粒子图像速度粒度同场测量基础与实验验证

从米氏散射理论(Mie scattering)出发,在粒子图像测速法硬件系统结构模型和电荷耦合器件光电转换一般特性基础上,推导出了真实球形粒子在数字相机上所成粒子像各像素点灰度总和的理论计算式。为验证该理论计算式的正确性,采用不同粒径的4种标准粒子进行实验,考察粒子像点灰度和随粒子曝光时间、照明用激光脉冲光强及真实粒子粒径的变化情况。结果表明:粒子像点灰度和随曝光时间及激光光强的变化呈线性趋势,基本与理论推导结果相一致。相同实验条件下的不同粒径标准粒子所成像点灰度和比值均在粒子粒径平方比附近,符合理论结果。     

高频电流点燃碳粒燃烧规律的研究

本文提出了采用高频电流点燃石墨粒子的燃烧实验方法,详细叙述了这种实验方法,并在空气环境中进行了实测.实验除了测得粒径在300μm～1500μm范围内石墨粒子的燃尽时间外,还追踪了一些大粒子直径随燃烧时间的变化.将结果与现有的各种理论计算结果及其它实验方法所得结果作了比较,表明石墨粒燃烧符合扩散燃烧的概念.     

气流分级机操作参数对分级性能的影响

在一定的假设条件下导出的气流分级机切割粒径公式,建立了切割粒径与操作参数(分级轮转速、流量和颗粒密度)的关系。在实际分级过程中,影响分级的因素很多,这些因素会造成分级机的分级实验值与切割粒径公式计算值不一致,甚至相反的结果。利用自制的TCF-360叶片转子型离心式气流分级机,对其操作参数进行了系统的实验研究,得出了分级机操作参数与切割粒径和分级精度的相互关系,证明了分级机的转速、流量、二次风大小、分级区的气固浓度和进料粒度组成等操作参数均对分级机的性能有重要的影响。平衡改变分级机的流量与转速,切割粒径变化不大,分级精度和分级轮的磨损却随流量和转速的增加而增加。研究结果对分级机合理的操作参数的选取和结构设计具有一定的指导作用。     

基于轨迹图像的煤粉颗粒速度和粒径测量

为了开发管道煤粉参数的实时在线测量技术,研究基于粒子轨迹图像的煤粉速度和粒径的测量方法.实验研究煤粉颗粒的光散射特性,获得煤粉颗粒在激光照射下不同方向和不同曝光时间下的成像特点,表明在较长曝光时间下的煤粉轨迹图像清晰可辨,弥补由于煤粉强吸收特性引起的瞬态图像偏暗和模糊的不足,并提出利用煤粉颗粒轨迹图像同时测量煤粉颗粒速度和粒径的方法.利用计算机图像处理方法对实验拍摄的大量煤粉轨迹图像进行识别和计算,获得煤粉颗粒的速度和粒径分布,并与商用PIV系统和Malvern粒度仪所得结果基本吻合.结果表明,所提出的基于粒子轨迹图像的煤粉颗粒测量方法切实可行,为开发廉价实用的煤粉颗粒在线测量系统打下基础.     

煤矿高压喷雾雾化粒度的降尘性能研究

从理论、实验和现场试验3个方面对高压喷雾雾化粒度的降尘性能做了深入的研究;对高压喷雾降尘机理进行了分析,提出了雾化粒度D50的计算式和雾化粒度捕捉最小粉尘粒度的相互关系式;利用测试范围在5～2 000 μm的Winner313激光粒度分析仪和喷嘴雾化测试系统,对煤矿常用的5种压力式喷嘴进行了4,6,8和10 MPa共4个压力下的雾化粒度测定,得到了喷嘴雾场不同位置的D10,D50,D90,D[3,2],D[1,3]平均粒径分布和650 μm以下的粒径分布,雾场位置(150-9)处的粒径随压力增加雾化粒度变小;根据理论、实验数据和综放工作面煤尘实际测定的粒径分布,确定了该面的喷雾降尘压力和喷嘴型号,通过现场应用,煤机外喷雾和支架喷雾压力从2 MPa提高到8 MPa后,移架工序的全尘由536.2 mg/m3降到97 mg/m3.     

