不同形状的珊瑚砂颗粒沉降试验研究

珊瑚砂在液体中的沉速是反映泥沙运动特性的一个重要物理量。由于珊瑚砂形状多样,套用现有的珊瑚砂沉速公式进行计算并不合适。针对珊瑚砂颗粒开展形状分析,将珊瑚砂颗粒分成枝棒状、片状和块状3种形状,然后开展单颗粒沉降试验。基于试验数据,分析不同形状珊瑚砂颗粒的沉降特性,与各家理论公式计算结果进行比较分析,选取经典的珊瑚砂颗粒沉速公式,引入颗粒形状系数进行公式修正,从而推求了枝棒状、片状和块状珊瑚砂颗粒的阻力系数和沉降速度公式。该公式充分考虑不规则珊瑚砂颗粒形状的影响,具有更高的计算精度和适用性。

冷喷涂颗粒临界速度预测的数值模拟

采用ABAQUS有限元软件建立了冷喷涂单颗粒撞击基体的耦合欧拉-拉格朗日四分之一模型,基于颗粒和基体形状变化以及等效塑性应变分布模型结果预测粒径25μm钛颗粒和30μm铝颗粒撞击7B04铝合金基体形成机械咬合与冶金结合的颗粒临界速度,并进行了数据有效性验证,研究了颗粒粒径、颗粒和基体初始温度对临界速度的影响。结果表明:根据模拟得到的颗粒/基体形状变化和等效塑性应变分布,预测得到粒径25μm钛颗粒、30μm铝颗粒的临界速度分别为680,700m·s^(-1),预测值与经验关系式估算值相对误差均小于11%,说明该方法准确;随着颗粒粒径增加、颗粒初始温度降低、基体初始温度降低,临界速度增大,其中颗粒初始温度对临界速度的影响较小,颗粒粒径和基体初始温度的影响显著。

U型弯道内L型丁坝群对不同水位水流水力特性影响试验研究

弯道影响通航的同时,易造成水土流失、河床淤积等现象。L型丁坝群是一种常用的水利工程结构,能调整水流速度、改善水流动力学特性,用于保护河岸线、防止淤积。我国多数河流常年无固定水位,布置丁坝群后,不同水位下,丁坝群对水流特性的影响情况值得研究。为此,通过试验,使用粒子图像测速系统和无线水位测量系统,分别对水流流速和水位等物理量进行测量、记录,并通过Matlab软件分析了不同水位下丁坝群对水流的影响情况,得出如下结论:随着水位的增加,水流速度逐渐减小,丁坝群下游部分是防冲刷和淤积的最佳位置,且坝高水深比影响丁坝作用的发挥,当比值为2.5左右时,可使丁坝群的作用得到良好发挥,在工程设计中可予以考虑。

北京冬季降水粒子谱及其下落速度的分布特征

为了深入探讨北京冬季云降水的微物理特征,提高雷达反演冬季固态降水的精度和冬季降水的预报水平,利用PARSIVEL(Particle Size and Velocity)降水粒子谱仪所观测的冬季降水粒子谱,结合地面显微镜粒子图像和云雷达数据,对比分析了北京海坨山地区冬季过冷雨滴、霰粒、雪花、混合态降水的粒子谱和下落速度特征,得到主要结论如下:(1)霰粒降水过程的云顶最高,整层的含水量最大,低层的退偏振比(LDR)最小,粒子更接近于球形;降雪过程的云顶最低,云中含水量最少,低层的退偏振比较大;混合态降水过程的雷达回波强度和高度特征介于两者之间,但低层的退偏振比最大;(2)在云中上升或下沉气流及湍流的影响下,过冷雨滴、霰粒和雪的下落速度均对称分布于各自理论下落末速度曲线的两侧。因此可根据粒子浓度相对于其直径和速度分布的中轴线位置,判断出该段降水过程中的主要粒子形态;(3)冬季雪花、霰粒和混合态降水粒子下落速度分布的散度较雨滴更大,其原因是由于冷云降水过程的粒子形态复杂,且固态粒子下落过程中更容易受破碎、聚并和凇附等微物理过程影响;(4)在4种降水类型中,雪的平均直径和离散度最大,雨滴最小;混合态降水粒子的总数浓度最大,雨滴的总数浓度最低,并且4种降水类型的粒子数浓度、平均直径和离散度均随降水强度的增大而增大。

