高水速凝材料浆体流变特性研究

高水速材料是一种新型无机材料，其体积比合水率达９０％，称为“点水成石”。高水材料加水制成净浆可用于煤矿巷旁充填和灌注：高水材料具有不同于水泥的团结特性，可团结粘土、污泥和矿山尾砂等工业废料，高水材料与上述骨料加水后制成砂浆，输送浓度为６０～７５％，具有良好的流动性和输送性。在此重点介绍高水材料浆体的流变特性研究的成果，包括高水材料浆体的类型、流变特性、屈服应力、结构粘度与浆体浓度的关系，以及高水材料浆体的输送特性和管道阻力的计算公式，以便更好的推广和广泛使用。     

冻-融及干-湿循环对采矿废石风化产酸影响的试验研究

为研究我国东北地区典型气候条件对采矿废石酸性排水的影响,以辽宁省本溪市红透山铜矿废石为研究对象,探讨了干-湿循环和冻-融循环作用对采矿废石风化产酸的影响。黄铁矿(FeS2)在废石中的平均质量分数为23.51%,是主要的产酸硫化矿物。利用自制淋溶试验设备开展了为期120 d(共计20次)的冻-融循环、干-湿循环及淋溶试验,对不同试验条件下铜矿废石淋溶液的pH值、酸度、电导率以及Ca2+、Mg2+、SO2-4、总Fe及Cu2+质量浓度进行了测试分析。结果表明,相对于干-湿循环作用而言,单纯的冻-融循环作用不会对废石的风化产酸产生明显影响。试验过程中冻-融循环作用下废石淋溶液的pH值基本维持在5左右,干-湿循环作用下废石淋溶液的pH值则保持在4.5左右。由于风化产酸程度较高,干-湿循环作用下黄铁矿风化所形成的总Fe、SO2-4质量浓度分别为冻-融循环下的8.5倍和1.6倍;Cu2+的质量浓度约为冻融循环条件下Cu2+质量浓度的5.2倍。冻-融循环及干-湿循环条件下,氧气及水分穿透黄铁矿外"包裹层"的时间分别为60 d和80 d。因此,与南方相对温暖湿润的气候类型相比,我国东北地区冰冻期长、丰水期短的气候类型可在一定程度上抑制废石风化产酸的形成。     

微乳相变材料的流变及储热性能试验

为提高微乳相变材料的储热性能,制备了石蜡-饱和盐溶液的油包水型微乳相变材料.探究乳化剂种类对液滴直径分布、流变特性及黏温曲线的影响,并重点关注KNO3、NaNO3、NaSO4饱和盐溶液对微乳相变材料热容的影响规律.同时,借助导热仪测定微乳相变材料的热扩散速率,并进一步得到材料的导热系数.此外,为提高微乳相变材料导热性能,对比了添加导热油后的导热性能.结果表明:Span-80作为表面活性剂时,黏度下降较为明显;而Triton(曲拉通)作为表面活性剂时,温度超过75℃黏度才出现下降趋势.值得注意的是,黏度随剪切速率的变化规律归因于材料自身的剪切变稀行为.在40～90℃温度区间内,相变材料的最大热容为182 kJ/kg,是相同条件下水介质的4.3倍.添加导热油可显著提高材料的导热性能,50℃时导热系数由0.233 W/(m·K)提高至0.456 W/(m·K),当温度升至60℃时,这种趋势更加明显.     

电解法处理高浓度含铬废水回收铬的研究

采用电解法处理Cr(Ⅵ)质量浓度为2.6～ 10.4 g/L的废水,研究电解电流、电解时间、NaCl、H2SO4对去除率的影响.结果表明,NaCl可以增加溶液电导率,Cl-可以穿透阴极表面生成的致密Cr(OH)3膜,从而降低阴极极化,同时活化铅阳极表面形成的PbO2膜,降低阳极极化.溶液中加入NaCl可以提高Cr(Ⅵ)去除率.最佳工艺条件为:Cr(Ⅵ)质量浓度7.8 g/L,电解电流1.4A,电解时间10 min,NaCl添加量2 g,H2SO4添加量2 mL,温度25℃.此时Cr(Ⅵ)去除率为99.9％.     

