超声波功率对煤体损伤特性及能量演化规律的试验研究

为研究超声波致裂对煤体力学损伤特性及能量演化规律的影响,利用电子万能压力试验机、声发射系统、对不同功率超声波致裂煤体进行单轴压缩试验,获得了不同功率超声波致裂煤体力学损伤参数,探究了声发射信号与不同功率致裂煤体损伤参量相互关系,采用盒子分形维数分析了煤体表面裂隙分形特征,阐明了超声波不同功率致裂煤体损伤劣化机制。试验结果表明,随着超声波致裂功率增大,煤体单轴抗压强度、弹性模量逐渐降低,煤体单轴抗压强度损伤参量、弹性模量损伤参量与致裂功率呈线性相关;单轴压缩过程中声发射振铃计数可分为平静期、上升期、波动期3个阶段,随着超声波功率增大,裂纹扩展孕育期时间越短,相对时长占比越小,裂纹扩展增长速率越大,对煤体强度的弱化效果逐渐增强,声发射信号突增现象明显,煤样终态破坏更加破碎,破坏特征随着致裂功率的增大煤体从弹脆性向延–塑性转化;煤体孔裂隙扩展贯通,煤体表面裂隙分形维数损伤参量与致裂功率呈线性正相关,分形维数损伤参量越大,表明煤体裂隙形态越复杂;基于声震参数分析了煤体损伤参量与声发射归一化参数的关系,具有较好拟合关系。以上结果表明,超声波致裂作用对煤体结构造成损伤,使煤层破坏变形,形成复杂的渗流网络,提高了煤层渗透率。

超声波功率对电沉积Co-Mo-P镀层性能的影响

采用超声波辅助电沉积工艺在20#钢基体上制备Co-Mo-P镀层,并研究超声波功率对Co-Mo-P镀层的形貌、成分、厚度、硬度、耐磨性能、耐腐蚀性能和磁性能的影响规律。结果表明:不同超声波功率下电沉积的Co-Mo-P镀层致密性和厚度存在差异,导致硬度、耐磨性能、耐腐蚀性能和磁性能差别较大。超声波功率为150 W时电沉积的Co-Mo-P镀层成分较均匀,孔洞缺陷少且晶粒结合更紧密,其厚度、硬度、电荷转移电阻、最大相位角、矫顽力和饱和磁化强度分别达到11.4μm、460.5 HV、3623.2Ω·cm^(2)、68.2°、769.3 Oe、92.7 A·m^(2)/kg,摩擦系数仅为0.52,相比于常规Co-Mo-P镀层表现出高硬度、优良的耐磨性能、耐腐蚀性能以及磁性能。由于在一定范围内提高超声波功率起到较好的强化扩散传质效果,细化晶粒并促使晶粒结合更紧密,Co-Mo-P镀层的厚度增加,致密性逐步改善,因此其性能提高。

超声波功率对铸锭内的气孔及组织细化的影响

研究了超声波功率对铝合金铸锭内气孔的影响,同时也考察了超声波功率对铝合金铸锭组织细化的影响,分析了超声波对铝合金铸锭内气孔影响的原因。研究结果表明,超声波在金属熔体内产生的空化效应可分为亚空化效应阶段和发展-发达阶段,只有在发展-发达阶段才具有良好的除气效果。

基于DDS技术的智能超声波功率源的研制

介绍了一种基于直接数字合成(DirectDigitalSynthesis,DDS)技术的超声波功率源的设计。详细介绍了DDS信号产生电路、单片机控制电路、功率放大电路以及超声波功率源与换能器的匹配设计,并给出了系统软件设计方案。

超声波功率对ZA27合金凝固组织及力学性能的影响

以ZA27合金为对象,在熔体保温条件下,研究了超声波功率对ZA27合金凝固组织及力学性能的影响。利用金相显微镜、扫描电镜对试样的显微组织、断口形貌进行观察;测试了试样的硬度、磨损性和冲击韧性。结果表明:在500℃保温条件下,采用超声波处理的ZA27合金其显微组织中的晶粒得到细化;当超声波功率较低时,晶粒细化效果不明显,晶粒粗大、耐磨性和冲击韧性均较差;随超声波功率的提高,ZA27合金铸锭中等轴晶数量呈递增趋势且耐磨性、抗冲击性均得到明显提高。