颗粒速度和形体因素影响静电发生机理

采用直接测量的方法获得单个颗粒沿倾斜金属板滑行后产生的静电,实验选用颗粒材料为PVC,颗粒平均粒度为2.0~5.0 mm,分别以三角形面和梯形面作为颗粒滑行的摩擦面。研究结果表明：随着颗粒滑行速度减小,产生静电量增大;颗粒的接触面积增大,产生的静电量增大;滑行次数达到一定时,颗粒产生的静电量达到饱和。综合分析,可获得颗粒粒度、形状因素、颗粒滑行速度和形体因素影响静电产生的作用机理。

高温线板式静电除尘器颗粒捕集

建立高温线板式静电除尘实验系统,研究400~700℃烟气中的电晕放电、颗粒迁移和捕集规律.探究温度、电压、流速等关键因素对颗粒捕集效率和驱进速度的影响规律;分析温度变化对电晕放电和颗粒捕集的作用机制.温度上升会影响电子平均自由程、气体分子电离能、颗粒荷电量、颗粒所受电场力和黏性力,导致放电电压、颗粒捕集效率和驱进速度均有所下降.当温度从400℃上升到700℃时,最大运行电压从21.9kV下降到14.3kV;颗粒捕集效率从98.1%下降到68.2%;颗粒有效驱进速度从8.54cm/s下降到2.45cm/s.高温工况下的温度变化对电晕放电特性和颗粒捕集效率的影响较低温工况下产生的影响更为明显.烟气流速增大会降低除尘器对颗粒的捕集效率,但是颗粒驱进速度有所提高.700℃下,当烟气流速从0.15m/s上升到0.35m/s时,颗粒捕集效率从81.2%下降到64.5%,有效驱进速度从1.79cm/s增加到2.59cm/s.

Ti_3Ni_4析出相对富镍TiNi合金阻尼行为的影响

采用动态机械分析仪(DMA)、透射电镜(TEM)和示差扫描量热分析仪(DSC)等手段,系统地研究了时效处理对TiNi合金阻尼行为的影响规律及其微观机制。结果表明,第二相粒子对合金阻尼行为具有不同的影响。细小、弥散的Ti3Ni4相提高了TiNi合金相变过程中马氏体的阻尼值,粗片状的Ti3Ni4相对阻尼行为的影响较小。

微钛钢中TiN析出对奥氏体晶粒长大的影响

用ＴＥＭ对低碳微钛钢中ＴｉＮ沉淀相的析出行为进行研究，结果表明：铸态情况下，因Ｔｉ的偏析，ＴｉＮ呈枝晶析出；热处理过程中，析出的ＴｉＮ进一步长大．ＴｉＮ的形状和其尺寸有关，当颗粒尺寸小于６ｍｍ时，形状为球形，随着颗粒的长大，其形状由球形转变为方形．热处理过程中，ＴｉＮ沉淀相强烈地阻止奥氏体晶粒的长大．

陕西渭北一次降雹过程的粒子谱特征分析

冰雹的大小、浓度和末速度等特征参量对冰雹云及人工防雹研究至关重要。基于Parsivel激光降水粒子谱仪观测的2013年5月22日陕西渭北一次降雹过程的资料,结合雷达反射率回波和自动站分钟降水量,分析了降雹过程中的雨强、雨量、最大冰雹直径、数浓度、谱分布及冰雹末速度等物理量随时间的演变。结果表明:(1)计算了降雹过程的平均粒子谱分布,并使用M-P分布对雨滴和冰雹分段进行了拟合。直径0. 3～4. 75 mm的雨滴谱拟合相关系数为0. 95,直径5. 5～11 mm的冰雹谱拟合相关系数为0. 99;(2)冰雹数浓度占总降水粒子数浓度的0. 3%,而冰雹对总降水量的贡献为37%;(3)降雹过程中,雨滴和冰雹数浓度同时增加或减小,冰雹分钟数浓度最大为5 m^(-3),雨滴分钟数浓度最大为1 423 m^(-3)。(4)国内首次现场观测了冰雹的末速度,使用实测值拟合得到了平均冰雹末速度与冰雹直径的经验公式,经验公式计算的冰雹末速度平均相对误差为2. 8%。

强磁场对锰锌铁氧体前驱体纳米颗粒形貌的影响

在共沉淀制备非铁磁性锰锌铁氧体前驱体纳米颗粒的过程中,分别施加零磁场、弱磁场(0.1～0.7 T)和强磁场(10 T),探讨磁场对非铁磁性锰锌铁氧体前驱体纳米颗粒形貌的影响规律.结果表明,当磁感应强度超过某一临界值时,非铁磁性纳米颗粒由球形颗粒向链状颗粒,然后向棒状或者纤维状颗粒转变.在10 T的强磁场下,纳米颗粒长成长径比很大的纤维状,能谱分析结果表明,纤维状颗粒主要为复合铁氧体,而非单一的沉淀产物.随着反应温度增加、溶液滴加时间延长将使纤维直径降低.

