基于分子动力学仿真的混合油中水分子扩散行为及其介电常数研究

绝缘油是油浸式变压器内绝缘的重要组成部分,其绝缘性能对电力系统的稳定运行至关重要。实验研究表明植物油与矿物油共混可有效提升其绝缘性能,但改性机理尚不明确。该文利用分子动力学研究了植物油、矿物油不同共混比例下油中水分子的扩散行为及其介电常数。结果表明:随着植物油占比增加,水分子的扩散系数逐渐降低,抑制了油中“水桥”的形成,提升了混合油的绝缘性能。水分子与混合油组分分子之间相互作用能与氢键计算结果表明,植物油中强极性基团的引入增大了混合油与水分子的相互作用能与氢键数目,抑制了水分子的热运动,导致其扩散系数降低;而随着植物油占比增加,混合油的静态介电常数显著增大,且随着含水量的提高显著上升,这是由于水分子及植物油中强极性基团的引入增大了混合油中参与极化的粒子数目,导致体系介电常数显著增高。综上所述,强极性基团是影响混合油绝缘性能的重要因素,共混时需综合考虑其对水分子扩散行为的抑制及对介电常数的增大效应,以达到提升混合油绝缘性能的目的。

9种介电类水分传感器对风沙土含水率的测定精度及校准模型比较

【目的】比较不同水分传感器对风沙土含水率的测定精度,并建立校准模型,为旱区农业水土资源的高效利用提供理论依据。【方法】以METER、Acclima和Truebners三大制造商生产的9种介电类水分传感器为对象,以典型风沙土为供试土壤,通过室内校准试验比较各种传感器对土壤含水率的测定精度,评估其在风沙土上的适用范围、准确度、精密度及其影响因素,并构建不同传感器测定风沙土含水率的校准模型,比较不同校准模型的精度。【结果】(1)默认模型下,与其他传感器相比,MAS-1和EC-5的测定精度较高,其均方根误差(RMSE)分别为0.020和0.027,平均偏差误差(MBE)分别为0.016和0.024,斜率(k值)分别为0.9433和0.9403,决定系数(R^(2))分别为0.926和0.938。(2)土壤含水率范围影响传感器的测定精度。各传感器在低含水率下的RMSE平均值比中、高含水率分别减小了40.9%和42.6%,MBE平均值减小了61.8%和59.9%,而R2平均值提高了0.7%和11.3%。其中,低含水率时EC-5和TDR-315H的精度较高,而中、高含水率下MAS-1的精度均较高。对于含水率相同的土壤,各传感器的测定结果差异较大,且含水率越高差异越大。(3)与默认模型相比,校准模型的RMSE和MBE平均减小了48.8%和72.6%,纳什系数(NSE)和R2提高了70.7%和4.5%。经模型校准后,5TE和TEROS-12测定精度的增幅最大,而TDR-315H的测定精度相对最高。此外,传感器测定的风沙土含水率默认值与校准值具有较高的拟合精度,通过模型转换可实现对默认值的二次校准。【结论】综合评估测定精度、使用寿命和售价,MAS-1、EC-5和TDR-315H可作为风沙土含水率监测的优先传感器备选,且利用风沙土的校准模型对传感器进行标定十分重要。

土壤介电常数模型研究综述

【目的】调查影响土壤介电常数的主控因子,归纳分析土壤介电常数模型的研究现状。【方法】从土壤介电理论出发,系统梳理土壤介电常数的主要影响因素,对现有土壤介电常数模型进行分类总结,并对比分析各模型的优势、局限和应用现状及其发展趋势。【结果】国内外不同土壤类型的介电常数主控影响因素各异,且对测试频率的依赖性较大,但能有效反映土壤的水分状态;土壤介电常数模型分为4类:理论模型、半经验理论模型、经验模型和边界模型。【结论】目前针对区域性特殊土类的介电特性及模型构建研究较少;考虑土壤三相组比、矿物成分和微观结构对介电常数的贡献度将有助于提升模型精度,进而拓展基于介电常数测试的土壤理化性质评价分析方面的应用研究。

