激光熔覆技术在汽轮机末级叶片水蚀防护中的应用

水蚀是汽轮机末级叶片损伤的主要原因之一,为了保证汽轮机安全稳定运行,总结了末级叶片的水蚀影响因素,包括微观的二次水滴参数和宏观的工况容量的改变;对比了水蚀防护方法,指出激光熔覆工艺应用于汽轮机末级叶片防水蚀的优势,从涂层材料制备和工艺参数两方面阐述了激光熔覆技术在水蚀防护领域的应用现状,指出防水蚀涂层的研究与制备具有极大发展潜力,提出涂层与叶片基材的结合强度及后期熔覆工件涂层的维修是当前需要重点关注的问题。

1960-2020年东北黑土区水蚀动力因子时空格局及其对主要大气海洋环流模式的响应

[目的]研究东北黑土区水蚀动力因子的时空格局及其对大气海洋环流模式的响应,对区域极端降水事件诱发的土壤侵蚀防治有重要意义。[方法]选用降雨侵蚀力(R)、暴雨雨量(R 50p)、极端强降水量(R 95p)、连续5日最大降水量(R 5d)表征水蚀动力因子,基于1960-2020年逐日降雨数据,采用滑动平均、小波分析、Sen斜率估计法、Mann-Kendall检验方法,分析1960-2020年东北黑土区水蚀动力因子的时空格局,解析水蚀动力因子对大气海洋环流模式的响应。[结果](1)东北黑土区的年降雨侵蚀力(R)为1145.36~3575.94(MJ·mm)/(hm^(2)·h·a),暴雨雨量(R 50p)为73.17~197.86 mm,极端强降水量(R 95p)为265.81~566.35 mm;连续5日最大降水量(R 5d)为69.67~124.95 mm。(2)东北黑土区4个水蚀动力因子在1960-2000年均呈不显著上升趋势,且均未发生整体突变,但2015年后上升趋势明显,表明研究区发生降雨侵蚀的潜在可能性增加。4个水蚀动力因子均存在以约44年为主周期,29年为小周期的周期性变化特征,并经历高低交替2次振荡过程。(3)各水蚀动力因子的空间分布均呈现南高北低,东西两侧低中部高的特征,各指标的最大值出现在长白山-完达山山地丘陵区,最小值出现在呼伦贝尔丘陵平原区。(4)东亚夏季风指数(EASMI)是对东北黑土区水蚀动力因子影响最显著的单一环流模式,北极涛动(AO)和多元ENSO-南方涛动指数(MEI)可以通过影响东亚夏季风间接影响水蚀动力因子。东亚夏季风指数-南海夏季风指数叠加(EASMI-SCSSMI)对各水蚀动力因子的影响均为最显著(ΔPSAC>5%);而东亚夏季风指数、南海夏季风指数和多元ENSO-南方涛动的大气海洋环流模式仅对降雨侵蚀力(R)影响显著(ΔPSAC>5%)。[结论]东北黑土区水蚀动力时空格局的影响因素主要包括地形、东亚夏季风和南亚夏季风等,需关注2014年后水蚀动力增强带来的潜在水蚀危害。

水蚀对黑土微塑料运移和分布影响的初步研究

[目的]阐明土壤中微塑料(MPs)的运移和分布特征,为土壤MPs污染防控和生态安全评价提供重要依据。[方法]采用人工模拟降雨装置和固定坡度土槽(5°)的方法,研究农田中常见的低密度聚乙烯MP(LDPE-MP)和低密度聚丙烯MP(LDPP-MP)在高容重(1.2 g/cm^(3))和低容重(1.0 g/cm^(3))土槽中随地表径流、泥沙和地下径流流失过程,及降雨后土槽内MPs空间分布特征。[结果]不同降雨时段中,径流量随时间增加而增加,降雨后期土壤侵蚀量小于初期,MPs流失浓度随时间的增加逐渐降低。土壤容重越大,地表径流造成的MPs流失量越小;土壤容重越小,MPs向坡下的迁移量越大。靠近坡下处入渗溶液中MPs流失量和浓度大于坡中位置,且靠近坡下处的MPs垂直迁移程度较大。土壤容重越大流失泥沙中MPs浓度越高,高容重处理在坡中、坡下处的MPs平均流失浓度分别是低容重处理的3.41,1.96倍。同一降雨时段中,高容重处理的降雨入渗量、土壤流失量均与MPs流失浓度呈负相关关系,低容重处理的降雨入渗量与MPs流失浓度呈正相关关系。侵蚀结束后,低容重处理坡上MPs浓度随着土层深度的增加而增加。与初始MPs相比,低容重处理坡中中间土层MPs浓度显著降低,坡下各土层MPs浓度均显著降低,高容重处理坡下中间土层和底层土壤MPs浓度显著降低。[结论]降雨侵蚀过程中MPs主要随地表泥沙迁移,地表径流和入渗同时改变了土壤中MPs的水平和垂直分布。

