Pd-ZSM-5复合膜的制备及其氢气分离性能

为了能够在大孔氧化铝载体表面得到透氢性能良好的钯膜,利用二次生长法在多孔Al_(2)O_(3)载体上生长出一层连续完整的ZSM-5沸石分子筛修饰层,通过化学镀过程在ZSM-5沸石分子筛修饰的载体上沉积一层钯膜,从而得到Pd-ZSM-5复合膜。利用扫描电子显微镜(SEM)对载体、ZSM-5沸石分子筛修饰后的载体和Pd-ZSM-5复合膜的形貌进行详细分析,并通过X线能量色散光谱(EDX)对Pd-ZSM-5复合膜的表面和截面元素分布进行了研究。而且,为了确定该Pd-ZSM-5复合膜的H_(2)渗透性能,在623~773 K范围内,研究了操作温度、操作时间和测试压力对Pd-ZSM-5复合膜透氢性能的影响。研究结果表明,ZSM-5沸石分子筛修饰层能够有效改进载体的表面粗糙度和降低其表面孔径,有助于Pd膜的沉积。所制备的Pd-ZSM-5复合膜表面完整、致密,Pd膜层厚度约为5μm, ZSM-5沸石修饰层厚度约为3μm。当操作温度为773 K、渗透压力为0.1 MPa时,Pd-ZSM-5复合膜的H_(2)渗透通量和H_(2)/N_(2)渗透选择性分别为0.113 mol/(m·s)和468。而且,该Pd复合膜在773 K下,连续操作300 h后,其H_(2)渗透性能保持相对稳定。

聚酯多元醇的合成与表征

为探究不同二元酸对聚酯多元醇性能的影响,以壬二酸、己二酸、1,4丁二醇为原料,通过酯化缩聚反应制得聚酯多元醇,利用红外光谱、核磁共振氢谱、凝胶色谱、热质量分析、旋转流变等测试手段对合成产物的结构进行表征,并研究醇酸摩尔比和合成工艺对合成产物酸值、羟值的影响。通过调控反应温度、反应时间等参数,确定不同反应条件下制得的聚酯多元醇的酸值、羟值,以获得最佳工艺条件,再进行减压脱醇处理后,对最终产物进行性能测试。结果表明,壬二酸聚酯多元醇的酸值为0.520 mg KOH/g、羟值为39.0 mg KOH/g、分子量为19421、完全分解的温度为514℃;己二酸聚酯多元醇的酸值为0.830 mg KOH/g、羟值为46.6 mg KOH/g、分子量为19219、完全分解的温度为438℃,说明壬二酸聚酯多元醇比己二酸聚酯多元醇有更低的酸值、羟值,更好的热稳定性和更低的黏度。因此,使用壬二酸比己二酸更适合作为原料来合成聚酯多元醇。

双氧水吸附净化工艺中失活树脂的失活机制及再生方法研究

为解决现有双氧水生产工艺中甲醇再生树脂不完全而导致树脂更换频率高的问题,通过借助高分辨液质联用、热重分析、傅里叶红外光谱、X线光电子能谱等表征手段分析了双氧水再生工艺中树脂吸附双氧水前后含有的有机杂质及无法完全再生脱附出来的杂质;选用了不同的再生剂对失活树脂进行再生,并通过傅里叶红外变换光谱对再生后树脂进行了表征分析,NaOH溶液处理后失活树脂中属于2甲基环己基醋酸酯的红外特征峰已经完全消失;然后配制了不同浓度的NaOH溶液对失活树脂的再生进行了条件优化,N 2吸脱附测试结果表明,当碱液浓度为0.25 mol/L时,失活树脂的比表面积恢复为575 m^(2)/g,高于甲醇再生后的失活树脂的412 m^(2)/g,其再生效果要优于甲醇再生。

