Homogeneous non-equilibrium two-phase choked flow modeling

The estimation of the release conditions is critical input to subsequent risk assessment accident analysis. To this respect a new homogeneous non-equilibrium two-phase model is proposed to simulate the depressurization from stagnation conditions leading to the bubbly flow regime. The proposed model, being intermediate between HEM (homogeneous equilibrium) and HFM (homogeneous frozen) models, presents no discontinuity in the liquid phase depressurization path gradient and therefore no discontinuity in sound speed. The proposed model is successfully validated against the NASA hydrogen critical flow experiments and compared against predictions from both HEM and HFM, using hydrogen physical properties from NIST. An increase of the pressure difference between stagnation and the intersection of isentropic with saturation line leads to increase of the choked mass flux, decrease of the throat to stagnation pressure ratio, decrease of the liquid superheat and decrease of the vapor quality. The proposed model was found to overestimate the experimental throat mass fluxes by no more than 10% and underestimate the experimental throat to stagnation pressure ratios by no more than 50%, while predicted liquid superheat values range from 3.8 to 11% of the saturation temperature. Deviations between models were found to increase for low values of the pressure difference parameter, where non-equilibrium effects become more important. Under these conditions the throat mass flux is underestimated by maximum 20% by HEM and overestimated up to 32% by HFM, while the throat to stagnation pressure ratio is overestimated by up to 72% and underestimated by 80% respectively.     

循环荷载下高温冻土的变形和强度特性

对-1℃的冻土试样在频率为3,5,8 Hz的循环荷载下进行了单轴压缩试验,探讨了冻土在循环荷载下的累积变形和动强度。结果表明：循环荷载作用下冻土的累积变形大小由加载的最大动应力大小决定,同一频率下加载的最大动应力越大,相同循环次数时的累积应变越大;根据加载的最大动应力的大小,累积应变与循环次数的关系曲线可表现为破坏型、稳定型和过渡型3种形态之一。加载频率对冻土累积应变的影响规律复杂,且受加载的最大动应力影响;当最大动应力较小时,频率的影响不明显;当最大动应力比较适中时,大体上频率越高,累积应变越大;当最大动应力比较大时,频率越高,累积应变越小。在3%,5%和10%的破坏应变下,频率为8 Hz时冻土的动强度最大,而3 Hz和5 Hz的动强度比较接近。     

基于与围岩相互作用的冻结壁弹塑性设计理论

冻结壁设计理论是冻结法凿井技术的核心之一。传统的冻结壁厚度弹塑性设计公式在冻结壁与围岩的弹性模量之比小于10时有较大的误差。为了更合理地设计冻结壁,建立了考虑开挖卸载作用的冻结壁与围岩相互作用弹塑性力学模型,推导了应力与位移解析解,建立了新的弹塑性冻结壁厚度计算公式,分析了各因素对冻结壁厚度的影响规律。分析表明,新公式较传统的多姆克公式更合理,并建议选用Coulomb-Mohr屈服准则进行冻结壁厚度计算。     

考虑相变作用的季节冻土路基冻融稳定性研究

考虑相变和全球气温升高的影响,采用有限差分法FLAC3D软件,对新建兰新铁路第二双线季节性冻融段的路基稳定性进行了研究.通过建立路基模型,选取适当的模拟计算参数、边界条件、初始条件、处理相变及求解方法,对考虑相变情况下路基温度场和变形场进行数值分析.分析表明,相变作用对路基温度场的影响很大;高度为4.2m的路基发生冻胀时,路面的相对变形较小,面路肩的相对变形较大,在距离坡脚约1m处会有很大隆起变形,路基的稳定性受到较大影响.     

高寒地区铁路客站混凝土结构冬期施工技术

哈大高铁哈尔滨西站工程所在地纬度高,结构施工跨越冬季;通过采用综合蓄热法与暖棚法相结合的双重技术方法,研究负温高性能混凝土配合比、渗透性能、抗冻性、受冻临界强度,过程中实施温控和防裂控制技术,成功进行了新建哈西客站工程轨道层结构混凝土的冬期施工,解决了单一暖棚法成本高、控制难和单一综合蓄热法无法保证混凝土质量的难题,填补了高铁工程结构混凝土-30℃以下严寒气候条件下冬期施工空白,为保证高铁站房工程质量提供了技术支撑,具有显著经济效益与社会效益。     

新型超稠油取样器的二维数值模拟

目前常规超稠油取样器通常是短管与管线相接进行局部取样,样品含水率误差大;并且由于取样器暴露在室外冬季易冻堵。为完善取样技术,设计了一款新型球形阀旋转取样器,通过球形阀的旋转将管道中一段区域内的流体完整取出,有效减小取样误差,并且取样过程不影响管道正常运行,还可充分利用管道中流体的温度,避免发生冻堵现象。通过数值模拟分析含水率、流体速度、油品粘度及球形阀旋转速度对样品含水率误差的影响。通过计算分析可得适用于该取样器的最佳工况条件,对该新型超稠油取样器在实际生产中的应用及推广有一定的指导作用。     