基于响应面法的饲料含水率模型建立

含水率是饲料品质的基本指标,对于畜禽生长和饲料储存都有着重要意义。为实现饲料含水率的快速检测,研究了饲料含水率与相对介电常数之间的关系。在温度和含水率单因素实验的基础上,设计2因素5水平响应面优化试验,探究温度和含水率对饲料相对介电常数的影响规律。结果表明,温度的上升和含水率的增加都会使得饲料相对介电常数增大,模型的决定系数R 2=0.9964,说明温度和含水率对相对介电常数有比较显著的影响。建立了羊颗粒饲料含水率模型,对饲料含水率模型进行试验验证,含水率检测的平均相对误差为2.1%,表明该模型具有很好的准确性,可以用于颗粒饲料含水率的检测。

不同类型土壤介电常数与体积含水量经验关系研究

利用土壤介电性质间接确定土壤体积含水量的方法已广泛应用于相关的学科领域。本研究通过土柱试验,针对我国潮土、风沙土、红壤、水稻土等4种典型土壤,对8种质地土壤介电常数与体积含水量的经验关系展开了研究,修正了Topp(1980)关系式,并确定了Herkelrath关系式校正参数a、b值。结果表明,Topp(1980)关系式对砂壤性潮土、粉砂质黏性潮土、风沙土、黏性红壤含水量的预测误差较大;Topp拟合关系式虽然对Topp(1980)关系式有所优化,但效果仍然不甚理想,在含水量的不同范围有时误差较大,特别是对黏性红壤含水量的预测效果较差;Herkelrath拟合关系式对试验的4种类型土壤含水量的预测效果均较好,可以作为相关应用的优先选择;三种关系式对两种质地的水稻土含水量均有很好的预测效果,平均绝对误差小于0.03 cm3cm-3。

射频法重油含水率测量仪的研究

本文介绍基于射频阻抗理论对重油的含水量进行快速检测和温度补偿的方法，探讨传感器特性的非线性三维补偿和多参数校正技术在水分检测中的应用，对实验结果进行了误差分析，计算表明最大非线性误差为０．５％。

常含水率三轴条件下非饱和原状黄土的吸力和力学特性

为了模拟实际工程在不排水条件下土体的快速破坏,对不同初始吸力非饱和原状黄土进行了常含水率等向压缩和三轴剪切试验,研究了常含水率下非饱和原状黄土的变形特性、临界状态、屈服及吸力变化特性。研究结果表明:在等向压缩和三轴剪切应力条件下,非饱和黄土的变形和吸力变化特性不同;不同初始吸力下,偏应力与净平均应力临界状态线为平行直线,偏应力与有效平均应力临界状态线可以归一为一条直线,且可近似用饱和土临界状态线表示,半对数坐标系上孔隙比与净平均应力及有效平均应力临界状态线皆近似为平行直线,直线斜率比饱和土的大,比屈服后等向压缩曲线的小;对于不同初始吸力,相同有效平均应力下非饱和原状黄土与饱和黄土的临界状态孔隙比之比与气体饱和度关系可以归一;屈服净平均应力及屈服偏应力皆随着初始吸力的增大而增大;q–p平面上初始及后继屈服曲线为对称于K0线的椭圆,吸力及应力硬化对屈服曲线的影响是等向的。

