煤体自然发火过程中温度演化特征研究

孟家窑煤矿主采煤层具有极高的自燃倾向性。为探究煤体自然发火过程中的温度演化特征,采用煤体自然发火实验装置模拟了煤体燃烧过程中的温度场演化趋势,分析了关键点氧气体积分数变化规律。结果表明:煤体温度达到关键点的时间随深度的增加呈现线性演化趋势,而在非均匀的传热作用下传播方向呈现非线性的移动规律。煤体达到燃点与氧气体积分数下降到1%~3%的时间相近。地下煤层半封闭环境的热氧耦合互促过程,造成了矿井火无法熄灭,应以地热提取与降温作为治理矿井火的主要技术。

基于红外热像法的AZ31B镁合金温度演化与疲劳寿命预测(英文)

采用红外热像仪测量挤压态AZ31B镁合金板材在拉伸和疲劳试验过程中试样表面的温度变化。对试样在不同载荷作用下的产热机制进行分析,并建立P—ΔT曲线,对疲劳损伤过程的温度变化临界值进行计算。结果表明:AZ31B镁合金板材拉伸和疲劳过程中的温度变化趋势不同。拉伸过程温度变化包括4个阶段:线性降低、反向线性升高、温度陡升、最终下降。初始温度下降是由弹性拉伸阶段的热弹性效应造成。在循环载荷作用下,当载荷高于疲劳极限时,温度演化主要分为5个阶段:初始温度升高阶段、温度迅速下降阶段、温度稳定阶段、温度快速升高阶段、最终下降阶段。疲劳过程中的应变硬化造成初始温度升高至峰值温度,利用峰值温度与应力关系可以预测镁合金疲劳寿命。AZ31B镁合金达到疲劳极限时的临界温度变化为3.63K。当ΔT≤3.63K时,材料在循环载荷下安全使用;当ΔT>3.63K时,疲劳寿命取决于循环次数与加载初始峰值温度。

循环载荷作用下镁合金温度演化及高周疲劳性能预测

基于红外热像法对AZ31B镁合金板材室温下的高周疲劳性能进行了研究。使用红外热成像仪测量整个疲劳过程中试件表面温度变化。结果表明:镁合金疲劳加载过程中的温度变化分为初始温度增加、温度降低、温度恒定、温度快速上升、温度最后下降5个部分。采用基于热传导、热弹性和非弹性效应的理论模型解释了疲劳加载过程中的温度变化。红外热像法预测的AZ31B镁合金疲劳极限113MPa与实验结果108MPa相对误差约为4.8%。基于镁合金表面温度的变化,提出了ΔTmax-N曲线预测疲劳寿命的方法,即通过测量阶段Ⅰ温升最大值预测镁合金的疲劳断裂,并计算其疲劳寿命。

高周疲劳载荷下6061-T6铝合金的温度演化

为了研究金属材料在疲劳载荷下的温度变化,采用红外热像系统对高周疲劳载荷下6061-T6铝合金的温度演化进行分析,用热像图对疲劳裂纹尖端的塑性区进行测量.结果显示,疲劳加载作用下,循环次数达到107次时6061-T6铝合金试样表面温度的变化分为四个阶段:初始温升阶段、温度缓降阶段、温度二次缓慢上升阶段和温度快速上升阶段.结合热弹性理论、铝合金塑性变形的微观机制分析并预测疲劳载荷下温度的演化和宏观裂纹扩展时裂纹尖端塑性区域大小.宏观裂纹开始扩展时,裂纹尖端的塑性区域可达3.6 mm2,红外热像仪测得结果为3.46 mm2,测试结果与理论结果吻合.

