正交各向异性材料结构的传热拓扑优化研究

基于变密度法建立了正交各向异性材料结构的稳态传热拓扑优化模型,完成了变截面梁和圆锯片的传热拓扑优化,散热弱度最大分别降低了68.78%和74.82%,同时减重39.03%和23.75%;重点研究了各向异性因子和材料方向角对各向异性材料结构最优拓扑构型及散热效果的影响。结果表明:散热效果均随各向异性因子增加而增强,当各向异性因子小于和大于1时,各向异性材料结构的散热性能分别劣于和优于各向同性材料结构。变截面梁的材料方向角及各向异性因子对其最优拓扑构型及散热效果影响很大;而对于几何形状及热载荷均对称的圆锯片,其材料方向角对最优拓扑构型及温度分布无影响。变截面梁的材料方向角建议在60°～75°之间取值,在各向异性材料结构传热拓扑优化中,合理选择各向异性因子和材料方向角可获得较优拓扑构型。     

砂土内微生物诱导碳酸钙结晶的检测方法研究

为了寻找砂土中微生物诱导碳酸钙结晶(MICP)过程的无损检测方法,采用3种粒径的砂子和两种浓度的胶结溶液进行了砂土的胶结试验,检测了砂土流出液的流量、p H值、尿素浓度和Ca2+浓度等化学指标变化情况,并对碳酸钙晶体的生成数量和分布进行了分析。试验结果显示:砂土流出液的流量和Ca2+浓度能够预测MICP过程中碳酸钙晶体的生成数量,p H值和尿素浓度能够预测MICP过程中尿素的水解程度;砂土中碳酸钙晶体的生成数量与注入的Ca2+总量呈现线性增长的关系,其线性系数可以通过砂土的粒径和胶结溶液的浓度表示,胶结后砂柱的碳酸钙分布并不均匀,小粒径的砂柱上部碳酸钙含量较高,而大粒径的砂柱下部碳酸钙含量较高。     

矿渣基充填胶凝材料开发及料浆配比优化研究

针对河钢铁矿全尾砂充填采用水泥胶凝材料成本较高的问题,司家营铁矿南区利用当地固废资源开发低成本矿渣基胶凝材料,并在满足矿山充填要求的前提下,对充填料浆配比进行优化,以期进一步降低充填成本。首先对尾砂、矿渣等材料进行物化分析及料浆级配分析;其次在前期探索性试验的基础上,采用正交试验和基础分析确定矿渣基胶凝材料优化配比为生石灰6%、脱硫石膏2%、熟料4%和矿渣微粉88%;最后以确定的矿渣胶凝材料进行料浆配比试验,并以单位充填成本为优化目标,以充填体强度、料浆工作特性为约束条件进行优化,得出满足充填强度及料浆工作特性要求的最低成本方案,即采用矿渣基胶凝材料、胶砂比为1∶8、料浆浓度为70%,充填材料成本为112元/m3,并进行验证试验,均满足矿山要求。     

回转窑设备的材料选择及性能控制

从回转窑国家标准要求、设计制造安装现状、产品国际化要求等分析入手,提出了回转窑设备的材料选择及性能控制方法,助力推动回转窑整体质量提升。     

复合相变材料的制备及热性能研究进展

相变材料能够解决能量供求在时间与空间上不匹配的矛盾,是提高能源利用率和余热回收的有效方式。复合相变材料因其稳定的化学性质和较高的储能密度,成为近年来新材料研究的热点。介绍了复合相变材料的主要制备方法:多孔基体吸附法、微/纳胶囊包覆法、溶胶-凝胶法、高分子复合共聚法和静电纺丝法,讨论了各种制备方法的优势及不足。着重分析了复合相变材料储热性能、热循环稳定性及导热性能的研究进展,为新型高性能复合相变材料的深入研究提供理论依据。     

单组份聚氨酯炮孔填塞剂应用性试验

炮孔填塞是爆破施工过程中的一个关键环节,也是践行精细爆破设计理论的重要措施。传统的炮泥填塞存在着诸多不足,为此,研制了以聚氨酯为基材的TK炮孔填塞剂,通过大量基础性能研究和隧道现场工业性试验,论证了其作为炮孔填塞材料可降低炸药单耗,提高单循环进尺和炮孔利用率,减小空气冲击波、爆破噪声等有害效应的影响,且是安全可靠的。TK炮孔填塞剂优良的填塞效果、方便快捷的施工方法及显著的经济效益,方便于在爆破工程中推广应用。     

正极材料LiFePO4倍率性能提升方法研究进展

橄榄石结构的磷酸铁锂(LiFePO_4)因其容量大、循环寿命长、成本低和安全等优点,被认为是一种很有前途的高能量密度正极材料。然而,磷酸铁锂的自身晶体结构导致该材料存在电子电导率差、离子扩散系数小和振实密度低等问题,制约了其在锂离子动力电池中的应用。综述了近些年来国内外提高LiFePO_4正极材料倍率性能的方法,其中包括碳包覆和元素掺杂,同时对上述方法的优缺点进行了讨论。     

膨胀石墨/石蜡复合相变材料的碳纳米管掺杂改性研究

为了制备兼具高相变潜热和高导热系数的膨胀石墨/石蜡(EG/PA)复合相变材料,使用真空浸渍法并通过碳纳米管(CNTs)掺杂对复合相变材料进行了改性。导热性能测试分析发现,当复合相变材料中石蜡质量分数较高时,CNTs掺杂可以有效地增强复合相变材料的导热系数,并且随着CNTs掺杂含量的提高复合相变材料的导热系数也逐渐增大,但是当CNTs掺杂量高于0.8%(质量分数)时导热系数增大速度变慢,因此优化的CNTs掺杂含量为0.8%(质量分数)。在此优化参数下,复合相变材料的熔化潜热从145.27 J/g变到144.39 J/g几乎没有变化,而导热系数从2.141 W/(m·K)提升至4.106 W/(m·K),提升了约1倍,并且在100次热循环之后仍然保持很好的储热能力,具有较好的热循环稳定性。     

高分子包膜材料对抗凝冰剂缓释性能的影响

抗凝冰剂是一种代替沥青混合料中不同粒径的矿料、使沥青路面具有主动除冰雪功能的一种外加剂。国内同类产品缓释性能差,普遍缺乏长效性。为增强抗凝冰剂的缓释效果,研究借鉴农药、化肥包膜技术,分别用聚苯乙烯、环氧树脂、水溶性酚醛树脂对大粒盐进行包膜,并对包膜方法、稀释比例、大粒盐粒径及固化温度等条件进行探究,得出如下结论,采用环氧树脂包膜,4.75～9.5 mm粒径大粒盐,环氧树脂与环己酮稀释比例为4∶1,加入环氧树脂质量30%的固化剂且在100℃下固化,溶液不掺加改性蓄盐载体,粒子表面裹一层改性蓄盐载体,以此条件下制备的抗凝冰剂缓释效果较好。