二维磁流体方程的高分辨率旋转通量格式

若待解方程满足旋转不变性,则可通过旋转通量法有效消除近似Riemann求解器的激波不稳定现象,抑制非物理现象的产生。针对二维理想磁流体(MHD)方程和浅水波磁流体(SWMHD)方程,构造了通量函数的类旋转矩阵,给出了方程的旋转不变性证明;根据该性质对控制方程做类一维处理,推导了方程的半离散旋转通量格式;利用通量限制器,将熵稳定通量和反扩散通量进行加权组合,得到能够自适应调整耗散量的高分辨率旋转通量格式。数值实验表明,此格式能精确捕捉解的结构,分辨率高、鲁棒性强,且易向高维推广。

高通量、抗污染油水分离膜的研究进展

膜分离是深度处理含油废水的有效技术之一,对生态环境保护,提高资源利用率,实现“双碳”目标具有重要意义。开发分离效率高、运行稳定性强的高性能膜材料是油水分离膜研制的热点。综述了近年来油水分离膜在渗透性能和抗污染性能强化方面的研究进展,重点对膜性能强化的机制进行讨论,并分别从传质机制和抗污染机制角度对强化策略进行归纳总结。最后,提出了高性能油水分离膜材料开发存在的问题,对未来的油水分离膜材料的研制方向进行了展望。

SR型与EAP型遥相关“结合模态”对2020年江淮入梅初期强降水的影响

利用ERA5逐日再分析资料和中国气象局提供的逐日站点降水资料,分析了丝绸之路型(Silk-Road,SR)与东亚—太平洋型(East Asia–Pacific,EAP)遥相关的“结合模态”对2020年江淮梅雨入梅的影响,结果表明“结合模态”可以触发江淮流域的持续性降水。2020年6月初,负SR型(Silk-Road)和正EAP型(East Asia–Pacific)同时出现,并且位相差达到6月份最大值,二者协同作用下导致2020年入梅时间异常偏早。主要表现为:(1)负SR型引起西风急流加速,促使急流入口区南侧的江淮流域上空出现强的高层辐散。(2)负SR型有利于南亚高压东移,正EAP型有利于西太平洋副热带高压西移,二者相向而行。负SR型和正EAP型于6月9日位相差达最大,此时南亚高压和西太平洋副热带高压重叠于120°E左右,有利于江淮流域持续性降水。(3)低层东亚中、低纬度有一对与正EAP型相关的异常“气旋—反气旋”环流,使低空(20°~35°N,100°~125°E)盛行强西南气流,中纬度的偏北气流有利于干冷空气向南输送,与西南暖湿气流汇合于江淮流域上空,带来强烈的水汽辐合,也使得大气的局地上升运动更为强烈。

串联式正渗透工艺同步处理高盐废水和市政污水的研究

为实现高盐废水的低能耗处理和市政污水的资源利用,构建了“市政污水—高盐废水—海水”的串联式正渗透污水同步浓缩工艺,考察了2种废水的处理效果。结果表明:使用FO模式在1 L/min的错流速度下浓缩污废水,当市政污水浓缩到原体积的1/10时,COD的浓缩效果最好,是原浓度的6.68倍,COD和TP的截留率均在97%以上;当被稀释的高盐废水浓缩到原体积的1/3左右时,COD,K+和Na+都浓缩到了原浓度的2倍左右且截留率均在90%以上。

聚苯胺纳米管改性聚酰胺纳滤膜的制备研究

针对纳滤膜水通量与选择性相互制约的“trade-off”效应现象,以聚醚砜(PES)超滤膜为支撑层,通过界面聚合制备了聚苯胺纳米管改性的高通量聚酰胺纳滤膜。聚苯胺纳米管的空腔可以在膜内构建更多水通道,促进水分子传递。同时,聚苯胺纳米管可以与均苯三甲酰氯发生反应,形成了较强的共价键,优化填充材料与高分子基质的界面相容性。结果表明,与空白聚酰胺纳滤膜相比,当聚苯胺纳米管填充量为1.5 g·m^(-2)时,纳滤膜水通量由12.5 L·m^(-2)·h^(-1)·bar^(-1)上升至21 L·m^(-2)·h^(-1)·bar^(-1),但对硫酸钠的截留仍然高达94.3%。

