火电厂燃煤产物中关键微量元素富集特征研究

煤系共伴生战略性关键元素可在燃煤产物中富集,研究燃煤产物中关键元素的富集特点可为元素的预富集和提取利用提供依据。以我国东西部不同火电厂燃煤产物为例,采用波长色散荧光光谱仪(AxiosmAX)、电感耦合等离子体质谱仪(iCAP-Qc)测试了燃煤产物中常量元素和关键微量元素的含量,分析了燃煤产物中关键微量元素分布富集的一般性规律。结果表明:①粉煤灰中主要常量元素为Si、Al、Fe,三者氧化物占比达87.79%;微量元素中稀土元素、锂、镓、铀、锗的含量分别为456.95μg/g、163.58μg/g、49.07μg/g、8.67μg/g、4.59μg/g,除铀、锗外均高于世界煤灰平均值。②常量元素中P趋向富集于细灰中,Fe、Ca更易富集于粗灰中;稀土元素分布模式保持一致,且在细灰中的含量高于粗灰,锂、镓、铀、锗均在细粒燃煤产物中更为富集,分异系数分别为1.17、2.45、1.53、2.14。③数理统计分析表明,煤中稀土元素与无机矿物相关,且富集于燃煤产物的非磁性组分中;锂主要与黏土矿物有关,燃烧后主要以LiAlO2的形式存在;镓、铀赋存形式不单一,与黏土矿物有一定的关系;锗与无机相相关性弱,表明其主要与有机质结合。

水压与动载耦合作用下高铁隧底结构裂损机理分析

高速铁路隧道底部结构隆起变形开裂是多方面影响因素叠加作用的结果。综合利用扩展有限元方法、流固耦合理论和现场实测结果,采用激振力荷载拟合函数施加于轨面模拟列车振动荷载作用效果,分析在水压和列车动荷载耦合作用下的高铁隧道底部结构不协调变形机理,揭示水压与动荷载作用下隧道底部结构的变形特征与水压力变化规律。研究结果表明:在既有隧底结构型式与排水条件下,水压变化是隧道底部结构变形与开裂的诱发原因,列车动荷载导致的裂缝水压交替变化是隧道底部结构持续性隆起裂损的间接原因。隧道底部结构开裂一般首先发生在仰拱填充层中央排水沟处,然后在轨道板、仰拱填充层与衬砌仰拱结构存在刚度差异的各交界面上出现裂缝。高速列车动荷载周期性的上下振动与水压力耦合作用下隧道底部结构界面和各裂缝过水处产生超静水压力,其周期性抽吸变化将对裂缝产生水力压裂效应,加剧隧道底部结构的裂损。高水压高铁隧道底部结构隆起开裂的整治措施应综合考虑泄水降压、裂缝封堵以及底部多层结构体系的层间锚固。

基于微观流固耦合的超深层致密砂岩气藏应力敏感性分析

超深层致密砂岩气藏具有强应力敏感性,目前常用的研究方法包括压力脉冲实验法和实时在线CT扫描法两种,压力脉冲实验法不能揭示产生应力敏感性的微观机理,而实时在线CT扫描法也无法模拟深部地层高压、高应力的条件。为解决应力敏感性实验研究的不足,基于离散单元法与管道网络模型建立了微观流固耦合算法,编制了模拟器,并对模拟器力学计算和流固耦合模块的正确性进行了验证,分析了应力大小、加载方向和孔隙压力对岩心渗透率的影响,最后从微观上揭示了超深层致密砂岩气藏的应力敏感性机理。研究结果表明:①应力通过增加与之垂直方向上喉道两侧的法向压力,减小喉道的水力半径,进而降低储层的渗透率;②较高的孔隙压力能够阻碍岩石颗粒在应力作用下的移动,从而减缓了孔隙和喉道的变形,使模型保持较高的渗透率;③致密砂岩气藏的渗透率受到应力和地层压力的共同控制,并且具有各向异性,在垂直于最小主应力方向上形成渗透率较大的优势通道;④异常高压阻碍了地应力的压实作用,有利于保护储层孔隙,使地层有较好的储集性能和较高的渗透率。结论认为,根据离散元法结合孔隙网络模型建立的流固耦合方法可为理解超深层致密砂岩应力敏感性提供理论参考,并为超深层致密砂岩气藏的科学高效开发提供指导。

