砂-粉混合料颗粒接触状态的临界条件确定

砂-粉混合料被广泛应用于高速铁路路基、人工筑岛及海底沉管隧道垫层等重大工程,如何科学地表征砂-粉混合料复杂的颗粒接触状态及连续演变的力学行为特征,并深入揭示其对混合料静/动力学特性的影响已是一项紧迫的基础性科学研究任务。本文基于代表性砂-粉混合料的基本物理性能指标及力学特性指标试验数据,验证Rahman等提出的区分“细粒填充砂粒”和“砂粒悬浮细粒”的阈值细粒含量FCth半经验公式预测能力。基于理想二元介质材料的理论最小孔隙比计算方法,提出确定中间性态土颗粒接触状态临界条件参量FC_(in-min)和FC_(in-max)的方法,分析各参数对FC_(in-min)和FC_(in-max)的影响规律,建立基于基本物理性能指标的FC_(in-min)和FC_(in-max)预测方法,最终提出全FC范围(FC=0~100%)的砂-粉混合料各颗粒接触状态临界条件参量的有效评价方法。

砂砾土渗流侵蚀中细粒迁移-沉积-滤通的物理水力临界条件

细粒迁移机制是理解砂砾土渗流侵蚀过程的基础与关键,对研究砂砾土斜坡雨水侵蚀过程的细观致灾机制具有重要意义。目前其运移模式及运移状态发生转变的临界条件并不清晰,不同物理水力条件下的细粒运动类型有所不同。为掌握砂砾土侵蚀过程中细粒的整体运动类型及其发生改变的临界条件,采用可视圆柱入渗试验和离散元数值模拟,分析了细粒迁移的影响因素和内部机理。结果表明:(1)细粒迁移受级配和水力梯度影响显著,而受初始孔隙率影响不显著,且级配的影响大于水力梯度;(2)水力作用下细粒整体运动状态可分为沉积和滤通2种模式,内部结构不稳定的砂砾土细粒运动处于滤通状态,内部结构稳定和稳定性过渡型砂砾土随水力梯度升高细粒的运动状态从整体沉积转变为整体滤通;i=3.4-(3)细粒运动状态在粒径比和水力梯度共同作用下存在明显界限,最终得到细粒沉积-滤通转变的临界条件为0.12e(D15/d85)/1.5。研究可为砂砾土斜坡渗蚀失稳防护提供理论指导。

高填方边坡设计因素敏感性分析及失稳破坏临界条件的确定

基于强度折减法和正交试验设计,对高填方边坡平台稳定性的影响因素进行探究,采用极差分析法对各因素进行敏感性分析,结论如下:对高填方边坡平台稳定性有影响的4个因素影响程度依次为填筑坡角>填筑高度>平台填筑宽度>岩质边坡坡角。此外,通过定性分析和定量分析对高填方边坡的平台失稳破坏模式及发生失稳破坏的临界条件进行研究分析,结论如下:(1)发现沿土岩界面破坏的条件主要由平台填筑宽度和岩质边坡坡角确定,进一步比较发现,当平台宽度不大于20 m,且坡角在39°~45°时,坡体易沿土岩界面失稳破坏;(2)当平台宽度大于20 m时,潜在滑移面位置逐渐后移,填方边坡的失稳破坏模式由沿土岩界面失稳破坏变为从填方体内部剪出失稳破坏。此研究可为填方边坡平台设计提供参考。

集中供热系统不锈钢点蚀临界条件试验研究

城市集中供热是污染治理和节约能源的重要措施之一,热网循环水水质是保证热网系统安全稳定运行的关键。由于集中热网系统庞大且复杂,涉及面广,供热系统缺乏相关国家及行业相关水质标准。试验研究表明:在95℃试验水样中,TP304不锈钢发生点蚀的临界Cl^(-)浓度值在80~100mg/L之间,TP316L不锈钢发生点蚀的临界Cl^(-)浓度值在120~130mg/L之间;在130℃试验水样中,TP316L不锈钢发生点蚀的临界Cl^(-)浓度值在20~30mg/L之间。提高热网循环水pH或添加合适的缓蚀剂,可以在一定程度上提高不锈钢抗Cl^(-)点蚀的能力。

