TiCu/Zn界面反应周期层片结构形成的热力学和动力学研究

研究了TiCu/Zn扩散偶在390和450℃退火后的扩散层组织,发现其扩散区域中形成了3类周期层片对,且g+TiZn3层片对的厚度随温度升高而减小,但与退火时间无关.在TiCu/Zn扩散体系中,反应扩散主要受Zn原子向TiCu基体端扩散控制,Zn原子扩散至TiCu基体界面附近优先形成TiZn3,而Ti原子穿过g层和Cu原子穿过TiZn3层向富Zn端长程扩散均很困难,Cu原子仅能通过短程扩散聚集形成g相并长大.周而复始,扩散通道在g+TiZn3两相区中来回振荡形成周期层片对,且其间距与形成的先后顺序无关.温度的升高加快了原子扩散和TiZn3层的形成,使层片对变薄.扩散通道往富Zn方向穿过三相区后,在经过t+TiZn3和t+Ti3Zn22两相区时,同样由于Ti和Cu原子长程扩散困难,形成t+TiZn3和t+Ti3Zn22周期层片对.     

LiF/GAP协同作用改善硼粉的燃烧性能

以氟化锂/缩水甘油叠氮化物聚合物(LiF/GAP)为界面层对微米硼进行改性,研究LiF/GAP协同作用对硼粉热行为、燃烧性能和凝聚相燃烧产物的影响。结果表明,通过硅烷偶联剂处理后,硼粉表面黏结性得以提高,LiF能够较好地包覆在硼粉表面;GAP在400℃之前抑制了LiF与硼表面氧化膜的反应,使LiF的除膜效应延后至硼粉氧化增重阶段,从而将更多的活性硼暴露在空气中发生氧化,促进了硼粉的燃烧;LiF和GAP协同作用显著改善了硼粉的燃烧性能,尤其当LiF和GAP质量分数均为10%时,作用效果最为明显。此外,LiF和GAP协同作用有效抑制了燃烧过程中硼粉团聚,使其凝聚相燃烧产物粒径降低。     

油水乳化胶凝作用对蜡沉积影响的定量表征

通过对乳液黏温曲线变化规律进行挖掘,对凝油团形成过程定量表征,推导得出凝油团形成的数学关系表达式,将胶凝过程细化为凝油团形成和黏附两个阶段。通过蜡沉积的温度条件,发现随着沉积管壁的温度降低,凝油团形成系数逐渐增大,胶凝作用逐渐显著,即在沉积初期蜡沉积的厚度迅速增加,这与蜡沉积实验结果相吻合。     

流动体系CO2水合物浆液表观黏度影响因素分析

黏度是表征流体流动特性的重要参数,探究含水率、气液比等因素对水合物浆液表观黏度的影响规律,明确各因素的影响程度大小,对水合物风险控制策略的实施具有重要意义。以CO2、蒸馏水、工业白油、Tween-80为实验介质,依托高压循环水合物环道,基于正交试验设计的方法,选用L9(34)正交表设计并开展了一系列含油体系CO2水合物生成及浆液流动实验,并以水合物颗粒体积分数及剪切力为CO2水合物浆液表观黏度的评价指标,分析了油相类型、含水率、气液比、乳化剂浓度对水合物浆液表观黏度的影响,并对4种影响因素的敏感性大小进行了主次排序,实验结果表明乳化剂加剂量为影响水合物浆液黏度的主要因素。此外,进一步分析了各因素对多相流动摩阻的影响。本研究结论可在一定程度上为多相混输管线的安全运行提供参考。     

KF对微米铝粉在水蒸气中着火燃烧特性的影响

为改善微米铝粉在水蒸气中的着火特性和燃烧效率，采用自行设计的管式炉实验平台研究了KF对30 ?m铝粉在1000℃水蒸气中着火燃烧特性的影响。用高速摄影系统记录了样品着火燃烧过程，并通过X射线衍射、扫描电镜技术和化学分析方法分析了产物组分、形貌和燃烧效率。结果表明，加入KF可显著降低30 ?m铝粉的点火延迟时间，与加入5wt% (0.003 g) KF相比，加入15wt% (0.009 g) KF后，样品的点火延迟时间减少了47.58 s；微米铝粉在1000℃水蒸气中不能着火，加入KF后能着火，这是因为KF与水蒸气反应生成KOH，KOH与Al2O3反应会破坏铝粉的氧化壳，加快铝与水蒸气的反应，促进铝粉着火。随KF加入量提高，样品的燃烧效率显著上升，最高为82.24%，比未添加KF样品的燃烧效率提升了38.75%。提高KF加入量，可产生更多的KOH，对氧化壳的破坏效果更显著，进一步促进铝与水蒸气反应，提高铝粉燃烧效率。     