固体发动机喷管热结构耦合数值仿真研究

针对在热载荷与内压联合作用下,固体火箭发动机潜入式喷管的热结构耦合数值仿真问题,采用流体仿真软件与结构计算软件,展开了数值模拟。在流体仿真软件中,计算了潜入式喷管工作过程的内部稳态流场,提取了高温燃气流动参数与固体壁面对流换热系数。在有限元结构计算平台内,编写了非均布壁面压力载荷与非均布对流换热系数子程序,耦合求解了喷管热结构耦合问题,获取了热防护材料内部温度场与应力场分布。研究表明,热载荷是引起喉衬应力的主要原因。喉衬环向压应力与拉应力随时间呈现先增大后减小的过程。经地面喷管结构完整性热试车试验验证,该热结构耦合数值仿真方法可用于喷管结构完整性与安全性分析,为喷管结构设计提供合理指导。

后摆心潜入式喷管柔性接头力学特性数值仿真

针对后摆心潜入式喷管柔性接头在燃气压力与摆动联合载荷下,弹性件与增强件的力学特性计算问题,建立了对称刚体-柔性体结合的几何模型;采用了有限元方法,获取了柔性接头在燃气压力、摆动载荷及联合载荷下应力、弹性比力矩分布规律。研究表明:随着燃气压力增大,弹性比力矩降低;随摆角增大,弹性比力矩增大。文中的数值仿真方法,可以应用于柔性接头力学特性的计算,为柔性接头强度的安全性评估提供指导。

基于放大机构的压电叠堆泵设计分析及试验

为了克服压电叠堆输出位移较小、对泵振子泵送能力弱的缺点,综合杠杆铰链与三角形铰链结构性能优点,提出基于放大机构的压电叠堆泵,分别开展理论放大倍数分析、ANSYS仿真分析、流固耦合分析及泵送性能试验测定研究.结果表明,压电叠堆泵仿真放大倍数约为20.3时,与理论计算值相对误差为11.7%;ANSYS仿真分析表明,泵振子的二阶频率对应的弯振为最佳振型,该振型对应的工作频率为1356.30 Hz,在该工作频率下对压电叠堆泵进行流固耦合分析,得出泵送流量为41.78 mL/min.在上述研究分析的基础上试制压电叠堆泵样机并进行泵送性能试验,发现在驱动电压50 V下,测得泵送流量为32.50 mL/min,仿真流量与试验流量相对误差为28.5%,进而分析了误差产生的原因,最大泵送压差值为13.7 mm.试验结果具有良好的稳定性,验证了仿真数据结果的可靠性,可为压电泵新型放大机构和压电叠堆驱动方式的进一步研究提供可靠参考.

煤与瓦斯突出过程气-固颗粒抛出规律及突出矿井风险等级划分方法

为了揭示煤与瓦斯突出气-固颗粒抛出流演化规律,基于离散元数值模拟方法,提出了现场统计数据与数值模拟相结合的方法;研究了煤与瓦斯突出气-固颗粒两相流的发展过程,揭示了喷出的煤颗粒及瓦斯的运动轨迹变化规律;基于主成分分析法(PCA)和模糊综合评价法(FCE),实现了对27处突出矿井危险性的分级。结果表明:煤与瓦斯突出分成4个阶段,煤与瓦斯突破石门阶段,煤与瓦斯混合冲击阶段,煤与瓦斯突出两相流分流阶段和煤与瓦斯突出衰减阶段;随着突出的发展,煤与瓦斯突出两相流发生分流;瓦斯运动速度较高,主要在巷道上方运动,多数煤颗粒则沉降至巷道底端,前方少部分煤颗粒在瓦斯裹挟下继续向前移动,运动轨迹比瓦斯更为复杂;通过数值模拟得到3处突出矿井煤颗粒抛出量分别为121.5、42.7、320.32 t;经PCA-FCE综合评价,27处煤与瓦斯突出矿井包括一般突出矿井16个,严重突出矿井11个。

