各向异性层状千枚岩渗透率及有效孔隙率试验研究

采用岩石全自动三轴伺服仪和气体渗透装置,对一种致密的各向异性层状千枚岩开展了气体渗透率及有效孔隙率试验,研究常规三轴压缩和围压循环加卸载2种应力路径下,气体渗透率、有效孔隙率随层理倾角及偏应力的演化规律。结果表明:围压相同时,岩样的初始气体渗透率k0随着层理倾角β的增大呈“W”型变化,在β=45°时取最大值;在围压循环加卸载过程中,气体渗透率先随围压的加载而减小,后随围压的卸载而增大,卸载时的气体渗透率小于加载时的渗透率;层状千枚岩有效孔隙率和气体渗透率呈指数关系;平行于层理方向的气体渗透率远大于垂直于层理方向的气体渗透率;岩样有效孔隙率和气体渗透率随偏应力变化经历初始压密阶段、线弹性阶段和塑性变形阶段,随着偏应力的增大,岩样有效孔隙率和气体渗透率先减小,接着保持稳定,最后快速增大,并在岩样应力-应变曲线斜率接近于0时达到最大值。

基于GWO-BP神经网络及粮食压缩实验对粮食孔隙率的预测

孔隙率是影响粮堆内热湿传递的关键参数,为探究粮仓中散装粮堆孔隙率的分布规律,通过开展粮食压缩实验来获取不同的粮食种类在不同水分含量和竖向压力条件下的孔隙率。提出了一种基于灰狼算法优化BP(GWO-BP)神经网络的粮食单元体孔隙率预测模型,并将该模型与BP神经网络模型、随机森林模型的孔隙率预测结果进行对比,最后利用粮食单元箱实验对该模型的泛化能力进行验证。结果表明,GWO-BP神经网络模型的孔隙率预测性能最佳,该模型的评价指标R2为0.960 5、RMSE为0.013 7及MAE为0.0131,均在允许的范围内。本研究为粮食孔隙率的确定提供了一种神经网络预测的方法,为深入开展粮堆多场耦合分析提供了重要基础,为安全储粮提供了理论支持。

基于PSO-SVR模型预测粮食孔隙率

利用自制粮食孔隙率测定仪,采用直接测量法对不同受压状态下的粮食单元体孔隙率进行测量,得到不同粮种、不同含水率和不同压力下的粮食单元体孔隙率。通过粒子群算法(PSO)优化支持向量回归(SVR),建立基于PSO-SVR粮食单元体孔隙率的预测模型,并与随机森林(RF)模型、SVR模型对比分析其性能。结果表明:PSO-SVR模型的各项性能指标均优于RF模型和SVR模型。PSO-SVR模型测试样本的均方误差(MSE)为0.0660、决定系数(R^(2))为0.9340、平均绝对误差(MAE)为0.2000,相较其他2种模型,该模型的预测结果误差小,具有较高的预测精度,可以有效预测粮食在不同压力下的孔隙率。

基于数据挖掘技术的燃机透平叶片热障涂层孔隙率预测及力学性能研究

目的预测燃机透平叶片热障涂层孔隙率,加速热障涂层的研发及工艺优化,解决传统实验方法效率低、成本高的问题,为重型燃气轮机热障涂层研发及工业实际生产中的具体工艺参数调控提供一定指导。方法采用MATLAB图像二值化处理技术计算陶瓷层的孔隙率数据,训练机器学习模型,预测不同工艺参数下热障涂层陶瓷层的孔隙率,并通过实验验证测试涂层的硬度和孔隙率。结果GradientBoosting Regression模型能够实现对热障涂层孔隙率的准确预测,喷涂功率、送粉率和喷涂距离对孔隙率的影响较大。机器学习具有一定的外延性,模型的R值(Related Coefficient,R)由0.8344提高到0.9430,R2值(Square of Related Coefficient,R^(2))从0.6962提高到0.8892,而MAE的值(Mean Absolute Error,MAE)从1.3440降低到1.0394,RMSE值(Root Mean Squared Error,RMSE)由1.8810减少到1.7128。随孔隙率的降低,等离子喷涂8YSZ陶瓷涂层的硬度由3.98 GPa增加到5.54 GPa,弹性模量由62.36 GPa提高到84.30 GPa。该模型准确预测了不同工艺下的涂层孔隙率。结论喷涂功率、送粉率和喷涂距离决定了热障涂层的孔隙率,热障涂层的孔隙率与其硬度和弹性模量息息相关。本工作利用机器学习准确预测了不同工艺下的涂层孔隙率,证明机器学习算法在重型燃气轮机透平叶片热障涂层研发、工艺优化及生产中具有一定的应用前景。

