基于数码相机的部分预混火焰碳烟体积分数场测量

为了探讨当量比对轴对称火焰碳烟体积分数分布及总量的影响,以乙烯扩散火焰及部分预混火焰为例,运用全场消光法测量火焰碳烟体积分数分布,其中入射光为700nm超连续激光,采用数码单反相机检测激光光束经过火焰前后的光强信号变化,结合高斯低通滤波器和三点Abel变换,确定火焰碳烟吸收函数E(m)值.对不同当量比火焰进行检测,建立火焰产生碳烟总量表征方法,讨论当量比对火焰碳烟体积分数分布及总量的影响.结果表明,结合高斯低通滤波器,数码单反相机可用于轴对称火焰碳烟二维体积分数场的测量;随着火焰当量比的减小,碳烟分布往火焰较低处偏移,火焰生成碳烟总量呈现出先增加后减小的趋势.

王家岭矿综放工作面上隅角瓦斯体积分数场分布规律研究

针对煤矿综放工作面上隅角瓦斯积聚严重影响安全生产的问题,从综放工作面上隅角瓦斯体积分数场分布规律与上隅角瓦斯抽采的关系出发,采用MATLAB场分析法,以山西中煤华晋能源有限责任公司王家岭矿12318综放工作面的正方形上隅角为研究对象,对上隅角区域的瓦斯体积分数场分布进行了分析。结果表明:12318综放工作面上隅角靠近采空区一侧以及靠近回风巷外侧煤壁处瓦斯体积分数较高,最高可达0. 5%;靠近工作面处瓦斯体积分数较低,仅为0. 10%～0. 25%。这对于合理有效地治理上隅角瓦斯体积分数超限问题具有重要的指导意义。根据研究结果,提出了采用顶板走向定向高位钻孔抽采和埋(插)管抽采等综合瓦斯治理方法,该方法有效地降低了上隅角瓦斯体积分数,即从0. 7%降低至0. 3%左右。

通道式煤炭地下气化过程特征场演化规律

我国废弃矿井中遗留煤炭资源量约420亿t,废弃矿井煤炭资源井工复采技术难度大,安全性差,在经济上也不合理,因此必须探索新的回收技术,煤炭地下气化技术则是一条可行的技术路线,其可以依托老矿井原有的井筒和巷道建设地下气化炉,利用人工掘进的煤巷作为气化通道,形成通道式气化。煤炭地下气化发生与发展过程实质上是气化反应区特征场(温度场、体积分数场、应力场)的扩展过程,通过地下气化模型试验研究了通道式气化过程特征场的分布与扩展规律,结果表明,在模型试验条件下温度场沿水平通道(横向)和垂直通道(纵向)平均扩展速度分别为0.089 m/h和0.012 m/h,横纵平均速度比为7.42倍,在注气点附近,横向和纵向扩展速度均达到最大值,分别为0.116 m/h和0.118 m/h;通道式气化以壁面燃烧气化为主,当横向扩展速度大于纵向扩展速度的11.4倍以上时,反应过程将失去稳定性;气化区中部(通道)附近气样中的H_(2)和CO体积分数高于煤层气样中的H_(2)和CO体积分数,因此通道壁面的还原反应是H_(2)和CO的主要来源,CH_(4)体积分数分布的总体趋势是煤层气样中CH_(4)体积分数高于中部(通道)附近气样中的CH_(4)体积分数,说明CH_(4)来源于煤层热解;煤层和岩层交界面到20 cm高顶板处产生热弥散作用,距煤层20~40 cm内热弥散作用明显,弥散角为45°;顶板中各测点均发生应力集中现象,最大集中应力约为0.6 MPa,应力集中系数为2.0~2.5,沿通道方向上依次发生应力集中,时间延后,与温度场推进方向一致。

煤矸石山自燃三带分布规律研究

为预防煤矸石山自燃事故的发生,利用Fluent数值模拟,研究了煤矸石山内部渗流场的分布。借鉴采空区自燃三带理论,对煤矸石山自燃三带进行划分,明确其内部自燃三带的分布规律,以期对煤矸石山自燃的防治提供帮助。结果表明:煤矸石山坡面空气渗流速度较高,并随着点位距坡面深度的增加而迅速下降;煤矸石山散热带位于近坡面与坡脚,窒息带位于坡顶与矸石山深部;氧化带形状为类梭形,位于距煤矸石山底部5.8~14.9 m范围内,氧化带外表面距煤矸石山斜坡面1.1~1.4 m,内表面距煤矸石山斜坡面3.1~10.2 m,自燃危险性较大,需要重点防治。

