现代黄河三角洲沉积物临界剪切应力研究

为研究现代黄河三角洲沉积物临界剪切应力空间分布特征及其影响要素,本文在现代黄河三角洲不同沉积区域,垂直海岸线布设测线,采用黏结力仪进行沉积物临界剪切应力测试,并在相应测点开展沉积物物理力学性质与粒度成分测量工作。研究结果表明高潮滩沉积物临界剪切应力最高,在1.1~4.02Pa之间,沉积物不易发生侵蚀,含水量低、干容重大、黏粒与粉粒含量高、平均粒径小、不排水剪切强度大是高潮滩沉积物临界剪切应力偏高的重要因素;中潮滩沉积物受生物活动影响显著,临界剪切应力在0.10~1.90Pa之间,生物活动扰动、生物排泄及遗体遗迹的程度与数量是造成不同区域测试差异的重要原因;低潮滩沉积物临界剪切应力很低,在0.08~0.80Pa之间,沉积物极易发生侵蚀,含水量高、干容重偏低、砂砾含量高、平均粒径大、不排水剪切强度小是其典型的沉积物物理力学性质,也是造成低潮滩沉积物临界剪切应力普遍低于高潮滩的重要原因;现代黄河三角洲沉积物临界剪切应力区域特征表现为北部沉积物临界剪切应力水平最低,在0.11~0.4Pa之间,东部最高,在2.8~4.55Pa之间,南部与东北部居中,分别在0.63~0.84Pa与0.83~2.99Pa之间,东北部空间非均匀性分布显著,粒度组分的分异是导致沉积物临界剪切应力区域差异显著的重要因素,黏粒含量高的沉积区域沉积物临界剪切应力普遍高于砂砾含量高的沉积区;与世界其他大型河口三角洲相比,现代黄河三角洲沉积物临界剪切应力水平偏低但非均匀程度较高。

饱和状态下黄绵土坡面细沟侵蚀可蚀性和临界剪切应力特征

土壤可蚀性参数和临界剪切应力是评价土壤易侵蚀程度和抗水流剪切变形能力的重要指标,目前在黄绵土坡面细沟侵蚀过程中,土壤饱和条件下可蚀性参数和临界剪切应力的变化尚不明确。该研究采用室内土槽模拟冲刷试验确定不同坡度(5°、10°、15°、20°)和流量(2、4、8 L/min)下饱和黄绵土坡面的最大细沟剥蚀率,基于数值法、修正数值法和解析法计算土壤可蚀性参数和临界剪切应力。结果表明,3种方法所得最大细沟剥蚀率均随坡度和流量增加而增大,其中修正数值法和解析法计算的最大细沟剥蚀率更接近。土壤可蚀性参数分别是0.470、0.278和0.256 s/m,土壤临界剪切应力分别为1.502、1.306和1.367N/m~2。修正数值法可提高数值法近似计算的精度,使近似计算结果更接近解析法计算获得的理论值。饱和较未饱和黄绵土的土壤可蚀性参数略有减小(16.83%),而临界剪切应力减小了66.97%,表明土壤饱和对黄绵土土壤可蚀性参数影响很小,但大幅度削弱了土壤临界剪切应力,使得黄绵土坡面饱和后土壤侵蚀更为强烈。此外,饱和黄绵土边坡的临界剪切应力与饱和紫色土坡面相比差异不大,而细沟可蚀性参数大2.26倍,表明土壤饱和对2种土壤临界剪切应力影响程度相似,但黄绵土较紫色土对土壤侵蚀的敏感性更高。研究结果可为饱和状态下不同土壤坡面细沟侵蚀模型参数的优化提供参考。

基于分形模型的黏性沉积物侵蚀临界剪切应力及其验证

为在黏性沉积物表面侵蚀模型中考虑团粒粒径分布的影响,基于黏性沉积物团粒结构的分形模型,建立黏性沉积物表面侵蚀的临界剪切应力与团粒粒径及有效密度的理论关系。结果表明:黏性沉积物表面侵蚀的临界剪切应力是团粒粒径和有效密度的幂函数,幂函数的指数是黏性沉积物团粒分维的函数;与Kranenburg模型、Son模型相比,基于分形模型的临界剪切应力模型更加合理,与试验数据更加接近。