电除尘器中气溶胶粒子的空间凝集

对电场中气溶胶粒子的空间凝集行为及其产生机理进行了研究。通过流场气溶胶粒子的碰撞理论,建立了气溶胶粒子凝集状态下不连续粒度分布的动力学方程,得到了气溶胶粒子在热力凝集和流体力学凝集条件下的粒子凝集碰撞频率函数。研究结果表明,热力凝集主要发生在小粒径的气溶胶粒子间,而梯度凝集明显受到速度梯度和粒径变化的影响,主要在邻近收尘极板的壁面层内。     

一种速度更快的粒子群优化算法

由于标准粒子群算法(SPSO)存在后期搜索效率太低的问题,提出了一种速度更快的粒子群优化算法(FPSO).FPSO保留了SPSO前期的全局搜索能力,但改变了SPSO算法后期的搜索策略,使其迭代次数随当前适应度值的变化而自适应改变,从而提高了SPSO算法后期的计算效率.通过实验对FPSO算法中适应度函数的设计进行了讨论,并分析了FPSO算法的应用前景.仿真结果表明,FPSO算法在单峰、多峰和带约束条件的测试函数中都有良好的效果.     

人造沸石对含磷废水的吸附实验研究

采用人造沸石对废水中的磷素进行静态吸附实验,探究了废水中磷浓度、吸附时间、沸石粒径、温度、p H值对除磷效果的影响.结果表明:在30 mg/L的磷质量浓度下沸石饱和吸附量为118 mg/kg;磷质量浓度小于30 mg/L,沸石的吸附量随磷质量浓度的增加而增加;沸石吸附磷的最佳吸附时间为120 min、温度为25~45℃、p H值为8~9;随着沸石粒径的减小,沸石的吸附量逐渐增大.沸石粒径小于100目时,沸石吸附量达到112 mg/kg,接近饱和吸附量,但从经济、实际应用方面考虑,不建议选择太小粒径的沸石颗粒.     

颗粒粒径对低温氮吸附实验的影响——以五峰组—龙马溪组海相含气页岩为例

为了探索页岩颗粒的粒径对低温氮吸附实验的影响和其机理,以渝东南彭水地区五峰组—龙马溪组为例,优选3块TOC和矿物组成差异明显的高-过成熟海相页岩样品,分别开展8组不同粒度(范围为80~4750μm)的低温氮气吸附实验(LTNA),进而探索颗粒粒径对实验结果的影响,并从孔隙类型和连通性角度揭示了影响机理,提出五峰组—龙马溪组海相页岩LNGTA实验建议粒径为180~250μm.研究结果表明:LTNA实验测量的页岩总孔体积明显受粒径的影响,随粒径减小,测量值呈现先逐渐增加、再减小、然后再增加的规律,而对比表面积影响较小.微孔和较小介孔(lt;10nm)以有机孔和黏土矿物晶内G晶间孔为主,具有较长的连续渗流路径长度,在较大粒度区间内(gt;180μm),适当减小粒度能提高该类孔隙的测量值,但随着继续粉碎(lt;180μm),这类孔隙会遭到破坏;而宏孔和较大介孔(gt;10nm)的渗流路径长度较短,需要样品粉碎至一定程度(180~250μm),才能与颗粒外表面有效沟通,其测量值随粒度减小而明显增大,但粉碎程度过高会产生新的微裂缝,导致实验测量值明显高于压汞法和扫描电镜结果.     

