二次水断供核主泵屏蔽电机冷却水瞬态热分析

核主泵屏蔽电机在热态极端环境参数额定(简称热态额定)工况下,二次水突然断供(secondary water supply outage,SWSO)300 s时刻,一次下导轴承润滑水温不超过警报温度95℃是产品出厂的重要指标,研究该情况下热流场计算方法及各种参数随时间演变特性对于电机热安全非常重要。首先,以北方工厂冷态环境参数下额定(简称冷态额定)工况该电机SWSO前后稳/瞬态厂内测量入出口试验数据为边界条件,采用有限体积法,进行流场和温度场的流固耦合数值模拟,模拟值与试验值300 s时的误差为5.97%,验证了计算方法准确性。然后,数值反演热态额定工况SWSO一/二次冷却水的温度场随时间变化规律。结果表明:SWSO 300 s内,二次水流速及对流传热系数随时间变化存在特征明显不同的2个阶段,二次水与螺旋槽壁面间对流换热系数h由稳态时7808.06 W/(m^(2)⋅K),13 s内减少到480.07 W/(m^(2)⋅K),随后h变化很小;热态额定参数时,下导轴承润滑水温远低于报警值95℃。为核主泵屏蔽电机轴承润滑水热安全计算提供参考。

列车荷载作用下CRTS Ⅲ型板式无砟轨道层间离缝水力特性研究

在雨水充沛或排水不畅地区,积水会造成无砟轨道层间离缝扩展显著加速。针对含层间离缝的CRTS Ⅲ型板式无砟轨道的水力特性问题,建立列车荷载与水耦合作用下的CRTS Ⅲ型板式无砟轨道-离缝积水双向瞬态流固耦合计算模型,揭示无砟轨道层间离缝内动水压力和水流速度的分布及其峰值的变化规律,并分析列车轴重、行车速度、离缝形态及积水深度对动水压力和水流速度的影响。研究结果表明:随着列车的趋近与远离,层间离缝内固定点处的动水压力与水流速度呈周期性的正负交替变化;动水压力沿着离缝出口方向逐渐减小,其峰值发生在离缝尖端处,而水流速度沿着离缝出口方向逐渐增大,其峰值发生在离缝出口处;动水压力与水流速度峰值随列车轴重增加而线性增大,轴重每增加1 t,动水压力和水流速度峰值分别增加2.850 kPa、0.085 m/s;动水压力峰值与车速呈二次方增大关系,而在车速小于300 km/h时水流速度峰值与车速基本上呈线性关系,超过该车速后流速增长趋势较之前更大;动水压力、水流速度峰值与离缝开口量呈反比关系;动水压力与水流速度峰值都随着离缝深度和离缝积水深度增加而显著增大,且两者都与离缝深度呈3次多项式增大关系,与离缝积水深度呈2次方增大关系。研究结果可为CRTS Ⅲ型板式无砟轨道在列车荷载与水耦合作用下的层间离缝扩展分析以及养护维修工作提供依据和参考。

渤南油田注水沿程水质劣化原因评价

针对渤南油田注水流程沿程水质劣化的问题,利用色谱、质谱、光谱等分析仪器检测悬浮固体颗粒的组成。结合悬浮固体颗粒组分的检测结果及水质数据,证明水中Fe^(2+)/Fe^(3+)与S^(2-)反应生成硫化物沉淀,是沿程水质劣化的主要原因。目测及机理分析表明水中溶解氧也参与了沉淀反应,即亚铁离子氧化成铁离子进而生成氢氧化铁沉淀。现场采用氧化法去除亚铁离子和硫离子,试验后硫离子含量稳定为0,总铁的质量浓度由10.65 mg/L下降到0.05 mg/L。

碳酸盐岩缝洞型油藏流固耦合下的油水两相流动特征

为提高缝洞型碳酸盐岩油藏采收率,探究其流固耦合下的油水两相流动特性,根据不同介质中的流体流动规律,建立了Stokes-Darcy两相流体流动模型;基于有效应力原理和广义胡克定律,建立了适用于缝洞型碳酸盐岩油藏的油水两相Stokes-Darcy流固耦合数学模型;分别针对有无流固耦合的缝洞型碳酸盐岩油藏,进行了宏观和细观的油水两相流体流动模拟。研究结果表明:油藏有无流固耦合作用,其油水两相流体流动特性在基质区差异较大,在溶洞内差异较小,注水速度对缝洞型碳酸盐岩油藏的油水流动影响较大。