高超声速火箭橇凿削磨损影响因素及临界条件研究

针对火箭橇试验凿削磨损现象影响因素作用机制尚不明确、临界条件难以界定的难题,基于有限元法建立了特有的三维凿削磨损模型,在热力耦合场下对该过程进行了模拟。模拟结果表明:在初始航向速度和温度条件下,竖向速度达到1.75 m·s^(-1)以上时凿削磨损发生;在初始航向速度和竖向速度条件下,温度达到673 K以上时凿削磨损发生。初始航向速度条件下,凿削磨损率随着竖向速度和温度的上升而增大。当航向速度由1200 m·s^(-1)增加到1800 m·s^(-1)时,临界竖向速度由1.65 m·s^(-1)上升至3.00 m·s^(-1),临界温度由673 K上升至873 K,临界夹角由0.079°上升至0.096°。通过降低滑靴竖向速度和温度能够有效避免凿削磨损的发生。该研究可为进一步阐明火箭橇试验中的凿削磨损机制提供理论支撑,并为避免凿削磨损发生、提高试验安全性提供思路。

淹没射流冲击煤体应力模型及破煤临界条件研究

为探究煤矿水力化卸压增透瓦斯治理作业中淹没射流破煤的临界条件,首先,基于紊动射流、接触力学及动量定理等理论,建立淹没射流冲击煤体应力模型,并对其进行离散数值求解;然后,分析淹没射流冲击煤体表面应力的分布特征,进而根据最大正应力准则确定淹没射流破煤临界条件;最终,以贵州金佳矿为例,开展淹没射流破煤现场验证试验。研究表明:射流冲击区内煤体的最大主应力为轴向压应力,冲击区外煤体的最大主应力为径向拉应力;冲击区内和冲击区外煤体表面的最大主应力均呈中心对称分布,而且随径向距离的增大而降低;淹没射流破煤的临界压力和临界喷嘴直径均随煤体强度和冲击靶距的增加而增大,而且靶距越大,煤体强度对临界条件的影响越大;淹没射流能够高效破碎现场松软煤层,而硬煤需要通过非淹没射流或伴随射流条件完成破碎。

包覆式活性破片冲击激发临界条件研究

为研究包覆式活性破片冲击激发速度阈值的影响条件,利用非线性有限元分析软件,对包覆式活性破片的冲击激发过程进行数值模拟,分析了破片结构参数对激发速度阈值的影响,建立了包括壳体头部厚度、侧壁厚度、长径比、壳体材料、靶板材料的经验表达式。实验结果表明:利用该式可对包覆式活性破片冲击激发临界条件进行计算;破片结构对冲击激发速度阈值影响较大,提高壳体密度、侧壁厚,增加长径比,减小壳体头部厚度能有效降低破片冲击激发速度阈值。

亚临界条件下低渗透原煤中CO_(2)扩散特性研究

为研究亚临界条件(气体压力低于6 MPa和温度低于39℃)下CO_(2)在低渗透性原煤中的扩散特性,采用容量法进行CO_(2)的吸附/解吸实验和扩散实验,研究不同温压下CO_(2)在原煤中的吸附/解吸特性和扩散特性。结果表明:压力增大会促进煤体对CO_(2)的吸附,温度升高抑制了煤体对CO_(2)的吸附,CO_(2)在原煤中吸附/解吸过程中存在解吸滞后现象;平衡压力不变时,不同温度下原煤中CO_(2)扩散量与扩散时间成正,CO_(2)扩散速度与扩散时间成反比,CO_(2)扩散系数D随温度的升高而增大;中低压环境下,一定范围内的温度变化(15~35℃)对原煤中CO_(2)的扩散速度的影响较小;平衡温度恒定时,不同压力下原煤中CO_(2)扩散量与扩散时间成正比,CO_(2)扩散速度与扩散时间成反比,CO_(2)扩散系数D随压力的升高而增大;温度为15℃时,一定范围内的压力变化(0.5~3.5 MPa)对原煤中CO_(2)的扩散速度的影响非常小。