超声波功率对Ni-Co/ZrO_2复合电沉积的影响及电化学研究

在氨基磺酸盐电解质溶液中,采用超声波辅助电沉积的方法,于纯铜板表面制备了Ni-Co/ZrO_2复合镀层。研究了超声波功率对Ni-Co/ZrO_2复合镀层的表面形貌、相结构、显微硬度及耐蚀性的影响。结果表明:超声波功率直接影响复合镀层中纳米微粒的复合量,从而影响复合镀层的结构和性能。超声波功率为240 W时所得复合镀层的显微硬度最高,纳米微粒的复合量最大,耐蚀性最强。同时,超声波功率为240 W时引起的阴极极化最大,有利于纳米微粒与基质金属的共沉积。

超声波功率对Cu-SiO_2复合镀层形貌与性能的影响

采用超声波辅助电沉积工艺制备Cu-SiO_2复合镀层,借助扫描电镜、粗糙度仪、显微硬度计和摩擦磨损试验机,研究超声波功率对复合镀层形貌、显微硬度和摩擦磨损性能的影响。结果表明,较低功率(0~160 W)超声波起不到改善和提高复合镀层形貌与性能的效果,较高功率(240~400 W)超声波能够明显改善复合镀层的形貌平整性和致密性,并且提高性能;超声波功率过高,反而使复合镀层形貌变差,性能下降。超声波功率为400 W时,复合镀层呈颗粒状形貌,表面粗糙度仅为0.42μm,显微硬度达到166.8 HV,磨损质量损失率为1.07 mg/min,表现出良好的摩擦磨损性能。

超声波功率对铸轧5182铝合金带坯组织性能的影响

采用超声波连续铸轧工艺制备5182铝合金带坯,研究了超声波功率对5182铝合金带坯组织性能的影响.结果表明:施加超声波振动可细化5182铝合金带坯的晶粒组织,减轻元素的偏析程度.超声波的功率越大,5182铝合金带坯的晶粒越细小,元素偏析程度越小,拉伸力学性能越高.当超声波功率为800W时,5182铝合金带坯的抗拉强度为211.4MPa,伸长率为18.4%,与未施加超声波振动相比,此时5182铝合金带坯的抗拉强度提高了15.8%,伸长率提高了26.0%.

超声波功率和pH值对Y掺杂纳米Ni(OH)_2结构与性能的影响

采用超声波沉淀法制备了Y掺杂纳米Ni(OH)2,研究了超声波功率和溶液pH值对材料结构、粒径及电化学性能的影响。结果表明,不同超声波功率制备的样品均为α和β混合相结构,其中α-Ni(OH)2的比例随功率增大先增加后减少,粒径随功率增大先减小后增大。溶液pH值对Ni(OH)2晶相形成起重要作用,较低的pH值有利于α-Ni(OH)2生成,晶粒粒径随pH值增大而增大,但pH值对电极反应的可逆性影响不大。将样品以8%(质量分数)与工业用微米级球镍混合制成复合电极,其电极的放电比容量随功率增大先提高后下降。功率为60W,pH值为9的样品,其相应电极的充电效率最高,放电比容量最大,0.5C倍率下高达358mAh/g。

用于焊后处理的超声波功率电源的研究与实现

研制了一种新型用于焊后处理的超声波冲击装置。该装置的功率电源采用自适应带通滤波器对换能器的电压和电流的基波信号进行提取,用单片机和DDS芯片完成了高精度的自动频率跟踪和功率控制,实现了脉冲频率和脉冲宽度的联合调制,可以满足实际超声波冲击的要求。

超声波功率对半连续铸造6013铝合金组织与力学性能的影响

采用超声波辅助半连续铸造工艺制备直径310 mm的6013铝合金铸锭,利用金相显微镜、扫描电镜、电子探针分析仪和拉伸试验机,研究了超声波功率对半连续铸造6013铝合金铸锭显微组织与力学性能的影响:结果表明:超声波辅助半连续铸造工艺可以细化铸锭的晶粒和第二相,提高a-Al基体上的元素固溶度。超声波功率越大,铸锭的晶粒和第二相越细小,第二相分布越均匀,α-Al基体中的元素固溶度越高,铸锭的拉伸力学性能越高。当超声波功率增大至350 W时,铸锭的抗拉强度为261.9 N/mm^2,屈服强度为225.8 N/mm^2,伸长率为20. 9%,与未施加超声波的铸锭相比,此时铸锭的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别提高了 10.7%、13.6%、14.8%。