多级液体分布器流动特性分析

新型污水处理工艺的处理效率受到反应池流场扰动影响较大,引起流场扰动的主要因素是液体分布器出流均匀性和出孔湍流强度。目前,关于分布器均匀布水的研究较少,尚未揭示淹没流的孔口阻力特性与沿程阻力特性协同机制。本文提出一种孔径梯度变化的多级液体分布器结构,应用于某示范工程中,建立了基于物质传输模型的淹没流液体分布装置有限元分析方法,将数值模拟结果与试验结果进行对比。结果表明:试验得到2个测试平面内氯离子质量浓度最大偏差为1.97%,有限元模拟得到多级液体分布器的克里斯琴森均匀系数为89.1%。在进水过程中,试验和有限元模拟所得新进水质量分数的变化趋势一致,结果吻合较好,证明了新型污水反应器结构的合理性,且满足工程应用要求。

强化驻留效应的陶瓷复合装甲抗弹性能

轻强化是防护装甲永恒的追求,通过结构创新设计是实现装甲轻强化的重要手段。本文基于陶瓷驻留效应防护机制,对填充陶瓷进行结构设计从而达到强化驻留效应的目的,有效提高了防护装甲的轻强化,并且探索了结构参数对新型防护装甲防护性能的影响规律。结果表明:新型复合装甲的抗弹机制呈现出驻留效应和厚度效应的顺序耦合;当锥角为60°时,新型防护装甲的驻留效应最大,且随着锥角层高度的增大,驻留效应进一步增大;与传统的陶瓷复合装甲相比,在动能耗散率和弹体剩余速度相当的前提下,新型防护装甲的质量降低了16.7%。

压载荷下Ⅰ-Ⅱ复合型中心裂纹板弹塑性屈曲载荷研究

为了研究含裂纹结构承载能力,采用有限元方法建立压载荷下Ⅰ-Ⅱ复合型中心裂纹板模型,计算裂纹板弹塑性屈曲载荷,讨论相对裂纹长度(a/w)、裂纹倾角(θ)、板宽(w)、板厚(t)、边界条件对弹塑性屈曲载荷及其变化规律的影响。对于上下夹持中心裂纹板,随着裂纹长度和裂纹倾角的增大,板宽越大,中心裂纹板屈曲载荷对裂纹越敏感,中心裂纹板承载能力受到裂纹长度和裂纹倾角的影响越明显。弹塑性屈曲载荷随着板厚的增大而增大,并且随着裂纹倾角的增大,板厚越大,屈曲载荷的下降程度越显著。上下简支中心裂纹板与上下夹持中心裂纹板的屈曲载荷变化规律基本一致,且上下夹持中心裂纹板的屈曲载荷显著大于上下简支中心裂纹板的屈曲载荷。给出不同边界条件下弹塑性屈曲载荷与相对裂纹长度、裂纹倾角的回归关系式。通过中心裂纹板弹塑性屈曲试验发现,采用压缩力学性能计算弹塑性屈曲载荷更接近试验结果,试验屈曲载荷的变化规律与有限元模拟计算结果一致。研究结果对含裂纹结构的承载能力评价具有参考价值。

新型装配式可调电缆支架的承载力特性试验研究

为解决圆形隧道内电缆支架安装困难的问题,提出一种新型的装配式可调电缆支架形式,并对该新型支架的承载力特性展开试验。研究不同角度工况下(0°、-45°和45°)支架的承载力特性分析,考虑支架长度、横担高度和宽度、斜撑直径和水平螺栓规格等对支架承载力特性的影响,研究其变形特征、荷载位移曲线特征和典型部位应变发展规律,同时开展新型支架承载力特性的非线性数值模拟分析,在此基础上提出该新型支架的承载力计算理论及设计方法。结果表明:支架的典型失效模式为斜撑整体失稳破坏,并伴随横担受压侧弯扭变形;支架的竖向刚度和极限承载力随调节角度的增加而下降,在45°工况下达到最小,而支架横向承载力特性受调节角度的影响较小,因此45°工况被视为最不利工况;新型电缆支架体系受力合理,具有足够的强度、刚度和稳定承载力,可应用于工程实践。