撒克逊碗的下沉临界条件与沉没时间

“撒克逊碗”是一种底部有孔的计时装置。本文以圆柱形撒克逊碗为例,建立了其在水中下沉的物理模型。首先,本文确定了撒克逊碗顺利下沉的临界条件,包括水能涌入碗的条件和碗初释放时出现倒灌现象的条件。然后,本文研究了水涌入碗后系统的动力学过程,推导出碗的下沉时间与碗的几何特征间的定量关系。进一步,本文设计了实验以检验理论模型的正确性。与实验得到的碗下沉时间相比,相应的理论值普遍偏小。将碗下沉过程中受到的黏滞阻力和压差阻力、孔口处淹没射流及水头损失、碗完全浸没前受表面张力的影响考虑在内后,理论和实验的一致性明显增加。最后,本文还引入了壁面函数用于分析形状各异的撒克逊碗的下沉时间。

超临界条件下催化剂失活动力学参数的整定

针对传统方法在不同添加物下整定精准度差的问题,提出超临界条件下催化剂失活动力学参数自动整定方法。通过催化元素对反应转化率及选择性的影响,计算催化剂残余的活性,以此分析超临界条件下催化剂失活状态。确定失活因子,研究其在不同压力催化剂下的失活动力学方程,通过经验凑试法,计算动力学参数,并对参数余差进行消除,避免误差对自动整定造成干扰。令催化剂失活的效果修改比例度为0,设计具体整定流程,由此实现催化剂失活动力学参数自动整定。设置两种不同温度下的添加物,通过实验对比结果可知,所提方法的整定结果精准度最高可达到90%,能够为化工研究提供技术支持。

重庆饱和紫色土坡面片流与细沟流水力学特性及临界条件试验研究

为比较饱和紫色土坡面片流与细沟流水力学特征并明确其临界水力学特性,进行5个坡度(2°,5°,10°,15°,20°)和3个雨强(30,60,90 mm/h)组合条件下的室内人工模拟降雨试验,在测得坡面片流、细沟流及其转变的临界流速的基础上,计算得到片流、细沟流及其转变的临界水力学参数,包括水深、雷诺数、弗劳德数和达西阻力系数。结果表明:在不同侵蚀阶段,片流流速为0.064~0.151 m/s,细沟流流速为0.175~0.350 m/s,雨强和坡度在不同侵蚀阶段对流速和水深的影响程度存在差异。片流均为层流,<10°坡时,片流为缓流,片流多居缓层流流态;中、大雨强条件下,细沟流均为过渡流,>5°坡时细沟流均为急流,细沟流多为急过渡流流态。片流达西阻力系数与坡度和雨强呈负相关关系,细沟流达西阻力系数与坡度和雨强呈正相关关系。坡面径流由片流转为细沟流的临界流速为0.100~0.165 m/s。流速改变坡面形态,导致细沟侵蚀发生的临界水流流态和水流阻力随坡度和雨强变化的规律不同。研究结果对于认识饱和土壤条件下坡面不同侵蚀阶段径流水力学特性,进一步明确由片流转为细沟流的临界水力条件具有一定参考价值。

导线覆冰及其干湿增长临界条件分析

为输电线路的抗冰设计和防冰技术措施以及在实验室中模拟导线覆冰提供理论依据,根据导线覆冰的物理过程对导线覆冰过程中的热平衡进行了系统分析,提出了导线覆冰的热平衡方程,并因此得到了导线覆冰的冻结系数、湿增长覆冰向干增长转变的临界条件以及临界条件均为环境温度、风速、水滴直径、空气中液态水含量及导线传输电流时导线覆冰的函数。通过仿真计算,得出了覆冰干湿增长临界条件下和导线覆冰临界条件下环境温度、风速、水滴直径、空气中液态水含量及导线传输电流等参量之间的关系,并提出可以通过提高线路传输电流的方法达到减少或防止导线覆冰的目的。

