Numerical analysis on flow field of weld pool during deep penetration electron beam welding of titanium alloy

Flow field of weld pool during deep penetration electron beam welding of TA 15 titanium alloy was numerically and experimentally studied using a hybrid heat source of Gaussian surface heat source and rotational paraboloidal body heat source. And the formation mechanism of the weld pool flow field was analyzed. The results showed that the movement of the liquid metal in the top weld pool was the fiercest and weakened gradually in the middle and bottom of the weld pool. The maximum flow velocity of the liquid metal was about 0. 295 m/s in the top surface of weld pool. The primary driving forces of the movement of liquid metal in the weld pool were the recoil pressure of metal vapor and the surface tension.

送风方式对高速列车通风和呼吸污染物扩散特性的影响

高速列车交通网络发达且载客量大,但车厢环境封闭易造成污染物的堆积,为提高乘车舒适性和安全性,基于计算流体动力学理论(CFD),建立满载工况的全尺寸车厢通风计算模型.针对排风口位于两侧车窗上端的排风方式,采用速度不均匀系数、温度不均匀系数、能量利用系数和通风效率作为列车通风系统的评价指标,对比研究6种送风方式对车厢内流场特性和呼吸污染物扩散特性的影响,包括多孔顶板送风、下部送风、多孔顶板送风+下部送风、局部多孔顶板送风、侧顶送风、局部多孔顶板送风+侧顶送风.研究结果表明:通过调整风口之间的流量分配比例可以使送风气流均匀地流向客室两侧,改善车内温度均匀性;采用下部送风时,有助于提高通风系统的能量利用系数和通风效率,分别高达1.38和1.21,但会恶化车内乘坐舒适性;通过研究乘客之间呼吸污染物的相互影响情况发现,第C列乘客的呼吸污染物容易向第B列乘客的呼吸区域进行扩散,加剧乘客之间的交叉感染;通过减小多孔顶板的送风口尺寸,采用局部多孔顶板送风可以有效缓解该现象,使污染物的体积浓度下降至0.0019.

声呐渗流测试技术之质疑

介绍了近年来新出现的用声呐法测试渗流速度和渗流方向这一技术的核心内容,包括测试装置、测试原理和计算方法等。从理论和实践上对其提出了4方面的质疑:测试原理的理论基础、渗流速度计算方法、渗流方向确定和流场畸变。通过理论分析、公式的推导和数据的可靠性分析后认为:声呐测试渗流的原理缺乏理论解释;计算渗流速度的公式反映的只是孔内垂向流速度,实际还是由测量误差产生的伪垂向流速度,且该公式本身就推导不成立;无论垂向流是向上流动或向下流动,探头上部的水声器发射的声波到达下部平面对称分布的6个水声器的时间在理论上是相等的,因而也无法通过合成法求得渗流方向,所提供的渗流方向实际是由指数级时间误差计算得到的伪流向;即声呐法无法获得渗流速度,包括水平向渗流速度和垂直向流动速度,也无法获得水平向渗流方向。

大口径管道烟气流量测量方法综述

2021年全国碳市场开启,为了提高碳交易的准确性,需要做到碳排放数据的可测量、可报告、可核查。在这种背景下,烟气在线监测系统作为一种碳排放量化方法得到了重视。其有效工作的基础是烟气流量的准确测量。但电厂烟囱尺寸大,内部烟气流动特性复杂,烟气流量难以准确测量。重点分析了皮托管流量计和气体超声波流量计在大口径管道流量测量中的研究现状,详细介绍了大口径管道气体流量测量技术。此外,还介绍了一种独立的流量测量方法—示踪气体稀释法,探讨其发展现状及作为一种流量标定方法的潜力。

6061-T6铝合金高速搅拌摩擦焊数值模拟

基于耦合欧拉-拉格朗日方法,建立了6061-T6铝合金薄板的高速搅拌摩擦焊数值模型,研究高速焊接工艺条件下的温度场及变形场特点,采用示踪粒子方法研究焊接区材料塑性流动规律。开展高速搅拌摩擦焊试验,分别从温度场、宏观样貌和内部缺陷对数值模型进行验证。结果表明,采用该模型能够准确描述高速搅拌摩擦焊过程的温度场及变形场,也能精准预测焊接缺陷出现的位置及尺寸。相较于常规搅拌摩擦焊,高速搅拌摩擦焊在焊接方向和横截面都具有更密集的温度梯度,塑性应变区域也较为集中,其热影响区更小。