颗粒球形度与Zingg指数对流化床燃烧过程影响的研究

流化床燃烧理论对颗粒形貌因素的考虑是引入球形度的概念,但球形度不能区别出不同的颗粒形态.本研究比较了描述颗粒形貌的球形度与Zingg指数,认为Zingg指数可以很好的区分出颗粒的片状和棒状形态.通过冷态流化实验发现非球形颗粒临界流化速度要小于相同直径下的球形颗粒,但流化质量较差.非球形颗粒比球形颗粒床面消失滞后,出现流化延迟现象.根据非球形颗粒流化床的床层特点,定义流化惰性系数来评价颗粒的流化质量,片状颗粒的流化惰性系数与Zingg指数有较好的拟合关系,可以使用惰性系数对片状颗粒的临界流化速度进行修正.

长白山天池火山千年大喷发空降浮岩碎屑的形貌特征和最终沉降速度

碎屑的形貌参数是计算碎屑最终沉降速度公式中的一个重要参数,而以往在计算中只是把碎屑假设为球形或椭球形,未对其进行详细研究。通过对长白山天池火山千年大喷发产生的空降碎屑的形貌分析得到一些新的认识:空降碎屑以浮岩为主,浮岩碎屑的形态不规则,从等轴状到拉长状,从次圆状到棱角状都有。随着浮岩碎屑粒径的减小,颗粒拉长现象明显,拉长碎屑的比例从15.02%上升到47.5%。并且,浮岩碎屑的粒度越小,颗粒棱角状越明显。通过对样品的形貌分析,得到其平均形态参数F=0.72。如果假设长白山天池火山千年大喷发浮岩碎屑为球形(F=1)时,计算的最终沉降速度是浮岩碎屑形态参数F=0.72时最终沉降速度的1.52倍,而当假设颗粒为椭球(F=0.5)时,计算的最终沉降速度是浮岩碎屑形态参数F=0.72时最终沉降速度的0.89倍。风速为10m/s时,不同形态参数的碎屑的沉积等厚线图显示,火山碎屑的扩散范围随着形态参数F值的减小而扩大。以上分析充分说明,碎屑的形貌特征对其最终沉降速度和扩散范围都具有较大的影响,今后在模拟火山碎屑扩散和灾害预测时应该充分加以考虑。

泥水盾构水平直管内石碴起动速度研究

泥水盾构环流系统是将开挖下的石碴从掘进界面输送出来的核心系统,石碴在环流管道内的流动特性是决定石碴能否顺利输送的关键。论文基于计算流体力学和离散单元法建立泥水盾构环流系统水平直管内石碴运动模型,研究石碴形状系数、等容粒径和数量对石碴起动速度的影响。仿真研究结果表明:在石碴等容粒径相等情况下,不同形状的石碴起动速度大小顺序为:椭球体>扁平状>近球形;当石碴等容粒径为38.5、42.5、53.3、56.2、58mm时,石碴起动速度分别为0.48、1.06、1.26、2.36、4.7m/s,随等容粒径的增大呈指数增大;随数量的增多呈对数增长,多颗粒起动速度随数量的增多增幅较为平缓,最大增幅为21%。

颗粒Wadell球形度的测量方法标准的编制

为了编制颗粒Wadell球形度的测量方法标准,采用已知形状和粒径的标准几何体颗粒、已知粒径而未知形状的农作物颗粒,通过测量颗粒的自由沉降速度来测量颗粒Wadell球形度,即当颗粒在层流状态下自由沉降时,颗粒的自由沉降速度与颗粒的形状有关。结果表明:颗粒的自由沉降速度与颗粒形状的关系可由Stokes形状系数与颗粒的Wadell球形度的关联确定;对已知形状和尺寸的标准几何体颗粒,实验验证了Stokes形状系数与Wadell球形度的关系以及Stokes定律;对已知粒径而未知形状的农作物颗粒,测量的Wadell球形度与农作物颗粒的球形度吻合。