2011年长江中下游旱涝急转成因初步分析

以2011年1～6月长江中下游“旱涝急转”事件为例，研究了长江中下游旱涝急转与大尺度环流和海温异常的关系，初步得到以下引发旱涝急转的原因：（1）中高纬度大气环流出现快速调整，迅速由强冬季风形势调整为两槽一脊环流形势所控制，进而造成长江中下游由受中高纬度系统控制转变为冷暖空气对峙之地；（2）西太平洋副热带高压位置和强度迅速调整，1～5月来自热带地区的水汽输送条件差，长江中下游地区水汽辐合较常年明显偏弱。6月，水汽输送和收支状况发生根本性转变，长江中下游表现为显著的水汽辐合中心，且明显强于常年；（3）6月青藏高原上空存在显著的气旋性异常环流，利于对流活动发展，受其底部异常西风的影响，对流活动频繁地东传至长江中下游地区，增强了梅雨锋的强度，先后引发了5次强降水过程；（4）前期持续的La Nina事件及其变化通过影响Walker环流、西太平洋副热带高压等大气环流系统，为旱涝急转事件的发生提供了有利的背景条件。

基于无监督机器学习的流场分级方法研究——以D油田为例

目前我国大量老油田已进入特高含水期,储层在水驱过程中形成流场,流场内注入水存在大量的无效循环,驱油效率低,正确的流场评价成为高含水油藏挖潜措施之一。针对高含水油田长时间注入水冲刷导致储层物性时变这一现象,引入水相驱替通量,建立储层渗透率及相对渗透率随水相驱替通量变化的渗流模型,形成时变数值模拟技术。在考虑驱替效率及注入水冲刷程度的基础上,提出以油通比作为指标对流场进行分级评价。引入无监督机器学习算法,采用轮廓系数对分类数进行优选,确定流场分级的最佳分级类别及边界,克服人为主观影响。将建立的时变数值模拟及无监督机器学习流场分级方法应用于D油田,在确定流场分级的基础上,进一步制定产液结构调整策略,可有效提高油田采收率3.44个百分点。该方法为高含水油田流场评价及优势通道刻画提供了一种新思路。

基于液态金属的高热流密度电力设备冷却实验研究

大功率电力设备的冷却方式成为制约电力设备集约化紧凑性的重要因素。常规水冷技术难以应对具有高热流密度的工况条件,而新兴的液态金属冷却技术具有解决该难题的潜力。为此,本文建立了基于液态金属的高热流密度电力设备冷却实验平台。在该平台基础上,开展了液态金属和水的对流换热系数和热导率对比实验。实验表明,在相同工况条件下,以液态金属替代水作为冷却介质,系统热阻可由0.033K/W降低至0.019K/W;若进一步以液态金属替代传统导热膏作为界面材料,则散热系统热阻可降低至0.014K/W。

2018年拉萨汛期两次强降水成因综合对比分析

文章利用常规气象资料、地面自动站资料、NCEP FNL1°×1°再分析资料和卫星云图对2018年7月和9月发生在西藏自治区拉萨市的两次暴雨的环流场背景场、物理量场和卫星云图进行分析。分析结果表明:两次暴雨过程均为高原切变线影响,南部印度半岛至孟加拉湾一带低值系统活跃,西南风为水汽输送提供了有利条件;两次暴雨过程中水汽通量散度最大值区域主要集中于550至700hPa;TBB梯度大的地方易产生强降水,存在对应的关系, TBB梯度最大的区域基本与降水出现的区域相对应,TBB绝对值最大处并不是TBB梯度最大处,当TBB绝对值最大,对流发展最旺盛时,上升运动强盛,地面降水不一定强,而当TBB值由最低值快速上升或者下降时,其对应站点的降水很强;都有明显的上升运动;低层都出现了中心值;上升运动高度较低非常利于暴雨发生。

单穗玉米水分、质量连续测量及封装系统设计

设计了基于电容式水分测量装置的考种设备,可以自动连续测量单穗玉米籽粒的水分、质量的数据,并对测量完的整穗玉米籽粒进行封装喷码。整机由斗式送料机构、电容式水分测量仪、翻转模块、封装机及控制部分组成。根据整机的工作原理,采用带传动和料斗组合实现籽粒的输送,LDS-1G型电容式水分测量装置来获取籽粒水分、质量参数;配备自动封装的模块,利用SIEMENS LOGO!逻辑控制器来实现各个环节的控制,配合籽粒参数的测量。针对玉米籽粒试验验证表明:其最大测量速度为12s/穗,处理最大通量可达7 200穗/天。