海泥孔隙率对海底微生物燃料电池电化学性能影响及有机质扩散分析

海底沉积物微生物燃料电池(MSMFC)在长期运行过程中,海泥孔隙率影响阳极表面水平方向有机质扩散,进而影响阳极电化学性能和电池功率输出.通过人工调节孔隙率在实验室模拟并研究孔隙率对MSMFC的影响,建立孔隙率与MSMFC产电量和水平扩散系数之间定量关系式.结果表明:随着孔隙率升高,阳极动力学活性先降低后升高,最高动力学活性是最低动力学活性的3.85倍;电池最大输出功率密度在孔隙率为45.2%时,达到最大值206.8 mW/m^(2).随着孔隙率的增大,有机质水平扩散系数升高,并与MSMFC产电量存在线性关系.当孔隙率为45.2%时,扩散系数为0.48 m^(2)/s,MSMFC产电量达到804.04 J.该研究结果将为MSMFC在不同海域布放选址、阳极结构设计及电池长期产电运行提供技术支撑.

多孔中药固体片剂孔隙率的太赫兹有效介质模型研究

目前对中药片剂的孔隙测量,一般采用的是具有破坏性的密度测量方法,缺乏无损量化方法。太赫兹辐射能用于无损的提取药物若干光学信息。针对直压型中药片剂,通过太赫兹时域和频域信号处理等不同方法分别计算各种片剂的有效折射率,发现两种方法得到的有效折射率和片剂的孔隙率均呈良好的线性关系。根据有效折射率特性,利用四种有效介质模型提取了中药片剂的孔隙率并进行量化回归,通过交叉验证与相对分析误差(RPD)发现通过时域信号处理的有效折射率得到的孔隙率回归模型解释性与验证准确性更高,其中最佳模型是Bruggeman模型(RPD=11.3325)。为中药多孔粉体制剂工艺优化提供支持。

添加钙盐对钒钛铁精矿氧化球团物相、强度及孔隙率的影响

为了响应国家“双碳”目标,解决钒钛铁精矿酸性氧化球团不能满足高炉渣系对钙、镁成分要求的问题,本文以钒钛铁精矿为原料,研究氧化温度、氧化时间、钙盐添加量和膨润土添加量对氧化球团物相组成、抗压强度和孔隙率的影响。试验结果表明:随着氧化温度的升高,钒钛铁精矿主要发生磁铁矿转变为赤铁矿和钛铁矿转为铁板钛矿两个氧化过程;随着氧化温度的升高和氧化时间的延长,氧化球团抗压强度提高,孔隙率降低;随着钙盐添加量的增加,氧化球团抗压强度显著下降,孔隙率明显增大;在膨润土添加量为0.75%,氧化时间为120 min和氧化温度为1 200℃的条件下,添加1.5%氢氧化钙的氧化球团的抗压强度和孔隙率分别为3 449.9 N/P和22.70%;添加1.5%碳酸钙的氧化球团的抗压强度和孔隙率分别为3 168.6 N/P和25.25%。本文研究结果可为提高钒钛铁精矿高炉入炉比奠定原料基础,进一步降低高炉冶炼工艺的能耗水平。

