超临界W型火焰锅炉结构效应导致前墙水冷壁温差偏大问题的研究与治理

为解决某锅炉前墙水冷壁温差偏大导致水冷壁频繁超温爆管的问题,从管外传热和管内吸热两方面对热偏差进行分析,发现采用内螺纹管技术的水冷壁管具有自补偿特性,通过数值模拟试验发现结构效应带来温度场和气流场的变化对热偏差影响显著,是造成水冷壁变形和泄漏的主要原因,进而提出二次风差异配风、水冷壁前墙喷涂绝热涂料和优化卫燃带等治理方案,成功治理了水冷壁超温爆管问题.

基于结构张量的走滑断裂破碎带地震识别——以富满油田超深层碳酸盐岩为例

塔里木盆地超深层奥陶系碳酸盐岩走滑断裂破碎带发现了丰富的油气资源,但由于超深层地震资料分辨率低,难以精准刻画走滑断裂破碎带,制约了走滑断控油气藏的高效评价与目标优选。根据富满油田走滑断裂破碎带的地震响应特征,在构造导向滤波基础上,利用结构张量方法计算特征值和特征向量,通过时窗选取与纵向厚度叠加加强反映沿断裂方向的投影能量,突出走滑断裂破碎带,刻画其边界与强度。结果表明:该方法更清晰地刻画了走滑断裂的分布,可以识别更小规模的走滑断裂;实现了超深层碳酸盐岩走滑断裂破碎带宽度与强度的刻画,可以用来评价走滑断裂破碎带的发育程度;将该方法应用于圈闭评价、井位部署、井轨迹设计、钻井监测等,大幅提高了钻探成功率与单井油气产量。

超临界CO_(2)作用下无烟煤孔隙结构演化时间效应规律

CO_(2)地质封存技术是实现减排和废弃矿井资源再利用的有效技术之一,但煤层孔隙结构在CO_(2)注入后的变化具有时间效应,其演化规律将直接影响CO_(2)地质封存潜力。为了探索作用时间增加后煤层孔隙结构变化的真实情况,提高CO_(2)地质封存量计算精度,通过对重庆市南桐矿区无烟煤进行超临界CO_(2)吸附实验、低温氮气吸附实验、X射线衍射测试、核磁共振测试、扫描电镜测试等实验,研究了不同超临界CO_(2)作用时间对该区域内煤样孔隙结构的演化规律。研究结果表明:①超临界CO_(2)作用后煤样孔隙度的变化主要发生在7 d内,处理7 d后煤样孔隙度增加了3.20%,7~14 d内煤样孔隙度仅增加了0.05%;②随作用时间增加,煤样孔隙的比表面积增加但变化量逐渐减小,7 d内日均增长19.74%~24.50%,7~14 d内日均增长2.37%~4.60%,其变化规律近似呈对数函数关系;③超临界CO_(2)与煤产生的化学反应引起矿物质的溶解,增大了煤体的表面粗糙度,表征煤样粗糙度的分形维数随着作用时间的增加持续增大;④超临界CO_(2)作用后能有效改变煤样的孔隙度及表面形貌,为CO_(2)吸附提供了更多吸附点位,超临界CO_(2)对孔隙结构的改造效果在7 d内比较明显。结论认为,超临界CO_(2)作用下无烟煤孔隙结构的变化随作用时间增加最终会趋于稳定,研究结果可为无烟煤储层CO_(2)地质封存潜力评价提供理论指导。

考虑地层横观各向同性的地铁临近环境减隔振超结构

基于能带理论的减隔振超结构由于其禁带特性而受到了广泛的关注,其中局域共振禁带对小尺寸结构实现低频减隔振具有重要意义,并被应用于地层土体表面波和体波减隔振。然而目前绝大多数研究集中于各向同性土体。考虑地层土体横观各向同性,研究二维橡胶-混凝土超结构对地铁振动的减隔振特性,对比分析了混凝土半径、橡胶厚度和土体各向异性对超结构全向禁带的影响。在此基础上建立不同方向透射和全尺寸透射模型,验证了弹性波在超结构禁带频率内能够有效衰减。探索了土体各向异性对减隔振超结构性能的影响,能够为地铁临近环境减隔振设计和分析提供参考及指导。

二维点阵超结构材料的弯曲变形及其连续统模型

由梁或杆等结构单元组成的二维点阵超结构材料广泛应用于不同的技术领域,其重要的特点是通过单胞结构的设计可以显示许多传统材料不具备的独特力学行为.本文简要综述此类材料弯曲变形研究的近期进展,着重聚焦于非常规的弯曲模式和主导机制以及相应的连续统理论模型,并对所面临的主要问题和挑战作了展望.

