得的临界灭火质量百分比浓度分别为水蒸气（16．7±0．6）％、二氧化碳（15．9±0．6）％、氮气（31．9±0．6）％，与数值模拟结果合理吻合．     

基于AFSA算法的掘进机外喷雾效率最高的参数优化设计

为了提高掘进工作面的降尘效率,通过对喷雾降尘机理的研究,分析了影响降尘效率的因素,建立了纵轴式掘进机外喷雾降尘效率的数学模型.以外喷雾降尘效率最高为优化目标,采用人工鱼群算法(AFSA)对喷雾压力、喷嘴和工作面的距离、喷嘴直径和喷嘴的雾化角进行了优化.优化的结果表明,在保证一定的雾流流量和一定的雾粒存活时间的条件下,喷雾的耗水量减少了3.48％,降尘效率增加了15.33％.该项研究对于合理设计掘进机外喷雾参数,提高喷雾降尘性能,改善掘进工作面环境等具有一定的指导作用和参考价值.     

微重力下环境压力和辐射再吸收对火焰沿薄燃料表面传播的影响

当环境气体不具备辐射特性时(例如环境气体为O2-N2), 在较小的环境压力下, 火焰向燃料表面的热传导是火焰传播的主要驱动力. 但随着环境压力的增大, 火焰传播速度越来越大, 火焰对燃料表面的热辐射逐渐成为火焰传播的主要驱动力之一. 当环境气体具有较强的辐射特性时(例如环境气体为O2-CO2), 在较小的环境压力下, 火焰前沿环境气体的辐射再吸收将强化火焰对燃料表面的传热、热辐射和热传导在火焰传播机理中均起重要作用. 随着环境压力的增大, 氧气向火焰的扩散加强, 燃烧反应加剧, 火焰传播加速. 当环境压力大于一定值时, 进一步增大环境压力, 环境气体的辐射再吸收使火焰对燃料表面的热辐射减弱. 因此, 火焰传播速度反而随着环境压力的增大而减小, 火焰向燃料表面的热传导逐渐成为火焰传播的主要驱动力.     

无间隙原子钢高压扭转过程中塑性变形的滞后性研究

采用DEFORM-3D有限元分析软件,对无间隙原子钢(IF钢)在高压扭转(HPT)中的扭转阶段大塑性变形(SPD)过程进行模拟仿真,通过分析试样的等效应变分布,得到了IF钢在不同剖面的变形滞后性特征.结果表明,在扭转的前期阶段(不大于2周),IF钢试样表现出大塑性变形的滞后性:试样边缘的等效应变值明显高于心部,且沿径向由边缘到心部数值逐渐变小;与试样的上表面相比,下表面的等效应变明显较高,边缘大塑性变形区域较大,并且随着旋转角度、距心部距离的增加,上表面大塑性变形的滞后性越来越明显.这说明在扭转的前期阶段,试样的中心部及上表面的塑性变形相对滞后,并对其原因进行了初步分析,这与其下模旋转及表面摩擦密切相关,理论分析、显微组织及硬度检测结果均验证了该模拟结果的可靠性.     

新型矩阵式微射流热沉性能分析

设计一种带有回流结构的矩阵式微射流热沉,采用实验和数值模拟方法对热沉性能进行了研究.在稳态条件下,获得了不同运行和结构参数时被冷却表面的温度分布、流体的速度场以及系统压损.结果表明:冲击距离对热沉性能影响较大,其值越小,平均努赛尔数越大,被冷却表面的平均温度越低,换热均匀性越好;被冷却表面平均温度与气体体积流量成反比;系统压损随着射流雷诺数的增大不断增大,雷诺数大于5500以后,压损急剧增加;换热均匀性与气体体积流量成反比,气体体积流量越大,换热均匀性越好.     