黄土高原典型流域水蚀因子多重分形特征

[目的]探索高程、坡度、土地利用、植被覆盖度等水蚀因子的空间内部多重分形特征,进而深刻认识黄土高原水蚀机理。[方法]分别以黄土高原沟壑区和黄土丘陵沟壑区的两个典型流域(长武县王东沟流域与淳化县泥河沟流域,米脂县泉家沟流域与安塞县纸坊沟流域)为例,利用多重分形方法计算分析了水蚀因子的多重分形谱及其主要参数,探讨了水蚀因子多重分形特征。[结果]地貌相对起伏最大和土地利用空间不均匀程度最高的是王东沟流域,其坡度与土地利用的奇异指数Δα值分别是0.817,0.310,而植被覆盖区域差异最大的是泉家沟流域,其植被覆盖的Δα=1.309;黄土丘陵沟壑区高程的Δf(α)<0,黄土高原沟壑区坡度的Δα与Δf(α)皆大于丘陵沟壑区,即丘陵沟壑区的相对起伏更大,地貌表面更尖锐,土地利用破碎化更严重,植被覆盖区域间复杂程度高。[结论]王东沟流域的地貌相对起伏程度和土地利用破碎化更大,泉家沟流域的植被覆盖复杂程度最高,与实际情况相符,即在区域开展水蚀因子量化进行多重分形特征分析是可行的。

1970—2020年黄土高原水蚀风蚀交错区极端降水时空变化研究及驱动因素分析

黄土高原水蚀风蚀交错区作为中国北方典型的生态脆弱区,因其独特地形和气候条件,极端降雨事件对其环境和生态系统的影响更加突出。选取水蚀风蚀交错区28个气象站点,结合RClimDex模型计算11个极端降水指数,采用线性相关分析法、Mann-Kendall趋势检验法和小波交叉法,分析了1970—2020年黄土高原水蚀风蚀交错区极端降水事件时空分布特征,探讨了极端降水事件的驱动因素。结果表明:(1)1970—2020年水蚀风蚀交错区持续干燥日数(CDD)呈下降趋势,其余10个指数呈上升趋势,反映出近50a研究区极端降水事件的频率、量级和强度不断增加。交错区年降水量增加和极端降水事件增加具有密切关系,且极端降水事件增加主要是由中雨日数(R10)和大雨日数(R20)引起。(2)1970—2020年极端降水事件在全区整体为增加趋势,交错区中部和西南部极端降水事件显著发生,陕西段极端降水量和强度呈显著增加趋势且极端化程度更显著。(3)湿日总降水量(PRCPTOT)、暴雨日数(R25)、5d最大降水量(R5d)3个极端降水指数,与影响因子厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)、东亚夏季风(EASM)和太阳黑子(SN)具有不同的功率,与SN的交叉小波变换功率最大,说明影响因子中SN和极端降水指数的相关性最高,SN对极端降水事件的影响最大。

黄土高原水蚀风蚀交错区不同生物结皮类型对土壤有机碳及其转化的影响

[目的]黄土高原水蚀风蚀交错区是典型的脆弱生态系统,该区域生物结皮广泛分布,生物结皮在土壤有机碳积累与转化发挥着关键作用,然而,生物结皮演替及微生物对土壤有机碳转化相关酶类的影响规律尚不明确。[方法]研究土壤有机碳-微生物-碳转化相关酶在生物结皮不同演替类型的变化规律,并运用SEM模型分析了三者之间的相互关系。[结果](1)生物结皮演替显著增加土壤有机碳含量和碳转化相关酶活性,且它们在结皮层(0-2 cm)中的含量均显著高于裸沙和2—5 cm土层(p<0.05);(2)结皮层细菌、真菌和放线菌数量在藓结皮中最高,其中放线菌、真菌数量在生物结皮演替呈显著增加趋势,结皮层中的细菌和真菌数量显著高于2—5 cm土层,但2—5 cm土层放线菌数量高于结皮层(藓结皮除外);(3)SEM模型表明,土壤有机碳、碳转化相关酶活性和微生物数量之间均呈现显著相关性。[结论]生物结皮的演替对土壤有机碳的积累为碳转化相关酶类和微生物提供丰富基质,促进微生物和酶活性提高,微生物对碳转化相关酶类起着重要的驱动作用,对维持生物结皮的碳平衡发挥着关键作用。

