钙质砂颗粒特征及其对压缩性影响的试验研究

钙质砂颗粒具有多孔、形状不规则、易破碎等特性,对其工程性质有很大的影响。为探讨钙质砂粒径、形状对其压缩性的影响,本文对取自南海某岛屿的钙质砂颗粒依据其粒径与形状进行分组,进而对不同组分的钙质砂颗粒进行矿物成分分析、形状参数统计,并进行侧限压缩试验。统计分析表明:钙质砂按照颗粒形状可分为块状、枝状与生物碎屑状;矿物成分均为以文石为主的碳酸钙矿物,且不同粒径、形状的钙质砂矿物成分组成相似。侧限压缩试验结果显示:钙质砂的压缩变形以不可恢复的塑性变形为主,试样压缩可分为初始压密阶段和颗粒破碎阶段,在初始压密阶段(竖向压力p=0～100 kPa),试样压缩变形主要依赖颗粒间的运动与重新排列,小粒径试样压缩量较大;在颗粒破碎阶段(p> 200 kPa),颗粒破碎控制试样压缩变形,颗粒越大越容易发生颗粒破碎,使得大粒径试样压缩量较大;枝状颗粒的压缩性远大于块状颗粒和生物碎屑状颗粒。     

不破碎颗粒材料三轴数值试验的模拟

水工材料的力学特性和细观机理难以用现有的连续体力学理论予以解释,颗粒滑移是影响水工材料强度和变形的一个重要因素。该文以钢珠构成的颗粒材料的室内三轴试验为基础,采用颗粒流方法对其细观力学特性及变形破坏过程开展一系列三轴数值试验研究,初步探讨不破碎散体材料一些细观变形机理。研究结果表明：围压越高,初始模量越大,初始泊松比越小;当摩擦系数大,颗粒刚度比小时,初始模量较大;加载过程中孔隙比随轴向应变的增大而增大,且孔隙比增大的速率随围压的增大而减小;低围压条件下,应力变形曲线呈小幅软化和硬化交替波动的形式。高围压条件下,应力变形曲线表现为以硬化为主要趋势的软化和硬化交替波动的形式;应力～应变曲线的波动主要是由于颗粒间局部咬合结构的破坏和重新调整所至。     

煤焦破碎的模拟研究

焦炭破碎对碳的转化以及飞灰颗粒的形成均具有十分重要的影响。该文利用座逾渗理论建立了单颗煤焦的二维燃烧破碎模型，并对不同初始大孔隙率Ф的煤焦进行了模拟，研究的结果发现，煤焦总孔集团数随Ф值的增加先增大后减小，Ф较小时，微孔占主导地位，Ф越大，微孔合并越剧烈，孔簇越大；煤焦破碎的次数随Ф增加而增加，说明初始孔隙率对煤焦的破碎程度具有较大影响；Ф较小时，煤焦破碎较为均匀，Ф越大，颗粒燃尽时间越少，破碎越集中在反应最剧烈的阶段，而且多发生在燃烧前期。     

钙质砂压缩过程中颗粒破碎的细观特征

本文采用自设计的透明模型箱,通过侧限压缩试验,结合近景摄影测量技术,探究了钙质砂的压缩与颗粒破碎特征。试验表明,钙质砂的压缩变形可以分为三个阶段：低应力下的初始压密阶段,变形以颗粒位置调整使得颗粒间孔隙被压缩为主;中等应力下的研磨和棱角破裂阶段,变形以颗粒研磨和棱角破裂的破碎模式为主,一定程度上破坏了钙质砂颗粒间的咬合力和摩擦强度,使得变形进一步发生;高应力下的整体破碎阶段,钙质砂颗粒以整体破碎的模式主导钙质砂试样的变形,钙质砂颗粒整体破裂成大量的小颗粒,钙质砂内孔隙被大量释放,钙质砂试样进一步被压密。不同粒径的钙质砂压缩破碎的模式不同,在试验应力条件下（σmax < 6 MPa）,粒径大于5 mm的钙质砂试样压缩过程中会经历上述完整的三个阶段。     