超新星SN1987A包层的温度演化

本文介绍了超新星ＳＮ１９８７Ａ爆发六年来关于其包层温度演化的研究情况，温度是研究超新星的各种物理过程的一个基本参量，然而目前对温度的各种估算十分弥散，结果相当不确定。本文利用辐射转移理论的逃逸几率方法，导出Ｈａ线辐射理论光变曲线，通过与观测曲线的比较，可定量地导出超新星气壳的温度演化行为。这一模型的结果与他人的结果有较好的符合。同时，我们的结果表明，在爆发５００天以后，温度反而随年龄上升，可能的解释在于随着气壳的膨胀，电子及离子的密度迅速减小，而使得复合冷速率大为减小，而加热却继续着。

金属疲劳温度演化研究

作为金属疲劳过程中的伴生现象,疲劳温度演化与各种疲劳行为,尤其是疲劳寿命有着非常密切的关联。文中阐述了疲劳生热机理和疲劳温度演化现象的一般规律,在此基础上,重点分析了疲劳寿命与疲劳温度演化各个阶段的定量关系。从试验角度来看,金属疲劳温度演化规律能够方便、快速地确定疲劳极限或试件损伤程度,节省了耗材与时间;从理论角度来看,疲劳温度演化研究为疲劳失效提供了多个评判指标和模拟方法。

脉冲激光制备ZnO薄膜烧蚀过程中的温度演化

为了研究脉冲激光烧蚀氧化锌靶材的整个过程,给出脉冲激光作用块状靶材的烧蚀模型。从包含热源项的导热方程出发,利用适当的动态边界条件,详细研究了靶材在熔融前的温度分布规律。结果表明,靶材熔融前,在固定位置,温度随时间推移而升高,且距离靶面越近,变化率越大。在同一时刻不同位置,温度随着热扩散距离增加而下降;并采用精确解与积分近似法相结合的方案,给出熔融后固液两相的温度分布与时间和位置的变化关系。液相的温度梯度随扩散距离增加而下降,在距烧蚀面0.5μm之内,温度梯度很大;在0.5μm后面的部分,温度变化就很缓慢;固相的温度变化较为复杂。

循环载荷下HTPB推进剂温度演化及疲劳性能预测

通过红外热像法研究了端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂试件室温下的疲劳性能,基于极限能理论假设,建立了Miner线性累积损伤理论的能量模型以预测材料的残余寿命。采用基于热传导、热弹性和非弹性效应的理论模型解释了疲劳加载过程中的温度变化。结果表明,HTPB推进剂疲劳加载过程中的温度变化分为初始温度上升、温度稳定和温度快速上升三个阶段。红外热像法预测的HTPB推进剂疲劳极限为0.102 MPa和0.113 MPa,与试验结果 0.0985 MPa的相对误差为3.55%和14.7%。能量法得到的S-N曲线与传统试验法的S-N曲线吻合较好,Miner理论的能量模型能准确的预测循环载荷作用下HTPB推进剂的残余寿命,与实际寿命的误差不超过10%。

基于温度演化快速预测6061铝合金疲劳寿命

主要提出一种用循环载荷下试样表面的温度曲线来快速预测疲劳寿命的方法。结果显示,6061-T6铝合金高周疲劳载荷下温度演化曲线可以分为4个阶段:初始温升阶段,温度缓降阶段,温度再次缓慢上升阶段和快速升温阶段,根据热力学定律分析各个阶段的产热机理。利用温度演化曲线的初始温度梯度作为预测疲劳寿命的指标,预测结果与疲劳试验结果相吻合。

高放废物处置核心单元温度演化过程模拟研究

我国首个高水平放射性废物地质处置地下实验室已经开工建设。结合工程研发过程,借助现场试验等手段,建立我国高放废物处置库多重屏障系统模型是地下实验室研究的重要任务之一。开展核心处置单元温度场演化过程模拟分析是验证和优化多重屏障系统设计方案的重要手段。结合瑞典和日本的研究经验,根据我国地下实验室场址岩体的导热性能和赋存条件,开展了核心处置单元温度场数值模拟研究,获得温度场演化规律。研究表明:(1)北山地下实验室场址花岗岩具有良好的导热性和赋存条件,可有效包容和传导高放废物产生的热量,是良好的天然屏障;(2)根据温度场演化模拟结果,可通过缩小处置坑间距,优化处置库单元的设计参数。研究成果为我国处置库概念设计提供参考依据。

