铁改性生物炭对黄绵土Pb^(2+)运移过程影响及模型分析

[目的]明确不同铁改性生物炭施加量下土壤重金属的运移过程,以期为黄土区土壤重金属污染防治提供理论依据。[方法]以铁改性生物炭与黄绵土质量比分别为0%(CK),1%(A_(1)),2%(A_(2)),3%(A_(3)),4%(A_(4))和5%(A_(5))6组处理为研究对象,以Pb^(2+)为示踪离子,利用室内土柱进行溶质运移模拟试验,研究了不同铁改性生物炭施加量对黄绵土中Pb^(2+)运移过程的影响并进行模型模拟。[结果](1)A_(1),A_(2),A_(3),A_(4)和A_(5)处理的饱和导水率(K_(s))比CK分别减少了6.90%,20.70%,27.60%,31.03%和37.93%,即K s随铁改性生物炭施加量增大而逐渐减小。(2)不同处理的Pb^(2+)浓度达到平衡时的总历时比CK分别延长了1.79,13.00,34.98,35.34,40.81 h,随铁改性生物炭施加量增加,重金属初始和完全穿透时间明显推迟。(3)两区模型(TRM)和对流-弥散方程(CDE)的拟合曲线均能与实测曲线较好吻合,但TRM的决定系数(R^(2))大于CDE,均方根误差(RMSE)小于CDE,因此TRM的模拟精度更高。[结论]土壤中施加铁改性生物炭能较好地减缓重金属的运移过程,对调控土壤中重金属运移及防止地下水污染具有重要作用。

霍尔推力器中呼吸振荡激发机理及影响因素

呼吸振荡作为霍尔推力器中的一种低频、大振幅放电不稳定性,对推力器的性能及寿命有严重的影响.本文利用包含了离子径向扩散和电子壁面相互作用的双区“捕食者-被捕食者”(Predator-Prey,P-P)模型,对霍尔推力器中呼吸振荡的激发机理和影响因素开展了研究.研究结果表明,电子与壁面之间相互作用导致的能量耗散对呼吸振荡有抑制作用,而近阳极区的离子径向扩散对呼吸振荡有激发作用.依赖于近阳极区的离子径向扩散强度,模式振荡频率以及放电电流的振荡峰值呈现非单调变化的趋势.此外,在推力器放电通道长度一定的情况下,呼吸振荡的激发与电离区长度的变化无关,而振荡的频率(周期)随着电离区长度的增大而增大(减小).本文的研究结果将为霍尔推力器中呼吸振荡激发机理的认识以及呼吸振荡抑制新方法的提出提供理论支撑.

深层页岩气井气水两相产能预测

气水两相流动对深层页岩气井产能具有重要影响,研究气水两相生产动态对于评估增产效果具有重要意义。考虑压裂液侵入区域(水侵层)和裂缝的气水两相流动,建立了深层页岩气多段压裂水平井的产能预测模型,并结合物质平衡方程,采用逐次迭代方法获得模型的半解析解。利用商业数值模拟器和矿场生产数据验证了模型的可靠性与实用性,并分析了水侵层敏感性参数(水侵层宽度、含水饱和度和渗透率)对产能的影响。研究结果表明:所建立模型能够合理预测深层页岩气井产能;水侵层宽度及含水饱和度越高,页岩气产量越低,但水侵层渗透率越高,页岩气产量越高,水侵层对页岩气产能的影响是多个参数协同作用的结果;水侵层宽度对页岩气20年累积产气量及产水时间影响最大,而对初期产气量影响最大的是水侵层含水饱和度。新模型为深层页岩气井产能预测精度的提高提供了理论基础和科学依据。

船舶封闭舱室火灾烟气温度特性研究

封闭舱室火灾与开放空间火灾有很大的不同。通过在内尺寸为1m×1m×0.75m的舱室内的一系列不同油盘直径庚烷油池火试验,发现了烟气的循环卷吸现象,且发现舱内气体可以分为上部的密烟气层和下部的稀烟气层两层,此时传统的双区域模型对火灾的模拟不再适用。烟气温度的空间分布可以用一个分段函数来表示,密烟气层内部温度基本一致,温度与高度无关;稀烟气层内部温度随高度具有均匀的梯度,为高度的一次函数。同时,研究发现熄火时刻舱内的烟气温度分布符合波尔兹曼分布律,且与油盘直径无关,即与火源功率无关,满足统一的波尔兹曼方程,并就本实验参数条件下的温度数据给出了拟合曲线方程。

基于区域模型的单层高大空间建筑钢构件温升计算

基于火灾双区域模型,研究高大空间建筑钢构件的理论温升,并以某会展中心小功率火灾为例,运用数学软件MATLAB编程计算钢构件温升。计算结果表明,火灾情况下,空间建筑高度对屋顶钢构件的稳定性有一定影响,建筑高度越高,钢构件稳定性越好。对于单层建筑高度大于10 m的高大空间建筑,小功率火灾(4 MW为例),建筑钢构件在3 600 s内升温不超过100℃,钢构件能够满足建筑稳定性和消防队灭火的基本要求。

