基于红外测温的油罐多相界面传热反问题识别方法

利用红外热像仪测量储罐多相界面是一种比较理想的测量方法。通过建立储罐的传热模型,利用有限体积法对筒体外表面的温度分布进行了数值模拟,并提出了基于筒体外表面温度分布对筒内多相界面进行定量识别的传热反问题识别方法,同时分析了初始假设、测量误差和表面最大温差对多相界面识别精度的影响。计算结果表明:在工程允许的测量误差范围内(σ=2℃),利用红外测温反演估计储罐多相界面及罐内流体温度具有很高的识别精度。该方法为油罐多相界面和内部温度识别提供了一种新的思路和途径。

管网多相界面下抗生素抗性菌的分布特征研究

以CDC生物膜反应器模拟给水管网输配系统,探究管网水相、生物膜相和颗粒物相三相界面下6种典型抗生素抗性细菌的分布特征.反应器稳定运行30d后,出水余氯从0.66mg/L下降到0.26mg/L,出水浊度和颗粒物浓度分别从进水的0.08NTU和377counts/mL增高至0.86NTU和4151counts/mL,出水水质变差.进水中仅有红霉素和氨苄西林的抗性细菌的数量较高,分别为36和99CFU/100mL,出水中,链霉素和氨苄西林的抗性细菌数量最高,分别为432和155CFU/100mL,远远高于进水中抗性细菌数量.生物膜相中异养菌总数和细胞总数达到了4089CFU/cm^2和1.5×10~6cells/cm^2,链霉素和红霉素的抗性细菌数量较高,为3432和2508CFU/cm^2,其抗性细菌比例分别达到了83.9%和61.4%.颗粒物相中,氯霉素和氨苄西林的抗性细菌比例较高,都在45%左右.生物膜和颗粒物都会给细菌提供一个安全稳定的生长场所,使细菌能够抵抗残留消毒剂和部分抗生素的抑制作用,更易产生耐药性,对人体健康的威胁也更大.

水体-沉积物多相界面磷循环转化微生物作用实验研究

以汾河水库沉积物为研究对象,采用灭菌与非灭菌对比方法,通过水体-沉积物体系"好氧-厌氧-投加还原剂"的对比连续模拟实验,研究了微生物在水体-沉积物多相界面磷循环转化过程中的作用.实验结果表明,好氧状态下沉积物中磷不发生明显释放;厌氧状态下,微生物以硫酸根为电子受体的生命活动引起周围环境氧化还原电位的降低进而导致沉积物中磷和可溶性铁显著释放.在没有微生物的反应器内,只有当添加强还原剂使其氧化还原电位降至与前者同等水平时才发生明显释放.沉积物中各形态磷含量变化分析表明,铁结合态磷和闭蓄态磷在微生物作用下更容易释放.

多相界面检测机理及算法研究

本文首先以平行板阵列电极电容传感器为例对多相界面的检测机理进行了讨论。在分析和比较了基本算法和差分算法的基础上，提出了自适应再构算法。实验结果表明。

用于多相界面检测系统的阵列式容栅电容传感器的优化设计

本文提出和设计的阵列式容份电容传感器是用于多相界面检测系统的一种新型传感器。作者利用有限元法对其结构参数进行计算机仿真和优化设计，并搜索到一组最优参数。实验结果与理论分析相吻合。该系统可用于原油分离和化工生产过程中。

多相界面检测系统及软件算法

通过对原油分离器中乳化层特性的分析,重点介绍了采用阵列式电极电容传感器检测多相界面位置的算法研究和软件实现,给出了油/气界面扫描判断流程图,还介绍了阈值的选取方法以及系统在现场试运行的实验结果.

多相界面检测技术对沉降罐硫化物层的识别

针对联合站沉降罐硫化物层的动态变化特性,提出了一种多相界面检测技术,该方法是通过分析罐内各层物质介电常数的突变规律来对沉降罐的硫化物层进行识别。经现场检测表明,其检测结果与取样分析结果相吻合,应用效果较好。

储油罐多相界面液位测控系统的研究

针对辽河油田原油稠油多、粘度大的特点 ,本文提出和设计了一种单平板分段阵列式电容传感器 ,利用不同界面物质的介电常数的跳变值实现对储油罐多项界面液位的准确测量 ,整个测控系统利用三维有限元法处理数据 ,并由主控计算机适时进行液面画面的显示、记录。