亚临界流体与高剪切应力对EPDM废胶粉脱硫反应的影响

在废旧三元乙丙橡胶粉(WEPDM)与未硫化三元乙丙橡胶(EPDM)混合物的熔融挤出过程中,采用改变亚临界流体品种和提高双螺杆挤出机螺杆转速的方法,研究了亚临界流体品种与高剪切应力对脱硫共混物DEPDM/EPDM的凝胶含量、门尼黏度、溶胶红外光谱及脱硫共混物共混三元乙丙橡胶与原EPDM共混再硫化材料EPDM/(DEPDM/EPDM)力学性能的影响,对再硫化材料的试样断面形貌也进行了扫描电镜观察。结果表明,亚临界流体水或醇的存在均能促进脱硫、解交联反应的进行,特别是在以亚临界乙醇水(7∶3)混合物作为反应介质的条件下,脱硫反应中交联S-S键断裂选择性明显增大,所得产物凝胶含量降低,门尼黏度增大,其再硫化材料力学性能也明显增加。挤出机的螺杆转速和脱硫反应温度均存在最佳值(220℃,600~800 r/min)。在以醇水混合物为反应介质的最佳条件下(220℃,600~800 r/min),其脱硫共混物共混EPDM再硫化材料EPDM/(DEPDM/EPDM)的拉伸强度和断裂生长率分别达到26.7 MPa和606.3%。

黄河三角洲沉积物含盐量与其临界剪切应力的关系研究

黄河入海径流量变化引起河口区盐度场的改变,从而影响沉积物的动力学行为和工程性质。在黄河三角洲4个不同沉积年代的叶瓣采集柱状样,采用统计和相关性分析的方法对不同深度原状沉积物的含盐量、临界剪切应力以及其他物理力学性质进行分析。结果表明:黄河三角洲不同沉积年代、不同深度沉积物含盐量变化范围是0.2‰~2.0‰,整体剖面定义为"均匀型";在研究区范围内,沉积物临界剪切应力呈现空间不均匀分布,并随沉积物含盐量的增大而增大。表层沉积物临界剪切应力偏小,高容重、低含水率的沉积物偏大。研究对于黄河口冲淤研究具有重要意义。

高含固污泥临界剪切应力影响因素的研究

为了进一步研究高含固污泥的流变特性,根据污泥含固率rTS选择改进的Herschel-Bulkley流变模型,以模拟污泥在反应器中的合理流动,并对污泥种类、含固率、剪切速率范围、温度对高含固污泥流变曲线中临界应力的影响进行了实验研究。实验中采用含固率rTS为5.2%~15.8%的厌氧消化污泥,在0.01~1 000s-1的剪切速率范围内进行稳态流变特性的测试。结果表明:当rTS<8.8%时,流变曲线符合Herschel-Bulkley模型;当rTS>8.8%时,流变曲线在1~10s-1内出现临界剪切应力,符合改进的Herschel-Bulkley模型;临界剪切应力与污泥含固率、剪切速率范围有关,与污泥的种类、成分组成、测试温度以及厌氧消化时间无关;临界剪切应力对应的临界剪切速率6)γc与含固率之间呈线性关系。该结果可为污泥物理化学性质研究提供一定的参考。

潮间带盐沼植物种子及实生苗漂浮起动临界剪切应力研究

盐沼是分布在海陆过渡区域,以大型草本植物为优势种的潮间带生态系统。在潮间带生态系统中,盐沼植物的种子和实生苗在潮流作用下的漂浮起动是盐沼植物自然扩散的重要前提,决定了盐沼植物能否实现有效扩散和长距离传播。然而,目前缺乏有关盐沼植物繁殖体在复杂潮滩环境下漂浮起动扩散过程的定量研究。以长江口典型盐沼先锋物种海三棱藨草(Scirpus mariqueter)为研究对象,应用U-GEMS微观侵蚀系统,测定了在不同沉积物底质条件下,海三棱藨草种子及不同萌发阶段实生苗漂浮起动时的临界剪切应力,定量分析不同萌发阶段和沉积物底质对海三棱藨草种子和实生苗漂浮起动的影响。研究结果表明:(1)不同种子萌发阶段和沉积物底质对海三棱藨草种子和实生苗漂浮起动的临界剪切应力均有极显著影响(P<0.01);(2)随着萌发阶段的进展,海三棱藨草实生苗漂浮起动所需的临界剪切应力逐渐减小,因而随潮流漂浮起动进而扩散的机会也相应增大;(3)相比于淤泥质潮滩底质,海三棱藨草种子和实生苗在粉砂质潮滩更易于漂浮起动。研究结果丰富了盐沼植物在潮间带自然扩散过程和机理的研究,也为今后长江口及其他区域开展高效、低成本、以种子为修复材料的大规模盐沼修复提供了科学依据。