大宗煤基固废膏体充填材料少水化配比优化研究

为解决西部采煤区固废多、处理难的问题,以宁东矿区的脱硫石膏、粉煤灰、水泥为主要原料,对原料的微观形态及少水配比的煤基固废膏体充填材料的成分进行分析,以初期流动性、脱模后7 d和28 d的抗压强度为指标进行充填材料配比优化。设计了3因素3水平17组配比方案,建立响应面回归模型,分析单因素及多因素交互作用对少水充填材料强度和流动性的影响。研究结果表明,粉煤灰与水泥质量比是影响少水充填材料强度的重要因素,料浆质量分数是影响少水充填材料流动性的重要因素。少水配比的煤基固废膏体充填材料的最优配合比:脱硫石膏质量分数53%,粉煤灰与水泥质量比2∶1,料浆质量分数74%。波速与强度的响应关系表明,可以利用充填体的波速来预测其强度。

我国典型土壤Cr(Ⅵ)固-液分配系数K_(d)值及其在推导保护地下水的土壤环境基准中的应用研究

Cr(Ⅵ)是铬盐、电镀、皮革等行业的特征污染物,极易因土-水迁移造成地下水污染。对于迁移性较强的污染物〔如Cr(Ⅵ)〕,有必要制定保护地下水的土壤环境基准。Cr(Ⅵ)在不同土壤上的吸附和解吸特征参数不同,为获取我国典型土壤Cr(Ⅵ)吸附及解吸过程的固-液分配系数(K_(d)),本研究采用我国黑龙江海伦黑土、河南封丘潮土、海南儋州砖红壤等12种典型土壤,开展了吸附动力学及吸附-解吸平衡实验。动力学研究结果表明,12种土壤均在48 h内达到吸附平衡,与拟一级动力学模型和Elovich动力学模型相比,拟二级动力学模型对Cr(Ⅵ)的土壤吸附动力学过程有更好的拟合效果。吸附平衡实验表明,相较Langmuir等温吸附模型,Freundlich等温吸附模型能够更好地拟合Cr(Ⅵ)在我国典型土壤上的吸附特征。Cr(Ⅵ)土壤吸附过程的固-液分配系数(K_(d)x)非固定值,随着平衡液Cr(Ⅵ)浓度的增大,K_(d)x逐渐减小。解吸平衡实验表明,Cr(Ⅵ)土壤解吸过程的固-液分配系数(K_(d)j)高于吸附过程的对应值。基于三相平衡估算土壤平衡液Cr(Ⅵ)浓度时应采用K_(d)j,且其取值因平衡液Cr(Ⅵ)浓度而异。基于污染土壤与地下水直接接触且不存在地下水稀释的保守假设条件,本研究初步提出了保护地下水的不同土壤的Cr(Ⅵ)环境基准值,研究结果丰富了我国典型土壤Cr(Ⅵ)基础参数数据库,为我国分区制定保护地下水的土壤Cr(Ⅵ)环境基准积累了科学数据。

基于β-糊精氧化石墨烯管尖固相萃取/高效液相色谱检测生活饮用水中苯并[a]芘

以自制的β-糊精氧化石墨烯(β-CD@GO)装填入10mL移液器吸头作为固相萃取剂,结合高效液相色谱法对生活饮用水中苯并[a]芘进行检测,并对固相萃取条件进行了优化。苯并[a]芘在0.1~50μg/L范围内线性关系良好(r=0.9996),检出限为3ng/L(S/N=3)。在加标水平为0.5、5、40μg/L时,方法回收率为89.2%~92.5%,相对标准偏差为3.7%~5.2%。该方法操作简便快速、选择性好、灵敏度高、有机溶剂消耗少,可用于生活饮用水中苯并[a]芘快速检测分析。

高效液相色谱-质谱法测定油藏地层水和土壤中甜菜碱型表面活性剂的样品处理

比较了测定油藏地层水和土壤这类复杂基质中3种甜菜碱型表面活性剂的样品净化方法。选用直接过微孔滤膜、活性炭固相萃取柱、碱性氧化铝固相萃取柱、HLB固相萃取柱、MCX固相萃取柱、WCX固相萃取柱,对10、50、100 mg/L质量浓度下的回收率对比分析,并结合高效液相色谱-质谱联用全扫描质谱图甄选较优净化手段。分析结果显示,采用混合型强阳离子交换柱(MCX固相萃取柱)进行净化提取后,用高效液相色谱-质谱联用法进行检测,3种甜菜碱型表面活性剂在质量浓度10~50 mg/L内与色谱峰面积线性良好,相关系数均达到0.99以上,检出限为0.01 mg/L。加标回收率为96.9%~100.5%,相对标准偏差为0.7%~2.1%(n=7)。该方法操作简单,特异性强,作为复杂基质中甜菜碱型表面活性剂净化最佳方法,为甜菜碱型表面活性剂的检测提供坚实的基础。