容栅式多相界面测控系统的研制

研制开发了一种具有工业应用价值的油、气、水分离器专用的容栅式多相界面测控系统。该系统能够指示出水/乳、乳/油、油/气界面的具体位置,适应不同油田测量的需要,并具备智能化的特点,改变了以往的单一界面的物位测量方法。采用电量检测技术的平行板式电容传感器阵列,对界面进行检测,有较高的精确度。整个系统结构紧凑,易于制作,工作性能稳定可靠。该项技术的开发,具有一定的技术价值和广泛的应用前景。

基于多相界面的小尺度磁控仿生机器人研究进展

小尺度机器人能够在狭窄的空间内运动并完成微操作,在生物医学工程(如药物靶向递送、微创手术)、环境保护、灾难救援等领域具有重要意义。以仿生工程为起点,综述了在液-气界面、固-液界面、固-气界面运动的昆虫及其他小型动物的界面行为,分析发现了这些行为的机理,发现润湿、动态粘附、可调节的各向异性摩擦等性质对小型动物的运动特性具有决定性作用,归纳总结了小型动物的界面行为在机器人小型化过程中潜在的利用价值。围绕小尺度磁控机器人,重点阐述了其运动机理、制备技术以及控制方法。其中,磁控机器人的运动机理主要包括磁梯度推进、螺旋推进以及摆动推进等。光刻技术、3D打印以及模具成型方法被广泛研究和使用,其中3D打印技术在小尺度磁控机器人制备中越来越重要。机器人的控制方法根据是否建模,可分为有模型和无模型的控制方法。最后,结合提出的生物启发灵感,分析了机器人在表面优化、形态设计、加工制备等方面潜在的创新空间,并对通过界面技术提升磁控机器人运动性能的愿景进行了展望。

重力式分离器内多相界面的自动检测

利用介质的相对密度不同进行沉降分离的重力式分离器，其沉降室内从下到上依次有水／乳、乳／油、油／气等多相界面，多相界面的检测控制，直接影响到分离器的分离效率和分离出的油、气、水质量指标。现有的目测法、差压法、超声波法等都是针对单一界面的物位测量方法，不能同时检测多相界面。河南油田设计院开发的容栅式多相界面检测系统，是利用微机和平行极电容传感器来实现多相界面层高度和厚度的自动检测，并能仿真界面高度的动态变化。该检测系统在河南油田一联合站投入使用，经现场测试，效果良好。

染料敏化太阳电池中多相接触界面电子转移机制和动力学过程

采用电化学阻抗谱(EIS)研究了染料敏化太阳电池(DSC)中由导电玻璃、纳米多孔TiO2薄膜和电解质构成的多相复杂接触界面的电子转移机制和动力学过程.通过沉积聚合物薄膜简化多相接触界面结构,根据接触界面结构和电子转移途径的变化,分析了不同偏压下多相接触界面电子转移机制,构建与之对应的等效电路,获得了DSC内部各个主要接触界面的电子转移动力学常数.结果表明,通过外加偏压的控制和多相接触界面结构的简化,可以区别分析多相复杂接触界面电子转移机制与动力学过程.

纳米SiO_(2)@黄麻纤维/PP复合材料多相界面结构与增韧机制

采用溶胶-凝胶法在黄麻纤维表面获得了纳米SiO_(2)(n-SiO_(2))沉积层,经过模压工艺,制备了n-SiO_(2)沉积的黄麻纤维/聚丙烯复合材料(n-SiO_(2)@黄麻纤维/PP复合材料)。通过分子动力学(MD)模拟建立了n-SiO_(2)@黄麻纤维/PP复合材料多相界面的分子模型,结合复合材料冲击性能与断口形貌的分析,揭示了此类混杂型复合材料的多相界面结构与增韧机制。黄麻纤维经过n-SiO_(2)沉积处理,其增强PP复合材料的冲击韧性提高了54.87%。n-SiO_(2)沉积层通过与黄麻纤维之间的C-O-Si化学键作用及其与PP基体分子链之间的机械锁结作用,在黄麻纤维与PP基体之间形成了界面相,使得黄麻纤维/PP复合材料的界面结合能提高了27.22%。当复合材料发生冲击破坏时,n-SiO_(2)界面相将引发“银纹效应”,使得裂纹的传播方向发生倾斜或扭转,延长了裂纹的扩展路径,消耗了裂纹传播的能量,减缓了裂纹的扩展速度。此外,在冲击失效过程中,结合性能良好的多相界面不仅能够诱导PP基体产生塑性变形,吸收大量的冲击能量,而且可将部分冲击能量传递至黄麻纤维内部,使得微纤之间发生界面脱黏。由于黄麻纤维/PP基体界面结合强度小于黄麻纤维内部微纤之间的界面结合强度,因此微纤之间的界面脱黏将会消耗更多的冲击能量。