黏土胶结充填浆体管道输送特性试验与数值模拟研究北大核心CSCD

黏土可作为骨料用于矿山胶结充填,浆体的管道输送特性对充填工艺影响很大。利用自溜型浆体管道输送试验系统对体积分数为50%的黏土浆体进行输送试验,在充填倍线为1∶4.89的情况下,黏土浆体在管道中输送良好。对试验系统出浆口处水平管道浆体输送特性进行数值模拟。结果表明,黏土浆体在管道断面流速分布不均匀,层流边界中法向速度梯度大,流速较小时,体积分数分布不均,颗粒易在管道底部堆积,随流速增加,黏土颗粒在管道中均匀分布。黏土颗粒粒度和密度对管道输送基本没有影响,临界速度随着黏土颗粒粒度、密度增大而增大,临界流速与浆体体积分数呈抛物线曲线关系。黏土胶结充填过程中应筛除其中混杂的颗粒粒度和密度较大的杂质,黏土浆体输送速度、体积分数应尽量避开临界速度与体积分数抛物线顶部区域。     

SBR和A/O工艺活性污泥的流变特性分析

对间歇式活性污泥法和厌氧好氧工艺法中的污泥进行流变特性分析,探讨两种工艺中污泥的剪切应力、黏度等流变特征指标的变化规律,并重点讨论TS和温度对污泥流变特性的影响。结果表明:当TS为9.10%时,两种工艺中的污泥均为假塑性非牛顿流体,其流变特性可以用Herschel-Bulkley模型来拟合。同一温度同一TS时,SBR工艺污泥流变模型H-B中的K是A/O工艺的10.11倍;极限黏度与TS呈幂指数关系;污泥黏度随温度升高呈现逐渐降低的趋势在低剪切速率下更为明显,且温度在10~35℃范围内,黏度变化更为显著。     

热水解-厌氧消化工艺中污泥的触变性分析

采用触变动力学系数作为评价指标,通过流变试验研究了热水解-厌氧消化联合工艺中污泥标准化黏度和触变性的变化规律,并探讨了屈服应力和触变性二者间的联系,从触变性角度为热水解-厌氧消化污泥的处理处置提供参考依据。结果表明:与滞后环相比,用触变动力学系数K更适合表征污泥的触变性;调配污泥、热水解污泥和厌氧消化污泥的标准化黏度均随时间增大逐渐减小;3种污泥的触变性随TSS质量分数增大而减小,经热水解-厌氧消化后污泥的触变性增大,流动性增强;污泥屈服应力越大,触变性越小,稳定性越强。     

页岩气井场土壤石油类污染特性及对理化性质的影响

为了解页岩气开采过程中的石油烃污染情况及其对土壤理化性质的影响,选择四川4个典型页岩气井场周围土壤为研究样地,采集石油烃污染土壤样品并测定土壤污染特征和理化性质,进一步利用SPSS分析了石油烃质量比与各类理化因子的相关性。结果表明:1)页岩气开发过程井场周围土壤受到不同程度的石油烃污染,质量比为0.022~15.6 g/kg,15个样点中有11个点土壤石油烃质量比超过500 mg/kg的临界值,石油烃萃取物GC-MS组分分析表明,污染物以大分子的直链烷烃和支链烷烃为主,占污染组分的90%以上;2)土壤受到石油烃污染后,土壤有机质显著增加,使含水率和p H值明显降低,还使发光细菌的半致死率EC50显著降低,即提高了土壤水浸液的毒性等级;3)土壤含油量对营养素全磷和全氮无显著影响,污染土壤中C、N、P比例严重失调,因此在进行烃污染土壤修复时需要适当补充N、P营养盐,可增强土壤中微生物的活性,加速石油烃的分解;4)相关性检验(LSD)结果显示,受烃污染土壤中的石油烃质量比与含水率和有机质呈极显著相关,与p H值和生物毒性EC50呈显著相关,与电导率、TN和TP无显著相关关系。     

一株高效废水除臭粪产碱菌的筛选及除臭特性研究

为了研究新型微生物除臭剂,以氨和硫化氢去除率为指标,采用驯化富集、稀释涂平板和分区划线的方法,从垃圾渗滤液中筛选出4株除臭菌。通过初筛和复筛试验获得1株除臭率最高的菌株,命名为X3。该菌株对氨和硫化氢的去除率分别为85%和82%。经过形态学观察、生理生化试验及16S rRNA基因分析,X3为粪产碱菌(Alcaligenes faecalis)。对其除臭特性进行了研究。结果表明:随生长曲线进入对数期,除臭率也呈现对数增长,在稳定期时,除臭率达到最高;上清液对氨和硫化氢的去除率分别为37%和30%,而下沉细胞对氨和硫化氢的去除率高达83%和79%,因此,该菌的主要除臭成分为活体细胞。     

