压电式超声雾化降尘系统设计及其试验研究

通过传送带传送物料是散料工业运输的主要方式,对运输过程中产生的粉尘进行治理是散料工业运输亟需解决的问题,目前应用比较多的方法为雾化降尘法。为了提升雾化降尘的效果,设计了一种30 kHz喇叭型压电式超声雾化装置和配套的雾化降尘试验系统,并采用单因素试验研究入口水流量、风速、粉尘种类、颗粒直径、喷嘴安装角度等工艺参数对雾化降尘效率的影响规律。结果表明,当入口水流量为30 L/h时,对煤粉粉尘降尘效率为75.9%;当风速为2.1 m/s时,对煤粉粉尘降尘效率为61.1%;相比较于煤粉和沙子,黄土的降尘效率略高;该喷嘴对粒径为107~180μm范围内的煤粉粉尘降尘效率最高为73.9%;当喷嘴安装角度为0时,对煤粉粉尘降尘效率最高为81%。

基于数值模拟的孔隙率与渗透系数相关性研究

长期以来,土体的渗透性能是岩土工程领域的重要研究课题,在研究土体孔隙中液体的运动时可以将土体视为一种多孔介质。建立一种理想情况下层流通过孔隙的三维模型,通过固定颗粒位置,只改变颗粒长度的方法创造具有不同孔隙率结构,进而研究孔隙率与渗透系数之间的关系。使用Fluent软件对模型内流场进行数值模拟,并根据达西定律计算稳定流状态下模型的渗透系数。结果表明,土体颗粒按恒定方式排列时,渗透系数与土体孔隙率成指数函数关系。

超声振动辅助微挤压成形界面摩擦特性研究

基于超声振动辅助微挤压成形过程摩擦特性表征需求,将超声振动辅助双杯挤压实验拆分为超声振动辅助正杯挤压和反杯挤压两个部分。通过超声振动辅助T2紫铜正杯挤压和反杯挤压的对比成形实验研究了不同超声振动模式辅助微挤压成形过程中试样-模具型腔间的界面摩擦特性,并提出一种量化评价新方法来评估超声振动辅助微挤压成形试样-模具型腔间摩擦应力及摩擦因数的变化规律。结果表明,微挤压成形应力降低值和试样-模具型腔间的摩擦应力降低值都随着超声振幅的增大而增大,且随着工具超声振动、工具-工件复合超声振动和工件超声振动的不同超声振动模式顺序依次增大。

超声振动辅助塑性成形及形性预测研究进展

随着微机电系统等领域的快速发展,对零件成形精度与性能的要求日益增加。超声振动辅助塑性成形是一种典型的能场辅助塑性成形工艺,相比于传统塑性成形工艺,具有流动应力低、材料成形能力高、界面摩擦少、成形质量较好等优势,被广泛应用于难成形材料加工、微成形、复杂构件成形等塑性成形过程。然而,由于不同塑性成形工艺中金属的变形行为特性存在较大差异,对塑性成形质量与成形性能进行预测有利于实现成形过程的形性协同控制。介绍了超声振动辅助塑性成形在体积成形工艺(镦粗、挤压、拉拔等)与板料成形工艺(拉伸、拉深、渐进成形、冲压等)中的应用及发展概况,讨论了超声振动对材料塑性变形过程中宏观表现与微观演化的影响。在已有研究基础上,重点分析了超声振动辅助塑性成形过程中成形能力预测(流动应力、成形极限等方面)和成形性能预测(表面性能、力学性能、微观组织等方面)的研究进展,为金属零部件成形高质量形性调控提供理论参考,并展望了超声辅助塑性成形工艺的发展趋势。

松软煤层加固用泡沫水泥浆的实验研究

针对松软煤层顺层钻进长钻孔成功率低、煤层机械强度低的难题,提出将机械发泡式泡沫水泥浆通过高压旋喷的方式注入松软煤层进行随钻加固的技术思路。室内试验中,通过改变松软煤岩与泡沫水泥浆的比例,模拟注浆后形成不同固结效果的松软煤岩-泡沫水泥固结体。以抗压强度和气体渗透率作为主要评价指标,研究了松软含煤量对固结体性能的影响规律。结果表明:(1)与纯泡沫水泥浆的固结体相比,当松软煤岩含量(以下简称“含煤量”)为5%时,固结体的气体渗透率略有降低,气体渗透率随养护时间增加而降低;(2)含煤量≥10%,固结体气体渗透率随含煤量增大而升高;(3)固结体的早期抗压强度(养护1 d)随含煤量的升高先升高后降低。养护时间增加至7 d后,固结体强度随含煤量升高而降低;(4)含煤量在20%~25%之间的固结体养护7 d后,抗压强度在8.65~9.94 MPa,气体渗透率在9.08~36.52 mD之间。研究成果可以为松软煤层的随钻护壁与瓦斯抽采提供有益借鉴。