火灾环境下钢构件升温过程的模型研究

对良好分层情况下的室内火灾进行建模 ,研究了实际火灾环境下的钢构件升温过程。在全尺寸的实验房间开展了油池火燃烧实验 ,通过不同的羽流模型和溢流模型 ,预测室内温度和钢构件温度的变化 ,并对羽流模型的适用性和影响计算的一些参量做了分析。

采用“二区+CFD”模型研究点源自然通风及其羽流

讨论了几个典型的羽流流量计算公式 ,结合一种二区自然通风模型 ,建立了热分层高度、通风量和中和界高度的计算式。基于单步静态耦合 (或预定边界条件 )的思想 ,采用“二区 +CFD”模型的方法研究了自然通风及其羽流。二区模型提供CFD模拟边界条件 ,CFD模拟反向检验二区模型 。

对运用双区域模型计算大空间建筑火灾温度方法的修正

以较为精确的场模拟为参照,对于运用双区域模拟计算出的大空间建筑火灾室内烟气温度与时间的关系曲线进行修正。通过比较计算结果得出,此修正方法提高了计算精度,并在一定程度上扩大了双区域模型计算方法的适用范围和可计算时间。

增压直喷式汽油机性能与爆震的试验与模拟研究

对某2.0 L增压直喷式汽油机的性能与爆震进行了研究,采用双区模型对燃烧过程进行模拟,并进行了试验验证,结果表明:发动机达到了设计指标,试验结果与模拟结果相吻合,性能参数误差在5%之内。进一步采用双区模型结合爆震模型对缸内的爆震情况进行分析,并与试验爆震点进行了校核,结果表明:通过降低中冷后温度可以有效降低缸内的爆震趋势。

基于双区模型的汽油机燃烧过程可用能及不可逆损失分析

为考察汽油机燃烧过程中的能量转化规律,建立了汽油机燃烧过程的热力学双区模型,考虑了可用能变化及不可逆损失.求解了燃烧期间缸内压力及温度随曲轴转角的变化规律、缸内工质可用能及不可逆损失的变化规律,分析了未燃区和已燃区的可用能以及与放热规律的关系.工质可用能转化包括对外做功、传热转移可用能和可用能损失3部分,燃烧结束时,工质总可用能占燃烧初始总可用能的比例约为47.0%.在整个燃烧阶段,燃烧可用能损失约为18.4%,由于向缸壁传热造成的可用能损失约为12.3%.缩短燃烧持续期和适当推后着火有利于降低燃烧过程可用能不可逆损失.

双区域模拟大空间火灾烟气下降和升温规律的分析

利用以双区域模拟为基础的修正计算方法,对大空间建筑火灾进行计算,对得出的室内烟气下降和温度与时间的关系进行分析比较。通过比较得出:烟气下降的速度随着失火空间的增大而减小,随火源功率的增大而增大;平稳段烟气平均温度随着失火空间的增大而减小,随平稳段火源功率的增大而增大,但并不受火源增长速度影响。

多孔介质发动机的双区燃烧模型

多孔介质(PM)发动机是基于多孔介质燃烧技术的新型发动机,能够实现均质和稳定燃烧。在考虑了区间质量分布、壁面传热、区间质量交换等因素的基础上,结合多孔介质换热模型,建立了多孔介质发动机的一种双区模型,对其燃烧过程进行模拟。着重讨论了进气温度和压强、压缩比、过量空气系数等参数对多孔介质发动机性能的影响。计算结果表明多孔介质对混合气的预热作用,促进了液体燃料汽化和燃烧反应发生,多孔介质初始温度对发动机的压燃着火起决定性作用。

舰艇舱室烟气蔓延数值模拟

假设舰艇单舱室内的烟气沉降符合双层区域模型,然后运用质量、能量守恒和气体状态方程建立舰艇内多舱室烟气蔓延模型。采用火灾发展模型对某舰艇多舱室的烟气蔓延进行数值模拟计算,得到舱室内烟气温度变化和沉降变化并与CFAST软件计算的结果进行了比较。数值计算结果与CFAST模拟计算结果的变化趋势完全一致,时间提前了约10%~15%。

室内有害气体连续泄漏扩散质量浓度模型的研究与分析

以CO_2为对象,对室内空间气体连续泄漏扩散过程进行试验研究,并对室内CO_2气体泄漏扩散的均一质量浓度模型、两厢质量浓度模型和室内半球质量浓度模型进行研究。将理论模型计算值与不同位置测量点的试验数据进行比较分析。3种质量浓度模型均表示区域质量浓度的变化,理论模型计算值与试验数据均有些偏差;远离泄漏源处,偏差较小。室内空间不同位置3个模型预测值相对大小会发生变化。对于泄漏源附近及低于泄漏源处,3种质量浓度模型预测结果误差较大;对于高于泄漏源的位置,模型预测结果较好,然而质量浓度均出现振荡不稳定的现象。由于重力沉降作用,下部空间气体质量浓度较大,上部空间气体质量浓度较小。泄漏刚开始阶段,远离泄漏源处,试验测试值与理论模型值相比有一个延滞期,理论预测值偏差较大。