注CO2对高温高压条件下油-地层水体系界面张力的影响

目前对于CO2-原油界面张力特征研究较多,但是对于原油-CO2地层水体系相界面作用特征的研究较少。本文采用轴对称悬滴形状分析技术分析了不同CO2饱和度对原油-地层水平衡界面张力的影响,以及原油-饱和CO2地层水与原油-地层水平衡界面张力的变化。同时,对CO2通过油-水界面从油滴中提取轻烃组分的现象,进行了研究和分析。结果表明:原油-饱和CO2地层水的平衡界面张力随压力的增加而降低,随压力的增加,体系的溶解和扩散越来越明显;油与饱和CO2地层水之间发生介质交换,出现部分混溶现象;在该体系压力高于压力阈值17.09 MPa时,CO2溶解度增加趋势变缓,原油-饱和CO2地层水平衡界面张力降低缓慢基本保持不变。实际生产中,在低于体系阈值压力时,提高CO2含量能够有效地降低界面张力;高于阈值压力后,继续增加CO2含量对体系平衡界面张力作用不大。该研究可为节约CO2驱替成本提供参考。

阵列式电极电容传感器的优化设计

本文提出和设计的阵列式电极电容传感器，是用于多相界面测量的一种新型传感器。作者利用有限元方法对其结构参数进行计算机仿真和优化设计，实验结果与理论分析吻合。

冷压成型压力对HMX基PBX微结构影响的SANS研究

为了探索冷压成型压力对高聚物粘结炸药(PBX)微结构的影响,采用衬度变换中子小角散射(SANS)技术测试了不同压力成型奥克托今(HMX)基PBX的中子小角散射信号,利用Porod定理获得了样品中炸药晶体-粘结剂-孔洞三者之间界面面积随成型压力的演化。结果表明,成型压力由64MPa增加至178MPa时,样品密度由1.55g·cm^-3增加至1.72g·cm^-3,HMX与粘结剂之间的界面结合率由23.7%增加至26.7%,单位质量PBX内部总界面面积Stotal减小6.1%(实验误差3%),HMX与粘结剂之间的界面面积SHB增加15.2%,HMX与孔洞之间的界面面积SHV基本不变,而粘结剂与孔洞之间的界面面积SBV则下降38.0%,表明这个过程中造型粉和粘结剂被逐渐压实;成型压力由178MPa增加至382MPa时,样品密度增加至1.79g·cm^-3,HMX与粘结剂之间的界面结合率增加至42.3%,Stotal减小11.2%,SHB增加49.0%,SHV减少25.8%,SBV下降45.5%,说明这个过程中除了造型粉和粘结剂被压实外,还有大量的粘结剂流动至HMX晶体表面。此外,成型压力由64MPa增加至382MPa时,SHV与SHB之和(即单位质量PBX样品内HMX炸药晶体总的界面面积)基本保持不变,说明该冷压过程并未导致HMX晶体大量穿晶破碎,这与光学显微观察结果一致。

SO_2与CeO_2超细颗粒非均相反应产物的细胞毒性效应

大气二次细颗粒物(secondary fine particulate matters,SFPMs)是我国城市大气PM_(2.5)的主要组成部分。然而由于PM_(2.5)组成成份复杂,其毒性产生的来源并不明确。在本研究中,我们以二氧化铈(CeO_2)超细颗粒物(UFPs)为大气细矿物质颗粒模型,研究了SO_2气体在模拟大气环境中,如湿度(RH)、紫外光照(UV)和NO_2存在条件下,在CeO_2UFPs界面经多相反应生成的二次无机细颗粒物的性质及与细胞毒性的构效关系。实验通过实时高通量细胞分析系统,实时观察了CeO_2-SFPMs暴露对小鼠单核巨噬细胞(RAW264.7)增殖的影响;并进一步检测了CeO_2-SFPMs对细胞膜通透性和细胞凋亡的影响。结果表明,SO_2与CeO_2UFPs作用后可转化为硫酸盐,在有NO_2存在下转化更为明显。CeO_2-SFPMs对细胞毒性效应与其生成的环境条件相关,并具有时间效应性。RAW264.7细胞暴露于CeO_2-SFPMs 8 h,细胞增殖无明显变化;暴露8~25 h后,CeO_2-SFPMs对细胞增殖的抑制率随CeO_2<@CeO_2+SO_2<@CeO_2+SO_2+RH≈@CeO_2+SO_2+RH+UV<@CeO_2+SO_2+RH+NO_2的顺序显著升高。CeO_2-SFPMs对Raw264.7细胞膜通透性和细胞凋亡的影响研究也证明CeO_2-SFPMs@CeO_2+SO_2+RH+NO_2产生的细胞毒性最明显。