高压脉冲放电破碎菱镁矿石的实验研究

为改善菱镁矿石机械磨碎中存在的细粒过磨、粉尘等问题,采用水中高压脉冲放电的方法对菱镁矿石的破碎特性进行实验。在?25kV条件下,对初始粒径约为6cm和8cm的菱镁矿石分别进行放电处理,利用显微成像、扫描电镜及能谱分析方法对破碎产物形态、成分进行分析,同时对破碎过程的冲击波压力进行研究。结果表明,菱镁矿石的破碎主要为解离破碎和混合破碎,产物中粒径小于150?m颗粒的质量分布比率小于10%,且可产生微米级的有用矿物单体颗粒,为菱镁矿石的后续分选提供了有利条件;破碎过程能量的转化效率为15.64%,符合相关理论研究结果。     

采用颗粒团离散单元方法研究颗粒浓度的非均匀分布

气固两相流中尤其是稠密气固两相流中颗粒浓度在空间的分布总是非均匀，局部颗粒聚集。该文直接以颗粒团为研究对象，采用颗粒团离散单元方法(DEM)，建立非球形颗粒团的运动碰撞的模型与算法，基于真实碰撞，跟踪每个颗粒团的运动，模拟3种均匀或非均匀流场内的颗粒团运动经历。计算结果展现了颗粒浓度非均匀局部聚集的过程，揭示不同工况下流场中颗粒团的大小，颗粒分布及局部颗粒聚集的规律，结果表明在均匀流场中，颗粒均匀密集，非均匀流场中，颗粒浓度的非均匀性加剧。所得计算结果合理，与前人的模拟结果及实验结果相符。同时计算表明，采用颗粒团DEM模型能真实地揭示稠密气固两相流的特性，并使计算量有效减少。     

用多重蒙特卡罗算法研究超细微颗粒物同时发生的凝并和破碎

超细微颗粒物的尺度分布由通用动力学方程（GDE）描述，该文发展了求解同时考虑凝并和破碎的GDE的一种多重Monte Carlo（MMC）算法，该算法可以抛弃当前Monte Carlo算法中广泛采用的“子系统”的概念，引入了加权的“虚拟颗粒”的概念，且基于时间驱动，模拟过程中保持虚拟颗粒数目和计算区域体积不变。首先详细描述了MMC算法，包括时间步长的确定方法、同时处理凝并和破碎的方案、凝并和破碎事件发生的判断准则、凝并伙伴的确定、处理凝并和破碎事件的后果时保持虚拟颗粒数目恒定的方法等：然后利用MMC算法对几种特殊工况进行了数值模拟，模拟结果与理论值符合很好，验证了MMC算法的计算精度，且该算法具有较小的计算代价。     

用离散颗粒数值模拟对陶瓷过滤器过滤特性的研究

高温除尘是IGCC和PFBC-CC商业化的关键技术之一。陶瓷过滤器是最具发展潜力的除尘技术之一。该文以探讨高效的过滤途径为目的，通过数值模拟的方法，分析了不同的气流速度和不同的通道形状对陶瓷过滤器除尘效率的影响。模拟中，颗粒场采用离散颗粒运动模型，气相场采用格子Boltzmann方法。研究发现：如果粉尘颗粒偏大(相对于陶瓷过滤器空隙尺寸)，可以通过增加陶瓷过滤器的厚度来提高过滤效率；如果粉尘颗粒很小，必须尽可能的降低气流速度才能达到高的除尘效率；在高气流速度下，增加陶瓷过滤器厚度对提高细小颗粒的过滤效率几乎不起作用。     

颗粒形状对岩土颗粒材料传力特性的影响机制

颗粒材料广泛存在于堆石坝、路基等工程中,颗粒形状是影响其力学特性的主要因素之一,值得深入研究。本文采用连续离散耦合方法(Combined Finite and Discrete Element Method,FDEM)进行椭球颗粒集合体的三轴数值剪切试验。为进行颗粒材料的传力特性分析,本文基于密度聚类算法对颗粒接触区域的节点力进行聚合,识别了颗粒间的接触信息,分析了颗粒形状对宏细观力学响应的影响。在宏观力学响应上,随着形状逐渐偏离球形,颗粒体系的偏应力明显增大,且伴随着更强烈的剪胀行为。在细观力学响应上,颗粒形状改变会明显增多颗粒体系的接触数目;在加载后期,超强接触力和极弱接触力比例增大,接触力大小分布不均匀性增强;组构各向异性程度增大,其中接触法向与枝向量各向异性增幅最为显著。     