临界剪切应力系数曲线适用性研究

曲板的屈曲问题与材料的弹性模量和泊松比有关,对于机身蒙皮材料2060-T8E30,曲板临界剪切应力系数曲线的适用性有待研究。基于Abaqus的线性静力分析中的Buckle算法,以机身蒙皮材料2060-T8E30建立了多种构型曲板,对比有限元分析值和曲板临界剪切应力系数曲线,通过分析误差,得出结论:对于2060-T8E30材料,可以认为d/h=1.5的ks(曲板临界剪切应力系数)曲线相比有限元分析值偏高,误差不大于15%;d/h=2的ks曲线相比有限元分析值偏高,误差不大于20%;d/h=3.5的ks曲线相比有限元分析值偏高,误差不大于35%。在飞机机身结构常用的参数,即d/h=3.5,Z≤20的情况下,当Z<10时,ks曲线的适用性较好,误差不大于10%;当10<Z≤20时,ks曲线相比有限元分析值偏高,误差不大于20%。

细沟侵蚀可蚀性参数及土壤临界抗剪应力的有理(实验)求解方法

利用室内细沟侵蚀模拟试验结果 ,把细沟可蚀性参数和土壤临界抗剪应力的研究与侵蚀的过程结合起来 ,通过对土壤水蚀预报模型WEEP中控制土壤侵蚀的水动力学模型进行理论分析 ,导出了由实验直接计算得到细沟侵蚀可蚀性参数Kr 值及土壤临界抗剪切应力τc的方法 .由推导得到的计算方法与计算公式 ,求得了不同工况下细沟侵蚀可蚀性参数及相应的临界抗剪切应力值 .结果表明 ,对于同一种土壤 ,在不同的水动力学条件下 ,计算得到的细沟侵蚀可蚀性参数基本是一致的 .对于实验所用的黄绵土 ,计算得到的细沟可蚀性参数Kr 均值为( 0 32 4± 0 0 0 3)kg·N-1·s-1.临界抗剪切应力τc 随坡度的增大有增大的趋势 .不同水动力条件下回归系数值均大于 0 71 .提出的计算细沟侵蚀可蚀性参数Kr 值及土壤临界抗剪切应力τc的方法 ,将有助于建立和完善土壤侵蚀预报过程模型 .

水流作用下疏松土壤材料中细沟的再生及其临界剪应力的实验研究

动态土壤侵蚀包括依赖于空间与时间的土壤剥离、细沟的形成、水流中过量泥沙的沉积、沉积泥沙中细沟的再生等物理过程。与泥沙从沉积区域再剥离相关联的细沟再生是细沟变窄加深过程中的一个重要的现象。该文介绍一种实验装置 ,用于测量类似于沉积土壤的疏松土壤材料细沟再生的力学参数。用一种沙壤土进行实验 ,测定了不同团聚体大小和坡度下细沟再生开始和停止所对应的临界水流量。计算出了与沟坡相关的临界剪切应力。这些结果有助于理解细沟的再生及其数量关系 ,以及临界剪切应力与坡度间的定量关系 ;对于发展由沉积土壤再生的细沟演化过程模型特别有用。

纹理特征对钢与砂界面剪切性能的影响

结构物表面纹理形态与土体颗粒分布对结构物-土体界面剪切性状具有显著影响。利用自行改制的直剪仪对钢-标准砂界面剪切特性进行研究,分析剪切应力-剪切位移关系、不同纹理深度下的峰值剪切应力变化规律及界面抗剪强度指标变化规律。结果表明:试验峰值剪切应力与法向应力呈正相关关系;垂直纹理方向剪切的峰值剪切应力大于顺纹理方向的峰值剪切应力;试验峰值剪切应力随纹理深度的增加而增加,之后保持某一稳定值上下波动;纹理深度存在临界值,集中在0.64~0.89 mm范围内,H/d_(50)值集中在5.8~8.1范围内;粗糙界面的摩擦角比光滑界面大;界面摩擦角随纹理深度的增加而增大,大于临界值时,界面摩擦角将保持一稳定值。

