一种硬质高岭岩剥片实验研究

以醋酸钾作为插层剂制备高岭石-醋酸钾复合体,高岭石层间距从0.714nm增大到1.42nm,夹层率为80%。利用复合体的结构不稳定性,进行功率超声剥片。讨论了在一定功率超声场中,浆液体积、浆液浓度和超声时间对剥片作用的影响。实验结果表明:在输入功率为150W、变幅杆断面直径100mm、超声频率为18kHz的条件下,浆液体积为200mL、浆液浓度为10%、超声时间为15min时超声剥片的效果最佳。声空化作用产生的冲击波、质点产生的巨大加速度是引起高岭石-醋酸钾插层复合体顺层剥离的根本原因。在声空化作用下,浆液中高岭石颗粒间的高速碰撞使其颗粒进一步变细。     

不同含量的固体颗粒对喷嘴内空化流动特殊演化影响的研究（英文）

本文研究了不同含量的固体颗粒对喷嘴内空化流动特殊演化的影响。固体颗粒含量从1%变至6%,平均粒径从0.0015 mm增加至0.070 mm。修正适用于清水介质空化流动的Schnerr-Sauer空化模型用于含固体颗粒空化流动的数值模拟。结果表明：含固体颗粒空化流动的含汽量高于清水介质空化流动下的。不同含量的固体颗粒促进空化流动的演化。随着固体颗粒含量的增加,平均粒径的促进范围逐渐变小。研究含固体颗粒空化流动的流动参数与作用于固体颗粒上的力用于揭示机理。最大滑移速度与最小滑移速度的绝对值均高于清水介质空化流动下的。最大与最小湍动能均高于清水介质空化流动下的。含固体颗粒空化流动的混合动能高于清水介质空化流动下的。它们是降低压力促进空化流动发展的主导影响因素。计算所得的萨夫曼升力的量级是10^-2,对空化流动的影响相对较弱,是次要影响因素。这些因素共同作用,促进喷嘴内含固体颗粒空化流动的特殊发展。     

硬质高岭石(岩)的功率超声剥片及作用机理

摘要：先制备了符合功率超声剥片需要的煤系高岭石样品,再选定不同高岭石浓度、超声作用体积和超声时间进行了高岭石超声剥片试验。探讨了剥片过程中的高岭石浓度、超声作用体积和时间等因素对高岭石剥片的影响,发现只有选取合适的浓度、体积和作用时间才能得到理想的剥片效果。对超声剥片机理进行理论分析,给出了空化阀值压力PB、液体表面张力 、空化气泡崩溃时的瞬态压力和瞬态温度等的数值关系。     

高压空化水射流破岩主要影响因素的研究

为了探讨高压空化水射流的空蚀能力与水力参数、岩石性质的相互关系及各参数影响破岩效果的内在机理,通过在不同泵压和围压条件下,针对不同孔隙率的岩石对高压空化水射流破碎岩石效果进行了一系列实验研究.结果表明:空蚀效果(空蚀质量、空蚀深度)随泵压增加成二次函数关系增加,随围压增加成二次函数关系减少;空泡云长度随泵压的增加而增大.随围压的增大而减小,并能较好的拟合成三次曲线函数关系,空泡云长度直接决定有效靶距,从而影响空蚀效果;本实验条件下,泵压在7 MPa时发生空化现象,并能破碎单轴抗压强度为96MPa的砂岩;岩石的孔隙率对空化水射流的破岩能力影响较大,孔隙率越高的岩石越容易被空化水射流破碎.     

细颗粒截断粒径对堆石体力学特性影响的数值模拟

建立考虑颗粒破碎的随机散粒体的SGDD数值模型,进行堆石体细颗粒截断粒径的敏感性分析,对三组不同截断粒径的数值试样进行不同围压的常规三轴试验,分析截断粒径对堆石体力学特性的影响并研究其细观机理.研究结果表明,在保持相对密度一致的条件下,数值试样的强度参数和变形参数随截断粒径的变化而单调变化;在细观层面上,颗粒体的各向异性演化规律与截断粒径密切相关.颗粒的配位数、接触失效率随截断粒径的减小而减小.截断粒径越小的试样含有的无效颗粒数越多,从数值试样的宏观强度、变形结果来考察数值剪切试验的精度,在本文数值试样的加载条件下,截断粒径取15mm时,其对宏观强度和变形的影响是可接受的.     