超声波功率对半连续铸造Al-Zn-Mg-Cu合金组织与性能的影响

采用超声波辅助半连续铸造工艺制备准φ310 mm的Al-6Zn-0.9Mg-0.2Cu合金铸锭,研究了超声波功率对半连续铸造Al-6Zn-0.9Mg-0.2Cu合金铸锭显微组织与力学性能的影响。结果表明,超声波辅助半连续铸造工艺可以细化铸锭的晶粒和第二相,提高固溶度。超声波功率越大,铸锭的晶粒和第二相越细小,第二相分布更均匀,固溶度越高,拉伸力学性能越高。当超声波功率增大至210 W时,抗拉强度为329.44 MPa,屈服强度为242.34 MPa,伸长率为11.97%。与未施加超声波的铸锭相比,抗拉强度、屈服强度和伸长率分别提高5.95%、11.53%和31.25%。

超声波功率对紫铜化学镀锡结构和性能的影响

在紫铜化学镀锡过程中引入超声波,研究了超声波功率对锡镀层的沉积速率、形貌、相结构和耐蚀性能的影响。结果表明:不同超声波功率下制备的锡镀层物相都为Sn和Cu,无明显择优取向。随着超声波功率提高,锡镀层的沉积速率呈现先增大后减小的趋势,形貌发生显著变化,容抗弧半径和|Z|0.01 Hz都先增大后减小,而腐蚀速率先降低后增加。适当提高超声波功率能促进化学镀锡反应的持续进行,同时提高形核率,实现结晶细化使锡镀层的致密性提高,耐蚀性能逐步提高。较佳的超声波功率为100 W,制备的锡镀层沉积速率达到5.3×10^(-2) mg/(mm^(2)·h),其形貌质量较好,表面的颗粒大小均匀、紧密堆积,而且具有良好的耐蚀性能,其|Z|_(0.01 Hz)是常规锡镀层的1.7倍,腐蚀速率较常规锡镀层降低了11.1%。

基于DU-PLL的超声波功率源复合频率跟踪控制

高频超声波功率源谐振频率跟踪控制无法同时实现大范围、高精度跟踪是目前工程中普遍存在的一个问题。本文从理论上分析了等效阻抗与谐振频率的关系以及换能器失谐的原因。在此基础上,提出了一种基于PI控制和微分环节锁相环(DU-PLL)相结合的复合频率跟踪控制方法。该方法通过电流采样判断频率失谐范围,当失谐范围小于设定阈值时,直接由DU-PLL进行精确跟踪,当失谐范围超出设定阈值时,则由PI控制进行快速调谐至误差允许范围内,再由DU-PLL进行精确跟踪。Simulink仿真结果表明,本文方法具有很好的动态性能,能够实现高精度的频率跟踪功能。设计了2.5 kW、1.1 MHz的超声波功率源验证提出的控制方法,实验结果表明本文方法能及时调节功率源的工作频率,克服了分布参数的影响,提高了功率源的工作效率。

功率超声波耦合处理炼油厂含油污泥试验研究

随着石油炼化行业的迅速发展,含油污泥的处理成为重要的环境问题。此研究是利用功率超声波的空化及机械等效应处理某炼油厂产生的含油污泥,将含油污泥中的原油、污水、污泥彻底分离,以达到降本增效目的。通过对该炼油厂的试验应用,实现污泥中含油率≤5%、含水率≤40%及原油中含水率≤10%基本要求,而污水中含油率过高需再处理。含油污泥处理的关键步骤是固液相分离,而液液相分离效果却决定了耦合处理后原油及污水的品质。分析了功率超声波对固液相分离和液液相分离的作用机理,以及液液相分离不够理想的原因,并探讨功率超声波应用在含油污泥处理中优势与发展前景。