2205双相不锈钢包埋粉末渗硼性能研究

目的 提高2205双相不锈钢的硬度和耐蚀性能.方法 2205双相不锈钢采用固体包埋粉末渗硼,于马沸炉中分别在830、860、890℃下保温5 h;在860℃下保温3、5、7 h,随炉冷却到室温.用金相显微镜、扫描电镜观察渗硼层的形貌和测定渗硼层的厚度,用维氏硬度计测定渗硼层的硬度,用纳米压痕仪测定渗硼层不同深度的硬度,用X射线衍射仪分析渗硼层的物相组成,评定渗硼层与基体的结合力,做不同介质下耐蚀性对比试验.结果 渗硼层与基体结合牢固,破坏等级评为一级,渗硼层主要由Fe2 B单相组成.在860℃下保温不同时间,渗硼层的厚度及硬度均随时间的增长而逐渐增大;在不同温度下保温5 h时,渗硼层的厚度及硬度随温度的升高而逐渐增大.渗硼后试样在质量分数都为10%的HCl和NaCl溶液中耐蚀性提高,在质量分数均为10%的H2 SO4、NaOH和HNO3溶液中耐蚀性变差.结论 固体粉末包埋法渗硼工艺改善了2205双相不锈钢的表面组织和性能,有效提高了其硬度及耐蚀性.     

氧化钇对TC4钛合金表面包埋渗硼的影响

目的 加快TC4钛合金表面固体渗硼时渗层的生长,研究渗剂中添加Y2O3对渗硼的影响。方法 采用固体粉末包埋渗法对TC4基材进行1 050 ℃/8 h渗硼,包括渗剂中不添加Y2O3以及渗剂中分别添加质量分数为1%、3%、5%、7%Y2O3的试验研究。通过扫描电子显微镜、能谱仪、波谱仪和X射线衍射仪分析渗硼样品的截面形貌、元素含量和表面物相,并测量渗硼样品的表面硬度和摩擦系数。结果 在渗剂中加入1%~7%的Y2O3,渗硼层结构与未添加氧化钇渗剂形成的相同,由致密连续的TiB2层和TiB晶须扩散层组成。Y2O3促进渗层生长的作用与其添加量密切相关。渗剂中加入1%~3%的Y2O3有促进渗硼层生长的作用,且加入3%的Y2O3时,催渗效果最佳,可使渗硼层厚度增加40.24%,但加入5%~7%的Y2O3时反而会抑制渗硼层的生长。能谱分析表明,Y原子能够扩散到渗硼层内,且渗硼层中存在原子数分数为0.01%~0.34%的微量Y元素,其随渗剂中Y2O3含量的增加而增加。热力学分析发现,Y2O3参与渗剂反应形成活性Y原子而渗入基体。向渗硼试剂中加入3%的Y2O3,样品的表面硬度较未添加Y2O3时提高35.54%,摩擦系数较未添加Y2O3时降低28.57%。结论 向渗硼试剂中加入适量氧化钇,是获得TC4合金表面高渗速、高硬度和低摩擦系数渗硼层的一种有效方法。     

马氏体不锈钢Cr-N包埋共渗涂层的耐腐蚀性以及应用

目的 研究在440A马氏体不锈钢表面沉积Cr2N涂层,以提高其耐腐蚀性的可行性。方法 采用包埋法并在1100 ℃下保温4 h后炉冷,得到表面涂覆Cr2N涂层的马氏体不锈钢。利用SEM、EDS、XRD研究氮铬共渗层的微观组织,利用极化曲线初步评估涂层的耐腐蚀性,分别在室温和60 ℃下的0.5 mol/L H2SO4+2 mg/L F–腐蚀液中进行全浸泡水浴腐蚀实验,进一步评估涂层的耐腐蚀性。结果 在30Cr2N- 2NH4Cl-68Al2O3渗剂中经1100 ℃保温4 h后,可在不锈钢表面形成致密的Cr2N涂层,涂层组织为Cr2N层（约17 μm）和富Cr沉积层（约19 μm）。表面Cr2N涂层光滑且致密,无裂纹和针孔等缺陷。在模拟PEMFC酸性环境的腐蚀液中（0.05 mol/L H2SO4+2 mg/L F–）,不锈钢原样、不锈钢涂层样品的自腐蚀电位和自腐蚀电流分别为-0.623 V和3274 μA/cm2、-0.212 V和0.0362 μA/cm2。在水浴腐蚀实验中,不锈钢涂层样品在室温0.5 mol/L H2SO4+2 mg/L F–腐蚀液中经12 000 h腐蚀后仍未失重,而原样则以0.007 g/h的失重速率溶解;不锈钢涂层样品在60 ℃的0.5 mol/L H2SO4+2 mg/L F–腐蚀液中经800 h腐蚀后仍未失重,而不锈钢原样以0.252 g/h的失重速率快速溶解。结论 表面沉积Cr2N涂层的马氏体不锈钢相对于原样其耐腐蚀性能明显 提高。     

冻结器内测温判定冻结壁厚度的研究

根据在冻结法凿井工程中冻结器纵向测温的经验摸索,建立了停冻后的单孔冻土柱升温的数学计算模型,借助现代数学工具Maple6软件,将公式数字化和图形化,从而揭示了在瞬时升温过程中单孔冻土柱温度分布与时间、冻土柱半径之间的关系,为冻结器内测温、监控冻结井筒温度场提供一种理论依据,并给出了一个应用实例．