双层亚波长光栅微位移传感系统结构优化设计与性能仿真

随着MEMS惯性传感器件对微位移检测精度的要求越来越高,微位移检测技术已经成为MEMS惯性传感领域的研究热点。亚波长光栅以其超高的位移检测灵敏度成为一个极具发展前景的高精度位移传感平台。利用Rsoft软件模拟分析了双层亚波长光栅共面、离面相对运动时系统零级衍射光透射率与光栅位移量之间的关系及系统关键结构参数对位移检测灵敏度的影响,并对这两种亚波长光栅微位移传感系统进行了结构优化与性能仿真及对比,理论验证了亚波长光栅位移检测的高灵敏度优势。     

油田输气管道腐蚀失效分析

苏丹某油田的天然气输送管线出现了腐蚀失效,通过对失效管线的材质进行分析,结合腐蚀形貌观察、腐蚀产物的成分和相组成分析,分析管线腐蚀失效的原因。分析结果表明:管线的材质合格;腐蚀产物主要为FeO(OH)和FeCO_3;管线的腐蚀是由于输送气体中含有的O_2和CO_2溶解在管道内壁的凝析液中引发吸氧腐蚀和CO_2腐蚀造成的;腐蚀产物膜有较多的裂纹和孔隙,不具有保护性,腐蚀产物膜的缺陷诱发严重的局部腐蚀,最终使管线腐蚀穿孔失效。     

寒旱环境植物根系增强边坡土体抗剪强度的原位剪切试验研究

 选取西宁盆地及其周边地区作为试验区,以种植在试验区30°边坡生长期为150 d的垂穗披碱草、细茎冰草等2种草本和柠条锦鸡儿、霸王等2种灌木为供试种,采用草本和灌木单一种植以及组合种植等2种方式,分别开展原位剪切试验评价植物根系增强边坡土体抗剪强度贡献;在此基础上,将本次试验结果与Wu-Waldron-Model模型(简称WWM模型)计算结果进行对比分析,得出如下结论：(1) 根–土复合体抗剪强度较素土表现出较大程度提高,采用单一种植草本和灌木的根–土复合体抗剪强度增幅为47.61%～98.24%;草本和灌木混合种植的根–土复合体抗剪强度增幅则为104.47%～173.93%,同时反映出草本和灌木混合种植条件下的根–土复合体抗剪强度增幅,显著大于单一种植条件下的根–土复合体抗剪强度增幅。(2) 通过将WWM模型计算结果与原位剪切结果进行对比,对比结果表明：采用WWM模型计算得到的单一种植和组合种植2种条件下,根–土复合体抗剪强度增量变化规律与原位剪切试验得到的抗剪强度增量变化规律基本一致,上述结果实现了采用原位试验和模型理论计算相结合的方法,定量评价试验区草本和灌木根系增强边坡土体抗剪强度贡献。     

太阳能与矿井水互补转轮除湿空调系统研究

为了充分利用矿井水的低焓地热能,文章构建了太阳能和矿井水互补转轮除湿空调系统,系统用低温矿井水处理显热,用转轮除湿机处理潜热,太阳能和高温矿井水互补驱动转轮除湿机再生。在TRNSYS中进行了建模和模拟。结果表明:当低温矿井水水温≤16℃时,可满足系统显热冷却要求。高温矿井水水温为40℃时,制冷季82.8%的再生热量由矿井水源热泵提供,其余再生热量由太阳能提供。系统制冷季平均热力性能系数COP_th为1.5,平均电力性能系数COP_e为2.2。与传统蒸汽压缩空调系统相比,太阳能与矿井水互补转轮除湿空调系统节能率可达到55.8%。     

矿山蓄热/储能充填体的热-力性能与传热过程

我国地下矿山储存着丰富的地热资源,深部矿井资源的开采为地热资源的开发提供了有利条件。将充填采矿与地热资源开采相结合,利用蓄热/储能功能性充填体提取地热,借助深部矿井开采已有条件为地热开发的动力供应和管路布设提供保障,可有效节约地热资源开发所需的钻探和开采成本,促进矿区的长期可持续发展。蓄热/储能功能性充填的总体实施方案包括充填材料制备、采热管路布置、充填体蓄热/释热3个阶段,本研究在材料制备方面提出了适宜于矿山蓄热/储能功能性充填的材料特性及优化目标,并测试了使用石蜡作为相变材料替代部分骨料(如尾矿)的充填材料热力学性能,结果表明随着灰砂比或料浆质量浓度的增加,充填体的抗压强度增大,同时相变材料的加入会使充填体的抗压强度、导热系数下降,而比热容明显增大。采用实验测试的方法对不同管路布置及不同换热工况下采热系统的性能展开研究,并基于热平衡计算了系统的总能效系数,得到了最优的采热管路布置方式及设计参数,当采用蛇形管路布置,载热流体入口速度为0.7 m/s,围岩温度为35℃时,采热系统具有更高的总能效系数,其值为0.48。采用数值模拟的方法对添加石蜡的充填体蓄热/释热行为展开研究,结果表明:...     