颗粒粒径对低温氮吸附实验的影响——以五峰组—龙马溪组海相含气页岩为例

为了探索页岩颗粒的粒径对低温氮吸附实验的影响和其机理,以渝东南彭水地区五峰组—龙马溪组为例,优选3块TOC和矿物组成差异明显的高—过成熟海相页岩样品,分别开展8组不同粒度(范围为80～4 750μm)的低温氮气吸附实验(LTNA),进而探索颗粒粒径对实验结果的影响,并从孔隙类型和连通性角度揭示了影响机理,提出五峰组—龙马溪组海相页岩LNTA实验建议粒径为180～250μm.研究结果表明:LTNA实验测量的页岩总孔体积明显受粒径的影响,随粒径减小,测量值呈现先逐渐增加、再减小、然后再增加的规律,而对比表面积影响较小.微孔和较小介孔(10nm)以有机孔和黏土矿物晶内-晶间孔为主,具有较长的连续渗流路径长度,在较大粒度区间内(180μm),适当减小粒度能提高该类孔隙的测量值,但随着继续粉碎(180μm),这类孔隙会遭到破坏;而宏孔和较大介孔(10nm)的渗流路径长度较短,需要样品粉碎至一定程度(180～250μm),才能与颗粒外表面有效沟通,其测量值随粒度减小而明显增大,但粉碎程度过高会产生新的微裂缝,导致实验测量值明显高于压汞法和扫描电镜结果.     

UTLT烟气回流与限制速度的模型

为了解决城市地下交通联系隧道( urban traffic link tunnel,UTLT)火灾烟气安全的问题,采用量纲分析方法推导出了UTLT火灾烟气回流长度的量纲一方程式;根据调查的UTLT的常见尺寸,设置了9种不同尺寸的UTLT,运用数值模拟软件FDS 5.5对这些隧道进行模拟计算,得到了不同工况下的火灾烟气回流长度,进而得到了UTLT火灾烟气回流长度的预测模型.通过与实验值的比较表明,该方程式和实验值吻合较好.在进一步分析的基础上,得到了UTLT的限制隧道预测模型,可为此类隧道的消防设计提供一定的技术指导.     

Developed ‘laminar’ bubbly flow with non-uniform bubble sizes

Bubbles with different sizes have different dynamic and kinetic behavior in a two-phase bubbly flow. A common two-fluid model based on the uniform bubble size assumption is not suitable for a bubbly flow with non-uniform bubble sizes. To deal with non-uniform bubbly flows, a multi-fluid model is established, with which bubbles are divided into several groups according to their sizes and a set of basic equations is derived for each group of bubbles with almost the same size. Through analyzing the bubble-bubble and bubble-pipe wall interactions, two new constitutive laws for the wall-force and pressure difference between the liquid phase and interface are developed to close the averaged basic equations. The respective phase distributions for each group of bubbles measured by a specially designed three-dimensional photographic method are used to check the model. Comparison between model-predicted values and experimental data shows that the model can describe laminar bubbly flow with non-uniform bubble sizes     

凹坑型仿生形态环块样件耐磨性能

利用试验优化设计技术,设计了9种环块样件表面凹坑形态的尺寸与分布,采用激光图形雕刻技术,在模型样件的表面加工形成了9种不同的微观凹坑型仿生形态;在相同的试验参数条件下,完成了光滑与凹坑型仿生形态环块样件的摩擦、磨损性能的对比试验;根据试验前后环块样件总体重量的测量结果,计算出了10种环块样件试验前后的磨损量、磨损率,进行了光滑环块样件与凹坑型仿生形态环块样件磨损量与磨损率的对比分析;利用正交试验设计,进行了凹坑型仿生形态环块样件磨损量与磨损率的极差分析。试验证明,在润滑状态下,具有凹坑型仿生形态的环块样件的耐磨性能均高于光滑样件;凹坑直径为100μm,凹坑横向间距为450μm,凹坑纵向间距为350μm时的耐磨效果最佳。     

Size effect of sandstone after high temperature under uniaxial compression

Uniaxial compression tests on sandstone samples with five different sizes after high temperature processes were performed in order to investigate the size effect and its evolution. The test results show that the density, longitudinal wave velocity, peak strength, average modulus and secant modulus of sandstone decrease with the increase of temperature, however, peak strain increases gradually. With the increase of ratio of height to diameter, peak strength of sandstone decreases, which has an obvious size effect. A new theoretical model of size effect of sandstone material considering the influence of temperature is put forward, and with the increase of temperature, the size effect is more apparent. The threshold decreases gradually with the increase of temperature, and the deviations of the experimental values and the theoretical values are between 0.44% and 6.06%, which shows quite a credibility of the theoretical model.     