自然光照条件下可再生的微生物燃料电池阴极体系

本文中采用多碘离子(I3-)为阴极电子受体,利用碘离子(I-)可以在太阳光照条件下跟氧气生成多碘离子的特性,提出并构建了可利用太阳光进行循环再生的微生物燃料电池阴极体系;并在太阳光照条件下对多碘离子的再生特性及其再生特性对电池性能的影响进行了实验研究.结果表明,多碘离子做阴极电子受体时的微生物燃料电池的性能要明显高于铁氰酸钾(K3[Fe(CN)6])为电子受体时的性能;并且在太阳光照条件下,多碘离子可以利用太阳能快速循环再生,是一种较合适的微生物燃料电池阴极受体.同时实验发现多碘离子浓度对微生物燃料电池性能有很大影响,在本实验条件下,多碘离子浓度越高,微生物燃料电池性能越好;并且通过线性扫描实验可知,在自然光照条件下,多碘离子向阴极表面的扩散是影响微生物燃料电池性能的主要因素.     

矿物及固体绝缘材料电阻率测量的小型电极实验装置与应用

目前还没有一种矿物及固体绝缘材料小块样品电阻率测量的有效方法.为此,根据国家标准GB/T1410-2006和数字高阻计特点,研制了一种与通用高阻计配套使用的小型电极实验装置,将试样直径由标准电极的100mm减小到18mm,试样面积减少了30.86倍;该装置采用2个直径60mm×高20mm的绝缘基座对三电极系统进行支撑和精确定位,以实现装置结构的精准性和测量结果的可靠性,其关键技术参数是高压电极和测量电极的直径分别为18和14.6mm,保护电极内径和外径分别为16和18mm,保护电极与测量电极间隙尺寸为0.6mm,适用于直径ф=18mm的矿物及固体绝缘材料平板试样电阻率测量;体积电阻率和表面电阻率验证实验结果表明,采用小型电极实验装置与标准电极测量结果一致.     

光滑明渠内正弦型非恒定流传播特性试验研究

建立了一套高精度的明渠非恒定流试验系统,并进行了多组正弦型明渠非恒定流试验以详细研究明渠非恒定流的传播特性.通过试验数据分析获得了明渠非恒定流的传播速度、波的变形率、波峰和波谷的外包线等参数的变化规律.结果表明：（i）明渠非恒定流的传播速度可以用波峰时的微波波速及流速之和来表示;（ii）非恒定流传播过程中会发生时间尺度上波的变形,上升段变短而下降段变长,但总的时间仍然保持不变,变形率是传播距离、周期和流量波幅的函数;（iii）波峰、波谷的水深同周期关系密切,当周期减小时,波峰、波谷水深均逐渐靠近平均流量对应的均匀流水深,当周期变大时,波峰水深靠近最大流量对应的均匀流水深,波谷则靠近最小流量对应的均匀流水深;（iv）非恒定流传播过程中,流量随不同周期的变化规律同水深变化规律基本类似.     

液体-固体接触中界面电子转移的过程与EDL结构的两步走机理模型

液体-固体(L-S)界面科学是化学、催化、能源甚至生物学中最重要的表面科学, L-S界面双电层(EDL)的形成是由于在固体表面吸附了一层电荷,使液体中的离子重新分布.虽然人们总是假设固体表面最初便存在一层离子电荷,但这层电荷的起源与属性却没有得到广泛的探索,而最近的研究表明,在L-S界面电荷层形成的初始阶段,电子传递起着主导作用.本文综述了近年来在液体-固体接触起电中,包括液体-绝缘体、液体-半导体和液体-金属的电子传递方面的研究进展.考虑到L-S界面上电子传递的存在,重新讨论了EDL的形成,并展望了液液接触起电的模型.     

热激活和辐照熄灭特性及其在瓷器前剂量测定年代中的应用

前剂量技术是瓷器热释光测定年代的一个重要方法,它是建立在热激活和辐照熄灭这两个特性的基础上．根据热激活和辐照熄灭特性,得到测定瓷器古剂量的两个方法,一个是“激活法”,另一个是“熄灭法”．研究结果表明,这两个方法在测定距今100～1000年的年代时,得到的结果是相同的,但是在测定低端年龄（小于距今100年）时激活法比较准确,高端年龄（大于距今1000年）时熄灭法比较准确．另外,对少数不能用这两个方法测定年代的瓷器,提出两个特殊的处理方法．     

FDM三维打印的支撑结构的设计算法

熔融挤压式(FDM)三维打印是由熔化的塑料丝沉积组成物体模型的过程.熔化的塑料丝由喷嘴喷出并与喷嘴正下方的物体模型融合.然而,塑料丝只能沉积在已经存在的物体的上表面上.因此,需要在物体悬空的部位下方添加支撑结构使得物体能够被打印,否则塑料丝将悬在空中无法沉积,不能成型.本文设计并实现了一种保证三维物体模型能够打印的支撑结构方法.能够自动寻找支撑点,并且自动寻找添加支撑结构杆.此外,还调整了支撑杆的具体结构以增加稳定性以及易于剥除性.相比一般切片引擎如Cura,Mesh Mixer的处理方法,文中提出的算法能够在确保可打印性的前提下,有效减少三维打印的材料和时间消耗.     