采空区失稳的安全流变-突变理论分析

根据安全流变-突变理论,定性地描述了采空区失稳过程中的流变-突变特征,并结合采空区的实际情况建立了采空区失稳的理论数学模型,为定量分析采空区失稳提供依据.根据数学模型绘出的采空区流变加速度的变化曲线可知,系统的损伤加速度由负到正随时间变化,当加速度等于0时,系统开始突变,发生本质损伤,此时即使轻微的扰动也能导致空区失稳,且难以控制.突变点的获取对指导矿山制定安全控制措施,科学处理采空区,保障矿山安全生产具有重要的理论和现实意义.     

垃圾渗滤液运移过程中相关模型的研究及应用现状

介绍了垃圾渗滤液运移机理与研究现状,综述了国内外关于垃圾渗滤液释放、传输过程相关模型的研究及应用现状,并分析了各模型的优缺点。最后提出了渗滤液在土壤中运移的研究方向。渗滤液中水分在填埋场垃圾介质、包气带土层以及含水层各单一层中迁移转化的研究较全面;由于渗滤液中某种污染物的迁移转化涉及多学科交叉点,该方面的研究仍未成熟,相对滞后于工程技术发展的需要。     

生物膜填料塔净化低浓度甲醛废气的动力学模型研究

通过实验及动力学理论分析,对生物膜填料塔系统净化低质量浓度甲醛废气的适用动力学模型进行了研究.生物膜生化反应动力学分析显示,甲醛废气的生物净化有与其他挥发性有机废气(VOCs)不同的生化反应动力学特征,其反应类型判别准数M值远小于1(M=0.004(《)1.0),即生物膜中甲醛的生化反应速率远远小于其在液膜中的扩散速率,为慢速生化降解反应.针对净化低质量浓度甲醛废气的生物膜填料塔实验系统的研究表明,应用"吸收-生物膜"理论模型得到的甲醛净化效率、甲醛生化去除量和出口气体甲醛质量浓度的计算值与实验值之间的相关系数R分别到达了0.87、0.96和0.89,具有很好的相关性;而"吸附-生物膜"理论模型对应的相关系数R分别仅为0.64、0.84和0.64.与"吸附-生物膜"理论模型相比,"吸收-生物膜"理论模型描述甲醛废气生物净化过程具有良好的适用性,研究结果对生物法废气净化技术的相关基础理论研究和工程应用研究具有重要的参考价值.     

新型吸收剂的制备及其对甲苯废气的吸收性能研究

针对工业排放的大量有机废气,制备了一种新型吸收剂.首次以水和生物柴油为原料,经乳化形成稳定的乳液,可提高生物柴油的吸收性能.考察了油水比、乳化剂HLB值、乳化剂添加量、乳化时间和乳化温度对乳液稳定性的影响.将乳液作为甲苯废气的吸收剂,通过实验室模拟废气,考察了其对甲苯废气的去除率.结果表明,在油水比(质量比)为7:3,乳化剂HLB(亲水亲油平衡值)值为10,乳化剂质量分数为5%,乳化时间为0.5 h,乳化温度为室温时,乳液的稳定性最好,且对甲苯废气的去除率可达到90.3%.     

高温高产气井自由套管热应力研究

高温高产天然气开采所诱导的环空流体热膨胀及套管所受的热应力对井筒安全带来严峻挑战,套管爆裂及井口装置密封失效事件时有发生,因此,研究井口热应力及套管头升高十分必要.综合考虑井筒温度场、各层套管水泥返深、套管强度与力学稳定性等因素,建立了未封固井段自由套管轴向载荷及变形的计算方法,研究了高温高产气井热应力对套管及井口装置安全的影响.最后,以我国南海某气田为例,进行了井口热应力与套管头升高值的计算.结果表明,自由套管段的温度变化与各层套管水泥返深是影响井口热应力和套管头升高值的主要因素,井口热应力随表层套管和导管的水泥返深增加而增大,优化各层套管的水泥返深可以减小井口热应力;同时,随日产量增大,井筒温度升高,井口热应力和套管头升高值增加.     