高建钢Q420GJZ35大型夹杂物行为

对河钢集团唐山中厚板材有限公司生产的高建钢Q420GJZ35大型夹杂物的种类、数量、尺寸等进行了试验研究,并在钢包渣、中间包覆盖剂、中间包打结料中分别加入Ba、La、Ce示踪元素追踪夹杂物来源。研究结果显示:稳态坯中大型夹杂物总体含量为16.8 mg/10kg;非稳态铸坯中含量最高36.2 mg/10 kg,根据示踪检测结果,部分夹杂黏附有钢包渣、结晶器保护渣和保护渣,其中结晶器卷渣是夹杂物的一个重要来源。通过优化改进浸入式水口,将水口由单侧口改为双侧口,侧孔长度由105 mm改为100 mm,水口出口为带圆角的方孔,并进行数值模拟分析。结果显示,改进型水口计算结晶器流场分布合理,表面波动较小,符合设计要求,有利于表面钢液的合金化和杂质的上浮。

“引江济太”影响下太湖贡湖湾湖流时空变化

“引江济太”作为流域骨干调水工程,对贡湖湾湖流的影响一直受到较多关注。2022年夏季(8月25日9月5日)和2023年冬季(1月18日2月28日),在贡湖湾布设9个站点,开展“引江济太”和风场共同影响下的贡湖湾湖流运动特征研究。通过监测氯离子浓度分布来分析“引江济太”作用下江水入贡湖湾后输移规律,并建立数值模型,基于示踪粒子验证模型的可靠性。夏季和冬季贡湖湾垂向平均流速均呈现出河口区和交界断面区高、中间过渡区低的特点,河口区湖流主要受“引江济太”影响,中间过渡区、交界断面区湖流主要受风场影响。贡湖垂向平均流场可分为顺时针、逆时针、中间进两岸出、中间出两岸进4种类型。“引江济太”一定程度上会加快贡湖部分水域的流速,贡湖中轴线处流速的改善作用最为明显。

压裂示踪剂监测技术在东胜气田M井应用分析

为了准确评价东胜气田M井储层压裂改造效果,采用在压裂过程中加注微量元素,通过检测不同时段返排液中各种示踪剂的种类及含量,分析该井不同压裂段气、水产出能力与储层物性、压裂参数的关系,以此评价储层各压裂段改造效果,分析影响改造效果的主要原因。选取两相示踪剂对M井各段产出贡献占比实现有效测量,结果表明,各压裂段产气贡献与储层物性、含气性存在着一定的相关性,与压裂工艺参数的相关性并不明显,水平段钻遇的储层物性、含气性越好,产气贡献越大,产出越好。该研究成果为提升该区同类储层压裂改造的针对性和有效性提供技术支撑。

基于示踪气体释放和计算流体力学模拟的事故后矿井通风状况预测

在地下矿井发生意外事件后,快速确定矿井内部通风状态对于矿工和救援队伍做出有效决策至关重要。开发了一种将示踪气体和计算流体力学模型相结合的方法,用以在事故后预测矿井通风系统内部的流场。实验在一个实际的地下矿井中进行,使用SF6气体作为示踪气体分别测试了事故中最容易出现的四种通风状态下矿井巷道中的示踪气体分布,同时使用CFD对混合效应和扩散效应复杂的关键区域进行了精确预测。研究发现,模拟与实验的误差在大约在10%以内,加压风机的开关对巷道中的示踪气体分布几乎没有影响,而停止门的开启可以使得巷道中的示踪气体浓度下降2000ppb左右。因此在实际运行中因尽量采取措施确保停止门在事故后的开启。这项工作为事故后远程识别通风系统损坏的程度提供了参考。

示踪粒子跟随性讨论

在叶轮内流场的非接触式测试中,必须在流场中置入随流前进的示踪粒子。以数学分析方法详细计算讨论了提高粒子跟随性的条件,即为改善测试结果的可靠性,在测试系统光学设备可辨识的条件下,选用的粒子的粒度应尽量小。这一结论将有助于提高流场测试精度。

核电厂野外示踪试验的三维数值模拟研究

为深入分析国内某拟选滨海核电厂址的大气扩散特征,在现场野外示踪试验的基础上,采用计算流体动力学(CFD)软件Fluidyn-PANACHE,结合三维GIS、结构化贴体网格构建、区域加密等技术方法,创建了可模拟野外示踪试验的精细化大气扩散模拟系统.相比于高斯模式,CFD模式能够更好地模拟示踪剂在不同下风距离处的峰值浓度和烟羽宽度,对近场及复杂下垫面条件下的扩散模拟更贴合实际,且可在稳态模拟的基础上获得连续变化风场中接近实时模拟的仿真效果.模拟结果的偏差统计分析表明,CFD稳态模拟和高斯模拟的统计学评价指标均位于国际公认的可接受范围内,CFD模拟的随机偏差优于高斯模拟.因此,CFD模式可用于辅助和优化其他核电厂址的野外示踪试验工作,提高我国核安全审评的效率和针对性.