火焰与烟气层热辐射的实验与蒙特卡洛法模拟

高温烟气层和火源的火焰是火灾房间内的主要热辐射源．对多种尺寸房间内的热烟气层,分别采用蒙特卡洛法和理论计算法,求出了室内热烟气层对地板上的微元面、地板面和墙壁的热辐射通量,采用实验与蒙特卡洛法分别测量和计算出柴油油池火焰的热辐射通量．结果表明,蒙特卡洛法计算出的热辐射通量与理论计算值之间的相对误差可控制在5％以内,为保证较高的精度,计算时需选择较大的能束数,并且辐射面之间的面积比不宜过大．采用圆柱形火焰假设计算出的热辐射通量与实验值具有相同的变化趋势和数量级．     

模拟火灾用发烟剂的实验研究

对烟火类发烟剂的组成、工作原理、生产工艺流程及技术指标等作了简要阐述,并对近年来国内外烟火类发烟剂研究中存在的问题及今后的发展方向进行了探讨与展望。烟火类发烟剂既要满足消防演习等烟雾要求,又要具有较高的仿真性及安全性。     

近距非接触空爆载荷作用下固支方板破口计算

为研究战斗部近炸下舰船结构的破口现象,结合模型试验,对固支大尺寸方板在近距空爆载荷下的变形及破裂情况进行了分析.基于刚塑性假设和能量密度准则提出了确定结构初始破孔大小的计算方法,利用能量守恒原理,建立了固支大尺寸方板在近距非接触空爆载荷下最终破口大小的理论计算模型,并对试验工况进行了计算.结果表明,理论计算得到的最终破口以及初始破孔大小均与试验结果吻合较好.工程上,可利用所建立的计算模型对舰船结构在近距非接触空爆载荷作用下的破口大小进行估算.     

室内火灾烟气流动的三维大涡数值模拟

室内火灾具有较高的危险性,是建筑火灾造成人员伤亡和财产重大损失的灾害之首。利用计算流体动力学(CFD)的方法,建立了室内火灾时期烟气流动的三维大涡数值模型,目的是通过对火灾烟气流动的数值模拟,为多室火灾的控制和人员救助提供理论基础。模拟结果认为,火灾及附近地区温度较高,烟流浓度较大,高温引燃其他易燃物品的可能性加大。通风与火灾的发展状态存在密切关系,通风既能降低室内温度,加快烟流及有毒有害气体的扩散速度,同时也为火灾的进一步发展提供条件。从模拟结果与实验验证可得出结论:火源功率大小及房屋的几何尺寸影响着火灾程度、温度及烟流浓度的分布和变化,数值计算的结果总体上与实测结果存在较好的一致性。     

金属蜂窝结构有效热导率的预报与实验研究

建立了蜂窝夹芯结构有效热导率的数值计算模型,算例表明预报结果与实际值吻合很好.设计并制造了有效热导率的测试设备,对A l蜂窝样件进行了稳态热传导实验测试,结果表明,在平均温度高于150℃时与数值结果的相对误差不超过7%,所建立的分析和实验方法能够实现对蜂窝结构热性能的评价分析.     

装载机工作装置动态载荷测试方法与试验研究

为获得装载机铲装作业过程中工作装置各铰接点处的动态载荷时间历程,基于达朗贝尔原理建立了动平衡状态下工作装置的受力模型,提出一种考虑构件重力和惯性力的动态载荷测试方法.构建铰点力、油缸压力、油缸位移和动臂应变等多参数同步采集系统,进行散状物料铲装试验,获得了求解受力模型的基础数据.建立动臂有限元仿真分析模型,对比分析测点应力实测值和仿真值.结果表明:提出的测试方法获得的结构应力值能够准确地反映工作装置在铲掘作业过程中的应力分布规律,仿真值与实测值的变化趋势一致,验证了数学模型和测试方法的合理性.