高温花岗岩热冲击后力学特性及损伤演化规律研究

在干热型地热资源开发过程中,高温岩石面临遇水冷却引起的热冲击损伤问题。为了研究高温花岗岩在热冲击作用后的力学特性和损伤演化规律,开展了25～600 ℃范围内不同温度热冲击作用下花岗岩试件的单轴压缩试验,获得了热冲击花岗岩试件的应力?应变关系;提出了一种考虑初始热冲击损伤与加载期间试件微元破裂损伤相结合的热?力耦合损伤本构模型,并对统计损伤本构模型的相关参数进行了理论求解;考虑热冲击损伤引起的孔隙结构劣化效应,引入压密系数对热冲击花岗岩的本构关系进行了修正;通过试验应力?应变曲线对模型的有效性进行了对比和验证,讨论了温度水平对热冲击花岗岩单轴压缩损伤演化规律的影响。研究结果表明,随着热冲击温度的升高,花岗岩试件的初始热损伤不断增大,应力?应变曲线具有明显的非线性压密阶段;引入压密系数修正的统计损伤本构模型能够更加准确地表征热冲击花岗岩在初始加载阶段的非线性压密特征;在热冲击温度较低时,损伤变量演化曲线上升较为陡峭,随着热冲击温度的升高,曲线上升速率逐渐变缓并由非线性向线性转变。      

不同热冲击过程花岗岩I型和Ⅱ型断裂特性研究

在岩石工程中发生的与高温相关的灾害中,快速降温的影响（热冲击）不可忽视,因此,研究在不同程度的热冲击作用下花岗岩的断裂特性可以对遭受高温灾害后岩石工程的稳定性分析提供理论依据和技术支撑。在本研究中,花岗岩被加热至目标温度（200 ℃、400 ℃、600 ℃）,利用制冷剂的不同温度（-20 ℃、20 ℃、60 ℃） 为高温试样提供不同速率的降温处理。热处理前后对试样干密度、孔隙率和纵波波速进行测定,并通过巴西劈裂试验测试试样Ⅰ型、Ⅱ型断裂韧度。试验结果表明：干密度、纵波波速以及Ⅰ型、Ⅱ型断裂韧度均随降温速率的增大而减小,孔隙率则随降温速率的增大而增大;快速冷却引发的拉应力是造成花岗岩损伤的主要原因,且与岩石试样和制冷剂之间的温差呈正相关。     

热冲击对花岗岩动态断裂行为的影响研究

为了研究热冲击对加热花岗岩的影响，使用3种冷却方法来提供不同的冷却速率，对花岗岩试样施加不同程度的热冲击作用。通过分离式霍普金森压杆(SHPB)系统对热冲击处理后的花岗岩半圆盘中心直裂纹三点弯曲(NSCB)试样进行冲击断裂试验，并利用高速摄像机记录了试样的断裂模式。试验结果表明：随着试样温度和冷却速率的提升，试样的干密度和纵波波速显著下降，试样的孔隙率加大。试样的断裂韧度变化及破坏模式表明热冲击作用使花岗岩试样受到冲击力时抗裂纹扩展的能力下降，尤其在冲击载荷的加载率高于130 GPa·m^0.5/s时下降尤为明显。     

温度冲击对花岗岩动态拉伸力学性能的影响

在特定情况下,岩体工程中的岩石会经历温度快速变化（温度冲击）,因此研究温度冲击对岩石的影响对实际工程中岩体的稳定性分析有重要意义。通过将花岗岩试件加热至3种高温（200,400,600 ℃）,并采用3种方法冷却,研究了温度冲击对花岗岩物理性质的影响;使用分离式霍普金森压杆研究了温度冲击对花岗岩动态拉伸特性的影响,发现其动态拉伸强度随加热温度和冷却速率的增大而减小;使用高速摄影仪记录试件拉伸破坏时的裂纹形态,结合碎块形态,分析温度冲击对花岗岩的损伤程度,得出200 ℃加热条件下花岗岩不产生温度冲击,而在400 ℃和600 ℃加热条件下,花岗岩损伤程度随加热温度和冷却速率的增大而增大。     