^(85)Sr在黄土包气带中的迁移

现场示踪试验和环境模拟实验是核素在地质介质迁移研究中常用的两种方法。本文同时使用上述两种方法对85Sr在黄土包气带中的迁移规律进行了试验研究。现场示踪试验在 A、B坑 (天然降水条件 )和 D、E坑 (喷淋条件 )中进行 ,模拟实验用 2号和 4号土柱作实验。试验结果表明 ,在非饱和条件下 ,黄土对 85Sr有较强的吸附能力 ,85Sr的扩散参数随时间增加而增大。试验还发现 ,85Sr在同一黄土介质中的延迟系数 Rd 并不是一个常数。由试验数据经拟合后可以看出 ,85Sr的延迟系数 Rd 随水流速度 u (亦即随土壤含水量θ )的增加而增大 ,但小于由分配系数 Kd按 Rd=(1+ρKd/θ)导出的 Rd计算值 ,并且 ,由 Kd推导出的 Rd值随土壤含水量θ变化而变化的趋势也与实测结果相反。这说明 ,在黄土包气带条件下 ,如果将Kd 当作一个常数 ,则由 Kd 推导出的 Rd 值以及由 Kd 推导 Rd 值的常用方法都是不适用的。

稳定元素Sr在土柱中的迁移

文章涉及稳定元素Sr在现场进行的水平土柱示踪实验和在实验室进行的垂直土柱模拟实验的实验方法和实验结果。实验结果表明:黄土对Sr有较强的吸附能力;实验室垂直土柱模拟实验的轴心纵向延迟系数略小于外侧纵向的数值;含水层水平土柱中Sr的延迟系数略小于实验室垂直土柱模拟实验的结果,这可能是由于土柱中的水流速度和土壤的密度不同而造成的。

油田示踪剂技术

介绍了油田示踪技术的发展历史、分类和应用,比较了化学示踪剂、放射性同位素示踪剂、稳定性同位素示踪剂和微量物质示踪剂的优点和缺点,总结了国内外的研究进展,指出了微量物质示踪剂是油田示踪剂未来的发展趋势。

天然条件下~3H在黄土包气带中的迁移

用 3 H作为示踪剂研究水的运动是一种最常用的方法。本文通过3 H在天然黄土包气带的现场示踪试验 ,得到了3 H在非饱和黄土中迁移的某些特征。天然条件下现场示踪试验在 A、B两个试验坑进行。A、B坑的面积均为 2× 2 m2 ,深度分别为 30 cm和 10 0 cm。3 H示踪核素与一定量黄土均匀混合 ,制成示踪源 ,铺设于坑底中央 ,示踪源层的厚度为 0 .7cm,面积 1.5× 1.5m2 ,源层上方用原土回填。在 1989年 5月～ 1991年 7月试验期间 ,定期从两坑中采集土芯样 ,并切割成 0 .5～ 1cm厚的土壤样品 ,用真空加热蒸馏法 ,分离出土壤水 ,用液体闪烁计数器测量土壤水中的3 H含量 ,得到土壤中 3 H的浓度分布。结果发现 ,在非饱和黄土中 ,3 H浓度分布的质心位置 X0 (t)总体上是向下运动的 ,而且 ,随着深度的增加 ,3 H向下迁移速度变慢 ;试验期间 ,3 H在埋深 30 cm的 A坑中向下迁移速度为 5.4× 10 -2 cm/ d,在埋深 10 0 cm的 B坑为 1.6× 10 -2 cm/ d。但是 ,与 A坑相比 ,B坑中 3 H的质心位置上下迁移明显。另外 ,根据拟合结果可以看出 ,3 H的垂向浓度分布方差σ2x(t)随取样时间 t的变化关系近似呈 S型 ,对 A。