非对称三塔连体超高层结构连廊施工方案研究

连体超高层结构属于大型复杂结构,时变特性显著。连廊作为连接各塔楼的纽带,其施工过程对整体结构安全性的影响较大,需要对其施工方案进行研究。以某非对称三塔连体超高层结构为研究对象,建立了该结构的数值模型。采用整体提升法和悬臂拼接法作为连廊的施工方案,分别进行了有限元计算,研究了不同施工方案下塔楼的竖向变形、连廊处各塔楼间的变形差、塔楼与连廊连接处单元的内力。结果表明:2种施工方案均不影响连体结构整体施工阶段的竖向变形规律。相较于整体提升法,悬臂拼接法将导致在连廊施工期间及竣工时刻塔楼结构产生更大的竖向变形、连廊处标高差及连廊连接处单元内力。整体提升法更适合本文研究对象的连廊施工。

可再生能源多能互补系统两阶段容量优化配置

随着“双碳”政策的持续推进,可再生能源多能互补系统成为能源领域的研究热点。为解决系统容量配置问题,以动态投资回收期、CO_(2)排放量和可再生能源消纳率为优化评价指标,构建了以综合性能为主、投资成本为辅的优化目标函数;提出了一种基于正交设计优选和智能算法寻优的两阶段容量优化配置方法,并以南京地区某办公楼为研究对象进行算例分析。结果表明:与最大矩形法和正交实验法相比,两阶段容量优化配置方法可以有效提高系统的综合性能,验证了该方法的优越性;通过合理配置储能装置的容量,可以平抑设备出力不稳定带来的影响,优化系统性能。此外,不同优化参数方案的对比结果表明,本文所用参数设置可为相关研究提供参考。

热效应所致析出相对2205双相不锈钢耐蚀性的影响

研究不同热效应下2205双相不锈钢的析出相类型和特点,通过测试固溶态和不同热效应下2205双相钢的动电位极化曲线、电化学阻抗谱以及动电位扫描后试样表面形貌的观察,研究析出相对其耐腐蚀性能的影响。结果表明:固溶态材料的耐腐蚀性能及再钝化性能最好;而在850℃时效后,由于χ和σ相析出含量增多,在过电位下会由点蚀转变为选择性腐蚀,导致材料的耐腐蚀性能下降最严重;900℃时效后,2205双相不锈钢中的析出相含量降低,其耐腐蚀性能的下降有所缓解。

低熔点熔体弹珠的造粒过程及其性能

本研究旨在解决硫磺造粒过程中存在的拖尾和破碎等问题,以提高产品质量和操作连续性。基于液体弹珠概念引申到熔体弹珠,引入了超疏水表面制备硫磺熔体弹珠。使用聚四氟乙烯(PTFE)作为包覆颗粒,并成功将硫磺造粒过程中颗粒的合格率从84%提高至97%,同时减少了拖尾和破碎等现象。改进后的硫磺颗粒产品保持了一定的强度,提高了外观品质。此外,硫磺弹珠的概念也可推广至其他具有类似高温相变过程的材料,构建出具有缓释、保水和相变换热潜质的功能性熔体弹珠。研究结果表明,利用熔体弹珠的特性能有效改善硫磺造粒过程中的成球效果,并增强传质效果,为类似造粒和吸收过程的工业技术创新和优化提供了可行的策略。

基于BP-ANN与RBF-ANN的钢筋与混凝土黏结强度预测模型研究

为研究神经网络对钢筋与混凝土黏结强度的预测能力以及神经网络的输出性能,基于大量的试验数据,提出一种基于改进神经网络的变形钢筋与混凝土黏结强度预测模型,对混凝土结构的研究与实际工程应用均有着重要的意义。收集290组黏结锚固试验数据,引入基于反向传播人工神经网络(BP-ANN)与径向基函数神经网络(RBF-ANN)算法,揭示混凝土强度、保护层厚度、钢筋直径、锚固长度及配箍率对变形钢筋与混凝土黏结性能的影响规律,建立基于改进神经网络算法的钢筋与混凝土黏结强度预测模型。对比分析不同数据预处理方法和训练神经元个数对建议模型预测结果的影响,评估各经典模型与建议模型的预测精度和离散性,提出临界锚固长度计算公式。结果表明:BP-ANN预测值与试验值比值的均值、标准差及变异系数分别为1.009、0.188、0.86,其预测精度略高于RBF-ANN;建议模型能够更准确、更稳定地预测钢筋与混凝土的黏结强度,该方法为解决钢筋与混凝土黏结问题提供了新思路。