体积分数随机场作用下复合材料层合板固有振动特性不确定性分析

考虑复合材料层合板中每层体积分数空间不确定性的影响,采用指数型自相关函数模拟每层体积分数同空间位置的依赖关系,结合伽辽金-里兹正交多项式逼近和K-L展开方法,研究了体积分数随机场的自相关长度特征对材料属性随机场离散精度的影响;进而通过体积分数随机场作用下复合材料层合板的随机有限元模型,研究了T300碳纤维/QY8911环氧树脂复合材料垂尾蒙皮结构的固有频率均值、标准差和变异系数与层合板层数之间的关系,基于Monte-Carlo模拟方法验证了采用本文方法开展复合材料层合板固有振动特性分析的有效性。数值结果表明:复合材料层合板结构固有频率的变异系数随铺层数减少而增大,层数越少,纤维体积分数的不确定性对固有振动特性分散性的影响越大。

激波与椭圆形重气柱相互作用的PLIF实验

在水平激波管中,采用平面激光诱发荧光(planar laser-induced fluorescence,PLIF)方法对椭圆形重气柱界面的Richtmyer-Meshkov不稳定性进行实验。气柱由SF6混入一定比例的丙酮蒸气构成,环境气体为空气。通过改变椭圆形气柱的长短轴比值,得到了激波马赫数为1.25时,3种初始界面的演化形态。通过相对体积分数标定,得到了界面失稳演化过程中的相对体积分数分布,观察到了激波作用后界面气体聚集、转移、消散等现象。实验结果发现,对于流向轴长与展向轴长之比较大的气柱界面,初始界面产生的涡量更大且分布更广,其界面不稳定性发展得越迅速和剧烈。失稳发展迅速的界面甚至出现涡对碰撞并产生尾部射流结构的现象。初始界面直接决定了失稳发展初期形成的涡对强度和间距,并对后期演化有重要影响。

边缘计算驱动的瓦斯灾害智能感知方法研究

针对回采面瓦斯单点监测模式存在较多监测盲区及无法展现瓦斯流场分布状态的问题,基于边缘计算技术提出了构建回采面瓦斯体积分数场并视觉显示瓦斯流场以及监测预警瓦斯涌出异常的方法,该方法革新了瓦斯传统监测模式,用面域监测取代单点监测,边缘计算网关替代通用监控分站,实现回采面瓦斯的全覆盖监测及井下就地构建数据场、云图展示和异常起伏捕捉,具体思路如下:通过现场实测数据获得回采面瓦斯“台阶上升”和“渐变上升”的分布特征,据此设计了瓦斯全覆盖的监测方案,借助新型MEMS瓦斯传感器完成瓦斯的全覆盖监测布置系统;监测数据通过无线或有线方式传输至边缘计算网关;边缘计算网关安设在回采巷道内,内嵌数据处理模型、单点瓦斯体积分数异常波动判别模型,数据处理模型构建瓦斯数字场、形成瓦斯动态云图,单点瓦斯体积分数异常判别模型对单点瓦斯体积分数异常起伏进行判断,分区判定模式完成回采面瓦斯异常起伏行为捕捉;最终实现瓦斯体积分数场云图的宏观展示和异常起伏的微观捕捉。

Phase-field study for effect of chemical composition on pre-precipitation process of γ′ phase in Ni-Al-Ti alloy

The pre-precipitation processes of γ＇ phase in Ni-Al-Ti alloy with different chemical compositions are investigated by microscopic phase-field dynamics model. The simulation results show that the early precipitated phase with L10 structure is formed before the formation of γ＇ phase. With the increase of Al content, the composition of precipitated phase is transformed from the co-existence of γ＇ phase and material phase into single y phase. Furthermore, excessive Al content can stimulate the production of γ＇ phase, and the conversion time from L10 phase to L12 phase will lag behind other samples with lower Al con-tent. By analyzing the occupation probability of Ti, it can be found that the solid solution strengthening effect of Ti is reduced with the increase of Al component.