螺杆泵转速对油水旋流分离管流场特性的影响

旋流分离器在井下采油螺杆泵作用下会发生复杂的振动现象,对旋流分离器内部流场造成一定影响。为研究螺杆泵不同转速下旋流分离器内部流场的变化规律,以同井注采工艺中螺杆泵作用下的旋流分离管柱为研究对象,针对振动壁面旋流分离管柱结构及工作特点,基于计算流体动力学方法、计算固体力学方法以及流固耦合理论,建立流固耦合力学模型;利用流固耦合分析方法,对双螺杆泵转动条件下井下旋流分离管柱内速度场、油相分布、涡量及湍动能等流场特性进行分析。分析结果表明:随着螺杆泵转速升高,分离器内切向速度和轴向速度强度逐渐减弱,径向速度的不对称性逐渐加剧,转速的周期性变化还会造成径向速度场分布的偏移;螺杆泵不同转速下旋流分离器内部涡量分布不同,随着转速升高,溢流管以及锥段部分附近相关流场的涡旋明显增强;旋流器溢流口附近油相体积分数会随着螺杆泵转速的升高而减小;不同螺杆泵转动状态下,大颗粒油滴的分布不同。所得结果可为螺杆泵井下旋流分离同井注采系统的设计及螺杆泵的转速设定提供参考。

四元体系(NaB_(5)O_(8)+KB_(5)O_(8)+RbB_(5)O_(8)+H_(2)O)288.15 K固液相平衡与相图研究

我国东台吉乃尔盐湖卤水中锂钾硼含量显著,水盐体系相平衡与相图为盐湖矿物的分离提取提供了理论基础。本文对四元体系(NaB_(5)O_(8)+KB_(5)O_(8)+RbB_(5)O_(8)+H_(2)O)在288.15 K时的相平衡与相图采用等温溶解平衡法研究,实验得出溶解度以及平衡液相的密度和折光率这两个主要物化性质,分析且鉴定出存在的盐湖矿物种类。研究发现:288.15 K时,该体系稳定相图中的共饱点(NaB_(5)O_(8)·5H_(2)O+KB_(5)O_(8)·4H_(2)O+RbB_(5)O_(8)·4H_(2)O)的液相组成为w(NaB_(5)O_(8))=9.02%、w(KB_(5)O_(8))=0.47%、w(RbB_(5)O_(8))=0.21%,且3种盐类矿物(NaB_(5)O_(8)·5H_(2)O、KB_(5)O_(8)·4H_(2)O、RbB_(5)O_(8)·4H_(2)O)的体系没有固溶体或复盐生成。三个矿物中RbB_(5)O_(8)·4H_(2)O的结晶区面积最大,溶解度最小。液相的折光率和密度均随Z(NaB_(5)O_(8))的增加呈规律性变化,密度和折光率均采用经验公式进行相对误差计算,所得计算值与实验值吻合较好。

PHBV-硫铁矿基人工湿地处理实际污水处理厂尾水混合营养反硝化研究

以河南省新乡市某大型污水处理厂尾水为研究对象,开展模拟人工湿地尾水深度脱氮除磷研究。选用聚羟基丁酸戊酸酯(PHBV)和硫铁矿作为湿地系统的主要功能填料,构建异养反硝化与自养反硝化相结合的混合营养反硝化系统。通过水质指标监测和高通量测序等手段,探究工艺运行效果与微生物群落结构机制。构建PHBV+硫铁矿组(实验组)和PHBV+陶粒组(对照组),反应器连续运行77天,结果表明,当水力停留时间(HRT)为2小时,进水水质为NO_(3)^(−)-N=8.39±1.72 mg/L,TN=10.41±1.58 mg/L,TP=0.37 mg/L,COD=15.7 mg/L时,平均出水TN浓度达到2.22 mg/L,TP浓度达到0.28 mg/L,COD浓度为32.7 mg/L,PHBV+硫铁矿组人工湿地脱氮效率(78.55%)明显优于PHBV+陶粒组(51.25%),基本上达到地表水环境质量标准(GB 3838—2002)V类。微生物群落结构分析表明,PHBV+硫铁矿组人工湿地中的优势菌属为自养菌Desulfobacter和异养菌unclassified_k__norank_d__Bacteria,丰度分别为23.98%和12.30%,通过自养与异养菌的协同,实现混合营养反硝化,其中与硫代谢相关Desulfobacter主导的自养反硝化在系统脱氮中可能起主要作用。研究结果可为PHBV+硫铁矿基人工湿地尾水生物脱氮除磷的工程实践提供参考。