MVR蒸汽压缩机叶片水蚀研究

蒸汽压缩机主要用于MVR(Mechanical Vapor Recompression,机械蒸汽再压缩)蒸发系统,其由压缩机本体、联轴器、齿轮箱、润滑系统、电动机、电气仪表及防喘振系统等组成,结构紧凑,便于维护。蒸汽压缩机是MVR蒸发系统的心脏,其叶轮材料常采用不锈钢/钛合金等耐腐蚀、高强度钢,通过五轴数控联动加工中心整体铣制而成,保证叶片型线的精确性。

辽西水蚀区农地主要控蚀体系及其特点分析

辽西地区水蚀频发,严重影响当地农业经济的有序发展,在多年的治理探索与实践中应用控蚀与保护相结合的治理策略,取得了显著成效。对辽西地区现阶段主要农地控蚀体系的构成、特点、应用效果等进行了分析,希望能为今后相同或相似地区农地水土流失防治提供可借鉴的经验。

太行山区水蚀林地水土流失综合治理研究

结合太行山水蚀经济林地的特点,我省开展了水蚀林地水土流失治理技术研究,探讨太行山区水蚀经济林不同坡度的治理模式和施工技术要点,分析各种水蚀林地治理措施的费效比,摸清了各种水蚀林地治理措施在不同坡度、不同地质条件下的保水减蚀效果,为进一步规范水蚀经济林地水土流失治理奠定了理论基础。

汽轮机叶片水蚀损伤预测及防水蚀方法研究进展

长期以来,汽轮机叶片水蚀都是影响机组效率和安全性的重要问题。汽轮机低负荷工况下,高速水滴撞击造成的叶片水蚀日益严重,掌握汽轮机叶片水蚀规律并减少损伤对汽轮机正常运行具有重要意义。首先总结了汽轮机叶片水蚀疲劳寿命预测和叶片表面侵蚀方面的研究,尤其介绍了基于数据驱动的叶片水蚀寿命预测方法,然后总结了叶片的防水蚀措施,着重介绍了防水蚀新工艺的相关研究。所做的综述可为汽轮机防水蚀提供思路及方法。

高压脉冲水射流用于材料水蚀的研究

介绍了高压脉冲水射流用于模拟材料水蚀的试验装置的结构和工作原理。用不锈钢、高铬铸铁和司太立合金对水蚀试验装置性能进行了测试 ,采用扫描电镜对材料的失效断口形貌进行了分析。试验结果表明 ,所研制的水蚀试验装置可以很好地对材料的水蚀破坏状况进行模拟 ,具有结构简单、操作方便。

黄土高原水蚀风蚀交错区固氮微生物群落多样性在生物结皮中的演变规律

生物土壤结皮在黄土高原的水土保持、养分补给等方面发挥着重要生态功能。固氮微生物是固氮过程的关键功能群,影响着土壤氮素平衡,然而黄土高原水蚀风蚀交错区严重的水土流失导致土壤养分大量损失,尤其是氮素。该区域生物结皮广泛发育,它们在干旱半干旱区土壤氮素积累过程中起着重要作用。但是该区域生物结皮不同发育阶段中的固氮潜力、固氮微生物群落多样性及其关键环境控制因子尚不清楚。以黄土高原水蚀风蚀交错区为研究区,三种生物结皮类型和裸地对照为研究对象,采用Illumina HiSeq平台对nifH基因扩增产物进行生物信息学分析,揭示了固氮潜力及微生物群落多样性的分布规律。结果表明,生物结皮演替显著影响固氮酶活性、nifH基因丰度和固氮微生物α-多样性,各值均在苔藓结皮最高,显著高于其它演替阶段,且生物结皮层高于结皮下层土壤。在固氮微生物群落组成上,裸地以变形菌门的红螺菌目、酸硫杆菌目和根瘤菌目为主;而在藻结皮、地衣结皮和藓结皮阶段,均表现为蓝藻门的念珠藻目占绝对优势,是固氮微生物的关键类群,其中Trichormus、念珠藻属是优势固氮物种;与藻结皮、地衣结皮相比,藓结皮中念珠藻目的相对丰度显著降低,而变形菌门的红螺菌目、酸硫杆菌目和根瘤菌目的丰度明显上升。除此之外,蓝杆藻属、鱼腥藻属、斯克尔曼氏菌属、瘤胃梭菌属在藻结皮、地衣结皮、藓结皮也占明显优势。念珠藻目以及Trichormus的丰度与固氮酶活性、nifH基因丰度呈显著正相关关系,而与红螺菌目、酸硫杆菌目、梭菌目、根瘤菌目呈显著负相关;Trichormus相关的物种在黄土高原生物结皮氮输入过程中可能发挥着关键作用。生物结皮演替通过改变土壤pH值、有机质、全氮、含水量等理化特征而影响了微生境,通过环境筛选和物种重排作用对固氮微生物群落进行综合调控,其中pH与土壤全氮(TN)发挥着关键作用。