Cr-C类石墨复合涂层制备表征及其在硬质合金铣刀上的应用

为了提高硬质合金铣刀的使用寿命,降低摩擦加工时的摩擦因数,本文结合Cr元素对涂层生长的促进作用与类石墨(GLC)涂层的优异性能,采用磁控溅射离子镀的方法,在硬质合金(YG8)上制备Cr-C类石墨复合涂层。通过拉曼光谱对复合涂层成分类石墨进行表征。利用扫描电镜观察涂层截面形貌,结合线扫描与面扫描结果对涂层元素成分分布进行表征。对复合涂层试样进行摩擦磨损试验,测定摩擦因数并计算磨损率,采用硬度测量仪测定复合涂层的硬度,使用自动划痕仪来评定复合涂层结合力。结果表明:Cr-C类石墨复合涂层具有典型的类石墨非晶碳结构特征,复合涂层整体厚度约为0.68μm;Cr元素主要分布在底层与过渡层,少量掺杂在工作层;C元素主要分布在工作层中,各层涂层内部没有裂纹、孔洞等缺陷,涂层的致密性较好。Cr-C类石墨复合涂层摩擦因数约为0.2,由磨痕形貌测得磨损体积为65.6651 mm^(3),磨损率为2.28×10^(-4) mm^(3)/(N·mm),复合涂层摩擦因数低,耐磨性好。复合涂层硬度可达824~986 HRV,与传统类石墨涂层相比,硬度提升28.22%~51.69%,复合涂层与基体之间的结合力为24 N,与同样应用于硬质合金铣刀的涂层相比,具有良好的结合性能。本文研究可为Cr-C类石墨复合涂层在硬质合金铣刀中的应用提供依据。

风力机涡流发生器斜向布局多目标优化

基于最优拉丁超立方试验设计法确定涡流发生器斜向布局参数和试验方案,耦合计算流体力学方法(CFD)和滑移网格技术计算风力机的推力和扭矩,并耦合反向传播(BP)神经网络与遗传算法,建立风力机涡流发生器斜向布局气动性能模型。通过5组测试算例,建立遗传算法优化BP神经网络的风力机涡流发生器斜向布局气动性能模型,气动性能模型预测值和模拟仿真值的误差与均方根均较小,表明气动模型的准确性较高。耦合多目标遗传算法,构建风力机涡流发生器斜向布局多目标优化方法,开展风力机涡流发生器优化。结果表明:相比原涡流发生器方案,优化后的涡流发生器诱导涡的最大涡量增大10.47%,风力机叶片截面流动分离得到有效抑制,风力机功率提升9.963%,而推力仅增大1.864%,风力机气动性能得到进一步提升。

高寒地区供水渠道水热特征及其长期演化规律

水热耦合作用是高寒地区供水渠道劣化失稳的重要因素。以北疆典型供水渠道为研究对象,依据渠道典型断面的监测结果,系统分析供水渠道的温度场和渗流场特征,在此基础上通过数值计算分析湿干冻融耦合循环下供水渠道的水热演化规律,探讨不同运行年份对于渠道水热特性的影响。结果表明:渠基土每年经历了显著的升降温过程以及饱和非饱和的状态转换,多年来经历了干湿交替、冻融循环的耦合作用过程,其水热问题往往呈现湿干冻融耦合循环的特点。在运行过程中,渠道的水分场、温度场发生显著变化,但这一变化在模型渠道运行3年后已趋于稳定,浅层基土饱和度的增长是造成模型渠道冻胀融沉的主要原因。研究成果可为高寒地区长距离调水工程建设及运维提供科学依据。

粉煤灰资源化技术研究进展与对策分析

大量排放和堆置的粉煤灰会给环境造成巨大的威胁,对其进行资源化有利于环境的保护。本文分别从化学成分、物理性质、填充物以及高附加值利用等角度分析粉煤灰资源化技术的进展;讨论粉煤灰积存产生的原因、资源化技术与运输半径的关系、资源化技术与处理能力之间的矛盾,并针对这些存在的问题提出了相应的对策:大宗快消品应对粉煤灰产生的持续性、高附加值应对运输半径局限、高附加值资源化产品的多样化应对处理能力。