超临界CO_(2)作用下无烟煤结构响应特征及高压吸附机理

中国深部煤层气资源丰富,将CO_(2)注入深部煤层,在提高煤层气采收率同时,还可实现CO_(2)地质封存(CO_(2)-ECBM)。通常,深部煤层CO_(2)处于超临界态并显著影响煤体吸附能力,但对于超临界CO_(2)作用下煤体结构演化及吸附机理尚不清晰。为此,以山西晋城成庄矿二叠系山西组三号煤层为研究对象,开展了无烟煤对超临界CO_(2)的高压吸附实验,结合傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射光电子能谱(XPS)测试及比表面积(BET)测试,分析了超临界CO_(2)高压吸附引起的无烟煤化学结构与孔隙结构响应特征,最后揭示了无烟煤对超临界CO_(2)的高压吸附特性及吸附机理。研究结果表明:①超临界CO_(2)高压吸附存在突变点,35℃时突变点位于临界压力(8 MPa)附近,在突变点处的吸附能力最小;②超临界CO_(2)可使芳香环枝接官能团、醚氧键、羟基氢键断裂,脂肪结构甲基脱落,可为CO_(2)提供更多的吸附位点,增强了无烟煤表面吸附能力;③超临界CO_(2)改变无烟煤介孔的孔隙结构特征和分形特征,吸附后平均孔径、孔体积、比表面积、分形维数呈增大趋势,孔隙粗糙度增大,对孔隙结构改造作用表现为“增孔、扩孔、粗糙化”,可提供更多吸附空间,增强了无烟煤吸附能力;④在深部煤层中注入CO_(2),应优先选择高孔隙度、高渗透性储层,注入煤层环境应尽可能远离CO_(2)临界点区域,储层对CO_(2)才有最大吸附能力。结论认为,成果认识为深部煤层CO_(2)可注性及封存潜力评估提供了重要的理论依据,对煤层气高效开发具有重要现实意义。

超微粉碎对水果番茄粉理化性质与结构特性的影响

为研究超微粉碎技术对水果番茄粉品质的影响,对水果番茄干进行粉碎处理得到粗粉(40目)、细粉(100目)、超微粉(200目)3种粉体,运用粒度分析、扫描电镜、X射线衍射图谱、傅里叶红外光谱、差式量热扫描等技术测定粒度、比表面积、微观结构、热性质等物理、化学和结构特性。结果表明,水果番茄超微粉的粒径达11μm且流动性较好,其亮度较粗粉和细粉显著提高(P<0.05),水溶性、持水力、膨胀度、乳化性、稳定性、持油力、休止角和滑角显著高于细粉与粗粉(P<0.05),润湿性、复水性、堆积密度、振实密度显著低于细粉和粗粉(P<0.05);超微粉的总酸含量较粗粉显著提高(P<0.05),番茄红素含量较粗粉显著降低(P<0.05),粗脂肪、蛋白质、维生素C含量显著高于细粉与粗粉(P<0.05);3种粉体的灰分含量无显著差异;在粒径减小的同时,超微粉的形状变得规则均匀,超微粉碎未破坏水果番茄的官能团结构、热性质以及分子结构。本研究对水果番茄深加工有一定的指导意义。

超空泡航行体锥段结构对其尾拍运动影响的数值研究

超空泡航行体的外形设计关乎其尾拍运动特性。为获得航行体的锥段结构对其尾拍运动特性的影响规律,采用动网格技术结合流体体积多相流模型、SST k-ω湍流模型和Schnerr-Sauer空化模型,对4种不同锥段结构的航行体尾拍运动特性开展数值模拟研究,分析超空泡航行体的尾拍运动过程及弹道特性。研究结果表明:在一定俯仰角速度扰动下,航行体锥段结构变化对其尾拍稳定性的影响体现出非线性特点,锥段部分过长或过短均会导致航行体的肩部沾湿而形成二次空泡,二次空泡的发展会抑制航行体尾部沾湿,从而回转力矩无法促使俯仰角减小,导致尾拍运动失稳,弹道稳定性较差。该研究成果可为超空泡航行体外形设计提供一定的理论指导。