基于温升演化的异质材料点焊接头疲劳极限快速预测

针对传统升降法测定疲劳极限试样需求数量多、历时长、耗费大等特点,论述了一种基于温升演化的不锈钢-碳钢异质材料点焊接头疲劳极限快速预测方法。通过对SUS301L-Q235B点焊接头单试样进行逐级应力加载,并借助红外热像仪获取试样实时温升变化,然后基于建立的疲劳极限预测模型计算得到的疲劳极限值为4.883 kN。传统升降法试验测定的疲劳极限值为5.00 kN,预测值与试验值之间误差为2.34%,验证了红外热像法预测点焊接头疲劳极限的精确性,为疲劳极限预测评估提供了一种新思路。

基于THM耦合冻结煤层温度场演化规律研究

为研究冻结煤层温度场演化规律,针对煤层注液冷冻防治煤与瓦斯突出方法,建立热流固(THM)耦合方程,应用COMSOL软件分析冻结过程中渗透率、温度场、有效冻结半径等参数的时空演化规律,并对不同布孔方式冻结效果进行对比。研究结果表明:冻结过程中渗透率与有效冻结半径均先快速增加后缓慢增加,有效冻结半径随冻结时间增加呈幂函数关系;多孔布置冻结孔时,随冻结时间增加,有效冻结范围增大;同一冻结时间,距冻结孔越远,温度变化越缓慢,研究结果可为冻结煤层防治煤与瓦斯突出提供理论指导。

定向凝固大模组螺旋选晶器温度场演化和晶粒生长

针对高速凝固法(HRS法)定向凝固设备的现有问题,集成了中心加热系统和底部水冷散热系统,在原有HRS单晶炉基础上改进了加热冷却方式,设计了一种新型高效的大模组单晶叶片生长设备。通过商业建模软件UG和有限元模拟软件ProCAST,对新型单晶炉在定向凝固过程中,螺旋选晶器的温度场演化过程和晶粒生长行为进行了研究。结果表明,新设备显著提高了固液界面前沿的温度梯度及其稳定性,有效解决了单晶铸件生长过程中的阴影效应问题,减少了单晶叶片的铸造缺陷,提高了单晶品质和叶片合格率。

基于气体分析的锂离子电池热失控早期预警研究进展

锂离子电池由于能量密度高、循环寿命长、自放电率低和环境友好等优势得到了广泛应用,但其安全方面仍存在隐患,在遭遇滥用时可能会引发电池失效甚至发生火灾爆炸事故,阻碍了其在电动汽车和储能电站方面的大规模应用。针对锂离子电池的安全预警方面的研究引发了相关人员的极大关注,其中,基于电池气体分析的热失控早期预警机制相比于传统的电、热信号在可靠性、准确性、反应速度等方面有所提高。该文总结了锂离子电池在热失控过程中的气体来源,全面对比分析了触发方式、阴极材料、电池型号、荷电状态(SOC)及健康状态(SOH)对热失控产气组分、含量以及产气总量的影响规律,回顾了锂离子电池热失控过程中温度-压力演化特性的研究现状,总结了目前基于气体成分和内部压力的早期预警方案,并对现有研究的不足和潜在研究方向进行了讨论。

飞秒多脉冲激光烧蚀金属过程中的能量剩余现象

提出了描述整个飞秒多脉冲激光烧蚀过程的物理模型,模型考虑了多脉冲烧蚀的新的特点,考虑靶材吸收率随温度的变化和蒸发效应,建立了激光烧蚀不同阶段的热传导方程,给出了相应的定解条件。以金靶材为例,利用有限差分法,求解了热传导动力学方程,分别给出单脉冲和多脉冲作用下相应的靶材电子和离子亚系统的温度演化图像,及多脉冲激光作用下能量剩余系数和脉冲个数的变化规律,发现理论曲线与相应的实验数据吻合较好。研究结果充分证明多脉冲激光烧蚀过程中剩余能量的存在。