基于流固耦合的静压转台底部支撑优化

静压转台油腔的变形会降低静压转台的承载能力,底部支撑点的布局会显著影响油腔的变形量和底部支撑点的应变量。为了提高静压转台的工作能力,提出一种基于流固耦合的静压转台底部支撑布局重构方法。建立静压转台流固耦合模型,基于有限元方法得到静压转台在额定负载下油腔的变形量和底部支撑点处的应变量,利用MATLAB拟合底部支撑点半径和间距对变形和应变的影响规律,得到底部支撑布局的最佳参数。最后对静压转台底部布局进行重构,并通过试验验证其可靠性。结果表明:重构后油腔变形降低了约19.25%,底部支撑点处应变降低了约29.80%。

基于实体数值计算结果的梁柱内力计算方法研究

实体单元是有限元、有限差分等连续数值模拟常用的单元形式,其计算结果通常为应力、变形、塑性区等。而工程结构通常是根据弯矩、轴力、剪力等内力进行配筋,这导致实体单元计算结果不能直接用于配筋设计。基于截面应力与内力转换原理,通过单元边界的线性插值法求出各截面点的应力,将截面网格按截面点数目平分,以此作为截面点应力的作用区域计算截面点的内力,计算出整个截面的轴力、剪力和弯矩等内力值。以AutoCAD作为内力计算结果显示平台,编制了将实体应力计算结果转化为内力图的程序,并采用简单模型进行了程序验证,将之应用于某工程梁柱的配筋设计。研究成果可为基于实体单元数值计算结果配筋分析提供参考。

Sm^(3+)掺杂LaOF荧光粉的制备及光学性能

以LaOF晶体为基质,利用水热辅助固相法制备出一系列Sm^(3+)掺杂LaOF荧光粉。采用XRD、TEM、荧光光谱仪等测试手段对所制得的样品的相结构、微观形貌及光学性能进行表征。结果表明,LaOF在不同煅烧温度下会产生四方相和斜方六面体两种不同晶相。此外,由于受跃迁概率和局域对称性的影响,Sm^(3+)掺杂四方相LaOF发光强度更大,其各浓度样品在405 nm光激发下,于567 nm、605 nm、651 nm和710 nm等处均出现了Sm^(3+)的特征发射峰,并且随着Sm^(3+)掺杂量的增加,其发光强度呈现先增大后减小的趋势,且当Sm^(3+)掺杂量为3.0%(摩尔分数,下同)时,La_(1-x)Sm_(x)OF样品发光强度达最大值。此外,所得样品的色纯度极高,其多个激发峰均位于商用近紫外和蓝光LED芯片的发射波长附近,可实现多种波长激发下的可见橙光发射。

径向磁液轴承定子温升及热变形研究

提出一种新型的磁液轴承,以电磁悬浮支承为主、静压支承为辅,实现双重支承,并可以实时调控。通过建立磁液轴承的有限元分析模型,对其进行流-固-热耦合求解,得到轴承的流场、温度、应力及应变分布云图。通过调整轴承系统的结构参数(进油孔直径和线圈匝数)及运行参数(输入电流、进油流量、转子转速)分别进行有限元建模,利用ANSYS软件进行仿真分析,求解不同参数对轴承温升及定子热变形的影响规律。结果表明:流体造成的压力在进油孔内最高为1 MPa,流体在油膜处流速最高为0.8 m/s;轴承定子温度分布对称,有利于散热。研究结果为磁液轴承系统的优化设计提供理论依据。

基于ABAQUS的积水路面轮胎滑水性能研究

随着道路交通网络的不断发展,行车安全已经成为当今社会关注的焦点之一。特别是在恶劣天气条件下,如:雨天,车辆在积水路面上高速行驶时,由于动水升力的存在,很容易出现“滑水”现象,从而导致事故的发生。文章深入分析了轮胎在积水路面上的滑水性能,以提高车辆的行驶稳定性和安全性。首先,使用ABAQUS建立205/55R16子午线轮胎有限元模型,并且对其进行了静力学分析。接着,基于流固耦合方法,构建了一个包含轮胎、水层和路面的复杂耦合模型。在这个模型中,考虑了轮胎充气压力、水层厚度、轮胎垂向负载以及胎面磨损4个关键因素。有限元模拟分析结果表明,轮胎充气压力和垂向载荷的增大都会导致车辆在积水道路上的极限滑水速度增大;相反,胎面磨损和水层厚度的增大,则会导致车辆在积水道路上的极限滑水速度减小。其中,充气压力对滑水性能影响较大,相同条件下,车辆的极限滑水速度从1.7 bar下的72.43 km/h上升到了2.9 bar下的102.23 km/h。所以,雨天适当增大轮胎充气压力更有利于车辆行驶安全。