铸造用水溶性氧化钙陶瓷型芯3D打印工艺响应面优化研究

针对复杂内腔精密铸件用氧化钙陶瓷型芯,研究基于浆料挤出的陶瓷型芯3D打印工艺。采用碳酸钙粉末与聚乙二醇溶液混制陶瓷浆料,通过自制挤出式3D打印装置进行陶瓷坯体制备,再经过烧结工艺得到铸造用陶瓷型芯。以坯体表面粗糙度为衡量指标,基于响应面法以针头内径、层高/内径和打印速度进行三因素三水平Box-Behnken试验。采用逐步回归法拟合得到表面精度回归模型,通过方差分析得出最优工艺方案。结果表明,针头内径是影响陶瓷型芯坯体精度的主要因素。最优3D打印工艺参数为针头内径0.41 mm、层高与针头内径之比0.75、打印速率29.87 mm/s,此时陶瓷型芯坯体表面粗糙度为35.39μm。

一种月球熔岩管钻进的超声波钻探器

提出一种采用多点驱动旋转的螺旋槽圆锥复合型变幅杆结构,并研制了适用于熔岩管内壁钻进的高性能超声波钻探器;为预测超声波钻探器响应特性,利用等效阻抗网络模型对超声波钻探器进行了建模与分析。通过低重力多角度模拟钻进试验与数据分析,验证了该钻探器在熔岩管复杂地况应用中的可能性。结果表明,钻杆直径为3 mm、钻压力为10 N时,钻进速度随开孔角度的增加而增加,垂直钻进时钻探器最大空载回转速度为506 rad/min,钻进速度为6.4 mm/min,钻进时回转转速为259 rad/min。

ZrO_2/TiO_2/PVDF超滤膜的制备与性能研究

为改善聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜亲水性的不足,试验采用相转换法掺杂共混制备了含不同质量配比的纳米二氧化锆(ZrO2)粒子和纳米二氧化钛(TiO2)粒子的PVDF杂化膜,利用扫描电子显微镜(SEM)、接触角测量仪、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、X射线衍射仪(XRD)和热重分析仪对PVDF纯膜和PVDF杂化膜的结构和性能进行了表征及测试,并考察了两种无机纳米粒子添加量及添加比例对PVDF杂化膜膜通量的影响。结果表明:当添加纳米粒子的总质量分数为1%、且ZrO2与TiO2两种纳米粒子的质量比为1∶1时,PVDF杂化膜的膜通量是PVDF纯膜的1.43倍;纳米粒子的加入改善了PVDF膜的亲水性,且在一定程度上提高了PVDF膜的热稳定性。

深圳市生态文明建设道路探析

作为环保部选定的生态文明建设试点地区,深圳市在生态文明建设进程中积极探索生态文明发展道路。本文简述了深圳市生态文明建设的三个阶段,从生态环境保护、生态生产发展、生态生活消费方面重点分析了深圳市生态文明建设道路,最后得出深圳市开拓了一条生态优先"三生"共赢的生态文明发展道路。

电弧微铸锻增材制造AlMgSc合金纵扭复合超声振动干铣削加工特性研究

对电弧微铸锻增材制造AlMgSc合金进行纵扭超声复合干铣削加工特性试验研究,探讨超声铣削工艺参数对切削力、表面形貌、加工硬化及刀具磨损等AlMgSc合金干铣削成形特性的影响规律。结果表明:与锻造和常规电弧增材成形铝合金相比,微铸锻增材制造AlMgSc合金由于具备更加致密的微观组织、更高的强度和硬度而在超声干铣削成形过程中会产生更大的铣削力,更容易发生加工硬化。与常规干铣削相比,采用纵扭复合超声干铣削可以获得更小的表面粗糙度,并有利于减轻刀具磨损。

钻井液水活度对页岩井壁稳定性影响的实验研究——以秀山龙马溪组页岩为例

通过压力传递实验,对秀山龙马溪组页岩进行了不同浓度和不同类型盐溶液影响下的渗流试验,确定不同水活度盐溶液对页岩渗流规律和井壁稳定影响机理。结果表明:(1)在相同浓度的盐溶液中,阻缓秀山龙马溪组页岩孔隙压力传递能力最强的盐类为HCOONa。(2)对于相同类型的盐溶液,最高的浓度并不总能具有最好阻缓能力。阻缓秀山龙马溪组页岩孔隙压力传递效果较好的前5种盐溶液是20%HCOONa、5%HCOONa、20%KCl、20%HCOOK和5%NaCl。(3)相对于人工压制页岩,在粘土矿物含量(20%)一致时,盐溶液贯穿龙马溪组页岩孔隙时间平均长90.11%,平均渗透率低99.14%。(4)在粘土矿物成分一致时,盐溶液在人工页岩中的渗流规律与龙马溪组页岩的一致性较好,但对于实际渗透率和渗流时间、表征系数与真实页岩相差大于90%。(5)针对龙马溪组页岩,提出了基于水活度的单位距离渗流时间模型,以及不同盐溶液的水活度-渗透率规律。研究成果可为适用于龙马溪组页岩钻进的水基钻井液体系遴选提供较好的理论和技术基础。