间歇流条件下二氧化碳水合物生成诱导特性

为明确二氧化碳水合物在间歇流条件下诱导时间的变化规律，本文在高压水合物循环实验环路上进行了气团流及段塞流体系下的二氧化碳水合物生成实验，结果表明：气团流范围内诱导时间随流量增大而减小，而段塞流范围内诱导时间随流量增大而增大。分析产生该现象的原因为，气团流时，制约水合物成核的主要因素是气液接触面积，而在段塞流时，制约水合物成核的主要因素已变为温降速率下降导致的成核驱动力下降。同时，结合间歇流参数模型与气体水合物诱导时间模型，建立了流型对诱导时间影响的预测模型，模型计算值与实验值具有较好的吻合性，相对误差均在10%以内。     

基于变径边界样本界面检测器的异常度检测方法

针对机械设备缺少故障样本时如何高效检测其异常度问题,在分析训练样本的分布情况以及其在自己空间边界状态的基础上,优化训练样本半径,提出一种变径边界样本界面检测器。利用变径边界样本界面检测器异常检测方法分析了轴承状态数据,不仅能反映出轴承的各种故障状态,而且能通过异常度函数反映出故障的轻重程度。变径边界样本界面检测器的设备异常度检测方法,是在学习设备正常运行数据的基础上,优化训练样本半径,利用边界样本及其方位信息,构建界面检测器,对设备的运行状态进行检测。变径边界样本界面检测器在构建过程中不需要使用设备的故障数据,适用于对缺少故障数据的机械设备进行异常状态检测。     

内置扭带水力旋流器分离性能研究

普通水力旋流器在分离天然气水合物泥砂混合浆体的过程中,外界不稳定工况易导致天然气水合物浆体分解出天然气气体,加之其与外界环境中的空气结合更易产生空气柱,而空气柱会影响旋流器的分离效率和分离精度。鉴于此,设计了内置扭带水力旋流器。采用Solidworks2018对水力旋流器进行三维建模,利用ICEM CFD对模型进行结构化网格划分,采用有限体积数值模拟方法研究了不同长度的扭带与水力旋流器组合,来对比分析该设备中内部流场的变化对分离除砂效率及分离精度的影响。研究结果表明:扭带的放置消除了空气柱对沉砂口排出砂的阻碍,增强了内旋流效果并提高了分离效率及分离精度;内旋流增强及稳定性提高使未被完全分离的天然气水合物泥砂混合浆体在内旋流区停滞时间延长,将泥砂与水合物进行二次分离,提高了水合物浆体纯度,使得溢流口的水合物含量激增并出现突兀的波峰; 200 mm非变径扭带与水力旋流器组合对天然气水合物的分离效果最好。研究结果可为分离器性能的深入研究提供参考。     

间歇流下二氧化碳水合物生成形态与堵塞机理

为明确二氧化碳水合物在间歇流条件下的生成形态与堵塞机理，采用高压可视实验环路进行了气团流及段塞流体系下的二氧化碳水合物的生成实验，分析了气团流与段塞流下二氧化碳水合物生成及堵塞形态图像。结果表明：气团流下水合物主要生成位置为管道顶部，以持续增长的水合物层的形式逐步减小环路流通面积，最终导致堵塞；段塞流下水合物在液相及管道顶部均有大量生成，但受制于大流量的冲刷，顶部水合物层无法长期存在，破碎落入液相主体中，导致液相主体黏度上升，流动阻力增大，流速下降，进而为液相中絮状水合物的并聚成块提供条件，液相中水合物的不断聚集是段塞流下水合物堵管的主要原因。此外，段塞流下生成的中空水合物球体是一种特殊的水合物形态，这类水合物多形成于液塞区与液膜区交界处。由于其内包裹着气体，故而会浮于液相空间上部，也会受扰动而破碎成片状水合物，但都无法在顶部空间聚集紧实形成致密水合层。     

导流条安放角对气固两相螺旋流动特性的影响

为了保证天然气的安全输送,对以导流条全程起旋的水平管中气固两相螺旋流动进行数值模拟研究。采用DPM模型和RNG k-ε模型对流体流场进行流-固耦合计算,研究不同导流条安放角对水平管内不同横截面流动特性的影响,并引入管道旋流效能评价参数ξ来表征单位长度上压降产生的旋流数大小,优选出最佳安放角。研究结果表明:导流条安放角越大,切向速度越大,轴向速度越小,湍动能越强,压降越大,导流条安放角20°的管道温度梯度变化较快,传热效率最高;在计算工况范围内整管段内颗粒不会在管底沉积,安放角25°的管道导流条附近颗粒浓度极大值区域最大;安放角在10°~25°范围内每增加5°,参数ξ增加0.12,并在安放角25°时达到极值;当安放角大于25°时,参数ξ开始减小,因此选取25°为最佳安放角。研究结果可为螺旋管流安全输送天然气水合物提供理论依据和技术指导。