侧限压缩条件下非饱和原状黄土的土水特征

用非饱和土固结仪对不同初始含水率的西安原状黄土进行常含水率压缩试验,最大净竖向应力为1 600 kPa,采用轴平移法测定有、无竖向应力条件下黄土的吸力,探讨侧限压缩条件下应力变化对原状黄土吸力特性的影响。结果表明:含水率一定时,净竖向应力变化对非饱和原状黄土的吸力状态有一定的影响,且影响规律随初始含水率而异,影响程度与应力及初始含水量的大小有关;较低净竖向应力(≤400 kPa)时,应力变化对不同初始含水率原状黄土吸力的影响皆很小;初始含水率大于塑限时,应力的影响较小,小于塑限时,其影响较大。在与应力及含水率相关的二种饱和度变化条件下,吸力与饱和度关系呈现出不同的变化特性。净竖向应力对土水特征曲线的影响与其大小有关,净竖向应力较大(>400 kPa)时,其影响较大,净竖向应力较低(≤400 kPa)时,其影响很小。为了工程应用简便起见,较低净竖向应力(≤400 kPa)时,原状黄土的土水特征可用无应力条件下含水率与吸力关系来描述,较大净竖向应力(>400 kPa)时,应分别确定,不同应力作用下的土水特征曲线可用幂函数来描述。

应用探地雷达数据提取填土路基含水量的方法

目的为了从地质雷达测量数据中定量提取土路基的含水量。方法根据电磁理论和现代信号处理原理,提出了应用小波反射系数估计和层速度估计定量提取土体相对介电常数的方法,应用该方法对陕西本地的土壤介电常数和含水率进行了详细地研究并与实验测试数据相比较。结果小波反射系数估计法和层速度估计法是定量提取填土路基含水率非常有效且实用的方法。结论利用地质雷达结合土体的物理特性,可以实现公路填土路基土体含水量的无损定量检测。

基于介电常数法的润滑油水分快速分析

提出一种基于介电常数法的润滑油水分快速分析方法。该方法通过测定含水润滑油及添加无水CuSO4脱水剂后介电常数的差值,通过实验得到介电常数法差值和润滑油水分含量的关系式得到润滑油中水分的含量。运用此方法可以快速估计润滑油中水分的含量,并作为失效判断的一项基本依据。

探地雷达测定土壤含水量的研究进展

结合国内外关于探地雷达测定土壤含水量的最新研究成果,阐述了探地雷达测定土壤含水量的基本原理和计算方法,总结和评价了土壤含水量与土壤介电常数的不同计算模型,针对在实际应用中存在的不足,提出了相关改进措施,并展望发展方向.

探地雷达测定地基土含水量的实验研究

利用室内模型槽,采用探地雷达开展了测定地基土含水量的室内实验研究。通过对探地雷达反射波法测定的介电常数和烘干法测定的含水量之间的曲线拟合,提出了实验用粉土的含水量与介电常数之间的经验公式。与实测含水量的对比分析表明,Topp公式在一定含水量范围内有良好的适用性,而本文提出的经验公式较Topp公式具有更宽的含水量适用范围和更高的预测精度;针对不同类型土建立相应的含水量和介电常数之间的经验公式是必要的,将有助于提高探地雷达测定地基土含水量的精度。

土壤水分剖面实时测量传感器试验研究

该文探讨了一种基于介电原理的、可实时测量土壤水分剖面分布的套筒式结构土壤水分传感器.由于麦克思维尔方程对边缘电磁场分布求解的局限性,研究过程中采用了以下技术路线:①借助于超高频矢量网络分析仪与有机标定液体相结合的办法分析传感器的高频特征参数;②根据获取的高频特征参数优化电路结构设计;③实验室环境下应用不同容积含水率的土样进行相关检验;④进一步分析套筒壁厚的影响;⑤针对一个由三种不同含水率构成的土柱进行穿层试验.试验数据统计分析表明,该传感器归一化频偏指数与土壤容积含水率之间呈线性关系.

短波型原油低含水率测定仪的研制

利用石油和水之间电磁性质的差别.设计出一个振荡回路,其振荡频率随含水率的变化而变化.通过电磁耦合,采用短波谐振法来检测这种变化,从而研制出一种短波型原油低含水率(0～5％)测定仪.该仪器输出的电压信号随原油含水率发生单调变化,且有很好的稳定性和重复性,由此可测出原油的含水率.