42CrMo钢动态再结晶的临界条件

采用Gleeble-1500热模拟试验机对挤压态42CrMo钢进行等温热压缩实验,研究了在温度为1123～1348 K,应变速率为0.01～10 s-1条件下的动态再结晶行为。流变应力曲线对比分析表明:42CrMo钢在0.01～1 s-1的低应变速率下(除1 s-1和1123 K)发生动态再结晶型软化,在1～10 s-1的高应变速率下(含1 s-1和1123 K)发生动态回复型软化。采用加工硬化率的方法处理流变应力数据,结合lnθ-ε曲线的拐点及2(lnθ)/ε2-ε曲线的零点判据,研究42CrMo钢热塑性变形中动态再结晶发生的临界条件。结果表明:所有压缩试样均发生了动态再结晶;增加应变速率及降低变形温度会抑制动态再结晶的发生。进一步引入表征动态再结晶临界条件的临界应变模型,建立了临界条件与各热力参数之间的数学关系。验证表明该模型相对误差不超过7.8%。

高温高压下花岗岩中钻孔变形失稳临界条件研究

采用自主研制的"20MN伺服控制高温高压岩体三轴试验机",运用光学原理钻孔变形观测仪器,对φ200mm×400mm花岗岩体内含φ40mm的钻孔在6000m埋深静水应力及600℃以内恒温恒压下钻孔变形规律及其临界失稳条件进行深入细致的试验研究和理论分析。研究结果表明:(1)高温高压下花岗岩中钻孔变形随温度和应力的增大表现为明显的不同阶段。4000m埋深静水应力及400℃以内恒温恒压下,钻孔变形表现为明显的黏弹性变形阶段,钻孔直径虽有减小但仍处于稳定状态,并不发生破坏;4000～5000m埋深静水应力及400℃～500℃时恒温恒压下,钻孔变形表现为黏弹-塑性变形阶段,钻孔围岩有破坏的趋势,孔径开始增大;5000m埋深静水应力及500℃以上时,钻孔围岩塑性区的块裂状围岩颗粒逐渐从孔壁脱落下来,钻孔发生破坏。(2)花岗岩中钻孔围岩在超过应力阈值和温度阈值后,即5000m埋深静水应力及500℃以外时,钻孔破坏,发生塌孔现象,花岗岩颗粒从孔壁脱落下来,钻孔直径增大。(3)钻孔围岩在高温静水应力下,岩体最终发生破坏的应力条件为5000～6000m埋深静水应力(即125～150MPa)及500℃～600℃,其破坏形式为压裂破坏、压剪破坏或两者相结合。(4)高温高压下花岗岩中钻孔变形失稳临界条件为4000～5000m埋深静水应力,400℃～500℃。同时,根据试验研究结论,运用黏弹塑性力学理论给出高温高压下钻孔变形的分析理论,建立4000m埋深静水应力及400℃以内恒温恒压下钻孔变形的黏弹性理论模型及4000～5000m,埋深静水应力400℃～500℃时恒温恒压下钻孔变形的黏弹-塑性理论模型,为我国高温岩体地热(HDR)开发与利用中钻孔稳定性及维护问题、大陆科学钻探工程(CCSD)在深孔和超深孔施工过程中遇到的钻孔稳定性问题提供科学依据和理论指导。

TA15钛合金β区变形动态再结晶的临界条件

采用Thermecmaster-Z热模拟试验机在变形温度1050～1100℃,应变速率10-3～1s-1的条件下进行热模拟压缩试验。采用加工硬化率处理方法对应力-应变数据进行处理,结合lnθ—ε曲线的拐点及-(lnθ)/ε—ε曲线最小值的判据,研究TA15钛合金β区变形时的动态再结晶临界条件。结果表明:在本实验条件下,TA15钛合金的lnθ—ε曲线均出现拐点及-(lnθ)/ε—ε曲线均出现最小值;临界应变随应变速率的增大及变形温度的降低而增加,且临界应变与峰值应变之间基本保持恒定值εc/εp=0.62;临界应变预测模型函数关系可以表示为εc=0.92×10-2Z0.0843。