考虑煤油蒸汽冷凝与蒸发的超声珩磨区空化特性研究

超声振动珩磨加工中会产生空化现象,空化泡溃灭产生的微射流与高压会对工件表面产生影响,为了使空化效应合理地应用于实际生产,必须建立更贴近实际环境的空化泡模型,故考虑珩磨因素与煤油蒸汽的蒸发与冷凝建立了磨削区空化泡的动力学模型,对其数值求解,同时进行了超声珩磨谐振系统的试验研究.结果表明:考虑煤油蒸汽的蒸发与冷凝可以更好地解释空化泡各参量的变化,对空化泡溃灭时的温度和压力影响较大,溃灭温度和溃灭压力的最大值分别为10~9 Pa和10~3 K;空化泡初始半径越大,膨胀所能达到的最大幅值越小,溃灭时间越短;同时由于受到珩磨压力和珩磨速度的作用,超声振动珩磨下的空化泡运动幅值比传统环境下的小1/3,但动态变化快于后者;试验后铝箔出现大量凹坑,说明空化效应对工件加工起着一定的作用.     

声加工技术及其参数的检测与控制

介绍了功率超声应用于生物材料处理方面的研究背景;揭示了"超声空化效应(cavitation)"的本质;提出了一种通过检测声化反应效果来估计声空化率的方法;为了提高超声波对介质的作用效率,研究了提高声空化率的多种途径和方法,特别是超声场的参数(频率、功率密度、波型等)对声空化率的影响和调节方法.结合超声强化萃取中药技术的推广应用,验证了文中所述方法的先进性和实用性.     

咸水体修复过程中含水层物理堵塞试验研究

针对山东半岛大沽河下游咸水体修复过程中含水介质物理堵塞的问题,采用室内模拟试验,系统研究了悬浮物质量浓度和粒径对咸水体含水介质物理堵塞的影响,并通过测定人工回灌过程中渗透系数的时空变化,定量分析和评价含水介质物理堵塞的机理和程度。结果表明:悬浮物质量浓度和粒径是影响含水介质渗透性的关键因素; 在悬浮物质量浓度分别为50、100、200 mg·L^-1的条件下,含水介质的等效渗透系数分别为其初始值的38%、20%和10%; 随着注入悬浮物质量浓度、注入时间的增加和入渗深度的减小,相对渗透系数不断减小; 悬浮物的粒径越小,迁移距离越大,造成渗透系数下降区的厚度越大; 随着悬浮物粒径的不断增大,粒径大的颗粒容易被截留在表层,造成表层渗透系数下降幅度增大,其余各层渗透系数下降幅度随深度增加而减小。     

石蜡基纳米金属复合相变材料热性能的实验研究

以石蜡为复合相变材料的基体,分别添加氧化铜、二氧化硅和氧化锌的纳米颗粒通过两步法制备多种石蜡基纳米金属复合相变材料。通过改变所添加纳米金属颗粒种类、质量分数和颗粒粒径,对比分析实验模型内复合相变材料蓄放热过程的温度曲线,来探究以上参数对复合相变材料热性能的影响。结果表明,通过添加纳米金属颗粒的方式能够有效提升石蜡的蓄放热性能,添加氧化铜颗粒的效果要优于氧化锌颗粒和二氧化硅颗粒;复合相变材料的导热系数和动力黏度均随颗粒浓度的增加而增大,两者共同决定着复合相变材料的换热过程能否被强化;纳米金属颗粒的粒径越小,越有利于增强对复合相变材料的热性能,添加30 nm粒径纳米颗粒相对于100 nm粒径纳米颗粒蓄热速率能提升26%,放热速率能提升41%。     

变喉部长径比文丘里式水力空化杀灭原水中病原微生物的试验研究

基于浙江工业大学水力学实验室自主研发的变喉部长径比L/R文丘里(Venturi)式水力空化装置,考虑了4种喉部长径比L/R=10、30、60、100,4种原水占比(初始浓度)V_0/V=25%、50%、75%、100%,以菌落总数和大肠杆菌作为病原微生物指示菌,试验研究了喉部长径比、喉部流速、水力空化作用时间、原水初始浓度、空化数等因子对水力空化杀灭原水中病原微生物的影响。试验结果表明:空泡溃灭时产生的微射流、冲击波会使原水中病原微生物的细胞发生空蚀破坏,水流空化数越低,对大肠杆菌、菌落总数的杀灭率越高;流速较低或原水初始浓度较高时,其杀灭率随喉部长径比的增加逐渐增大;流速较高或原水初始浓度较低时,其杀灭率几乎与喉部长径比无关;增大喉部流速或延长水力空化作用时间,可进一步提高对病原微生物的杀灭效果。水力空化是一种无需添加消毒剂、无消毒副产物的新型生活饮用水消毒技术。     