核素在水平组件迁移的现场示踪试验

在水平组件中的迁移试验是核素在含水层迁移试验的重要组成部分。本文主要介绍在中国辐射防护研究院野外试验场地下研究设施 (URF)试验竖井中进行的水平组件试验的方法和结果。水平组件中装有示踪剂和在含水层采集的未扰动土壤 ,通过试验竖井壁水平插入含水层 ,天然地下水通过与含水层介质紧密相连的一端流过组件 ,在接取样管的另一端接取水样 ;通过测量试验期间采集的水样和试验结束后切割的土壤样品中示踪剂的浓度 ,得到核素的迁移数据。试验结果表明 ,黄土对试验所用的90 Sr、2 3 7Np、2 3 8Pu和 2 41Am以及 Sr、Nd和 Ce都有较强或很强的吸附能力 ;核素迁移具有偏心现象 ;腐殖酸延缓了 90 Sr的迁移 ;3 H的迁移速度慢于 Br-。

^(90)Sr、^(237)Np、^(238)Pu和^(241)Am 在水平土柱中迁移的实验场示踪研究

将装有示踪剂和含水层未扰动土的水平土柱,通过竖井壁水平插入含水层,天然地下水通过与含水层介质紧密相连的一端流过土柱,在另一端接取水样;通过测量实验期间采集的水样和实验结束后切割的土壤样品中示踪剂的浓度,得到核素的迁移数据。实验结果表明,所用核素中迁移最快的90Sr的延迟系数>290,说明黄土对实验所用的90Sr、237Np、238Pu和241Am都有较强或很强的吸附能力;有腐殖酸的3号和8号土柱中90Sr的延迟系数大于无腐殖酸的2号土柱的延迟系数,说明腐殖酸延缓了90Sr的迁移;无腐殖酸的2号水平土柱中90Sr的延迟系数与实验室模拟土柱的延迟系数基本相同。

^(85)Sr在非饱和黄土中的迁移特征

通过放射性核素在非饱和黄土中迁移的现场试验和实验室模拟实验可以看到:黄土对85Sr有较强的吸附能力;85Sr的延迟系数Rd不是常数,而随黄土中含水量θ的增加而增大;由分配系数kd按常用传统公式导出的Rd不仅大于实测值,而且随含水量的变化趋势也与实测结果相反;在天然降水条件下,85Sr的侧向浓度分布方差σ2y与纵向浓度分布方差σ2x相当,这表明,在降水入渗量甚小的非饱和黄土中,85Sr的侧向迁移是一不容忽视的因素;降水强度明显影响85Sr的纵向浓度分布方差,但对侧向浓度分布方差影响不大;85Sr迁移快成分影响着评价结果的保守性。这些特征极大地影响着下游关心点浓度的预测结果,从而极大地影响着污染物通过地质介质迁移的潜在危害的大小。

六氟化硫(SF6)标准物质的研制及其在油气田示踪剂定量分析中的应用

示踪检测技术是油气藏监测中常用的检测技术,而六氟化硫(SF;)作为气体示踪剂已经广泛应用于油气藏的跟踪探测中。为了能准确定量检测六氟化硫气体示踪剂的浓度值,需要高准确度的六氟化硫气体标准物质。以高纯六氟化硫为原料,高纯氮气为稀释气,采用称量法制备了氮气中六氟化硫气体标准物质,量值水平0.100~10.0μmol/mol。通过浓度随压力、时间的变化考察了其均匀性和稳定性。实验结果表明,氮气中六氟化硫气体标准物质具有较好的压力均匀性和稳定性,量值准确可靠。使用气相色谱-质谱联用仪对新疆油田玛13X井区M13井组和玛1X井区M61井组的气体样品中示踪剂进行检测分析,采用外标法准确定量了其浓度,得到了示踪剂的产出曲线,确认了该区块注采井的连通关系,结果表明标准物质保证了油气田示踪剂微量浓度定量检测的准确性,为之后提高油气藏采收率提供了理论支持。

在线技术在岩溶地下水示踪试验中的应用——以青木关地下河系统岩口落水洞至姜家泉段为例

在岩溶水文地质调查的基础上,采用高分辨率野外自动化荧光仪、人工取样和放置活性炭的方法,对青木关地下河系统投放的示踪剂荧光素钠接收情况进行检测。结果表明:(1)姜家泉是青木关地下河系统的主要出口,岩口落水洞投放的示踪剂在姜家泉的回收量为93.9%,初现时间为33.3h,地下水最大视流速为222.2m/h,平均视流速为176.6m/h,众数视流速为172.1m/h,说明本试验段内地下径流为典型的紊流流态,岩溶含水介质极不均匀,可能有规模较大且无岔道的岩溶管道存在;(2)岩口落水洞与大木水窝泉、纸厂泉没有直接的水力联系,出口姜家泉与纸厂泉也无直接的水力联系;(3)野外自动化荧光仪精度和自动化程度高,携带方便,大大节约了试验成本,在我国西南岩溶区的地下水示踪试验中具有较大的推广和应用价值。