建筑火灾中回燃现象的临界条件实验研究

回燃是在通风受限的建筑火灾进入缺氧燃烧甚至闷烧后 ,由于新鲜空气的突然大量补充引起热烟气急剧燃烧的现象。回燃现象由于其突然性和强大的破坏性威胁着人类的安全 ,特别是消防人员的安全。为了研究建筑火灾中回燃现象的临界条件 ,建立了一套小尺寸回燃实验装置 ,并进行一系列的实验 ;实验结果表明 :腔体内的燃料质量分数是回燃的决定性参数 ,当它达到某个临界值时 ,回燃必然产生。

基于加工硬化率的高温合金Inconel 690动态再结晶临界条件

利用Gleeble-3800热模拟实验机,在变形温度为1000~1200℃、应变速率为1~80 s-1条件下进行恒温、恒应变速率的热压缩实验,测试了高温合金Inconel 690(IN690)的真应力—应变曲线。采用加工硬化率方法,研究了Inconel 690高温合金的动态再结晶临界条件,并引入Zener-Hollomn参数建立了材料的临界应变、临界应力、峰值应变和稳态应变的模型。采用加工硬化率方法确定的动态再结晶发生的临界应变值与Sellars提出的经验模型相吻合。

水文干旱对气象干旱的响应及其临界条件

流域水文干旱对气象干旱的响应是干旱研究的重要问题。以东南沿海晋江流域为例,选取1960-2010年逐月实测降水和径流数据,采用标准化降水指数(Standardized Precipitation Index,SPI)和标准化径流指数(Standardized Streamflow Index,SSI)两个干旱指数(分别代表气象干旱和水文干旱)及游程理论对流域主要干旱事件特征进行识别,应用Logarithm函数,建立水文干旱对气象干旱特征的响应关系模型,从而进一步分析了水文干旱对气象干旱的响应关系,并提出了气象干旱演进为水文干旱临界条件的概念。结果表明,多时间尺度的SPI与SSI指数可以有效反映晋江流域气象、水文干旱历时及烈度,用Logarithm函数可以比较好地建立晋江流域水文干旱对气象干旱的响应关系模型,得到气象干旱演进为水文干旱的临界条件为气象干旱历时1.45个月、烈度0.8,该模型的建立也为基于气象干旱监测实现水文干旱预警提供了可能。

复杂形态管道中粗颗粒水力输送的临界条件研究

通过自行设计的管道试验系统,研究在不同流速、粒径和体积浓度条件下,粗颗粒堵管的临界条件及其安全输送的方法。试验结果表明:①颗粒的粒径和体积浓度对粗颗粒系统安全输送有重要的影响,随着粒径和体积浓度的增大,临界流速提高,且当系统的输送速度大于临界流速时方可实现系统的安全输送;②在粒径一定的条件下,随着倾角的加大,粗颗粒在弯管处发生堵管所需要的临界流速降低;③在堵管的情况下,粗颗粒高效安全输送的临界条件主要取决于体积浓度和流速。

硬脆材料微磨削延性域复合临界条件建模及试验研究

分析硬脆材料微磨削表面形成机理并建立了微磨削槽磨未变形切屑厚度hm数学模型,引入微尺度效应系数Md、延性域系数与延-脆性域系数ζ0与ζ1,针对硬脆材料特性提出微磨削延性域,延-脆性域复合临界条件模型。基于精密微磨削机床进行钠钙玻璃与单晶硅这两种典型材料的微尺度槽磨磨削试验,通过对试验结果分析得出两种材料微磨削表面裂纹变化规律。基于实际试验数据结果对提出的硬脆材料微磨削复合临界条件模型进行验证,证明了所提出模型的科学性。分别给出钠钙玻璃与单晶硅的延性域与延-脆性域微磨削加工参数a0与a1,为硬脆材料微磨削延性域临界磨削条件研究提供了理论参考与试验依据。