泥沙颗粒级配对高速水流空化空蚀的影响

在小型循环式水洞中试验研究了非黏性沙颗粒级配对高速水流空化空蚀的影响。首先,在循环式水洞内筒中配制8种泥沙小于某粒径不同重量百分比(P<2%、12%、33%、47%、56%、70%、86%、100%)的挟沙水样,用红外测沙仪测定了挟沙水样的含沙量。利用压力数据采集系统实时量测了泥沙小于某粒径不同重量百分比P下水洞工作段(空化区、空蚀区)的压力;其次,试验采用不同强度混凝土试件,在相同含沙量S、小于某粒径不同重量百分比P的工况下,进行历时4 h的空蚀破坏试验。试验结果表明：在含沙量S=12 kg/m³,喉部流速V=38.6 m/s条件下,空化区测点压力随小于某粒径重量百分比P的增大而降低,促进了空化的发生;空蚀区测点压力则随小于某粒径重量百分比P的增大而升高,增强了空蚀的强度;混凝土试件强度相同时,混凝土试件的空蚀量随泥沙小于某粒径重量百分比的增大而增加;保持含沙量S和小于某粒径重量百分比P不变,高强度(f_cu=17.8 MPa)混凝土试件的抗空蚀能力明显比低强度(f_cu=13.7 MPa)试件高。     

冲击荷载作用下钙质砂破碎与变形特性研究

在钙质砂地基打桩、夯实,碾压等加固过程中常遇到颗粒破碎的问题,会对其物理力学性质产生显著影响。因此,本研究对钙质砂进行了冲击荷载试验,并采用级配相同的石英砂进行了对比分析。试验结果表明,钙质砂和石英砂初期的破碎模式都以破碎、研磨为主,后期石英砂仅存在微小的研磨,而钙质砂依然存在较明显的破碎;从分形维数上看,累积能量较低时,钙质砂的分形维数大于石英砂,而随着能量的逐渐增加,石英砂的分形维数将逐渐超过钙质砂,二者分形维数与破碎率的拟合曲线均成线性关系;试验过程中石英砂体变与破碎率的比值达到了稳定状态,出现分形分布。在本试验条件下,钙质砂和石英砂的体积以及破碎率的数值变化随输入能量的不同而有所差异。     

不同物性对椭球形颗粒在移动床中流动特性影响的模拟研究

采用多元颗粒模型对椭球形颗粒在移动床内的流动进行了离散单元法直接数值模拟。椭球形颗粒由3个叠加在一起的球元构成,建立了椭球形颗粒的碰撞机制,详细分析了其运动过程中的受力情况,主要是碰撞力和重力,并通过实验验证了模型的正确性。探讨不同物性颗粒在移动床内的流动特性,分析颗粒物性对流型、空隙率分布以及颗粒分离情况的影响。结果表明,滑动摩擦系数越小,颗粒流动越接近整体流,滑动摩擦系数越大,颗粒流动越接近漏斗流,且滑动摩擦系数越大,空隙率的波动范围越大,滑动摩擦系数越小,空隙率分布越均匀。滚动摩擦系数和弹性恢复系数对流型和空隙率的影响都很小。在二元混合物中,颗粒直径比越大,空隙率越小。不同尺寸颗粒混合物会导致颗粒分离,在下料时,颗粒直径比越大,细颗粒含量越少,但在物料卸出90%以后,细颗粒含量反而变大。滑动摩擦系数增大,在下料初始和最终阶段,细颗粒含量变大,而在下料中间阶段,细颗粒含量变少。     

基于随机衰减因子粒子群的最优潮流计算

针对传统粒子群算法自身存在的易早熟收敛和在问题复杂时无法寻找到最优解等缺陷,分析了其位置和速度状态转移公式中各项的含义及各项绝对值在搜索过程中的增减变化趋势和特点,并据此改进标准粒子群算法中的转移公式和初始化过程.与已有活跃目标点改进方法对比的同时,提出了基于随机衰减因子粒子群算法.分析将其应用于电力系统最优潮流计算中...     