周期结构电磁超材料吸波体的设计及最新进展

电磁吸波性能始终是军事活动重点关注的研究方向。传统吸波材料不能满足日益增长的综合需求,因此,以人工制备、由亚波长结构单元组合且具有超常物理性质的超材料为基础,经导电单元图案及整体结构设计构成的超材料吸波体,在近些年得到广泛研究和发展。本文综述了周期结构电磁超材料吸波体的发展趋势,凝练其吸波机制,并总结出超材料吸波体的基本结构,包括导电单元层、介质层和反射层。同时参考近年来超材料吸波体的研究成果,以单层结构、多层结构和柔性结构超材料吸波体为对象,详细分析影响超材料吸波体吸波性能的关键因素,归纳总结各类型超材料吸波体的结构设计、材料组分、吸波性能等。此外,针对现有研究成果,探讨周期结构电磁超材料吸波体目前存在的不足之处,指出还需重点关注和研究的问题,以期为后续研究提供方向和思路。

超细粉煤灰形态对超高性能混凝土(UHPC)性能和结构的影响

本工作分别以平均粒径相近但形态分别为球形和碎片状的超细粉煤灰(UFA)替代硅灰制备超高性能混凝土(UHPC),对比研究了超细粉煤灰形态对UHPC工作性能、力学性能及其中钢纤维分布的影响,并从水化产物和微观结构等方面探究了超细粉煤灰形态对UHPC性能的影响机理。结果表明:与球形UFA相比,碎片状UFA的比表面积和需水量更大、活性更高。具体表现为,用于制备UHPC时,球形UFA可明显提高UHPC的流动度,但会使钢纤维下沉,并会轻微降低UHPC的力学性能;碎片状UFA对UHPC流动度的提高作用稍小,但可提高其抗折强度,此外,碎片状UFA具有更显著的大孔填充作用,在掺加碎片状UFA的UHPC中观察不到宏观气孔缺陷。

力学超结构设计方法研究进展

力学超结构是具有超常力学性能的人工设计结构,其独特属性主要来自特殊设计的代表性单元的拓扑结构,其数学基础、超常特性、工程制造、多功能集成与应用近年来受到广泛关注.为优化力学超结构设计流程、确定未来趋势与潜在跨学科创新,该文聚焦力学超结构基本设计理念与研究进展,探讨了优化方向.首先,按照正向设计与逆向设计概念针对力学超结构设计方法进行分类;其次,针对正向设计分类型探讨周期性超结构、表面缺陷超结构与数学模型启发超结构设计方法的设计原理、适用领域与优化方向,针对逆向设计分析了各类优化算法与学习算法近年在力学超结构领域取得的进展与存在的问题;最后,对开放性问题与未来挑战进行了总结.

超高性能钢管混凝土桥梁结构研究

为推动超高性能矩形钢管混凝土组合结构应用并促进桥梁结构轻型化、装配化技术发展,依托沪武高速某跨线桥工程,对中等跨径下承式超高性能钢管混凝土桥梁进行设计研究。提出采用超高性能钢管混凝土组合结构作为桥梁主要承重构件,其高承载力、高耐久性、施工便捷、装配化程度高等优良性能,满足目前对桥梁建设轻型化、薄壁化的发展需求。结合工程建设条件,提出3种主要构件以承受轴向力为主的桥型方案,分别为组合桁梁桥、系杆拱桥以及斜拉板桥,创新性地采用CFRP吊杆、CFRP预应力筋及冷弯卷边U型横梁与UHPC组合桥面板结构,并通过有限元模型对各设计结构进行强度、刚度、稳定性及动力特性分析,得到各验算结果均满足规范要求,并针对各桥型进行技术经济性分析,为中等跨径跨线桥梁的设计及UHPC、CFRP等新材料的应用提供参考。分析结果表明:简支组合桁梁动力特性较好,刚度、稳定性适中;连续组合桁梁构件强度较均衡,材料利用率相对高,但竖向刚度相对较小;系杆拱桥竖向刚度相对较大,但横向稳定性相对差;斜拉板桥竖向刚度相对大,横向稳定性相对好。在相同条件下,简支桁梁、系杆拱桥、连续桁梁、斜拉板桥的材料造价比值为1∶1.02∶0.97∶1.83,连续组合桁梁的经济性最优,而斜拉板桥相对差。组合桁梁桥施工性能更优,而系杆拱桥与斜拉板桥景观效果更为突出。