高速液滴撞击下叶片表面微结构防水蚀性能研究

为了有效解决汽轮机叶片的水蚀问题,提高汽轮机运行的安全稳定性,基于水蚀频发位置的结构特点和水蚀特征,提出一种叶片表面微结构的防水蚀方法。这类方法中所包含的叶片表面微结构能在不影响叶型性能的前提下达到较好的防水蚀作用。基于防水蚀机理、结构经济性等多方面考量,设计了沟槽、条纹、球窝、球凸和锯齿共5种表面微结构,并采用两种叶片材料制成标准件及5种带结构试件,在团队自主设计的水蚀测试系统内进行水蚀性能试验。提出平均体积损失作为评价不同结构试件水蚀特性的参数,并使用无量纲抗水蚀性能参数进行对比排序。研究发现:在叶片材料表面布置锯齿形微结构后,叶片材料表面的抗水蚀性能最好,其抗水蚀性能系数是平面的1.57倍;布置条纹、沟槽、球窝3种结构均能在不同程度上提升表面抗水蚀性能。研究结果可为实际叶片防水蚀提供参考。

基于碳质球粒陨石的小行星水蚀变光谱学研究

针对未来对富挥发分小行星的遥感探测需求,开展了对碳质球粒陨石水蚀变的光谱学研究。分析了15个不同蚀变程度的碳质球粒陨石的1~20μm红外光谱特征与岩石学性质,总结了水蚀变过程的光谱变异规律。结果表明:随着蚀变程度加深,指示层状硅酸盐与水分子的3μm吸收带与仅指示水分子的6μm吸收带的强度均加深,吸收中心均向短波方向移动。碳质球粒陨石的3μm吸收带随蚀变程度增加而变得尖锐,吸收带光谱形态与蛇纹石类矿物3μm吸收特征类似,而6μm吸收带形态随蚀变程度增加无明显变化。硅酸盐矿物在9~14μm特征区光谱形状也随蚀变程度增加而改变,12.4μm/11.4μm反射率比值减小,这是由于无水硅酸盐转化为层状硅酸盐。光谱变异规律未来可应用于探测小行星表面物质成分与演化历史。

砒砂岩区不同柠条配置模式对坡面水蚀特征及能量的影响

为探究砒砂岩区不同柠条配置模式对坡面水蚀过程的影响,本文通过径流小区野外放水冲刷试验,从水蚀特征和能量角度,分析多冲刷强度下坡面径流的时空动态特征,对于砒砂岩区人工植被的生态恢复配置具有重要的现实指导意义。结果表明:(1)各冲刷强度下,不同柠条配置模式初始产流产沙时间、平均产流产沙速率都呈GL(无灌木)>SU(坡上)>SM(坡中)>SL(坡下);(2)各柠条配置模式,土壤剥蚀率与单位水流功率、弗劳德数呈显著正相关,阻力系数呈显著负相关(P<0.01);(3)各冲刷强度径流能耗与土壤剥蚀率均具有显著的相关性(P<0.05),且配置位置越靠下,对径流侵蚀能量的削弱作用越明显。

深度调峰状态下汽轮机末级叶片出汽侧水蚀事故分析

本文对某三缸三排汽的200MW机组,在大修揭缸后发现一侧末级叶片出汽侧叶片上部发生较为严重水蚀进行了分析。通过对水蚀发生的情况进行阐述,并依据相关理论对出现的异常现象进行了分析,最终发现叶片水蚀的主要原因是低压缸喷水减温水管喷水口安装方向不正确。对今后电厂有供热改造和深度调峰状态下如何避免此类问题具有借鉴意义。