基于三类危险源理论的事故模式及隐患提取方法

针对当前事故模式表述不明确、不清晰的问题和隐患识别不专业、不全面的缺陷,给出事故模式的一般性定义、内涵及提取步骤,并解释事故模式与隐患的关系,提出基于事故模式的生产现场隐患点的查找方法。参考《企业职工伤亡事故分类》(GB 6441—1986),统计2000—2022年化工行业较大及以上安全事故,分析不同类别隐患的发生概率。通过分析某石化企业丙烯装车场景下的事故根源、屏障失效及事故类型,提炼丙烯装车事故模式,生成隐患特征表。结果表明:不安全状态中第一类隐患、不安全行为中第一、第六、第十三类隐患在化工行业典型事故类型中发生的概率较高。丙烯装车场景下针对防止丙烯泄漏所设屏障识别隐患条目数最多,约占48.94%;N=1,M=1、m=6,M=6、m=8,M=13涉及的隐患条目发生概率约占各类目总体发生概率的49.23%,12.78%,14.44%和26.11%,应当作为防护重点。

层状地基土水平抗力比例系数反演的杂交粒子群算法

土的水平抗力比例系数是基坑支护结构变形计算的重要参数,针对层状地基土中水平抗力比例系数反演的多目标优化问题,结合支护结构水平位移实测值和杆系有限元法,提出基于粒子群算法(PSO)的层状地基土水平抗力比例系数反分析法。给出水平抗力比例系数和目标函数精度双控的反演计算收敛条件和水平抗力比例系数最优解稳定条件。在利用基坑工程数值模型验证反演参数准确性基础上,运用工程实例进一步验证杂交粒子群算法(breedPSO)在水平抗力比例系数反演计算中的适用性。对比分析优化方法的计算效率和反演参数的收敛特性。结果表明:杂交粒子群算法具有更高的计算效率和计算精度,为合理反演水平抗力比例系数提供了有效途径。

树脂基防隔热一体化热防护复合材料高温性能演变分析

采用溶胶-凝胶-常压干燥的方法,以耐热杂化酚醛树脂(PF)为基体,复合碳纤维编织物(CF)制备树脂基防隔热一体化热防护复合材料(PF/CF-HT01)。利用热分析(TG)、电子万能试验机研究材料热稳定性和高温力学性能,利用氧乙炔装置研究材料耐烧蚀性能,利用扫描电子显微镜(SEM)、X线衍射仪(XRD)研究材料微观结构演变过程。结果表明:空气中树脂基体的初始分解温度为387.3℃,最大分解温度为644.7℃,800℃时残炭率为13.8%;复合材料初始分解温度为405.3℃,800℃时残炭率为42.8%;复合材料常温压缩强度最大为542.6 MPa,经1 000℃原位热处理30和60 s后的最大压缩强度分别为166.2和149.9 MPa。复合材料具有良好的防隔热一体化性能,其线烧蚀率可达0.039 mm/s,单次热考核结束时背温低于100℃、继续热传导后最高背温低于200℃。高温作用下材料快速陶瓷化形成致密的SiO2和BN瓷化层,赋予材料突出的耐烧蚀抗冲刷性能,而底层仍然保留着多孔结构使得材料保持较好的隔热性能。

油田聚合物解堵生物酶制剂的研究进展

聚合物广泛应用于油气开采过程,如瓜尔胶及其衍生物、聚丙烯酰胺和纤维素基聚合物等都可应用于压裂过程,但是在压裂作业后聚合物会在储层断裂面堆积形成滤饼,导致储层堵塞,影响油气开采。通常使用酸和化学氧化剂作为“破胶剂”来降解聚合物滤饼,但化学破胶剂可能导致基础设施被腐蚀及储层伤害。基于此,利用生物酶作为破胶剂来降解聚合物则更加环保,也更有吸引力。当前,针对瓜尔胶的酶破胶剂已在油田中得到应用,针对其他聚合物的酶破胶剂仍处于研究开发阶段。因此,本文综述了瓜尔胶、聚丙烯酰胺(PAM)、羧甲基纤维素(CMC)和黄原胶等聚合物的生物降解机制和降解酶的研究现状,讨论了生物酶破胶剂在实验室开发和油田应用中面临的挑战。