克拉玛依油砂超声波分离技术

针对目前油砂分离研究中存在的问题,提出了油砂超声分离的新方法。结果表明,在超声条件下,超声空化状态对油砂分离的效果有很大影响,油砂分离的最佳空化状态为弱空化状态。考察了超声频率、功率、作用时间、温度对油砂分离的影响,通过正交实验优化得到油砂超声分离的最佳工艺条件为：超声频率40kHz、功率50w、作用时间20min、温度50℃。在此条件下,油砂出油率达94％以上,证实了油砂超声分离在技术上是可行的。     

超声空化对SK型静态混合器混合效果的影响

以SK型静态混合器为研究对象,通过UFD(用户自定义函数)方法,运用FLUENT软件对混合器内流场进行数值模拟,研究超声空化对混合器混合效果的影响并进行实验验证。结果表明,在超声空化作用下,流体混合地更快、更均匀,混合器的压降稍有增大;在混合器进口处,流体的流速由0.50m/s提高到0.55m/s,流速提高了10%;流体的湍流强度增强,强化作用在第一个混合元件处最为显著,经过第二个混合元件后基本达到稳定。实验中加入超声波与模拟结果基本吻合,超声空化的加入使静态混合器中的流体混合更为均匀,混合效果更好。     

超声波作用下微细颗粒嵌入多孔材料的表征

为解决空化状态下声场测量的问题,采用颜料图像分析法和称重法表征了纳米颗粒在20,28,40,51,59 kHz 5种超声波频率下嵌入多孔材料中的情况。研究结果表明:前者能够较好地表征多孔材料单位表面积嵌入颗粒材料的多少,同时,可以根据着色的均匀情况判断超声波场的分布;后者能够较精确地表征多孔材料单位质量嵌入颗粒材料的多少。试验结果表明:同一种颗粒材料在不同的频率下嵌入率是不同的;不同粒径的材料在不同超声频率下膜片嵌入率的变化趋势相近,但是值不同。     

生物质流化床流化特性试验研究与数值模拟

为了研究生物质气化过程中流化床物料的流化状态,搭建了生物质流化床试验系统。以空气为流化介质,对石英砂进行流化试验,并在考虑物料颗粒间碰撞的基础上,基于DEM(discrete element method)模型对流化床床层区域空间内颗粒流动特性进行数值模拟。结果表明:当床层物料堆积密度、温度一定时,对应颗粒直径分别为0.56,0.35,0.18 mm的石英砂临界流化风速分别为0.017,0.065,0.170 m/s,物料粒径越小,达到流化状态所需要的流化风速也越小;数值模拟结果与试验结果相比,平均误差为23.1%,临界风速的预测与试验结果基本一致,这表明计算模型对于鼓泡状的两相流动状态有较好的预测效果。     

黏性沙级配对高速水流空化空蚀的影响

为研究黏性沙不同级配对高速水流空化空蚀的影响及机制,利用自主研发的小型循环式水洞试验装置,采用两条不同的黏性沙级配曲线进行较系统的试验研究。通过配置黏性沙小于某一粒径不同质量分数的挟沙水流,用压力动态数据采集系统实时量测水洞工作段空化区和空蚀区的压力;制作不同配合比的混凝土试件,使混凝土试件在黏性沙小于某一粒径不同质量分数工况下进行4 h的空蚀试验,以混凝土试件每小时质量损失表征空蚀量。结果表明：水洞工作段空蚀区各测点的时均压力和空化数随黏性沙小于某一粒径质量分数的减小而增大;混凝土试件空蚀量随黏性沙小于某一粒径质量分数的减小而增加;流速相同时,较高强度配合比混凝土试件的抗空蚀能力明显优于较低强度配合比的混凝土试件;较低流速下空蚀区主要位于试件前段,较高流速下则位于试件后段;试验所用黏性沙细颗粒比重越大,空蚀量越大。     