各向均等压缩条件下原状黄土的吸力特征

采用非饱和土三轴仪,对不同含水率西安原状黄土进行常含水率各向均等压缩试验,最大净围压为400 kPa。用轴平移技术量测了无和有净围压条件下黄土的基质吸力。分析常含水率各向均等压缩过程中净围压变化对基质吸力的影响及其变化规律,提出原状黄土土水特征曲线的表达式。研究结果表明:含水率一定时,净围压变化对基质吸力的影响与含水率有关。含水率小于缩限及大于缩限时,基质吸力随净围压的增大呈现出不同的变化趋势;含水率在缩限与塑限之间变化时,净围压对基质吸力的影响较大,含水率小于缩限或大于塑限时,其影响很小。含水率小于缩限时,在净围压变化及含水率变化条件下所对应的二类基质吸力与饱和度关系具有不同的变化趋势;净围压相关的饱和度变化比含水率相关的饱和度变化对基质吸力的影响要小得多。净围压对饱和度与基质吸力关系的影响比较大。净围压(≤400kPa)对含水率与基质吸力关系的影响可以忽略,用无应力条件下呈对数函数的含水率与基质吸力关系来描述原状黄土的土水特征。

毫米波在带电沙粒的传播特性研究

沙粒带电是以表面部分区域带电的方式存在,应用沙粒的等效介电常数模型,对沙尘暴引起毫米波的衰减和相移进行了分析和仿真计算。结果表明,频率小于35 GHz时,沙尘对电磁波的衰减影响较小;当水含量增大时,衰减会随之显著增加。沙粒带电量越大,沙尘引起的相移频率随之而增大。

微波透射法测量含水率的研究

基于微波透射法,设计了一套液液两相流(其中一相为水)的中高含水率测量系统,该系统与现有方法不同之处在于系统中设计的传感器减小了干扰效应,适于测量中高含水率液液两相流.根据测量介质合理选择测量频率,对实验数据曲线拟合,获得测量经验公式.实验结果表明:设计的装置可对含水率为30%～75%的液液两相流进行有效测量;采用测量经验公式,其测量精度高于5%.

便携式土壤水分测试系统设计

土壤水分含量不仅对农作物生长有较大的影响,而且对越野车辆地面通过性也有重要的影响。设计了一种基于时域反射法的土壤含水量测试系统。通过直接数字频率合成器(DDS)产生电磁波测试其介电常数;然后利用介电常数-含水量经验模型得出土壤含水量。系统还配备了GPS接收系统,能记录每次测量的经纬度坐标,并且根据经纬度地名对照表在记录中存储相应的地名。系统通过扩展存储容量使测试记录数可达上万条,并且能通过串口把数据上传到计算机中进行进一步处理。该测试系统具有便携、快速、原位测量的特点,便于构建时空尺度的土壤含水量演变立体分布图,为车辆地面通过性判断提高依据。

根据物料的电特性快速测定含水率的试验研究

本文根据农业物料的含水率对其介电常数等电参量影响关系，对水稻、玉米、大豆３种物料的含水率进行了测试，提供了测定含水率更为简单、易行的方法及测试系统，并对物料电特性与介电常数及含水率的函数关系进行了相关的分析和研究。

层间水含量对Mg_3Al-LDHs-Cl力学特性的影响

构建水滑石(Mg3Al-LDHs-Cl-nH2O)周期性计算模型,采用密度泛函理论-赝势平面波法的CASTEP/LDA(局域密度近似)程序,在CA-PZ水平上对模型进行几何全优化和弹性常数计算.从弹性常数Cij、切变模量、杨氏模量和泊松比等方面研究了层间水分子含量(n)对材料力学性质的影响.计算结果表明,层间水分子含量对材料的力学性质有很大的影响.层间水分子能提高体系总体的抗压性能,当n=1时,材料的抗压性能最好;当n=2时,材料的抵抗剪切变形的能力最差,体系最柔软.层间水分子对材料杨氏模量的影响较大,对泊松比的影响并不明显.且层间水分子对材料横向的力学性能起到平均化作用,最终使材料在x轴和y轴方向上的抗压性能和膨胀率趋于一致.