深部矿井水平方螺旋形埋管充填体换热器及其耦合热泵系统性能研究

深部矿井蕴藏着大量地热资源,功能性充填体技术将深部采矿和深部地热开采相结合,实现矿产和地热资源开发共赢,是延长深部矿山寿命的重要举措。本文在分析了国内外充填矿井通过埋管提取地热资源现状基础上,提出了一种水平方螺旋形埋管充填体换热器（Square-spiral-type backfill heat exchangers,S-S BHE）。考虑到地下水渗流对矿井埋管充填体换热器（Backfill heat exchangers,BHE）取热影响显著但前期研究相对不足,利用COMSOL软件建立了三维非稳态BHE热渗耦合模型并验证了其可靠性。在此基础上,建立了埋管充填体换热器耦合热泵（Backfill heat exchangers coupled heat pump,BHECHP）数学模型及四个综合评价指标。首先,在相同几何条件和物理条件下,对比分析了S-S BHE与两种典型蛇形BHE的性能,结果表明:S-S BHE的综合评价指标均优于蛇形BHE,且在较高渗流条件下优势更加显著。其次,研究了管内流速、管间距、渗流速度和入口水温对S-S BHE及其耦合热泵特性的影响规律,研究发现:管内流速和渗流速度对综合评价指标的影响最为显著,管内流速越高,单位管长平均换热功率越高,但制热季节能效明显降低。分析认为管内流速存在0.4～0.6 m·s–1的最优区间,此时管内循环水流动处于从过渡区向旺盛湍流转变。渗流速度在小于10–6 m·s–1时的影响可以忽略不计,在10–6～10–5 m·s–1的常见渗流范围内,综合评价指标均呈线性递增的趋势。最后,对方螺旋形埋管充填体换热器耦合热泵（Square-spiral-type backfill heat exchangers coupled heat pump,S-S BHECHP）进行了生态评价。通过与传统供暖方式对比发现:采用S-S BHECHP的供暖方式具有显著的节能降碳效果,一次能源消费和碳排放量比蓄热式电锅炉、燃煤锅炉和空气源热泵相应降低了83.39%、61.57%和56.84%。本研究结果展示了方螺旋形BHE和BHECHP的优良性能,为蓄热储能式功能性充填在深部矿井的应用与探索提供了理论指导。      

风吹楠属植物化学成分及活性研究进展

为了全面了解和综合利用风吹楠属植物,本文对风吹楠属植物的化学成分和药理活性研究进展进行了综述。目前风吹楠属植物研究所涉及的种类仅5种,从中共分离到40个化学成分,包括黄酮、色原酮、木脂素、生物碱、芳基酮等结构类型。活性研究表明,一些化学成分具有明显的细胞毒活性和抗疟疾活性。开展风吹楠属植物的研究,对发现新的药用活性成分及资源保护具有重要的意义。     

超声冲击对含根部缺陷铝合金FSW接头疲劳性能的影响

针对含有根部“弱连接”缺陷的铝合金搅拌摩擦焊接头,采用4点弯曲疲劳试验方法,对比了超声冲击、超声喷丸及超声冲击 + 超声喷丸处理对疲劳性能的影响. 对比分析了试样处理前后根部“弱连接”形貌、显微硬度数值和残余应力分布,探究了其提升焊接接头疲劳性能的机制. 结果表明,相较于超声冲击仅对2 × 106周次以下疲劳强度的提高,超声喷丸、超声冲击 + 超声喷丸均显著提升了高周疲劳性能,对应于2 × 106周次,疲劳强度分别提高13%和40%. 超声冲击 + 超声喷丸复合处理不仅在接头根部缺陷处形成了致密的加工硬化层,而且利用超声喷丸处理引入了更宽的压缩残余应力区域,消除了超声冲击后可能残留的叠形缺陷,进而显著改善了疲劳性能.     

基于海量图像的真实感故事可视化生成

通过对故事可视化领域进行深入研究,提出一个完整的故事可视化系统.首先利用自然语言处理对故事脚本进行解析,自动形成场景单元及关键字,根据关键字从互联网上搜索相应的图像序列;然后提出一种改进的前景自动提取算法,并分别采用不同的过滤策略获取所需的候选前景和背景图像;最后根据用户选定的图像合成单幅场景,并采用一致性优化算法来保持场景之间的连续性与一致性.实验结果证明,该系统能够智能地辅助用户生成故事图像序列,增加其认知和创作乐趣,有效地减轻用户创作的负担和约束,而对用户本身无需任何艺术背景要求.文中工作可用于儿童认知以及导演创作等应用领域.     

敦煌壁画的线描图生成与辅助临摹应用

以敦煌壁画为研究背景,结合壁画特有的背景知识及艺术风格,提出了一种面向壁画的线描图提取算法.首先通过L0图像范数进行图像全局平滑;然后进行高频提升滤波,构造出边缘切向流场;最后利用改进的FDo G滤波器抽取出具有增强效果的线条图.利用文中算法进一步完成计算机辅助临摹系统的设计与开发,使用Surface Pro作为开发平台,用触摸笔、手来代替鼠标,提供包括壁画轮廓线提取、线描推荐和壁画临摹等功能.实验结果表明,采用该算法后,即使是完全没有绘画基础的用户也能临摹出比较好的壁画,不仅能够增添用户临摹的乐趣,还能帮助用户学习壁画绘画的技巧,同时还对敦煌壁画起到了数字化保护的目的.     

基于导水裂隙扩展-重金属离子迁移的短壁块段式充填保水采煤机理研究

短壁块段式充填采煤技术可有效解决煤炭资源浪费、水资源流失和矸石堆积等问题，然而，采空区矸石充填材料受到矿井水的长期作用后，其内部重金属离子可能会发生浸出，对矿区水资源造成一定潜在污染影响。为此，结合短壁块段式充填采煤技术，系统地对采动造成的水资源流失和水资源污染综合防治展开研究。首先，针对矿区水资源流失防治，基于“煤柱、充填体-阻隔层-隔水层”的层位组合关系，研究短壁块段式充填采煤覆岩导水裂隙发育特征，揭示短壁块段式充填采煤诱发的覆岩结构演变下水资源保护的控制机理。其次，针对矿区水资源污染防治，建立采空区矸石充填材料重金属离子迁移模型，揭示矸石充填材料对水资源的污染机理，分析矸石充填材料重金属离子迁移规律。并由此总结矿区水资源流失-污染综合防治技术，提出基于水资源流失-污染防治的充实率设计方法。结果表明：在水资源流失防治方面，矸石材料作为充填体充入采空区后，作为永久承载体与块段间保护煤柱共同承担上覆岩层的载荷，有效阻止了低位岩层组的垮落，限制覆岩导水裂隙贯穿隔水层，确保高位岩层组的完整性；在水资源污染防治方面，矸石充填材料重金属离子在渗流、浓度、应力的耦合作用下，以矿井水为载体，在重力...