有风条件下自然排烟准稳态的双区模型分析

采用双区模拟思想对有风条件下自然补气、自然排烟过程准稳态进行了分析.定义了"总风压系数"用以评价外界环境风对自然排烟过程的影响程度,并对不同条件下的自然排烟准稳态进行了计算讨论,给出了不同总风压系数下自然排烟临界失效风速的计算表达式.结果表明:总风压系数非负时,外界风的存在提高了自然排烟的效率,其影响程度与风速、火源功率、排烟口面积有关;总风压系数为负时,外界风的存在降低了自然排烟的效率,但只要外界风速不超过临界失效风速,自然排烟就是有效的,其准稳态时的烟层界面高度要低于无风时的烟层界面高度.因此,在启动建筑自然排烟系统时,应对补气口、排烟口位置进行选择,尽量使总风压系数为正,以提高排烟效率.

有风条件下火灾自然排烟的临界失效风速分析

采用双区模拟思想对有风条件下室内火灾自然补气、自然排烟过程进行分析。引入"总风压系数"和"临界失效风速"的概念,并将其作为评价外界环境风对自然排烟过程影响程度的判定参数。总风压系数非负时,外界风的存在将提高自然排烟的效果;总风压系数为负时,外界风的存在将降低自然排烟的效果,甚至使自然排烟失效。通过对排烟口内外压差以及气体流动进行分析,发现临界失效风速正比于总风压系数绝对值的-1/2次幂,并给出了不同条件下自然排烟临界失效风速的计算方法。实际采用自然排烟方式进行火灾排烟时,应尽量避免出现总风压系数为负的情形,以防止自然排烟的失效。

两区模型离心压气机性能预测方法研究

为获得有效的压气机性能预测方法,基于车用涡轮增压器压气机性能试验数据,重点研究了两区模型离心压气机性能预测及标定方法。研究结果表明:该预测方法仔细考虑了压气机内部扩散和损失过程,综合考虑逆压梯度黏性流动过程影响,标定方法简单实用,能方便地应用于工程设计;该性能预测方法也能有效预测涡轮增压器离心压气机流量特性及喘振、堵塞边界特性,能够反映出压气机的全工况性能;与试验结果相比,预测压比与试验压比差值小于3%,预测绝热效率差值小于5%,在高转速跨音速工况下预测喘振堵塞流量差值小于0.06。

非饱和带水气二相渗流动力学模型

非饱和带地下水运动实质上是一个水气二相渗流过程。本文以多相渗流理论为基础，从水气二相渗流的连续性方程和达西定律出发，推导了非饱和带水气二相渗流的耦合动力学模型，讨论了模型的ＩＭＰＥＳ和全隐式联立求解方法的原理和步骤，认为ＩＭＰＥＳ求解方法由于达西系数项的处理，饱和度的计算均采用显式，因此该解法具有稳定性差、精度低且要求计算时间步长小的局限性；而全隐式联立求解方法是联立求解气相、水相方程，同时求出压力和饱和度值，因此压力和饱和度值都是隐式求出，具有较高精度，且无条件稳定。

低气压环境下标准有效温度与舒适区的计算

在低气压环境下对两节点模型进行了修正,同时通过实测皮肤温度验证了其准确性。在此基础上对热环境评价指标——标准有效温度(SET*)进行了计算,分析了低气压下SET*的变化规律,并在不同低气压环境下对ASHRAE Standard 55中的舒适区进行了修正。计算结果表明,在相同环境参数条件下,随着大气压力的降低,对应的标准有效温度降低。相应地,随大气压力的下降,人体舒适区范围向干球温度较高的方向移动。低气压环境下舒适区对应的干球温度上下限值均比常压下高,且温差范围增大。

舰艇防火分区内火灾蔓延数值模拟

为了建立多舱室间烟气蔓延模型,计算舰艇防火分区内各舱室的火灾烟气温度、高度随时间的变化,并用计算结果指导舰艇防火决策。首先假设防火分区内起火舱室的烟气沉降符合双层区域模型,而烟气经过通风口蔓延到相邻舱室时没有卷吸现象发生;然后运用质量、能量守恒和气体状态方程建立防火分区内多舱室烟气蔓延模型。应用该模型对某舰艇防火分区的按照t2发展的火灾场景进行计算,计算结果比美国的CFA ST软件计算的结果略高出10%,主要原因是CFA ST中考虑了下层冷空气温度变化。