采出水处理回用高通量膜法技术

针对某低渗透油田企业采出水,开展了现场膜处理小试实验,考察了采用膨化聚四氟乙烯(ePTFE)微滤膜工艺处理采出水达到回注标准的技术可行性,确定了膜前过滤介质及其最佳浓度,并就实际应用进行了工艺设计。采用膜前过滤介质,避免了采出水中的石油类物质对膜产生污堵等负面影响。膜前过滤介质为吸附性介质硅藻土与刚性颗粒介质碳酸钙复配,最佳复配质量浓度为二者各30 mg/L。在采用膜前过滤介质的最佳工艺条件下,膜通量可达6430 L/(m2·h),为企业目标通量的20余倍,且膜通量衰减显著延缓。采出水经过滤处理后,出水水质稳定达到《碎屑岩油藏注水水质指标及分析方法》(SY/T 5329—2012)中的回注1级标准。

PVDF中空纤维膜的制备及冷拉伸处理对其性能的影响

用干-湿纺丝法制备聚偏氟乙烯（PVDF）中空纤维膜，用万能拉力仪进行冷拉伸处理，分别拉伸0．9、1．2、1．5、1．8倍。研究拉伸前后的中空纤维膜的纯水通量、牛血清白蛋白（BSA）通量衰减、孔隙率等基本性能，用电镜观察膜的表面形貌，用万能拉力仪测试膜的力学性能，用红外光谱仪分析膜内的晶体结构。结果显示，拉伸会影响中空纤维膜的基本性能及表面形貌。拉伸1．8倍为最佳拉伸倍数，此法可简易制得性能良好的高通量微孔膜。

超滤一体化装置处理闽江高含藻原水的效果

考察了集混凝—斜管沉淀—超滤于一体的装置在高藻水期对闽江水的净水效果。结果表明超滤一体化装置出水浊度小于0.1 NTU,浊度去除率达到99%以上;出水CODMn均值为1.40 mg/L,出水UV254为0.024 cm-1,CODMn和UV254去除率分别为57.3%和50.1%;出水细菌含量低于《生活饮用水标准》(GB 5749—2006)的限值,细菌去除率大于99%。超滤组合工艺对藻类处理效果优于水厂工艺,藻类总去除率为99.3%。当膜通量下降时,缩短过滤时间、延长反冲洗时间可以使膜通量恢复;当超滤膜出现不可逆污染时,通过CIP清洗恢复膜过滤性能。在高藻水期,水温对膜通量和TMP影响较小,在保证出水水质的前提下,较大的膜通量运行更节能。

多并联、大通量水过滤器的自动反洗新方法

本文涉及水处理过程所用的过滤器成组反洗自动控制技术.设定自动反洗四个条件:浓水量、分流水量、源水的污染指数和多并联过滤器的台数.通过控制器进行在线检测,及时获得上述数据.通过控制器内预先设定的软件数学模型进行处理,获得过滤器堵塞状况,发出反洗控制信号,开启反洗阀门,用浓水进行反洗.结束反洗后,控制器自动切换回到运行状态.本方法克服了传统方法(定时反洗压差反洗和定容反洗)的弊端,提供的检测手段简单、直观,不需要压力表,切换准确,且"反洗"切换次数减少,确保中间产品水水质指标稳定,延长设备寿命,节水、节电、系统运行稳定可靠.市售单片机等组成控制器,能自主灵活实现其软件数学模型.适用于水处理过程中多并联、大通量的过滤器自动反洗.

一维浅水方程的高精度GODUNOV格式

以HLLE的近似Riemann解为基础,时间积分采用改进的二步RUNGE-KUTTA法,空间通过重构和通量限制获得时间和空间均为二阶精度的一维浅水方程的Godunov离散格式。此格式具有TVD的性质,保证了数值解收敛于弱解,在TVD意义下无假振,保持初值的单调性,解自动满足熵条件。通过实例比较了各种通量限制因子在求解方程中的优缺点,验证了此方法具有守恒性、鲁棒性、无虚假振荡并能高分辨率地捕捉间断等优点。

超滤技术处理高盐卤水中试实验

采用"自清洗过滤器+超滤系统"组合技术处理山东海化集团高盐度地下卤水,作为纳滤单元的预处理工艺.采用天津膜天膜科技股份有限公司的外压式中空纤维超滤膜,进行膜通量和清洗频率2种工艺参数的优化,根据实验数据和理论数据分析得到了CEB清洗对膜污染控制效果,并且进行小试,优化了清洗药剂的选择.经过一段时间试运行,结果表明:膜通量为40 L/(m2·h)时为最佳膜运行通量,膜设备在此通量下可以长期稳定运行,并且回收率始终保持95%左右;CEB清洗效果较好;超滤出水未检测出藻类,说明对藻类去除效果较好,超滤出水浊度基本在0.1 NTU以下,出水SDI15小于3,平均出水TOC为11.7 mg/L,满足后续纳滤进水要求.