孔隙率对多孔介质模型内水-气两相驱替规律的影响

多孔介质的孔隙率是影响水气两相驱替模式和注液饱和度的重要因素,饱和度是决定离子型稀土矿浸出率的关键指标。开展四种孔隙率的多孔介质中水气两相驱替微流体模型试验,确定了水气两相驱替模式,分析了气体团簇的形成机理及其分布特征,研究了孔隙率对模型内注液饱和度的影响。结果表明:水气两相驱替为毛细管指进模式,孔隙率高的多孔介质中指进现象更显著;随着毛细管数的增大,渗流模式逐渐趋于稳定。毛细管指进过程容易在多孔介质孔隙中形成气体团簇,低孔隙率模型中的气体团簇小而多;高孔隙率模型内的气体团簇大而少。模型内的注液饱和度随着孔隙率的增大而减小,随着注液强度的增大而增大。

扩散层孔隙率对燃料电池性能的影响

气体扩散层是质子交换膜燃料电池的关键部件,在电池内用于支撑和保护质子交换膜和催化剂层,并且为电子传导和气体输运提供通道。孔隙率作为扩散层主要参数,其大小影响扩散层特性,最终影响电池性能。所以,为获得较有利的孔隙率,本文建立三维全电池结块模型,计算定值及沿不同方向阶梯型变化孔隙率对电池性能的影响,并且计算不同电压下对应的最佳孔隙率值。结果表明,增大孔隙率可明显提升浓差极化区电池性能,但是会降低欧姆极化区性能。沿流动方向孔隙率增加可改善电池性能,但是孔隙率变化幅度不宜过大,从脊下到流道下孔隙增加可提升电池性能。不同电压下使得电流密度最大时对应的孔隙率不同,且随电压增加而降低,0.2V时电流密度可提升5.28%。

高孔隙率C_(f)/SiC复合材料铣削试验和仿真研究

C_(f)/SiC复合材料是一种碳纤维增强的SiC基复合材料,具有优异的高温热力学性能和组织稳定性,被广泛用于制造航空航天领域中热防护系统和动力系统的关键零部件。C_(f)/SiC复合材料兼有SiC基体的硬脆性、碳纤维的强韧性以及两相结合的非连续特性,给切削加工带来极大挑战。为此,针对一种高孔隙率C_(f)/SiC复合材料的高效加工开展基础试验研究,采用TiCrN+Al 2O 3+TiN涂层硬质合金立铣刀铣削C_(f)/SiC复合材料表面,研究铣削参数对加工表面质量和刀具磨损的影响规律,结合仿真分析研究加工表面形成机理,为C_(f)/SiC复合材料的低损伤切削工艺研究提供基础试验数据和指导。

多孔介质孔隙率对池沸腾传热性能影响机理的模拟研究

采用介观相变格子Boltzmann(lattice Boltzmann, LB)方法,在孔隙尺度下研究了多孔介质的孔隙率对池沸腾换热过程的影响,重点分析了不同孔隙率时气泡的运动过程,并对气泡在多孔介质中的典型状态进行了力平衡分析,进而探究了多孔介质孔隙率影响沸腾传热的机理.结果表明,与无多孔介质的平板表面相比,多孔材料能够有效地降低初始成核的壁面过热度,增强流体的扰动,并且能够显著提升临界热流密度(critical heat flux, CHF)值.在所研究的工况中,孔隙率ε=73.2%时,CHF值提升最大,约为平板的3.6倍,其余孔隙率的多孔介质最小也可将其CHF值提升至平板的2.3倍.研究发现,当孔隙率从97.7%开始逐渐减小时,CHF值逐渐增大,同时沸腾换热曲线向左上方移动,这是因为减小孔隙率能够增大有效换热面积,减小气泡成核的壁面过热度,从而强化沸腾换热.当孔隙率减小到ε=73.2%时,若继续减小孔隙率,热流密度将突然下降,沸腾传热性能显著降低.通过对沸腾过程中气泡的受力进行分析后发现,当孔隙率较小时,过小的孔隙直径显著增大了气泡的逸出阻力,降低了气泡的上升速度,延长了气泡脱离多孔介质的时间,且此时气泡会在蒸发动量力、接触压力以及摩擦力等的共同作用下聚集在加热器上表面,形成气膜,从而恶化沸腾传热.