多孔溢流坝泄流三维虚拟仿真

溢流坝是水利工程枢纽中广泛应用的水工建筑物之一,起挡水和泄水的作用。其坝面结构形状及闸门开启方式对泄洪水流的影响巨大。传统的方法是借助于经验公式和水工模型试验,但这种方法耗时费力,成本高。现广泛采用数值模拟技术来预测溢流坝流场内各种水流现象、坝面压强等各种水力学指标。但数值模拟方法存在实时性、交互性差等缺点。采用纳维-斯托克斯方程模型模拟湍流,利用光滑流体动力学方法对多孔溢流坝泄洪水流进行三维模拟仿真,分别对不同闸门开启情况下水流的形态、压力分布、流速状况进行了分析。通过与实验结果比较表明,建立的模型能够较逼真地模拟真实的场景,可为溢流坝工程设计提供参考依据。

高纬电离层特性的实例研究

本文利用EISCAT雷达资料讨论磁层-电离层耦合的高纬电离层效应。研究表明,即使在夏季极昼情况下,磁扰期间的磁层过程对高纬电离层形态的影响也远大于太阳紫外辐射的作用。高能粒子沉降使电离层E层的电子密度大大增加;而磁层对流速度变大会使F层内电离复合加强。因而,磁扰时经常出现n_e(E层)>n_e(F层)的情况。此现象不仅与宁静时完全相反,而且与中低纬电离层形态变化也有很大差别。

基于维诺图匹配的粒子跟踪测速法

针对密集颗粒流速度场分布的测量问题,提出了基于维诺图匹配的粒子跟踪测速法。首先,通过对图像粒子进行维诺图构建,给出面积相似度筛选匹配粒子的条件;其次,引入Delaunay三角网搜索结构,通过计算维诺多边形的形状相似度来匹配粒子;再次,研究了去除错误匹配粒子矢量的方法和匹配算法中的关键参数;最后,通过模拟二维旋转流场运动以及二维转盘中的颗粒流实验对算法进行了测试。结果表明:维诺图匹配的匹配准确率高于DT-PTV并且在处理密集粒子匹配效果上更好;维诺图匹配算法适用于测量密集颗粒流速度场分布,颗粒匹配准确率高达99%,并由得到的颗粒流速度场分布验证了算法的有效性。

碳酸钙在卷烟纸生产中的应用

该文就碳酸钙在卷烟纸生产过程中,其结晶形状、粒径大小及沉降速度对卷烟纸的质量指标影响进行对比分析,确定了实际生产工艺中适合的碳酸钙结晶形状、粒径范围及沉降速度。

星形线电除尘器内EHD流动与粒子行为数值模拟

为了研究星形线电除尘器内电流体动力学(EHD)流动与荷电粒子运动行为及两者间相互作用,构建了线板式电除尘器(ESP)内关于EHD和带电粒子运动学的耦合数值模型.该模型采用有限体积法离散求解电场方程和空间电荷方程,在拉格朗日法下建立带电粒子运动方程,并与FLUENT湍流模型进行耦合.利用这一模型,对3种电场风速下星形线电除尘器内流动形态与粒子运动行为进行了细致模拟,并分析了二次流动对气流、粒子浓度分布的影响.结果表明,星形线电除尘通道内二次流动对流动形态和粒子浓度分布存在显著作用.随电场风速的降低,这一作用将越明显.EHD流动对细小荷电粒子运动的影响更为显著.二次流动产生涡旋并作用于主流来影响粒子运动行为.收尘板面的涡旋挤压粒子流远离壁面向流动中心运动,放电极下游的涡旋则促进粒子流向收尘板壁面靠近.此外,由于捕集通道中强二次流的存在,Deutsch计算式对除尘效率、特别是对于亚微米粒子捕集效率的计算并不准确.

静电除尘器的粉尘非稳态收集过程

为了全面揭示电除尘器粉尘非稳态收集过程,建立完整的非稳态静电收尘理论,根据静电学基本原理,研究了极板粉尘层电荷导入、积累、释放的过程,推导出随粉尘层厚度增长而改变的动态收尘电场强度计算公式,进而得到荷电粒子动态驱进速度公式,最终形成静电除尘非稳态收集理论.研究结果表明,在静电收尘过程中,粒子驱进速度与粉尘比电阻、工作电压、粉尘层厚度等多种因素有关;随粉尘比电阻的升高,收尘效率下降,当供电电压为最佳工作电压时收尘效率最高.针对不同比电阻粉尘进行了多项实验研究,实验结果与理论研究结果吻合.非稳态静电收尘理论成功地解释了实际静电收尘过程中与传统静电收尘理论相矛盾的地方,为静电除尘器的设计及其运行参数的选取提供了更为科学的理论基础.