基于激光多普勒技术测量研究二甲醚-柴油混合燃料喷雾速度和粒度分布规律

利用激光多普勒技术,对含15%和30%二甲醚的二甲醚-柴油混合燃料以及纯柴油的稳态喷雾的速度和粒径进行了测试,得到了相应的速度矢量图、轴向和径向速度以及喷雾索特平均直径的轴向和径向分布的比较曲线.试验结果证实了二甲醚-柴油混合燃料射流存在气爆雾化作用,且在喷孔附近,混合燃料喷雾具有较大的径向速度,在喷嘴远端,径向速度值的大小和变化率均较纯柴油的喷雾小,粒径分布范围随着增大,而粒径分布趋于均匀,在射流轴线上,轴向速度的衰减趋势则大致相似.随着燃油内DME含量由15%增加到30%,喷雾锥角和射流出口速度均增加,喷雾粒径则减小.     

基于核磁共振技术的石膏粉末型3D打印试样水理特性及裂隙渗流特性初探

基于石膏粉末的3D打印技术目前在岩石力学领域及石油领域应用广泛.为使该技术更广泛应用于有水条件下的岩石和油气工程,对真空渗透固化改进的石膏粉末型3D打印试样进行了水理特性和裂隙渗流特性研究.首先,借助SEM和低场核磁共振技术(NMR)研究了该3D打印试样的微观结构特征和孔隙分布特征.其次,分别对试样在自然吸水和有压饱和条件下开展了吸水→饱和→干燥的干湿过程试验,并借助NMR技术研究了试样干湿过程中的水分迁移特征.在此基础上,分别对干燥和饱和试样开展了单轴压缩试验,研究试样遇水软化特征.最后,基于NMR岩石驱替渗流分析成像系统,对4种含不同粗糙度(JRC)的裂隙打印试样开展了恒围压、渗透压的渗流试验,借助实时核磁T₂谱和成像研究了试样的裂隙渗流规律.结果表明,渗透固化的石膏粉末型3D打印试样内部大小孔隙分布均匀且连通性好,总孔隙度为18.4%;试样自然吸水时以中、大孔隙充水为主,有压饱和时其大、中和小三种孔隙均充水饱和;试样的自然吸水率、饱和吸水率以及饱水系数分别为6.01%, 8.8%和0.68,与一般砂岩很接近;相比干燥时,饱和试样的变形大、峰值强度降低明显,其...     

大气悬浮颗粒物对钢铁材料环境腐蚀性影响程度的数学分析

采用Kelvin探针测量技术连续监测钢铁材料在雾霾环境的SKP电位,监测结果表明大气悬浮颗粒物沉积在试样表面会促进试样表面的大气腐蚀;采用数学方差分析方法研究相对湿度、悬浮颗粒物等因素对促进钢铁腐蚀的贡献率,分析结果表明在湿度影响相同的情况下,钢铁材料在含有悬浮颗粒物的大气环境中发生腐蚀的倾向性至少提高33.62%,只要这些悬浮颗粒物一直沉积在钢铁表面,其加速材料腐蚀的风险始终存在.     