基于SST模式的超临界条件下梭形柱气动力及流场特性研究

为研究超临界条件下梭形柱的气动力及流场特性,采用剪切应力运输(Shear Stress Transport, SST)模式进行CFD(Computational Fluid Dynamics)数值试验。通过流场性质分析,总结了梭形柱流场分布规律,并讨论了其气动特性形成的机理。首先建立直径为30 cm的圆柱模型,应用Fluent软件模拟其在超临界条件下(Re=7.2×10^(5))的绕流试验。将数值计算结果与已有文献中风洞试验数据对比,验证了数值模拟的合理准确性。然后保持计算参数、网格模型不变,通过改变梭形柱长短轴之比,分别计算不同扁率梭形柱的气动参数。最后通过流场分布特性分析,解释了气动性质变化的机理。通过研究得到以下结论:梭形柱阻力系数平均值、均方差均随梭形柱扁率增加而增加,且阻力系数平均值随扁率成线性增加。给出了阻力系数估算公式,以便快速估算梭形柱阻力系数。升力系数平均值基本维持在0,均方差随扁率先增大后减小。小扁率梭形柱脱涡频率随扁率增加起伏下降,大扁率梭形柱脱涡频率随扁率快速下降。梭形柱的分离角一般在边缘位置,且边缘位置的平均风压系数、脉动风压系数均随扁率增加而增加。

云锡卡房全尾砂料浆临界浓度与流变特性研究

为研究全尾砂料浆的临界浓度范围与不同灰砂比料浆的流变参数,以卡房公司5000 t混合全尾砂料浆为研究对象,对全尾砂充填料浆的流变性进行研究。通过流变仪测试不同料浆质量浓度的屈服应力等流变的相关数据,同时根据不同的全尾砂充填料浆的水泥与全尾砂的质量比,计算其沿程阻力和剪切应力。结果表明:全尾砂料浆临界质量浓度范围在73%~77%之间,并且随着料浆质量浓度的增加,料浆屈服应力显著提高,随着水泥与尾砂质量之比的增加,料浆屈服应力的变化程度有限。水泥的加入可提高料浆的沿程阻力损失及管壁切应力,料浆质量浓度与沿程阻力损失及管壁切应力呈正相关;管径的大小与沿程阻力损失及管壁切应力呈负相关;料浆流速与沿程阻力损失及管壁切应力呈正相关。料浆质量浓度对料浆沿程阻力损失及管壁切应力影响较大,灰砂比影响较小。

中浓纸浆流体化过程的数学模拟及临界雷诺数

研究了中浓纸浆悬浮液在不同剪切场内达到湍流状态时 (实现流体化 )的流体力学性能 ,给出了中浓纸浆所受剪切应力和转子转速之间的数学模型 ,并通过该模型 ,求得中浓纸浆悬浮液实现流体化时的临界剪切应力τd,并且通过“表观粘度法”计算出中浓纸浆达到湍流时的临界雷诺数Re 。此外 ,中浓纸浆在偏心转子形成的剪切流场内较难确定其临界点 。

旋流场内液滴破碎与临界入口雷诺数的确定

通过对液滴所受剪切应力的分析,发现临界入口雷诺数与旋流器的结构尺寸D、Di及物性参数(包括液滴的表面张力、介质的粘度和密度)等有关.推导出液滴破碎的临界入口雷诺数的计算公式,为液液旋流器在工程实践中的高效操作提供了理论依据.