铜冷却壁冷却恢复技术的传热过程

 铜冷却壁在正常状态时由于良好的导热性,在其热面形成稳定的渣铁壳,起到保护冷却壁的作用。近几年,高炉的铜冷却壁水管损坏时有发生,而当冷却壁水管损坏1或2根时,冷却壁能否继续正常工作值得研究。计算了铜冷却壁在水管完好和部分水管损坏时的温度场分布,发现单根水管损坏使热面温度急剧升高近110℃,加剧冷却壁烧损,需及时恢复冷却壁的冷却能力。通过用金属软管修复破损水管,分析了软管直径、水速、水管填料的导热系数等因素对冷却壁温度场的影响。结果表明,软管在允许条件下应选用较大内径,选取较大导热系数的填料。利用软管修复单个水管后,壁体最高温度下降约90℃,对于损坏少数水管的冷却壁能有效修复。     

温度影响下花岗岩宏、细观力学性质演化规律

在地下工程中,温度变化对岩体力学性质有着极大的影响,而宏观力学性质与细观微裂隙发育损伤密不可分。为探究在温度循环条件下岩石细观损伤机理与宏观力学性质之间的关系,对花岗岩进行不同温度下的高温水冷循环试验,并采用低场核磁系统进行细观孔隙参数检测,同时开展了单轴抗压强度试验。结果表明：（1）温度的上升和循环次数的增加均会导致花岗岩弹性模量和单轴抗压强度力学性质的降低,400℃是花岗岩性质变化的临界点;（2）核磁检测可以获取试件的孔隙分布参数,由该参数及试件宏观性质变化可以得出,200～600℃时温度循环所引起的细观损伤规律有明显差异;（3）花岗岩损伤值随着温度的升高而升高,但温度循环引起的多次损伤随温度的升高呈现出先增加后减小的趋势。微裂隙尺度、含量与试件单轴强度、应变的相关性分别为-0.943和0.935。     

平板式蒸气量热仪的改进

国内非均质材料的导热系数的测定,热面温度最高达1300℃,一般为300～1000℃.为配合注锭用绝热板新工艺,对平板式蒸气量热仪进行改进,使热面温度达到1400～1450℃,满足了绝热板在高温下导热系数的测定。     

多孔泡沫铝的传热性能

根据多孔铝导热原理,利用泡沫铝导热系数测量装置,测定了一定尺寸、孔径孔隙率泡沫铝试样导热系数.研究发现:孔隙率是影响多孔铝导热性能的主要结构因素.随着孔隙率的增大,多孔铝的导热系数下降;孔径也对多孔铝的导热系数有着不容忽视的影响,在孔隙率不变的条件下,孔径增大导热系数增大.     

不同热冲击过程花岗岩Ⅰ型和Ⅱ型断裂特性研究

在岩石工程中发生的与高温相关的灾害中,快速降温的影响(热冲击)不可忽视,因此,研究在不同程度的热冲击作用下花岗岩的断裂特性可以对遭受高温灾害后岩石工程的稳定性分析提供理论依据和技术支撑.在本研究中,花岗岩被加热至目标温度(200℃、400℃、600℃),利用制冷剂的不同温度(-20℃、20℃、60℃)为高温试样提供不同...     

影响连铸传输模型精度的热物理性质

对影响连铸过程动量、能量及溶质传输模型计算精度的几个最重要的热物理性质(即钢的密度、导热系数和溶质分配系数)在凝固过程中的变化情况进行了考虑.根据Fe-C二元平衡相图以及宏观传输-微观偏析计算获得了Q235钢连铸过程中局部热物理性质与相组成及温度之间的函数关系式,为连铸传输模型数值计算的精确度提供了保证.     

干熄焦炉热震损毁机理分析

为了研究干熄焦炉的热震性及其对斜道区耐火材料的影响，开展了热震试验，并对干熄焦炉内换热情况进行了建模分析。结果表明，牛腿砖试样经历的热震温差越大，热震次数越多，其抗折强度损失率越大；干熄焦的工况变化会引起斜道出口风温波动，发生热震现象。对干熄焦炉进行三维建模，当从底部均匀进风时，干熄焦炉内部的流场呈现非均匀趋势，在靠近出口一侧循环气体风量较大、速度较快、温度较低，而远离出口一侧循环气体风量较小、速度较慢、温度较高，两侧最大温差为653 ℃。干熄焦炉内部温度不均匀分布加剧了热震现象。为提高干熄焦炉耐火材料尤其是牛腿砖的使用寿命，应稳定操作，减少工况波动，以减少干熄焦炉内热震现象。     