基于数字微镜器件的快速超分辨晶格结构光照明显微研究

超分辨结构光照明显微成像技术(super-resolution structured illumination microscopy,SR-SIM)具有时间分辨率高、光漂白和光毒性低和对荧光探针的要求少等优点,适用于活细胞的长时程超分辨成像.采用二维晶格结构光作为照明光,可以实现更快的成像速度和更低的光毒性,但同时也增加了系统的复杂性.为了解决此问题,本文提出了一种基于数字微镜器件的快速超分辨晶格结构光照明显微成像方法(digital micromirror device-based lattice SIM,DMD-Lattice-SIM),通过同步分时触发DMD和sCMOS相机的方式实现二维正交晶格结构光的产生,且只需要采集5幅相移原始图像即可重构出超分辨图像,相比于传统SR-SIM需要9幅相移原始图像的方法,图像采集时间减少了约44.4%.同时,在基于空域和频域联合的SIM重构算法(joint space and frequency reconstruction method-SIM,JSFR-SIM)的基础上,本文还发展了用于Lattice-SIM的JSFR超分辨图像重构方法(Lattice-JSFR-SIM),先在频域对原始图像进行预滤波处理;然后,在空域对滤波后的图像进行超分辨重构处理.与传统频域图像重构处理对比,该方法在512×512像素数的成像视场下重构时间减少了约55.6%,对于实现活细胞实时超分辨成像具有重要意义和应用价值.

SP-700钛合金超塑性能及双层结构SPF/DB工艺研究

在720~820℃,5×10^(-2)~1×10^(-3) s^(-1)应变率范围内对SP-700钛合金超塑性能进行测试和研究。结果表明:在780~800℃,1×10^(-3) s^(-1)应变率下,材料展现出良好超塑性,伸长率超过762%。为验证SP-700钛合金低温超塑成形工程化应用的工艺性,实现高效率研制,选定工艺参数为780~800℃,应变率为5×10^(-3) s^(-1),采用SPF/DB技术进行典型双层结构件试制,采用三维扫描测量技术分析构件成形精度,进行力学性能测试、金相组织分析和氢氧含量测试,并与Ti-6Al-4V合金相应性能进行对比。结果表明:在选定的工艺参数下,SP-700钛合金可成形符合标准的多层结构SPF/DB零件,成形精度<0.5 mm;与Ti-6Al-4V相比,该材料具有良好低温超塑性,可替代Ti-6Al-4V工程化应用。

内插缝Helmholtz共振腔吸声超结构的机理分析与优化设计

低频噪声一直是噪声控制领域比较棘手的问题,近年来吸声超结构的蓬勃发展为低频噪声控制提供了新理念.本文提出了一种内插缝Helmholtz共振腔吸声超结构,建立了其吸声特性计算的理论解析方法,并与数值计算方法对比,验证了解析方法的有效性.随后,从吸声曲线、简化等效模型、归一化声阻抗、声压云图与质点速度分布等多角度对吸声特性及吸声机理进行了深入分析.进一步,采用差分优化算法开展了多元胞并联耦合宽带优化设计,优化后典型超结构实现了90 mm厚度下在170—380 Hz低频段内平均吸声系数达到0.86的优异吸声效果.最后,制备了若干样件,开展吸声测试,实验结果与理论结果符合良好,验证了解析建模与优化设计方法的准确性.本文提出的内插缝Helmholtz共振腔吸声超结构具有结构简单、低频吸声性能好,且易于加工制造等特点,在低频噪声控制领域具有广阔的应用前景.