超声波辅助低共熔溶剂提取对咖啡蛋白结构和功能特性的影响

为探索咖啡蛋白在食品加工中的应用,以脱脂生咖啡粉为原料,探究不同超声波功率(0、200、400、600、800 W)与低共熔溶剂法、碱法协同作用对咖啡蛋白组成成分(聚丙烯酰胺凝胶电泳,SDS-PAGE)、结构特性(粒径分布、傅里叶红外光谱、圆二色光谱、荧光光谱和扫描电镜)和功能特性(溶解度、吸水性、吸油性和乳化特性)的影响。结果表明:由低共熔溶剂提取的咖啡蛋白(DES)平均粒径(12.30μm)显著小于由碱法提取的咖啡蛋白(AEP)平均粒径(113.67μm);DES在酸性条件下溶解度更高,AEP在碱性条件下溶解度更高;DES比AEP有更好的吸水性和吸油性。经超声预处理后,咖啡蛋白电泳图谱、傅里叶红外光谱、圆二色光谱和荧光光谱结果分析表明,不同超声波功率预处理未引起蛋白质分子量分布的重大变化,但是对蛋白质的二级结构和三级结构产生影响。表面微观结构表明,DES表面结构较疏松多孔,AEP表面紧密平坦,超声预处理后AEP微观结构变得疏松多孔,纹理变得分散,并呈现出更多的不规则碎片;DES表面发生略微变化,在400 W和600 W处理15 min时表现出更多小颗粒多孔无序结构,微观结构变化可影响蛋白质的化学和物理性质及其功能特性。在超声功率为400 W时,DES粒径显著减小,粒径参数D[3,2]和D[4,3]分别从10.50、30.43μm减小到7.89、11.27μm;溶解度显著提高,在酸性、碱性条件下溶解度分别由47%、71%上升到75%、81%。此外,超声预处理可提高咖啡蛋白的吸水性和乳化活性,这些均为蛋白质在食品应用中的重要功能特性。研究表明采用超声波技术对咖啡蛋白进行改性有效果,研究结果可为咖啡蛋白在食品加工中的应用提供理论依据。

超声波功率对电渣钢锭中氧化铝夹杂物分布的影响

采用自行设计的带超声波振动的电渣炉,研究了超声波功率对轴承钢中氧化铝夹杂物分布及去除的影响.结果表明,电渣重熔过程中超声波功率从0增至400和700 W,钢锭中的夹杂物最大尺寸分别是40,36和14μm,功率增至1000 W时,夹杂物最大尺寸增至36μm.电渣重熔过程中无超声波时,钢锭中夹杂物在试样边部与中心部位聚集,边部聚集尤为严重.超声波功率增加,夹杂物聚集逐渐减弱直至均匀分布.超声波去除夹杂物主要是其空化和声流效应改善了渣-金间反应的动力学条件,使夹杂物均匀分布于钢锭中.但超声波功率过高会降低渣-金间的反应速率,引起金属熔池扰动,降低电渣精炼能力.

功率超声波在食品工艺中的应用

超声波具有多种物理和声化学效应 ,在各行各业中应用广泛。该文主要介绍功率超声波在食品加工方面的应用。除了能从正反两方面影响活细胞的生长和酶的活性外 ,作为一种辅助加工手段 ,功率超声波还能用于提取、结晶、解冻、乳化、过滤 。

功率超声波在去除毛刺中的应用

研制出用于复杂模具型腔表面、深孔等部位的超声波去除毛刺装置 ,通过改变超硬磨料工具的结构及工艺参数 。

超声波功率对工业纯镁凝固组织及除气的影响

应用金相显微镜观察了不同超声波功率下工业纯镁试样的表面气孔含量,研究了超声波功率对工业纯镁凝固组织的影响。结果表明,未施加超声波时,试样的枝晶宽大,枝晶平均长度和宽度分别是19.23mm和5.96mm;在不同超声波功率条件下,随着超声波功率升高,铸锭中粗大的柱状晶枝晶长度和宽度先减小后增大,功率为250、500、750、1000W对应枝晶长度分别是19.23、14.42、12.07和14.61mm;宽度分别是5.58、3.08、2.21和4.99mm。此外,当超声波功率为0、250、500、750和1000W时,所得试样的气孔率分别是11.2%、3.4%、1.9%、1.48%和2.24%。可以看出,铸锭内气孔率随着超声波功率的增大呈先迅速降低、后缓慢增高的趋势。