海上搜救辅助决策技术研究进展

随着我国“海洋强国”和“一带一路”倡议的实施,海上活动日益频繁,海难事故风险持续增长,海上人员安全问题受到了越来越多的关注。本文以海上搜救区域的确定和搜寻方案的规划两个关键技术为切入点,综述了海上搜救辅助决策关键技术的发展过程和相应的研究成果。首先,针对海上遇险目标的运动特性,介绍了遇险目标漂移模型的发展,概述了漂移轨迹和搜救区域的计算方法;其次,分别对静止和运动目标的搜寻策略进行了回顾与归纳;最后,总结了上述技术在国内外的业务化应用情况,进而探讨了相关技术的未来发展方向。本文旨在为我国海上搜救应急保障体系的建设和重大海难事故应急反应能力的提高提供依据和参考。

基于T/P和Jason-1/2卫星高度计海面高度数据获取南海同潮图的研究

随着卫星高度计资料的不断丰富,通过对卫星高度计所得潮汐调和常数进行插值或拟合得到潮汐同潮图成为可能。本文拟对T/P(TOPEX/POSEIDON)、Jason-1和Jason-2卫星高度计数据进行分析,得到南海区域星下观测点处四个主要分潮(M2、S2、K1和O1分潮)的调和常数,进而利用双调和样条插值方法对其进行插值,获取南海同潮图。首先,以1992~2016年T/P和Jason卫星高度计所得海面高度数据为基础,利用调和分析方法计算了南海星下观测点处M2、S2、K1和O1四个主要分潮的调和常数,并与40个验潮站数据进行了对比,最大矢量均差为4.99cm,说明分析所得调和常数与利用验潮站资料提取的调和常数的误差较小。进而采用双调和样条插值方法对星下点调和常数进行插值,得到了南海四个主要分潮的同潮图,所得结果与全球潮汐模型TPXO7.2模式结果的矢量均差分别为4.69、2.46、3.13和2.42cm,与141个验潮站处观测结果的矢量均差分别为22.59、10.26、10.24和8.51cm。此外,插值所得四个主要分潮的无潮点位置与前人研究结果相近。上述实验结果表明:利用双调和样条插值方法对卫星高度计所得调和常数进行插值能够获取较为准确的同潮图。

复杂内腔铸件用水溶性型芯的研究进展(1)

概述了水溶性型芯的种类及其适用性,按所用基体材料的不同可分为水溶性盐芯、水溶性耐火材料芯和水溶性有机型芯,其应用领域各有不同。重点介绍了国内外水溶性型芯的研究及应用情况,目前复杂内腔铸件用水溶性型芯的研究主要集中在水溶性盐芯和水溶性耐火材料芯,常用的熔融浇注法、压制烧结法和粘结成形法等成形方法均需要模具成形,无法满足型芯形状更复杂、结构更精细的要求。通过分析未来水溶性型芯材料及其成形与抗湿强化技术的发展趋势,认为水溶性型芯3D打印快速成形将是其未来发展的重要方向。

复杂内腔铸件用水溶性型芯的研究进展(2)

概述了水溶性型芯的种类及其适用性,按所用基体材料的不同可分为水溶性盐芯、水溶性耐火材料芯和水溶性有机型芯,其应用领域各有不同。重点介绍了国内外水溶性型芯的研究及应用情况,目前复杂内腔铸件用水溶性型芯的研究主要集中在水溶性盐芯和水溶性耐火材料芯,常用的熔融浇注法、压制烧结法和粘结成形法等成形方法均需要模具成形,无法满足型芯形状更复杂、结构更精细的要求。通过分析未来水溶性型芯材料及其成形与抗湿强化技术的发展趋势,认为水溶性型芯3D打印快速成形将是其未来发展的重要方向。