PTC水暖加热系统流固耦合传热研究

电动汽车的PTC水暖加热系统主要作用是在低温环境下加热液体传热介质为车辆提供热能,使电机和电池等关键部件能够正常运行并为乘员舱提供热源。对某型商用车PTC水暖加热系统进行流固耦合传热分析,建立流固耦合传热分析模型,在不同工况下仿真计算。最后将试验结果与仿真结果进行了对比分析,仿真结果与试验结果吻合,该PTC水暖加热系统满足温度和流阻的各项设计要求,为PTC水暖加热系统的结构设计提供了参考。

矿井水直接超滤试验研究

为了解决矿井水处理现有工艺流程长、出水水质不稳定等问题,优化矿井水处理工艺,以河北某矿井水为研究对象,采用直接超滤短流程工艺进行试验研究,探究反洗时长、反洗周期、工作压力等工艺参数对超滤的影响,并筛选膜污染清洗药剂。结果表明:最佳工艺参数为反洗时长120 s,反洗周期60 min,跨膜压差0.25 MPa,在此条件下经过300 min试验测试,膜通量为136 L/(m^(2)·h),维持在初始膜通量的91%,出水浊度稳定在0.05 NTU以下;膜污染最佳清洗药剂为0.2%HCl,对污染前后及酸洗碱洗后的膜片进行SEM和EDS测试分析,结果表明造成酸洗碱洗效果差异的主要因素为矿井水中的硬度离子和铝离子。

固相萃取结合液质联用法快速筛查和分析生活饮用水中的56种抗生素

目的:建立生活饮用中56种抗生素的固相萃取-液相色谱-串联质谱分析方法。方法:将生活饮用水通过大容量采样管连接到固相萃取柱上净化,用C18柱梯度洗脱分离目标物,以乙腈和0.1%甲酸水为流动相,经电喷雾离子源电离,多反应监测模式串联质谱检测。结果:56种抗生素的最低检测浓度为0.1~2.0μg·L^(-1),在其线性范围内的相关系数均大于0.995,3个浓度水平的加标回收率为63.3%~113.0%,相对标准偏差在3.1%~8.3%。结论:该方法前处理简单、快速,适用于生活饮用水中多种抗生素的快速筛查和定量检测。

煤矿矿井水处理技术现状与展望

煤矿矿井水是重要的非常规水源,矿井水的资源化利用对缓解矿区水资源短缺和环境保护具有重要意义。分析了矿井水的来源和水质特点,综述了含悬浮物、高矿化度、酸性和含特殊污染物等不同类型矿井水的主要处理技术,总结了各处理技术的特点和存在问题。大部分矿井水都含有一定量悬浮物,且水质水量变化较大,应着力提高井下水仓和地面调节池的预沉作用,开发和完善矿井水井下处理技术,结合自动化、智能化,实现无人值守;随高矿化度矿井水数量不断增加,其处理技术已成为矿井水处理领域的研究重点,应强化预处理,开发高效除硅除硬技术,引入能量回收装置,结合新能源和可再生能源开发绿色节能耦合脱盐技术,整体优化零排放工艺,降低浓盐废水处理成本;酸性和含特殊污染物矿井水是目前矿井水处理中的难点,应采取分布式高效定向处理技术,探索耦合工艺和自然修复治理。在国家政策引领下,矿井水处理技术将朝着更加节能、高效、智能和环保的方向发展。

青浦区出厂水中总硬度和溶解性总固体分析

目的:了解青浦区出厂水中总硬度和溶解性总固体水平,为改善饮用水水质提供科学依据。方法:对2014-2022年青浦区市政水厂出厂水总硬度和溶解性总固体进行统计分析。结果:294份水样中,总硬度中位数为127 mg·L^(-1),溶解性总固体中位数为278 mg·L^(-1),合格率为100%。趋势性检验发现,两指标在2014-2022年均呈下降趋势(Rs=-0.357,P<0.01;Rs=-0.374,P<0.01)。3家水厂出厂水的总硬度均在枯水期、平水期和丰水期依次下降(P<0.05)。比较不同水源,以淀山湖水系为水源的出厂水中溶解性总固体高于以青草沙水库为水源的出厂水(P<0.05)。结论:青浦区出厂水口感好,但总硬度略低,建议居民增加钙镁的摄入。