半干法压力旋流式喷嘴雾化性能数值模拟

对压力旋流式脱硫雾化喷嘴雾化特性进行了数值模拟研究,分析了各因素对雾化液滴粒径的影响,得到了喷嘴下游流场内液滴粒径和速度空间分布.计算结果表明:雾化液滴粒径与雾化压力和喷嘴直径成正比,与雾化介质黏度和表面张力成反比;液滴速度沿轴向方向急剧衰减,在距喷嘴200mm处几乎不发生变化,而在径向方向上呈中心低,边缘高的分布;在破碎和聚合的作用下,液滴粒径沿轴向方向呈先减小、后增加的趋势,大颗粒主要集中在雾炬外围.试验结果与计算值基本吻合.     

不同空化数下螺旋桨叶片表面空蚀风险分布研究

探究了不同空化数下E779A螺旋桨叶片表面空蚀风险分布及其影响机制。采用大涡模拟（large eddy simulation,LES）方法和ZGB(zwart-gerbera-belamri)空化模型对不同空化数下绕E779A螺旋桨的空化流动进行了数值模拟研究,数值计算结果与实验结果吻合良好,预测的非定常空化形态与实验结果基本一致。在此基础上,基于改进的灰度值法开展了不同空化数下螺旋桨叶片表面空蚀风险研究。结果表明,改进的空蚀风险预报方法可以较好地预报空蚀风险。在其他条件一致的前提下,空化数的降低将使桨叶表面空蚀风险区域的覆盖面积增大,相应的表面空蚀风险强度最大值也将逐渐增加,桨叶表面中高空蚀风险覆盖面积随之增大。     

超声波灭活水中微生物试验研究

为了探讨超声波灭菌作用机制,进一步为超声波用于净水厂污泥无害化处理提供技术支持,试验采用实验室模拟水样,研究了超声功率(250~1 500 W)、频率(25 k Hz和40 k Hz)对大肠菌群灭活效果、超声空化强度和羟基自由基产量的影响.结果表明:相同时间和频率下,在超声功率为250~1 500 W时,大肠菌群灭活率随着功率的增大先逐渐上升,达到1 250 W后,灭活效果变化不明显;相同时间和功率条件下,40 k Hz灭活效果优于25 k Hz.超声空化强度和羟基自由基的产量与灭活率规律相似,超声灭活率随着超声过程中超声空化强度和羟基自由基产量的增大而增大.通过投加自由基掩蔽剂碳酸氢钠(Na HCO3)掩蔽自由基氧化作用判定羟基自由基在超声灭菌过程中的确产生了灭活作用,但作用比较弱.     

筛板塔细颗粒物协同脱除特性实验

针对常规喷淋空塔无法满足颗粒物协同控制的难题,提出筛板塔强化传质实现协同脱除的方法.基于湿法烟气脱硫中试试验平台,考察湿法烟气脱硫关键工艺参数,包括烟气流速、浆液喷淋量、飞灰浓度、颗粒粒径等对细颗粒物脱除效率的影响规律,并与喷淋空塔脱除特性进行对比.结果表明,在实验工况下,细颗粒物脱除效率大于90%,最高超过95%;脱除效率随烟气流速、颗粒物浓度及浆液喷淋量的增大而提高.颗粒物分级脱除效率曲线呈"V"形分布特性,在0.2~1.0μm粒径范围内脱除效率最低;在相同条件下,筛板塔细颗粒物脱除效果显著优于喷淋塔,在0.2~1.0μm粒径段的脱除效率与总脱除效率较喷淋塔分别提高11%和5%以上.     

石膏颗粒材料的破碎演化规律

为分析石膏颗粒材料在荷载作用下破碎的分形演化规律,对其进行了等围压、等平均主应力和各向等压固结3种应力路径下的三轴试验,并通过筛分法对试验后石膏颗粒材料的粒径分布进行了分析。试验结果表明,石膏颗粒材料在荷载作用下的破碎程度随初始围压的增大而增大,初始为分形分布的石膏颗粒材料在受荷破碎后,其粒径分布亦具有分形特征。表征粒径分布的分维值与围压和平均主应力之间均呈良好的双曲线关系,分维值渐近值约为2.5。分维值与相对颗粒破碎指数存在显著的线性关系,可作为表征颗粒破碎程度的指标。