初始pH调控对MEC脱硫性能的影响及其微生物作用机制

采用微生物电解池(MEC)工艺,在阳极电活性微生物的协同作用下实现硫化物的脱除,是沼气脱硫新工艺和研究热点。针对长期运行的脱硫MEC工艺,由于非特异性阳离子竞争使阳极产生的质子向阴极转移受阻,造成MEC脱硫效率低、稳定运行难,本研究采用不同初始pH调控脱硫MEC的质子平衡,通过脱硫性能、电化学性能和微生物动力学解析,阐明pH调控对MEC脱硫性能的影响和微生物作用机制。结果表明,初始pH在7～9时均可形成稳定且具有高效脱硫功能的阳极生物膜,最大电流密度相近,脱硫效率均达95%以上,COD去除率80%以上。与初始pH为8、9相比,初始pH为7时,脱硫过程pH波动最小,MEC运行稳定,S^2-去除最高达100%;阳极生物膜的氧化还原峰最显著,质子与电子转移速率加快;优势微生物Thiomonas与Desulfovibrio丰度更高,主要参与硫化物的氧化脱除。可见,通过脱硫MEC阳极室初始pH的调控,可有效提高MEC脱硫工艺性能和运行稳定性,为沼气微生物电化学脱硫的应用提供技术支撑。     

“双碳”目标下赋煤区新能源开发——未来煤矿转型升级新路径

“双碳”目标下我国能源结构正加速转型升级,以太阳能、风能、地热能等为代表的新能源正逐步替代传统煤、油、气等化石能源。推动煤炭和新能源优化组合是实现“双碳”目标提出的新要求,也是未来煤矿绿色低碳转型的重要路径。分析我国赋煤区能源分布特点,发现以煤为主的化石能源分布区域,往往也是太阳能、风能、热能等新能源富集区,适宜于在赋煤区大规模开发新能源。研究结果如下：(1)提出了赋煤区全生命周期能源开发理念,将赋煤区能源发展历程划分为煤炭、煤炭与新能源优化组合、新能源3个阶段,并搭建了赋煤区新能源开发总体架;(2)在太阳能开发方面,基于赋煤区与太阳能资源富集区的重叠关系对赋煤区太阳能理论储量与开发潜力进行评估,提出了分布式/集中式光伏发电、太阳能热利用和太阳能制氢等光化利用耦合的太阳能分级综合利用方案,实现太阳能多元高效转化与利用以及与煤炭资源的协同开采;(3)在地热能开发方面,基于赋煤区与地热能资源富集区的重叠关系对赋煤区地热能开发潜力进行评估,结合矿井地热形成机理、分布规律和矿井采掘情况,构建深部矿产资源与地热资源协同开发系统,形成包含矿井热水型、岩温型、混合型的矿井地热能分级开采与热用户梯级利...     

深部矿井埋管充填体换热器蓄/释热过程中的热干扰问题

矿床开采形成的丰富地下空间为太阳能等可再生能源的大规模存储提供了基本条件。将地埋管换热器置入矿井充填体中构建出具有蓄/释热功能的埋管充填体换热器是实现太阳能等可再生能源跨季节存储的新方法,但是热干扰问题会影响其蓄/释热性能而不容忽视。利用COMSOL仿真软件建立并验证了典型蛇形埋管充填体换热器的三维非稳态传热模型,通过管间热干扰系数(I_tub)和层间热干扰系数(I_lay)量化研究了管间距、管径、充填体导热系数和比热容对埋管充填体换热器的单层蛇形管管间和多层蛇形管层间热干扰影响,通过引入相对灵敏度参数讨论分析了管间和层间热干扰对研究参数的敏感度。结果分析表明,I_tub随蓄/释热时间呈先下降后上升的变化趋势,整体变化不大(0.92～1.00),说明单层蛇形管管间热干扰影响较小。I_lay呈单调显著递减,在蓄/释热阶段末分别低于0.25和0.49,说明多层蛇形埋管层间热干扰随着蓄/释热的进行严重恶化。通过灵敏度分析发现,I_lay对研究参数的敏感度明显高于I_tub。...     

住宅厨房油烟污染现场测试与数值模拟

针对典型高层住宅厨房,现场监测了烹饪条件下(抽油烟机关闭)中国妇女平均工作呼吸区(距地面1.4 m)各污染物(CO_2、CO和TVOC)浓度以及温度随烹饪时间的变化特性。介绍一种评价住宅厨房通风效果的新方法。通过选取距地面1.4 m测点为研究对象,利用FLUENT仿真模拟厨房油烟污染过程;选取不同排烟量,监测各项污染物浓度随烹饪时间变化,将各污染物的浓度与现行规范标准比较分析,结合我国目前城市居民建筑形式和特点,推荐住宅厨房合理排烟量应为300 m~3/h。