海洋环境数值模拟在海洋工程专业研究生教育中的应用

在海洋强国战略的背景下,国内各高校开始增设海洋工程等涉海专业。海洋工程专业为工科专业,需要更多的实践提高技术及创新能力。笔者针对海洋工程专业研究生培养的要求和研究生教学的特点,提出利用海洋环境数值模拟技术,从实际问题入手,通过海洋环境数值模式的安装、测试、运行、修改强化研究生的专业实践技能,提高研究生用数值模拟手段解决相关问题的能力。同时,通过相应模拟结果的可视化反馈提升研究生对海洋科学、海洋工程相关问题的认识和理解,提升相关理论课程的教学效果。

基于虚拟实验的海洋工程专业大学生培养模式探讨

随着海洋强国战略部署的不断深入,各个高校不断增设海洋相关专业,海洋工程是海洋相关专业的重要基础课程,具有很强的理论性与实践性。本文结合目前海洋相关专业的教学实践特点,就目前海洋工程实践中存在的问题进行探讨,提出了利用海洋工程模拟仿真技术加强学生对海洋工程专业的认识和理解。从调动学生兴趣入手,使教学内容直观、形象、生动而同时具有科学性,增强学生对专业知识的理解,完善课程内容,加强实践教学。利用数值模拟仿真技术进行可视化教学,对海洋工程中的测试、安装、运行现象采用计算机模拟,并在课程中加入相关动画。一方面,使该专业学生加强对海洋工程的理解,另一方面,提高学生的实践能力,提高学生应用模拟分析方法解决实际问题的能力,培养学生在进行海洋工程设计时严谨的思路并为未来海洋工程建设的相关工作打下扎实的基础。

燃料电池金属有机框架质子膜材料研究展望

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是清洁高效的能源转换装置。质子交换膜作为重要的组件之一,会选择性地允许质子转移,但其昂贵的制作成本及较差的高温稳定性限制了在宽温范围的应用。金属有机框架(MOF)材料合成方法简单、结构稳定、比表面积高,广泛应用于催化和吸附等领域。近年来,研究人员发现某些MOF材料在一定温度、湿度范围内拥有优异的质子传导性能,且合成价格低廉,可作为潜在的质子交换膜替代材料。从有机配体(羧酸盐、膦酸盐、磺酸盐等)和客体分子(咪唑、铵根离子等)两部分叙述MOF材料的合成,每种MOF材料的化学稳定性、质子导电性能及其导电机理等方面的研究进展,并指出该类导电材料的发展前景和未来面临的挑战及可实施策略。

大直径桩纵向振动广义轴对称连续圈层模型及其应用

现有针对大直径桩纵向振动特性的理论研究主要存在两点不足:(1)所用桩体模型无法充分考虑桩身内的三维波动效应;(2)研究重点集中于高频范围,缺乏对工程价值更为突出的低频振动特性的聚焦分析。针对此两点不足,提出了新型的大直径桩纵向振动广义轴对称连续圈层模型,将桩体看作三维连续介质,同时考虑桩身质点的竖向和径向位移,将桩周土沿径向进行圈层化处理,利用相邻圈层土和桩土接触面耦合关系得到竖向动荷载作用下桩顶复刚度解析解。在验证所提模型合理性基础上,利用其对大直径桩低频振动特性进行探讨分析,重点关注施工扰动效应的影响规律和机理,发现若干创新现象和有益结论,为大直径桩动力设计和承载特性分析提供了更为完备的理论基础。

水溶性氧化钙陶瓷型芯的挤出式3D打印参数优化与表面精度控制研究

挤出式3D打印成形水溶性氧化钙陶瓷型芯可高质高效成形复杂内腔铸造构件,铸件内腔的残留型芯用水溶解即可快速清理,在复杂内腔构件精密铸造领域具有较大的应用潜力。以针头内径、层高/内径比值、打印速度和内部填充方向四个关键工艺参数进行四因素三水平正交试验,通过对不同工艺参数的3D打印成型坯体进行表面粗糙度测量与统计,采用极差分析确定各个打印参数对坯体表面质量影响的主次顺序,并得到挤出式3D打印氧化钙陶瓷型芯的最优打印参数。结果表明,内部填充方向对型芯坯体表面成形质量有显著的影响,当内部填充方向与外轮廓呈45°和90°时,内部填充浆料与外轮廓层有较多的拐点,拐点处的成形方向发生突变,进而造成挤出压力方向发生突变并作用于外轮廓层,外轮廓层变得凹凸不平,层层堆积成形的坯体表面粗糙度较大、表面质量较差。当针头内径为0.41 mm、层高/内径比值为70%、打印速度为20 mm/s、内部填充方向与外轮廓层平行时,坯体表面粗糙度最小,型芯坯体表面质量最好。通过增加外轮廓层数来可以有效地减小甚至消除填充方向对坯体表面粗糙度的影响,当外轮廓增加至两层时型芯坯体表面粗糙度降低了近22%,这对水溶性陶瓷型芯的快速精确成形具有重要意义。