脉冲激光制膜技术烧蚀阶段的热特性研究

研究了用脉冲激光制备薄膜时激光烧蚀靶材的的全过程.从能量平衡原理出发,考虑气化带走热量的影响,分阶段地建立了含有气化项与热源项的适合于不同烧蚀阶段的热流方程,给出了相应的初始条件和边界条件.以单晶硅为例,用有限差分法进行模拟计算,得到了靶材在各个阶段温度随时间以及气化速度随时间的演化规律.结果表明,靶材熔融前(0<t≤τm),在固定位置,温度随时间推移而升高,且距离靶面越近,变化率越大.在同一时刻不同位置,温度随着热扩散距离增加而下降;靶材熔融后(τm<t≤τ),靶材表面的蒸发效应使得表面温度显著低于未考虑蒸发效应的计算结果;在激光辐照强度接近相爆炸能量豫值时,蒸发速度随时间的变化由于气体动力学效应和逆流现象将显著放缓.

GCr15棒线材连轧过程有限元模拟

借助商业有限元软件MSC.Marc,建立了棒线材连轧过程的三维弹塑性模型,将Φ8mm GCr15棒线材从出炉到精轧结束共26道次的轧制过程分为6段进行了模拟.前3个模型采用了静态分析,模型道次间刚性体以实际速度推动轧件进入下一道次.由于中轧道次后的轧制过程速度较高,后3个模型的模拟使用动态有限元法,在方程中引入了惯性力.用该组模型分析了连轧过程中轧件的变形以及温度演化规律,计算结果与测量结果吻合较好,证明了该模型模拟棒线材轧制过程的有效性.

超声疲劳裂纹扩展与摩擦生热研究

在高频循环载荷作用下,材料疲劳裂纹的萌生与扩展过程伴随着明显的温度变化,该温度变化反映材料内部结构的损伤特征。通过20 kHz的超声疲劳试验,研究一种碳锰钢在超高周疲劳加载条件下的内部疲劳裂纹萌生与扩展过程中温度的演化过程。通过对该材料在疲劳损伤过程中,内部裂纹间的摩擦生热机理分析,从微观角度出发,结合分形理论,建立内部裂纹微观结构的摩擦模型,数值模拟超声疲劳过程中材料内部疲劳裂纹面间的摩擦生热情况,并定量地计算该过程中由裂纹间摩擦所导致的温度上升,将模拟结果与试验结果进行比较。探究高频疲劳载荷下微裂纹扩展与摩擦生热的关系,并结合超高周疲劳裂纹扩展公式,建立超声疲劳过程中的裂纹扩展与裂纹面温度演化关系的模型。

大体积混凝土真实温度场演化规律试验

旨在揭示大体积混凝土通水冷却温度场演化规律,为混凝土坝温控防裂优化设计提供依据,该文通过开展现场通水冷却试验,分析实时监测的混凝土真实温度和通水进出口温度变化数据,研究真实温度场分布特征、演化规律及其影响因素。研究结果显示:真实温度场由非均匀性分布向均匀性分布的演化过程,混凝土早期降温特性可以概括为热量积累、热量释放和热量转移这3个特征阶段。结合大坝温度开裂实例,从温度场演化分析了沿坝轴线开裂机制。研究结果对特高拱坝施工期混凝土温控防裂具有参考意义。

钻孔注水-注液氮冷裂增透煤的数学模型研究

为确定贫水煤层钻孔注水-注液氮增透煤层技术方法的设计技术参数,建立了钻孔注水润湿数学模型,提出了注水时间和润湿半径的计算公式;基于热力学理论,建立了钻孔煤注液氮冷裂增透模型,给出了注液氮冷冻煤层的温度场演化解析解,给出了煤层注液氮冷裂增透半径计算公式。利用建立的模型分析了影响煤层工作面钻孔注水-注液氮技术方法效果的因素和规律,结果表明:注水压力8 MPa、储层压力1.1 MPa下,注水8.7 h,注水润湿半径可达1.2 m;液氮冷冻时间增加,冷裂增透半径增大,但增长速率减小;液氮冷冻240 h后,再增加冷冻时间,冷裂增透半径基本不变;液氮冷裂增透180 h,冷裂增透半径为1.2 m,研究为贫水煤层注液氮冷裂增透工程设计提供了指导。