基于高压压水试验的岩体透水率变化研究

在水利水电等地下工程的常规压水试验中,一般以1Lu(吕荣值)作为防渗灌浆结束的标准。近年来,随着科学技术水平的不断提高,我国的高水头抽水蓄能电站得到了迅速发展,也进行了相应的高压压水试验。对于高水头的水电工程,现场高压压水试验结果和常规压水试验结果对比发现,对于同一试验段,高压压水试验计算的岩体透水率反而比常规压水试验计算的透水率小,由此计算的岩体渗透系数也偏小,但在高压水作用下岩体渗透性会不同程度地增加。如果岩体透水率还用《水利水电工程钻孔压水试验规程》(SL31-2003)中的公式计算,则由于压力的增加计算的Lu变小,防渗的标准会相应提高。针对规范中岩体透水率的适用性问题,提出了基于高压压水试验的"高压单位吸水量"的概念,即在直径75mm、试段长度约5m的孔内高压压水试验中,围岩在设计水头(≥2MPa)作用下,单位长度上的压入流量,用DK表示,单位为L·min-1·m-1。基于这一概念,应用数值模型计算了岩体试段的压入量,通过与某抽水蓄能电站高压压水试验的实际岩体试段的压入量进行的对比,获得了最大压力为4MPa时,岩体注浆结束标准为2DK(0.5Lu)。因此,对于不同的高水头水电工程,隧洞注浆结束标准(高压单位吸水量)要根据设计水头进行调整,而不能以常水头那样始终以1Lu作为防渗结束标准。

2015年9月西安一次强降水过程及成因的综合诊断研究

借助西安理工大学教12楼气象站观测资料、全国气象台站常规观测资料以及NCEP全球分析资料,对2015年9月9日~11日发生在西安地区的一次强降雨个例进行了综合诊断研究。结果表明:(1)200hPa高空急流与700hPa低空急流的耦合为本次强降雨提供了动力条件;(2)降雨过程中存在有利于云和降雨形成的低压槽系统;(3)源自东海与三峡两个源地的水汽在西安低空发生辐合,促使空气趋于饱和,同时北方干冷空气沿东南路径侵袭西安,造成冷暖空气交汇,进而形成降雨;(4)综合分析结果,建立了本次强降雨发生的物理模型。

高寒区抽水融冰渠道水温沿程衰减规律——以红山嘴水电站为例

抽水融冰技术是解决高寒区引水式电站冬季运行冰害问题的有效措施之一。为研究抽水融冰对电站引水渠道冬季引水的水温控制规律,以红山嘴水电站为例,基于RNGκ-ε模型数值模拟研究结果,从热流量比角度探讨了渠道水温沿程衰减规律,并采用2013年2月和2014年1月原型观测结果进行了验证。结果表明:渠道水温沿程衰减过程可分为骤降段、过渡段和缓降段3部分,各段范围受外界条件控制;衰减曲线呈幂函数分布,相关系数达到98%;对比气温对渠温沿程衰减的影响表明,随着大气温度的降低,渠道水温沿程衰减速度明显加快;-10℃为水温衰减过程变化转折点,当气温高于-10℃时,可以近似认为渠温衰减规律一致,渠温沿程变化主要受到热流量比值影响;低于-10℃时,气温对渠道水温沿程变化影响显著。

同井注采油水分离器的优化设计

为实现高含水油井同井注采工艺,根据与多杯等流型气锚相似的分离原理,优化设计多杯等流型油水分离器。设计过程中,对分离器由上至下每层开口数目和孔径逐级分段增大,各进液孔进液量相近,且各采出液在分离器内的停留时间足够长;通过不同分段方式、开孔数目以及不同孔径的优化组合分析,考虑到机械加工的要求,利用流体动力学原理,对孔径大小、孔径分级和开孔数目等参数进行了优化设计,在保证各部位沉降杯内采出液的停留时间超过150s的前提下,充分发挥了各沉降杯的作用,有效地缩短了井下油水分离器的长度,节约了生产成本和作业成本。