消泡剂对磷建筑石膏孔隙率及强度的影响

添加外加剂是改善建筑石膏性能的主要方法。采用单因素试验,研究了有机硅消泡剂和聚醚改性有机硅消泡剂对磷建筑石膏硬化体孔隙率、强度、软化系数和吸水率的影响,并从微观角度分析影响机理。结果表明,有机硅消泡剂的掺量在0~1.50%时对磷建筑石膏浆体具有缓凝作用,初凝时间从4 min延长至8 min,终凝时间从9 min延长至17 min。有机硅消泡剂在掺量为0~0.50%或聚醚改性有机硅消泡剂在掺量为0~1.50%时会提高磷建筑石膏硬化体的强度,聚醚改性有机硅消泡剂对于磷建筑石膏的性能提升效果更优。

胶石比和孔隙率对聚氨酯稳定再生集料性能影响试验分析

通过试验分析胶石比、孔隙率对聚氨酯稳定再生集料试件的抗压静态回弹模量、浸水残留稳定度、冲刷质量损失、抗压强度损失等性能的影响。结果表明,在孔隙率一定时,回弹模量随胶石比的增加近似呈线性增长;而孔隙率变化时,回弹模量会出现大幅度的变化。胶石比增大,浸水残留稳定度发生变化,先增长后降低,降低幅度略小,胶石比为5%时达到峰值。冲刷质量损失、抗压强度损失均和胶石比呈负相关,当胶石比增大时,两者的损失都呈现减少的趋势;孔隙率为18%、20%、22%时,试件强度损失随胶石比的变化情况不发生变化。

基于孔隙率和酸碱度的改性再生混凝土力学性能研究

为探究铵明矾及废煤渣对利用混凝土再生料制备出的再生混凝土性能的影响,利用铵明矾和废煤渣代替水泥和混凝土再生骨料,制备生态混凝土,结合室内单轴压缩试验方法,研究不同铵明矾和废煤渣取代率下的再生混凝土在不同养护龄期下的抗压强度、pH值及孔隙率等试验指标。试验结果表明:含有铵明矾和废煤渣的生态混凝土的pH值、孔隙率及抗压强度均能较好地满足工程的实际需求,说明利用铵明矾降低再生混凝土pH值的方法效果良好。

直剪和双轴离散元数值试验中剪切带宽度的孔隙率场测量技术

离散单元法(discrete element method,DEM)数值仿真中,孔隙率场已用于观测剪切带宽度,观测剪切带宽度有助于理解剪切带宽度与颗粒特性的关系。孔隙率场可由测量圆测得,但测量圆半径通常按经验确定。针对测量圆半径定义缺乏理论和数值研究等问题,开展了孔隙率测量精度与测量圆半径关系的研究。提出基于孔隙率场的“1/2宽度估算法”和“1/2曲率极值法”,将其应用于直剪和双轴压缩试验的剪切带宽度测量,并将测量结果与转角法和网格法测量结果进行了对比。DEM数值研究结果表明:提出的方法能够用于量测直剪试验和双轴压缩试验中的剪切带宽度;直剪试验中剪切带宽度随粒径增大而逐渐增大;因为试样的非对称和不均匀性,双轴压缩试验的X形剪切带中的两条剪切带宽度不相等,且剪切带随轴向加载过程逐渐变宽。

孔隙率分布对质子交换膜燃料电池性能的影响

建立平行、蛇形及叶脉流场的三维质子交换膜燃料电池(PEMFC)模型,分析不同模型中催化层(CL)的氧气分布特征.针对不同流场模型提出对应的气体扩散层(GDL)孔隙率梯度分布方案,分析不同流场模型中氧气摩尔分数分布、膜电流密度分布、极化曲线与功率密度曲线.结果表明,所提GDL孔隙率梯度分布方案能够强化氧气由GDL向CL的传输效果,改善CL上局部氧气供应不足现象,提升PEMFC输出性能.与常规孔隙率分布的平行、蛇形及叶脉流场模型相比,采用孔隙率梯度分布的流场模型的峰值功率密度分别提高了8.59%,18.26%和15.46%.

