基于氦气置换的超大型土工离心机缩比模型温控实验研究

为了解决常压下超重力离心模拟与实验装置(CHIEF)的温控问题,提出以氦气置换机室内空气的温控方法,建立区分不同热源的传热模型,通过降低风阻功率减少源头热量产生.建造CHIEF的缩比模型实验装置(机室直径缩比为1∶20),分别在空气和氦气介质下测定风阻功率和机室内的温度.实验结果表明,氦气置换空气后,风阻功率降低了82.4%,机室内的最高温度从56.4℃降至32.9℃,机室内的最大温差从6.8℃降至4.1℃.传热模型的分析结果表明,气体与机室侧壁面的摩擦产热是造成机室温度升高的主要原因,氦气置换后的原型机机室温度可控制在25.7℃,实现了机室最高温度不超过(40±5)℃的温控目标.

煤的真密度测定方法研究

针对煤的真密度测定方法之一的氦气置换法进行了系统地分析与研究,选取了10个分析煤样进行真密度分析,筛选了氦气置换法测真密度的测定条件。将氦气置换法测得值与传统国标方法测得值进行比对,结合煤质基础分析和煤的孔结构表征,发现了2种方法对不同煤阶煤的适用性差异。在低阶煤阶段,褐煤与低阶烟煤样品受高水含量及表面含氧官能团的影响导致其亲水性强,因此传统方法中使用的置换样品孔的介质(水)易与样品发生吸附作用导致结果失准,测定结果与氦气置换法相比真密度测定值高,氦气置换法更具优势;在无烟煤阶段,部分无烟煤受其微孔影响在氦气置换法测试过程中氦气压力难以平衡,真空前处理更具优势。通过多家实验室比对,最终确定了氦气置换法的操作过程、方法参数及不同煤阶样品的精密度,为煤的真密度测定提供了准确、快速、无损的分析方法,推动了煤质分析的自动化发展。