电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)内标法测定模拟玻璃固化体中的硼含量

玻璃固化体中的硼元素对玻璃固化体的化学稳定性、热稳定性等性能具有非常重要的影响。为了快速准确地测试玻璃固化体中的硼含量,建立了一种以In为内标校正体系,采用氢氧化钾熔样-电感耦合等离子体光谱法测定模拟玻璃固化体中高含量硼的方法。通过研究选择249.678 nm谱线作为硼的分析线,铟(In)230.606 nm谱线作为内标线,同时对氢氧化钾的用量进行了优化,结果表明,硼元素的标准曲线相关系数为0.9994,检出限为0.069 mg/L,精密度小于2.0%,回收率在97.0%~102%,并且选取了5个模拟玻璃固化体样品,采用ICP-AES内标法与标准方法进行测试结果比较,两者测定结果的相对误差均小于3%,ICP-AES内标法解决了传统标准方法测定硼繁琐耗时的问题。方法具有操作快速简便、准确性良好,灵敏度较高等诸多优点。

滚动接触状态下固体润滑薄膜界面损伤失效行为分析

以内聚力模型(CZM)为基础建立薄膜-基体承载系统的有限元分析模型,采用双线性本构关系描述薄膜-基体结合界面的承载及损伤失效行为,通过分析法向和切向载荷作用下界面的承载状态,研究了摩擦因数、薄膜弹性模量、膜厚对薄膜-基体承载系统的界面应力、分离位移、能量释放率的影响,结果表明:摩擦因数增大会导致接触前沿界面承载状态恶化,从而增加界面损伤和脱附失效的风险;薄膜弹性模量增大可以减小接触前沿界面损伤区域和损伤程度,当薄膜弹性模量小于基体弹性模量时界面承载性能急剧恶化;随膜厚增大,界面切向损伤区域和损伤程度先减小后增大,膜厚为0.2倍接触半宽时有利于提升薄膜-基体结合界面的承载性能。

某超高层办公楼基础有限元分析

某超高层办公楼项目,其下基础地质复杂,桩入岩深度不一,且部分桩下存在碎裂岩,采用三维有限元分析程序Midas/GTS进行分析,结合工程实际,考虑上部结构刚度,根据超前钻、详勘报告建立土体模型,分析在复杂地质条件下桩基础受力性能与底板应力分布,供类似工程参考借鉴。

基于真实细观形貌的固体推进剂力学性能虚单元预示方法

真实的细观形貌是进行固体推进剂细观力学性能预示的基础。通过CT扫描图片处理获得了固体推进剂真实的细观几何形貌及各组分参数,并生成了固体推进剂颗粒填充模型;采用多边形网格剖分方案,减少使用常规单元时各组分颗粒尺度差异带来的低质量网格影响;通过对单元和节点的后处理,设计了应对真实细观形貌的周期边界条件处理方案;引入虚单元法(VEM)开展固体推进剂细观力学性能预示,设计含夹杂算例,验证了VEM以及周期边界条件处理方案的可行性和准确性;利用内聚力单元模拟基体与颗粒间的“脱湿”效应,对真实细观模型以及颗粒填充模型开展了等效松弛模量测试。仿真结果表明,真实细观模型中不规则的颗粒几何形状会抑制“脱湿”现象的发生,其表现出的等效松弛模量较颗粒填充模型大。此外,两类模型预示的松弛模量最大相对误差为13.1%,这表明在固体推进剂配方设计中颗粒填充模型可以替代真实的几何模型进行固体推进剂等效力学性能的预示。结合VEM在应对固体推进剂各组分几何尺度差异以及周期性边界条件设计方面的优势,可进一步利用VEM开展三维固体推进剂力学性能的预示。