孔隙率对SiC_(p)/AZ91D复合材料单轴压缩裂纹萌生及扩展的影响

使用内聚力模型及有限元分析方法,在含实际形貌SiC_(p)颗粒增强AZ91D镁基复合材料有限元模型中引入孔隙缺陷。分析不同孔隙率对SiC_(p)/AZ91D复合材料在单轴压缩情况下的裂纹萌生及扩展的影响。结果表明:无孔隙的SiC_(p)/AZ91D复合材料裂纹萌生在颗粒尖角与基体交界处,含孔隙的复合材料在基体孔隙以及颗粒尖角与基体交界处均会萌生裂纹,复合材料的孔隙率越高,其抗压强度和屈服强度越低,断裂裂纹长度越长,孔隙率的增加使得复合材料的裂纹萌生和断裂的时间提前,加速了复合材料裂纹萌生扩展直至断裂。

孔隙率和损伤演化加速混凝土碳化的模拟

外荷载引起的混凝土损伤加速了混凝土的碳化进程,引入孔隙率和损伤变量修正了介质传输方程的扩散系数,发展了Papadakis的经典碳化模型,构建了特定外界环境下以孔隙率和损伤度为自变量的混凝土碳化模型。建立了可反映混凝土细观结构特征的随机骨料模型,基于有限元法模拟了CO_(2)在混凝土中的传输—反应过程,探究了外荷载和湿热环境共同作用下混凝土中介质浓度及孔隙率的变化规律、碳化发展和损伤演化过程。研究结果表明,外荷载的作用增加了混凝土的碳化深度及其非均匀性。研究成果揭示了荷载作用下混凝土的加速碳化机制,可为混凝土耐久性设计和寿命预测提供参考。

煤体相似材料孔隙率调控方法及正交试验研究

孔隙是煤层瓦斯赋存和运移的重要影响因素,但目前煤与瓦斯突出相似试验材料较少考虑孔隙率相似性。优选樟脑颗粒作为煤体孔隙率调控材料,考虑不同樟脑颗粒级配、质量分数、成型压力及水泥质量分数因素影响,基于正交设计制备16个相似材料试件,通过测试各试件的孔隙率、坚固性系数、瓦斯放散初速度和渗透率参数,建立诸影响因素与试件参数间的量化关系式,进而获得了林盛煤矿突出煤层煤样相似材料的配比,并进行了验证。结果显示:樟脑颗粒比干冰颗粒更适合作为孔隙率调控材料,樟脑颗粒质量分数对材料孔隙率影响较大,级配影响较小;通过樟脑颗粒孔隙率调控所制备的试件与原煤样坚固性系数、放散初速度和渗透率均具有良好的相似性。

基于梯度孔隙率的楔形鼻锥相变发汗冷却研究

为提高飞行器鼻锥驻点处的发汗冷却效率,提出了一个孔隙率呈梯度分布的楔形多孔鼻锥,在不同冷却剂注入率下,在亚声速条件下对相变发汗冷却进行了试验与数值研究。结果表明,梯度孔隙率的设置可以有效提高驻点处的冷却效率和多孔表面的整体温度均匀度。冷却剂注入率M=0.125%时,驻点处冷却效率提高了52.4%,整体冷却效率提高了31.7%。数值结果表明,梯度孔隙率通过使多孔内最大压力值从驻点后移来提高前缘处的冷却剂流量,改善冷却剂的流动分布,冷却剂注入率为M=0.150%时,驻点处冷却剂流量提高了76%。此外,冷却剂流出多孔结构后在外表面形成的气膜分布更为均匀。