吸管法与扫描电镜法测定中国水蚀区典型土壤粒径分布对比

[目的]利用扫描电镜法(scanning electron microscopy,SEM)评估吸管法(pipette method,PM)对中国水蚀区不同土壤粒径分布(particle size distribution,PSD)的测定结果,以期为各典型土壤PSD的测定及其结果在土壤侵蚀模型中的应用提供参考。[方法]以5个水蚀二级区的典型土壤——黑土、褐土、黄土、紫色土和红壤为研究对象,利用SEM测定PM所得<100μm各粒级悬液的粒径分布,分析两种方法测得的粒径分布差异并探讨其原因。[结果]PM所得绝大多数土壤悬液中都存在粒径大于对应粒级的颗粒。随着悬液粒级减小,SEM所得相应粒级颗粒的数量百分比和体积百分比均降低。在<100μm悬液中,SEM测得黑土、褐土和紫色土颗粒集中于20~53μm,平均体积直径(mean volume diameter,MVD)较小;黄土和红壤颗粒集中于20~53,53~100μm,MVD较大。相比SEM,PM对黄土<100μm悬液PSD的测定结果差异不大,但高估了其余土壤<2μm黏粒含量,低估了黑土、褐土和紫色土20~53μm粒级含量及红壤20~100μm含量,所测各土壤平均重量直径(mean weight diameter,MWD)均小于SEM所测MVD。PM与SEM所测土壤PSD的差异使85.6%的土壤样品质地类型发生了变化。通过S曲线对PM所测PSD进行转换后可使质地类型不一致的样品占比下降至61.5%。[结论]以SEM结果为基准,PM对水蚀区各土壤粒径分布的测定普遍存在误差。两种方法之间的差异因土壤类型而异,主要与土壤矿物组成和黏土矿物类型有关。

坡面水蚀动力因子与土壤剥蚀率灰色关联分析

为了确定何种水蚀动力因子能准确地描述径流剥蚀土壤的过程,本文在坡度为3°到30°和流量为2 5L min到6 5L min范围内采用土槽径流冲刷试验,运用灰色关联分析法,系统地研究了坡面水蚀动力因子(流量、单宽径流能耗、水流剪切力、水流功率和单位水流功率)与土壤剥蚀率之间的关联度。结果表明:流量相同时,水流剪切力与土壤剥蚀率关联度最大,呈幂函数关系;坡度相同时,单宽径流能耗与土壤剥蚀率关联度最高,两者呈线性关系。

水蚀风蚀交错带小流域生态环境综合治理模式研究

:水蚀风蚀交错带是黄土高原侵蚀最严重的地区和黄河下游河床粗泥沙的主要来源区 ,其生态环境脆弱、治理难度大 ,加之晋陕蒙能源基地的大规模开发 ,也带来了新的环境问题。鉴于治黄和煤田开发及生态环境整治的紧迫需要 ,以水蚀风蚀交错带六道沟小流域为试区 ,分析研究了该区水蚀风蚀时空分布规律及脆弱生态环境特征 ,提出以防治水蚀和风蚀为中心 ,以提高生态经济效益和持续发展为目标 ,以基本农田优化结构和高效利用及植被建设为重点 ,建立具有防蚀固沙兼高效生态经济功能的大农业复合生态系统综合治理模式 。

黄土高原水蚀风蚀交错区不同下垫面土壤水蚀特征实验研究

以位于黄土高原水蚀风蚀交错区的神东矿区为研究基地,以黄土、沙黄土、风沙坡、基岩风化坡地、人为弃矿渣为物质基础,采用野外人工模拟降雨的方法,重点分析不同组成物质和同一物质不同固结程度斜坡地的土壤水蚀特征。对系列实验数据,应用SPSS和DPS数据处理系统进行分析。结果表明:①在条件相近的情况下,场降雨侵蚀模数的排序为:黄土>沙黄土>沙坡>弃矿渣>风化壳;②在相同的雨强和坡度条件下,黄土坡面产流快,易形成细沟、浅沟,使坡地变得起伏不平;沙黄土坡面则产流慢,形成沟谷的时间较迟,但演化快。③多石块的粗骨性风化壳侵蚀量随降雨强度的增加而增加,但产沙过程却以产流初期最大,之后趋于减少并稳定;④同一物质不同堆积年限的坡地,在没有人为破坏的情况下,随着堆积年限的增加而固结程度提高,侵蚀模数由16 379 t/(km2.a)下降到1 227 t/(km2.a)。⑤弃矿渣坡地的侵蚀容易出现滑塌和滑坡,产沙过程波动明显,有短暂的高含沙量的泥石流过程。