孔喉结构对超深层碳酸盐岩气藏多类型储层渗流能力的影响

超深层碳酸盐岩气藏孔喉结构非均质性强,渗流机制复杂。选取川西北地区双鱼石区块栖霞组储层岩心,通过多尺度CT试验、核磁共振试验和储层条件下的单相渗流、气水两相渗流及应力敏感试验等,系统定量地研究超深层多类型储层孔喉结构特征参数与渗流特征参数的相关性,深入剖析裂缝、大孔和基质孔隙对超深层多类型气藏气体单相和气水两相渗流的影响。结果表明:不同于中深层储层,增加喉道数量对于提高目的超深层储层的渗流能力非常关键;裂缝发育增加了岩样喉道数量、提高了岩样的连通性从而来大幅度提高岩样的气体渗流能力,并降低了含水气藏的启动压力梯度,缩小了岩样的气水两相共渗区间,但裂缝受压易形变的特质导致岩样的应力敏感性增强,在高压差时岩样的渗流能力和弹性能也急速下降;大孔喉发育提高了储层的储容能力,其抵抗变形能力强的特质有利于降低岩样的应力敏感性,在高压差时维持岩样较高的渗流能力和弹性能。在实际生产过程中,应考虑对裂缝-孔隙型和裂缝-孔洞型储层在生产初期控制产气速度以维持长期稳产,对孔洞型和孔隙型储层增大生产压差或进行压裂和酸化等工艺措施以释放储层产能。

超边内部结构对无标度超网络鲁棒性的影响

鉴于现有超网络鲁棒性的研究中并未考虑超边内部结构对超网络鲁棒性的影响,提出一种能描述超边内部结构与超网络鲁棒性关系的容量-负载模型,并通过仿真实验获得了超边内节点在优先连接、随机连接、全连接3种方式下,k均匀无标度超网络的鲁棒性。通过对比分析发现,无标度超网络的鲁棒性与其超边内节点的连接方式密切相关,同时也与超边内节点的规模k以及超边内部普通边的数量mk有关。研究结果表明,超边内部结构对无标度超网络整体的鲁棒性有较大的影响。

负刚度扭转超结构力学性能研究

通过屈曲变形实现非损伤耗散能量的负刚度超结构,为可重复使用的缓冲防护器件提供了新的设计思路,但其耗散能力较弱、难以过载保护的缺点限制了实际应用.为增强耗能性能及最大允许变形量,将负刚度铰接梁与具有压扭效应的斜杆串联组合,设计了一种负刚度扭转超结构,通过引入扭转变形缓解了过载导致的应力集中.建立了负刚度扭转单元模型,通过刚度匹配设计实现了对力学性能的调控,使负刚度扭转超结构表现出突跳行为,产生加卸载曲线不重合的迟滞现象,从而极大地提高了能量耗散能力.通过结构参数及刚度关系的优化设计,负刚度扭转超结构的最大等效压缩应变可达71%,相同层数下,能量耗散能力可以达到传统屈曲梁超结构的两倍.

可调频超结构充液管道的振动抑制

提出了一种附加可调频局域共振单元的超结构充液管道,通过调整局域共振单元的质量块在弹簧片上的安装位置,实现局域共振单元固有频率的可调性,进而实现充液管道在多个频率下的振动抑制。首先建立了附加可调频局域共振单元的超结构充液管道的结构动力学模型,采用伽辽金法推导了超结构充液管道的运动方程,然后利用模态分析方法建立了多频带隙的解析表达式。建立了相应的有限元模型,对其多频减振特性进行数值仿真,并开展了相应的验证试验。计算和试验结果验证了所提出的超结构充液管道存在多个带隙,在带隙范围内充液管道的弯曲振动被显著抑制。研究工作表明,使用可调频局域共振单元能够有效抑制充液管道多个频率下的振动,为其在多目标频段下充液管道的减振应用提供参考。

某超深圆形基坑围护结构优化分析

针对佛山市某超深圆形工作井围护结构设计问题,结合地层特点采用数值模拟及现场实测手段对原设计方案进行分析.对围护结构厚度及嵌固深度进行优化分析,探讨相同条件下基坑稳定性随着围护结构厚度及嵌固深度的变化规律.结果表明:开挖面入岩的超深圆形基坑自稳性好,从经济角度考虑,围护结构嵌岩不宜深;足够刚度的内衬墙基础上,较薄的地连墙嵌固很浅也可检算通过,且有较大安全富余,可为相关工程提供参考.