纳米隔热材料的孔隙结构特征与气体热传输特性

为研究纳米隔热材料孔隙结构内部的气体热传输特性, 采用溶胶-凝胶工艺结合超临界干燥技术, 制备了一系列具有不同孔隙结构特征的样品, 通过热导率、氮气吸-脱附和真密度测试, 全面、准确获取了其孔隙结构信息, 并专门、系统研究了孔隙结构特征与气体热传输特性之间的关系.研究结果表明: 与气相贡献热导率相对应, 材料具有双尺度孔隙结构特征, 并且当大孔隙尺度不及小孔隙的10倍时, 可进一步等效为单尺度孔隙.考虑气固耦合传热的本征气相贡献热导率随孔隙尺度的增大而升高, 与气相热导率变化类似且成一定的比例关系, 孔隙尺度小于200 nm和大于500 nm时的比例系数分别为2.0和1.5, 200~500 nm时则为2.0~1.5.当大、小孔隙尺度的比值不超过10时, 或者这一比值为100~1000且大孔隙含量低于10%时, 气相贡献热导率随环境气压的降低依次呈现快速下降、缓慢下降和无变化三个阶段; 当这一比值超过3000时, 即使大孔隙含量很低(不超过10%), 气相贡献热导率也会依次呈现快速下降、缓慢下降、快速下降和无变化四个阶段.      

高温热震对具有SiC涂层的C/C复合材料压缩性能的影响

采用化学气相反应法在C/C复合材料表面制备SiC涂层,对SiC涂层C/C复合材料试样进行热震实验。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)及能谱分析等研究涂层的形貌和结构,采用压缩性能试验研究热震次数及热震温度对SiC涂层C/C复合材料试样压缩性能的影响。结果表明:试样的抗压强度在197.9~237.0 MPa之间,平均抗压强度为210.4 MPa。在1 100℃下进行热震实验,抗压强度随热震次数增加呈近似线性降低趋势;当热震次数一定时(15次循环热震),在900~1 500℃温度范围内,抗压强度随热震温度升高逐渐降低。热震温度为1 500℃时,热震后试样的抗压强度略有升高,主要与热震过程中氧化形成的SiO2玻璃的高温自愈合作用有关。     

Calculation of the thermal and electrical conductivities of porous tungsten by means of unified conduction formulas

Conclusions The authors investigated the influence of temperature, ranging from room temperature to 1500°K, on the thermal conductivity and electrical resistivity of sintered tungsten specimens with porosities between 0 and 45%. General laws governing the dependence of the thermal conductivity and electrical resistivity of tungsten on temperature and porosity have been established. The possibility of calculating these parameters at various temperatures and specimen porosities from unified conduction formulas has been analyzed.Translated from Poroshkovaya Metallurgiya, No. 7 (67), pp. 55–59, July, 1968.     

金属铬粉对镁铬耐火材料理化性能的影响

为了研究金属铬粉对镁铬耐火材料各理化性能的影响,以镁砂、铬铁矿、金属铬粉为原料,羧甲基纤维素钠为结合剂,经压制并在1 600 ℃下保温3 h烧制成镁铬耐火试样,系统研究金属铬粉的添加量(加入量分别为0 %、0.3 %、0.5 %、1 %、1.5 %)对镁铬耐火材料气孔率、抗折强度、耐压强度和抗热震性的影响.结果表明,添加0.3 %的金属铬粉可明显降低试样的气孔率,使试样致密烧结,强度也显著提高,但对抗热震性影响不明显;随着金属铬粉添加量的增多,各理化性能逐渐恶化,添加1.5 %金属铬粉的试样强度明显降低,气孔率升高且气孔孔径明显变大,这是因为金属铬粉发生氧化反应产生严重的膨胀.为了提高镁铬耐火材料的理化性能,金属铬粉的添加量应在0.3 %左右.      

等离子喷涂NiCrAlYSi基封严涂层的性能研究

采用大气等离子喷涂方法制备NiCrAlYSi基封严涂层,涂层采用聚苯酯为造孔剂,氟化物为自润滑相。研究发现,随着聚苯酯的含量增加,涂层孔隙率增加,硬度下降。喷涂参数(喷涂距离,喷涂功率)对涂层的硬度亦有较大影响,随着喷涂参数的改变,喷涂过程中聚苯酯的氧化程度各异,从而影响了涂层中的孔隙率,进而导致涂层硬度的变化。因此,通过调控喷涂参数和聚苯酯含量,可以达到对涂层孔隙率及硬度的控制。1000℃至室温热震试验结果表明:涂层具有良好的抗热冲击性能,且气孔率高的涂层抗热冲击性能更加优异。