凡纳滨对虾养殖尾水悬浮物粒径分布研究

为探明凡纳滨对虾养殖尾水中悬浮物的物质组成和粒径分布特性,2021年11月对上海市3口典型对虾养殖池塘(SP1、SP2、SP3)尾水排放过程进行动态监测,采集不同排水深度的尾水样品,分析尾水中悬浮物物质组成和变化规律,研究尾水中悬浮颗粒粒径数量和体积分布特征。试验结果显示,尾水中悬浮物、颗粒态氮、颗粒态磷含量随排水深度的增加呈递增趋势,在排水深度达2/3以后增幅明显升高,悬浮物中氮、磷含量平均占比则随之下降,分别由排水前的6.11%和1.20%降至排水末期的0.38%和0.11%;悬浮颗粒粒径分布受排水过程驱动,排水末期SP1、SP2和SP3尾水悬浮颗粒体积组成的中值粒径分别为11.69、20.89μm和38.23μm,主要以<100μm的胶体和细颗粒为主,平均体积占比达92.68%;虾塘尾水悬浮颗粒粒径数量分布符合可变β模型(r^(2)=0.849±0.128),粒径体积分布符合对数正态分布模型(r^(2)=0.879±0.141)。

海浪情形下舱囊组合体着水冲击特性研究

为了研究舱囊组合体在海浪情形下的着水冲击特性,文章基于某型返回舱和气囊的组合模型,利用LS-DYNA软件中的流固耦合算法、气囊仿真算法以及造波算法建立返回舱-气囊-波浪-空气的多介质耦合模型,模拟海浪情形下舱囊组合体的着水过程,并讨论不同入水角度和不同入水位置对返回舱过载、气囊内压以及气囊受力的影响。经分析可知,舱囊组合体入水角度越大,过载越小,随着入水角度的增大,气囊的内压峰值呈减小趋势。此外,舱囊组合体在海浪波峰处着水的过载明显小于在波谷处着水的过载,气囊系统的受力分布表现出明显差异。研究结果可为海上回收系统的设计和入水冲击试验提供技术参考。

基于流固耦合理论的含水巷道稳定性影响因素研究

针对含水巷道中地下水渗流对巷道围岩稳定性的影响,以云南某金属矿一巷道作为工程背景,基于流固耦合理论,应用正交实验与FLAC3D数值模拟相结合的方法,综合分析了含水巷道围岩稳定性影响因素(埋深、围岩强度和水压)的敏感性以及不同因素条件下巷道围岩的稳定性。研究结果表明:流固耦合作用下巷道顶板和两帮变形影响因素的敏感性顺序由大到小依次为埋深、水压、围岩强度。影响巷道顶板及两帮变形最小的组合为水压0 MPa、围岩强度80 MPa、埋深200 m;最大的组合为水压0.3 MPa、围岩强度20 MPa、埋深500 m。巷道两帮会受到孔隙水压力集中和压应力集中的共同影响,在巷道进行选择支护及加固方式时,可作为一定参考依据。

水介质中冰-桥墩碰撞动力响应分析

为准确模拟冰-桥墩碰撞过程中墩体结构的动力响应,基于流固耦合(fluid-solid interaction, FSI)的计算方法,运用ANSYS/LS-DYNA软件数值模拟了水介质中冰排与桥墩在不同碰撞影响参数下的动力响应。结果表明:恒定附加质量(constant added mass, CAM)模型相比FSI模型冰载荷计算结果偏大,是因为CAM模型忽略了降低冰排速度的“水垫效应”,但其计算效率高,计算时间是FSI模型的1/10,更有利于桥墩防撞设计,而FSI模型能够更真实地模拟冰-桥墩碰撞场景。综合分析该研究所模拟的不同冰排工况,发现桥墩在冰排撞击作用下呈现明显的冰激结构振动特征,桥墩侧向位移云图随着应力波的传递呈现明显的层状分布,其顶部侧向位移幅度最大,因此在工程设计时应充分考虑其对桥梁整体安全的影响;随着冰排速度、冰排厚度和冰排压缩强度的增大,冰载荷平均值均呈现近似多项式函数关系。此外,研究发现当冰排压缩强度小于2.668 MPa(环境温度高于-15℃)时,冰载荷平均值明显减小,表明环境温度的变化对于桥墩受冰排撞击挤压作用所受的冰害问题具有显著的差异。其仿真研究成果拟为桥梁及桥墩防撞设施设计提供参考。