(Ti_(35)Zr_(40)Nb_(25))_(100-x)Al_(x)(x=0,5,10,15,20)高熵合金相组成、组织和力学性能

难熔高熵合金主要由难熔金属元素组成,其熔点通常高于1800℃,且具有高热稳定性和优异抗高温软化能力,在高温领域具有巨大的应用潜力,但是高密度导致的比强度不足和室温脆性等缺点成为其应用的阻碍。本文设计并制备了系列新型非等原子比(Ti_(35)Zr_(40)Nb_(25))_(100-x)Al_(x)(x=0,5,10,15,20)轻质难熔高熵合金,研究了Al含量对相组成、组织和力学性能的影响。X射线衍射分析表明,随着Al含量的增加,合金的相结构由无序BCC转变为有序B2。五种铸态合金具有类似的组织形貌,铸锭边缘存在一个沿着冷却方向生长的细长枝晶区域,铸锭中心区域则主要为等轴枝晶。能谱分析表明Nb元素在枝晶干偏聚,Al和Zr元素则富集在枝晶间,这是由Nb的高熔点以及Al和Zr的强键合共同决定的。室温压缩实验发现Al含量的增加导致合金的屈服强度和抗压强度均逐渐提升,但没有降低室温塑性,所有合金的室温压缩断裂应变均超过50%。

基于流固耦合的碳化硅衬底CMP过程温度场仿真分析

在碳化硅衬底化学机械抛光过程中,抛光界面温度是影响抛光效率的关键因素之一,掌握抛光界面温度分布情况,有助于更深入理解CMP机理并为工艺优化提供理论指导。为此,对碳化硅衬底的CMP过程中温度场分布情况进行了探究,分析了不同抛光工艺参数和抛光液组分对抛光界面温度的影响。利用有限元分析软件ANSYS的流固耦合模块,综合考虑抛光垫与抛光液对SiC衬底的磨削作用,得到抛光过程中SiC衬底表面温度分布。仿真结果表明,SiC衬底径向温度从中心到边缘逐渐增大,边缘处上升趋势逐渐减小甚至出现温度小幅下降,最大温差接近0.4℃(约为4%)。通过单因素实验探究不同影响因素与温度之间的关系,得出结论:随着抛光转速和抛光压力的增大,SiC表面平均温度上升,均近似成线性关系,并且边缘点与中心点温度变化相差越来越大;同时,衬底界面温度随着抛光液磨料浓度的增加而上升,但变化相对较小。

极端严寒天气降温工况污泥浓缩池有限元分析

为准确模拟圆形水池的受力特性,采用有限元软件中实体单元对某工程中污泥浓缩池进行建模,通过对其分析结果中弯矩及轴力计算值与计算手册静力计算表计算值进行对比,验证了模型有限元计算结果的准确性。据此建立实际工程有限元模型,并同时考虑低温环境下的水池内外温差进行分析,对本工程分析结果表明:采用实体单元能够较好模拟水池的力学性能,混凝土及钢筋的应力分布及温度应力形成的裂缝也能得到良好的体现;仅考虑满水工况下,钢筋与混凝土的应力处于较低水平;在考虑降温工况与静水压力共同作用的情况下,水池截面的竖向弯矩与环向轴力均有大幅度增长;带有附件的水池(连续走道板、挑檐、水槽等)建议采用较为精细的有限元建模。圆形混凝土水池设计中应采用加以考虑季节温差、极端天气下壁面温差的结构设计方法。

斜交铁路荷载对框架桥应力的影响性分析

以某跨度为9.0m的框架桥为实际工程背景,采用MIDAS FEA NX建立三维实体有限元模型,对框架受列车单双线荷载、列车荷载中线与框架纵向中线的斜交角度(分别考虑0°、10°、20°、30°、45°,共5种情况)等力学性能影响因素进行数值分析,对比各个工况下的应力结果,从而确定框架最不利荷载情况。研究结果表明:当斜交角度相同时,双线列车荷载对框架顶板和竖墙产生的拉应力和压应力更大;当列车荷载中线与框架纵向中线的斜交角度由0°增至45°,角度等于20°时,框架顶板和竖墙的拉应力和压应力最大。