离散粒子群与内点法结合的电力系统无功优化

基于离散粒子群优化算法与内点法,提出了一种新颖的混合策略来求解电力系统无功优化问题：不考虑无功优化中的离散约束,采用内点法求解得到初始解;根据优化变量的不同性质将无功优化问题分解为离散优化和连续优化2个子问题,并采用离散粒子群优化算法和内点法交替求解,使两者的优化结果互为基础、相互利用,从而保证了混合策略的整体寻优效率。以IEEE30和IEEE118节点作为试验系统,与常规的离散优化算法做比较,验证了该算法的正确性和有效性。     

基于ECT的气固两相流颗粒浓度在线无损检测

颗粒浓度是描述气固两相流动状态的一个重要参数.推导了颗粒浓度与ECT传感器输出电容信号之间的关系,在此基础上开展了气固两相流颗粒浓度在线无损检测研究.在COMSOL+MATLAB环境下进行气固两相流颗粒浓度测量模拟实验,定量评估了图像法和电容法颗粒浓度测量精度.在循环湍动流化床冷模装置上进行了初步的颗粒浓度测量实验研究...     

基于粒子群算法的直线振动发电机优化设计

设计了一种新型圆筒式永磁直线振动发电机,电机中永磁体放置在绕组外侧,内部通过放置铁心来增大感应电动势的幅值。其结构简单,尺寸多变,可将原来损失的小幅振动能量转化为电能,为小型设备提供低压直流。通过二维有限元对其非线性无边界轴对称磁场进行了系统的分析,得到一系列电机感应电动势与电机尺寸间的变化规律,并以有限元分析结果为基础,结合粒子群优化算法,归纳出通用的优化设计准则和公式。优化结果表明,为了得到更高的材料利用率,应取较大的永磁体外径,且样机实验和有限元分析结果吻合良好。     

固体颗粒对汽轮机通流部分的冲蚀与防治对策

研究分析汽轮机中固体颗粒的产生和来源、固体颗粒冲蚀物特性与冲蚀机理、固体颗粒动力学，从消除固体颗粒源、减少通过汽轮机通流部分的固体颗粒、减轻固体颗粒冲蚀的通流部分设计、改善通流部分表面的耐冲蚀特性等方面提出防止和减轻固体颗粒对汽轮机通流部分冲蚀的对策与解决办法。     

喷动流化床颗粒混合特性的三维直接数值模拟

采用离散元方法,对喷动流化床内的颗粒混合特性进行了三维直接数值模拟。气相场采用欧拉方法,固相场采用拉格朗日方法;对每一个颗粒考虑了碰撞力、携带力和重力;颗粒碰撞采用软球模型。模拟喷动流化床上下两层颗粒的运动和混合过程,揭示颗粒的混合机制,同时提出表征颗粒混合质量的重要特征参数,并考察了喷动气速和流化气速对颗粒混合的影响。结果表明：由喷动气射流带动而形成的颗粒内循环是颗粒混合的机制;增加喷动气速度和流化气速度均有助于颗粒混合,使颗粒达到完全混合的时间减少且混合更均匀。     

还原系数对鼓泡流化床内颗粒运动影响的离散单元法数值模拟

通过引入考虑了颗粒物性和颗粒碰撞速度的还原系数数学模型,并结合离散单元法对鼓泡流化床密相区内的气固流动过程进行模拟,探讨还原系数对密相区内的颗粒运动和碰撞特性的影响.研究结果表明,采用考虑了碰撞速度的还原系数数学模型将使计算更加接近实验结果.还原系数对包括颗粒温度、碰撞颗粒数、颗粒碰撞速度、颗粒形变量等的结果均有影响.流化床内由于颗粒碰撞速度分布复杂,导致还原系数值并非是某一常数,而是存在一定的变化范围.