新型进料喷嘴雾化性能数值模拟及冷态实验研究

为了改善喷嘴的雾化效果和研究其喷雾过程,对干气雾化进料喷嘴的雾化粒度及均匀性进行了数值仿真和冷态实验研究。利用相位多普勒粒子分析仪,在不同流量下,对喷雾场内不同点的算术平均直径、面积平均直径、体积平均直径、索太尔平均直径以及粒子速度在空间内的分布进行了测量。采用计算流体力学（CFD）方法对冷态喷雾流场进行了数值仿真。通过实验研究和理论计算两种手段,初步探讨了喷嘴的雾化性能的优劣。经过对比分析,实验研究实验结果与数值模拟结果基本一致。结果表明,实验研究和数值仿真的结果均可为喷嘴的设计和优化提供一定依据和参考。同时,本文简述了进料喷嘴的结构和采用的关键技术、冷态试验装置、测量设备和应用前景。     

大速差射流装置对固体粉末冲压发动机燃烧性能的影响分析

采用颗粒轨道模型对固体粉末冲压发动机的两相流场进行了三维数值模拟,研究了大速差射流稳燃装置对发动机掺混燃烧性能的影响.计算结果表明,大速差射流稳燃装置提高了粉末燃料与空气的掺混程度,同时增大了粉末燃料在发动机中的停留时间,大幅度提高了粉末冲压发动机的燃烧效率,发动机燃烧效率达到89.3%.     

一种新型双弹簧、双活塞本构模型在聚合物黏弹性质描述中的应用研究

推导了双弹簧、双活塞黏弹性力学模型的本构方程.在CETR UMT-2型试验机及LKDM-2000轮廓摩擦磨损仪上考察了尼龙PA66、聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲醛和聚醚型聚氨酯等材料的静态蠕变特性、松弛特性.分别利用标准线性固体模型和新型本构模型对实验材料的蠕变、松弛特性进行了表征.实验事实及理论计算结果表明,相对于标准线性固体模型而言,该力学模型能更好地反映聚合物材料的蠕变、松弛等黏弹性质.     

油、纸老化状态对油纸绝缘中空间电荷的影响特性研究

高压直流输电系统出现潮流反转时,换流变压器会经受极性反转电压,内部积聚的空间电荷导致电场畸变,威胁绝缘安全.为了探究油、纸二者在老化过程中对油纸试样空间电荷的作用,将130℃, 140℃, 150℃, 160℃加速热老化实验后的油纸试样解耦,即取出部分老化油纸试样中的绝缘油保存,用石油醚浸泡除去油浸纸试样中残留的变压器油,进而制备出老化变压器油浸渍的未老化绝缘纸及未老化变压器油浸渍的老化绝缘纸试样.油、纸二者耐热等级不同,其在高温热老化时,随着老化温度的升高,会发生不同的物理化学反应,利用电声脉冲法测量了不同油纸组合在极性反转电压下的空间电荷特性,讨论了高温老化及变压器油老化、绝缘纸老化对极性反转电压下油纸绝缘系统的影响.实验结果表明,极性反转前,变压器油老化与油纸共同老化对油纸复合绝缘空间电荷特性具有相同的影响,均在地电极附近出现同极性电荷的积聚,随着老化状态的加深,同极性电荷积聚现象逐渐明显,去极化时电荷消散速率变慢;绝缘纸老化对油纸复合绝缘空间电荷特性的影响与油老化截然相反,在试样地电极附近出现了异极性电荷的积聚,试样内部电荷积聚现象未随着绝缘纸老化状态的加深而发生明显的变化.综...     

基于棋盘型高拓扑热沉结构不同喷嘴射流分布结构的数值研究

电子或电力电子芯片的高密度热流换热问题是制约芯片技术的核心问题之一.本文针对棋盘型喷嘴射流/歧管/微针翅复合结构拓扑形态设计和几何构造参数影响关系进行数值模拟研究.建立喷嘴阵列在正方形、正六边形和菱形三种拓扑结构下换热单元的计算模型,分析各拓扑结构不同参数尺度的流动换热性能.计算结果表明,当射流孔和微针翅的直径分别为50和100μm时,正六边形喷嘴阵列拓扑下复合换热结构压降较小,但换热效果也受到局限;菱形喷嘴阵列拓扑虽然具有最高的局部对流换热系数(150000 W/(Km~2)),但微针翅表面的换热系数较低,温度分布的不均匀程度较大;正方形喷嘴阵列拓扑下热沉的性能具有显著优势,压降仅3150 Pa时,总热阻低至0.099×10~(-4)Km~2/W.该复合热沉结构具有高拓扑性,易于与不同形状大小的芯片相结合,在进一步降低结构尺度和接触热阻后,将在高热流密度芯片冷却领域展示出更好的应用潜力.