10cm VGF法GaAs单晶生长过程中热应力的数值模拟

采用数值模拟技术模拟了10cm(4in)VGF法GaAs单晶生长过程中的温场分布、固液界面形貌以及热应力分布。推导得到了固液界面形状与轴向温度梯度和径向温度梯度之间的关系,定义了一个固液界面形状函数,用以表征固液界面偏离度。固液界面偏离度可定义为晶体边缘和晶体中心轴向位置的差值。计算得到固液界面凹(凸)度的临界值,小于该值时,固液界面附近的热应力低于临界分解剪切应力(CRSS)。模拟计算了两个时刻的晶体中的热应力分布:当偏离度大于临界值时,晶体中的热应力大于CRSS,反之,晶体中的热应力小于CRSS,验证了理论推导的结果。

地下储气库注采井临界冲蚀流量优化计算方法

临界冲蚀流量是限制注采井注采能力的关键因素,目前通常参照API RP 14E标准进行计算,其计算结果趋于保守,但还未有明确的室内实验或现场数据表明可在API RP 14E的基础上提高临界冲蚀流量。为此,基于腐蚀速率首次提出了临界冲蚀速率的概念;综合考虑影响管柱冲蚀的温度、压力、气体组分、含水率、含砂量以及管柱材质等因素,同时引入壁面剪切应力,开展真实注采工况下的室内等效模拟实验,进而求得实验工况下的临界冲蚀系数(C);在此基础上,建立了现场常用的N80、SM80S和S13Cr等3种材质管柱的C取值图版。研究结果表明:①含砂量、含水率、CO2分压以及壁面剪切应力为冲蚀主控因素;②含砂量对上述3种材质的管柱冲蚀影响最为显著,其中N80和SM80S管柱冲蚀对壁面剪切应力和含水率较为敏感;③对于S13Cr管柱,当含砂量小于250 mg/L时,C值可取100,当流体不含砂、含液时,C值可取180,当流体为气相时,C值可取275;④对于N80、SM80S管柱,当流体不含砂、含液时,根据含水率和壁面剪切应力不同,C值介于100~180,当流体为气相时,C值可取275;⑤针对新疆呼图壁地下储气库注采井采出流体含水率为0.0010‰、不出砂,管柱材质为S13Cr,C取值为180,通过室内冲蚀实验证实管柱样品在注采工况下均未出现冲蚀痕迹,并且冲蚀速率极低、无点蚀。结论认为,所建立的C取值图版结果可靠,可以为临界冲蚀流量的科学合理确定提供指导。

超临界CO_2环境下线路板分层机理的模拟与分析

建立线路板试样的有限元模型,利用有限元分析软件ANSYS8.0对超临界CO2环境下的线路板内应力分布及大小进行模拟分析,计算出树脂层的最大剪切应力和最大剥离应力的大小并分析其变化规律,据此推测内应力在线路板分层破坏中的作用及破坏机理,并将分析结果与实验结果对比,以优化回收工艺过程参数。

旋流场中液滴破碎临界操作参数模型的确定

主要研究旋流场中液滴破碎与临界操作参数间的关系,确定旋流场中液滴破碎临界操作参数。首先通过对液滴在旋流场中所受剪切应力液滴变形及破碎依据的及分析,得出液滴破碎的原因,并发现临界操作参数与旋流器结构尺寸及进料物性有关,进而推导出临界进料平均速度和临界进料流量的计算公式,并运用算例仿真确定临界参数,为液-液旋流器最佳操作参数的确定及旋流器结构尺寸的设计提供了理论依据。

超临界CO2环境中温度和流速对N80碳钢腐蚀行为的影响

目的研究超临界CO2环境中温度和流速对N80碳钢腐蚀行为的影响,探讨N80碳钢在超临界CO2环境中的腐蚀机制。方法利用高压釜进行失重和电化学测试,同时利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)进行腐蚀形貌观察和腐蚀产物成分分析。结果当温度为40℃时,腐蚀速率最小,电化学阻抗随时间延长持续减小,此条件下并没形成FeCO3保护膜。升高温度导致腐蚀初期的腐蚀速率明显增大,然而腐蚀某个时刻后,电化学阻抗突然增大,意味着FeCO3保护膜的形成。温度越高,腐蚀24 h后的阻抗越大,产物膜越致密,保护性越好。另外,腐蚀失重速率随流速的增加而增大,电化学测试也表明流速越大,阻抗越小,腐蚀电流密度越大。SEM形貌分析表明,流体流动破坏了FeCO3膜的致密度,降低了其对N80碳钢基体的保护作用。结论尽管升高温度加速了N80碳钢的腐蚀,但却有利于保护性FeCO3膜的形成。温度越高,FeCO3膜越致密。流体流动破坏了保护性FeCO3膜的致密性,加速了N80碳钢腐蚀。