基于响应面法的煤矿钻孔随钻超声成像仪器受力部件优化设计*

摘要:为研制适用于煤矿瓦斯抽采钻孔、满足施工强度要求的小尺寸随钻超声成像仪器，对随钻超声成像仪器的关键受力部位——超声探头安装孔进行优化设计，分析煤矿瓦斯抽采钻孔的一般规格，建立超声探头安装孔的三维模型，确定关键参数类型及其取值范围，采用极差分析法找到对受力部件强度影响较大的参数，基于响应面法开展有限元数值模拟，运用Box-Behnken设计方法得到超声探头安装孔关键参数与仪器受力部件性能指标的关系，优化受力部件关键参数的数值。结果表明:优化前最大的等效应力为138.6 MPa，优化后受力部件最大等效应力较优化前降低9.05%。结论验证了设计方法的有效性，为煤矿抽采钻孔随钻测井仪器的研制提供思路。     

超声辐射浸渍法制备Fe-Ni-Mn/Al2O3催化剂及性能研究

以Al2O3为载体,分别采用超声辐射浸渍法和普通浸渍方法制备Fe-Ni-Mn/Al2O3催化剂。采用BET、XRD和SEM对催化剂的理化性质和孔结构进行了分析,以模拟酸性绿B废水为研究对象考察催化剂的催化性能。实验结果表明,浸渍溶液pH值和焙烧温度显著影响催化剂的性能。与普通浸渍法相比,超声浸渍法制备的Fe-Ni-Mn/Al2O3催化剂对酸性绿B脱色反应表现出较高的催化活性。     

纳米复合脱氮剂/气动超声吹脱高浓度氨氮废水

在自制0.2 t/h气动超声吹脱实验装置中,通过自主研发的纳米复合脱氮剂(CT-601)与气动超声波的耦合作用,在不同氨氮初始浓度、吹脱时间、CT-601投加量、气液比等条件下对高浓度氨氮废水进行研究。结果发现,在常温下p H=11、气液比=900∶1、脱氮剂投加量为0.0848 g/L时,超声吹脱60 min,处理2 000 mg/L的模拟废水时,去除率可达到93%以上,处理浓度为2 156 mg/L的实际废水时,去除率达到90%以上,较普通吹脱法和超声吹脱法分别提高40%和10%。同时还发现,该装置对COD去除率为29.72%,运行成本也只有7.24元/m3。     

厌氧污泥性质对超声破解效率的影响

超声破解是污泥溶胞-隐性生长处理的一种重要前处理手段,破解效果受到超声条件及污泥性质的影响。以厌氧污泥破解后溶解性化学需氧量的增加值和污泥溶出破解率为评价指标,通过不同性质的厌氧污泥超声破解实验,探讨不同的污泥性质对厌氧污泥破解效果的影响,为厌氧污泥的下一步隐性生长处理提供良好条件。控制在超声频率为20kHz,超声声能密度1.2 W/mL,超声辐照时间20 min的条件下进行破解实验,实验结果表明,污泥的初始温度、pH值和污泥浓度等参数对厌氧污泥破解效率影响较大。     

超声萃取法处理含油污泥

应用超声强化技术,对以汽油为萃取剂的超声萃取法处理含油污泥的工艺进行了研究,筛选了调整剂、絮凝剂、破乳剂,探讨了萃取温度、萃取时间、超声频率、超声功率等对处理效果的影响。结果表明:在调整剂为采油废水、物料配比为v(萃取剂)∶v(调整剂)∶v(油污泥)=4∶4∶1的条件下,萃取工艺为萃取温度40℃、萃取时间15 min、超声频率40kHz、超声功率150 W时,可回收含油污泥中83.7%的油品。     

超声冲击处理改善X80管线钢环焊缝接头疲劳性能研究

目的 验证超声冲击处理(UIT)对X80钢管环缝焊接接头疲劳性能的延寿效果。方法 分别开展X80管线钢GMAW自动焊环缝超声冲击前后的疲劳试验,根据国际焊接学会(IIW)的规范处理试验数据,并对结果进行对比。结果 稳定地控制管道内壁焊根区域的显微未熔合等焊接缺陷,是保证X80管线钢环焊缝具有优异抗疲劳性能的关键延寿途径之一。采用最大应力固定为屈服强度+全厚度小尺寸试件的焊接接头疲劳试验方法能够替代足尺寸或全尺寸焊接结构疲劳试验,也适用于评价超声冲击处理焊接接头的疲劳性能。在严格控制错边量的前提下,X80管线钢GMAW环缝可以达到BS7608 D级设计曲线要求。结论 超声冲击处理可以显著提高X80管线钢环缝接头的疲劳性能,大约延长疲劳寿命4~10倍左右。     