基于机器学习的界面多相催化效应动力学蒙特卡罗模化

高焓气动环境表面多相催化效应对高超声速飞行器气动热有显著影响,对该效应多尺度特征的表征建模是飞行器热防护系统轻量化、低冗余设计的重要前提.采用动力学蒙特卡罗方法,建立了可用于宏观流场计算的界面多相催化介观模型,并通过径向基函数神经网络算法,训练形成了基于机器学习的吸附演化动力学精确解析的界面多相催化代理模型,实现了催化复合系数的快速精准预测.研究表明,基于机器学习的界面催化代理模型获得的复合系数预测值与动力学蒙特卡罗方法相一致,同时计算时间大幅缩短至常规宏观方法耗时.通过与宏观非平衡流场求解器耦合,所建立的界面催化模型可快速获得多尺度界面多相催化效应下的表面气动加热热流.基于机器学习方法对微细尺度的计算结果进行模化并用于宏观计算,在解析界面多相反应演化动力学的同时,提升了计算效率,为工程适用的飞行器复杂高温效应跨尺度建模提供了理论依据.

受约束航行体跨介质试验方案设计及其CFD分析

航行体在跨水空介质过程中因受到空气、水等多相流场的作用,其所受到的力载荷和表面压力呈高度非线性和时变性特征。针对该载荷特性和跨介质过程中多相界面演化,设计了航行体入水-出水完整运动过程中,其所受流体力载荷测量及水空界面演变可视化拍摄方案。为对试验方案做前期验证,采用流体体积法(VOF)多相界面捕捉模型,并在重叠网格框架下对航行体旋转跨水空介质过程进行了三维流动模拟。分析了航行体在不同旋转入水速度、不同最大入水深度下完成跨介质过程所受到的流体力载荷特性、相界面演化、压力场、速度及涡量演化特征。数值结果表明:相比于另外两方向,迎水运动方向所受力载荷呈主导作用,其数值变化随入水深度呈准轴对称分布,并随旋转入水速度增大而增加。不同最大入水深度下,航行体表面及沿运动方向中截面压力场表明,高压区始终存在于航行体前缘头部,低压区则分布于肩部区域,且其峰值受最大入水深度影响有限。流线的分布则说明了航行体跨介质过程中复杂的流动特性,其速度峰值存在于航行体尾部不稳定流动区域。跨介质过程中,涡结构会因运动状态改变和水空不同介质作用而产生分化、生长、耗散和范围延伸。此外,较小的最大入水深度会产生更加复杂的流场分布、涡结构尺度以及涡量发展特性。

碳酸钴原料粒度对钴粉形貌影响的研究

本文分别以4种费氏粒度的碳酸钴为原料,通过煅烧分解-氢气还原工艺制备钴粉。采用扫描电子显微镜、粒度分析仪和松装密度仪表征相应粉末特征,研究了钴粉制备过程中各阶段产物形貌差异及产生机理。结果表明:煅烧后的氧化钴基本继承了碳酸钴的形貌特征;氢气还原后得到的钴粉,形貌和颗粒尺寸受碳酸钴形貌特征影响很大,通过控制碳酸钴的形貌特征可以控制钴粉的形貌和颗粒尺寸。氢还原法制备钴粉的形貌由"固-气多相界面化学反应"和"固相烧结反应"机制共同作用,固-气多相界面化学反应过程中不会破坏氧化钴原有的形貌,制得的钴粉继承了氧化钴的形貌特征;界面化学反应完成后,生成的钴粉会继续发生固相烧结反应,使钴粉的形貌进一步复杂化,通过控制前驱体原料及固相烧结工艺可控制钴粉形貌及粒度等物理性能。