MON-3超声辅助化学电位法制备氧化石墨烯

目的得到关于氧化石墨烯制备的最佳工艺条件。方法以绿色四氧化二氮推进剂和石墨为原料,开展基于化学电位法和超声法制备氧化石墨烯的实验研究,结合对氧化石墨烯产物进行扫描电子显微镜(SEM)和X-射线衍射仪(XRD)表征。结果对于氧化石墨的制备,最佳初始ORP区间为1700～1800 mV。石墨与N2O4配料比为1︰10、低温预处理工艺H2O2用量为18 mL、KMnO4用量为1.5 g、氧化温度为30℃、氧化时间为120 min是最佳工艺条件。对于氧化石墨烯的制备,分散溶剂pH为11,分散功率为150 W,分散时间为40 min是超声分散的最佳工艺条件。结论采用该工艺条件制备氧化石墨烯,既有利于解决大批量报废硝基氧化剂的转化处理难题,也制备得到了氧化石墨烯这种高附加值的民用工业产品。     

超声协同双金属Fe-CoO_x异相催化PMS的研究

采用溶胶-凝胶法(sol-gel method)制备铁钴双金属氧化物(Fe-CoO_x)催化剂,研究其协同超声(超声)催化过硫酸氢钾(PMS,KHSO5)降解酸性橙7(AO7)的效果及机理。结果显示:Fe-CoO_x/US/PMS体系的催化效果相较同条件下Fe Ox/US/PMS、CoO_x/US/PMS体系更好;随着初始PMS浓度的增加,AO7的降解率先增加后降低;增加US功率后AO7的降解率先增加后降低;Fe-CoO_x初始投加量从0.035 g/L上升至0.05 g/L后,30 min时AO7的降解率由30.58%上升至77.50%,继续增加投量,提升效果不明显;AO7的降解率与初始AO7呈负相关;投加叔丁醇(TBA)、甲醇(MA),50 min时AO7的降解率分别为60.64%、26.58%,表明体系中自由基主要为·OH和SO-4·。XRD和XPS结果显示:Fe-CoO_x催化剂粒径为8.8~10.7 nm,催化剂中的Fe、Co主要以Fe2+、Fe3+、Co2+、Co3+存在,并且表面羟基氧的含量为24.07%。研究显示:Fe-CoO_x催化剂具有较好的催化性能,能够有效地协同超声催化PMS生成自由基,对水中污染物的降解具有良好的效果。     

超声对蓝藻细胞生理影响的研究

蓝藻水华会使水体水质恶化,破坏水生生态系统,同时会增加水处理成本,产生臭味并释放藻毒素。蓝藻水华问题成为社会各界的关注热点。超声由于具有反应速度快,操作简便,在处理过程中不引入其他化学物质等优点,已被广泛应用于水处理领域,包括用于蓝藻水华的控制。总结了超声作用参数对蓝藻生长效果的影响,从藻细胞的光合活性、酯酶活性和抗氧化酶系统等方面探讨了超声对蓝藻生理方面产生的影响,分析了超声对藻细胞的作用机理,并对后续的研究进行了展望,以期为超声控制蓝藻水华的相关研究提供参考。     

紫外/超声协同灭活隐孢子虫的影响因素及机制

为研究UV/US（Ultraviolet/Ultrasonic,紫外/超声）协同对水中隐孢子虫的灭活机制,采用UV灯（功率为14 W）与US发生器（频率为20 kHz,功率为150 W）组合装置协同灭活隐孢子虫,考察pH、温度、浊度和HA（腐殖酸）对UV/US协同灭活隐孢子虫的影响,并通过SEM（扫描电镜）、蛋白质试验和琼脂糖凝胶电泳检测对灭活机制进行了探讨.结果表明:pH对UV/US杀灭隐孢子虫的影响不大,碱性条件下灭活率略高于中性和酸性条件;温度对灭活率有一定影响,5℃下灭活率较低,随温度的上升,灭活率逐渐提高,25℃下10 min灭活率可达99%以上;悬浮物抑制隐孢子虫的灭活,浊度为40 NTU时,UV/US作用25 min的灭活率仅为93.88%;HA对灭活的影响表现为低浓度促进,高浓度抑制;ρ（HA）高于10 mg/L时,继续增大ρ（HA）对隐孢子虫灭活率影响不大.研究显示:UV/US协同作用对隐孢子虫的灭活机制主要是使其卵囊破裂,同时损伤了隐孢子虫胞内的DNA.