1种改进的流变模型在层状覆盖层坝基上的应用*

为了深入剖析深厚覆盖层中各层岩土体的流变性对大坝安全稳定的影响机理。探索新的流变元件模型H-KS以适应层状覆盖层坝基,借助Comsol建立数值模型,计算青湾坝安全稳定指标,分析坝基流变对大坝整体的影响。研究结果表明:对于岩性、物理力学性质差异较大的层状覆盖层坝基,采用H-KS流变模型能较好反应大坝应力、变形和渗流实际情况,与监测值对比,误差在5%以内;相比不考虑流变的模型而言,应力、变形分别增大了10%和15.7%,部分增量会影响大坝结构的安全稳定,应予以重视;流变导致大坝整体渗透性降低,粗细粒层孔隙水压力分别减小了约50%和2.5%,加速了流固耦合过程,对于重新评估大坝的渗透性有重要参考意义;由于流变性不同,深厚覆盖层中粗粒土层在变形、应力和渗流方面影响最大,细粒土的贡献相对较小,除了与岩性相关之外,还与土层所处位置、厚度等相关。研究结果可为层状覆盖层上的大坝安全稳定体系的建立提供理论支持。     

废弃FR4环氧树脂覆铜板热解特性及固体残余物组成

采用TG(热重分析仪)和自制小尺度管式炉热解试验台架装置分别探讨了电子废弃物FR4环氧树脂玻璃纤维覆铜板在纯N2气氛中,以10 K/min升温速率加热到800℃的热解特性及在不同热解终温、停留时间下的固体残余物质量分布规律;采用SEM(扫描电子显微镜)分别对2种热解终温(450℃、550℃)下热解后玻璃纤维布进行微观形貌表征。TG热解结果表明,试样在N2气氛下热分解反应主要集中在第1阶段(300~400℃),失重量占总失重量65.55%,500℃后热解残余率趋于不变;管式炉热解结果及残余物表观微观形貌表明,热解温度和停留时间对玻璃纤维析出产率影响较大,而对铜析出产率几乎没有影响。当热解温度为550℃且停留时间保持10min时,废弃FR4环氧树脂玻璃纤维覆铜板可充分热解,玻璃纤维层间的环氧树脂系胶结剂已分解完毕,热解残余率达到最低值且玻璃纤维布自身未见明显变化。研究表明,通过热解焚烧技术电子废弃物资源具有规模化再利用的可能性。     

基于生物数学模型的飞行疲劳预测建模与仿真

为了合理调整机组排班计划来减少飞行疲劳隐患,重点分析与排班相关的时间因素对飞行疲劳的影响,将飞行员在一天中的飞行疲劳分解为执勤期和休息期的两个分量,然后基于生物数学模型对其进行量化,建立在机组排班过程中预测飞行员飞行疲劳的数学模型。以东航A330机队部分飞行员的任务计划为例进行仿真分析,结果表明,在目标时间段内延长飞行员的连续执勤时间、增加任务总数以及缩短相邻任务间的休息时间,均会使飞行员的疲劳值增加。因此,为了降低飞行疲劳风险,机组在制定排班计划时,应适当减少飞行员的连续执勤时间,酌情增加相邻任务间的休息时间。     

围岩稳定性评价的改进物元可拓模型与应用

为弥补现有地下工程围岩稳定性评价方法的不足,建立了改进的物元可拓模型。通过构造一种新的关联函数,解决了因传统的物元可拓模型的关联函数是一个分段函数而存在的不便于计算的缺陷,以及评价指标间的互不相容性问题,拓宽了物元可拓法的应用范围。将改进的物元可拓模型应用于某地下工程围岩的稳定性评价,结果表明,样本1、2、5属于Ⅱ级(较稳定),样本3、4属于Ⅰ级(稳定)。通过将其评价结果与传统可拓法及模糊数学综合评判结果进行比较分析,证明该评价方法的正确性。研究表明,改进的物元可拓模型的评价结果与实际工程地质情况更为吻合,准确度更高,能够反映各因素对围岩稳定性的影响,其合理性和可行性得到了验证。     

双金属复合管线应力分析中当量折算模型的建立与应用*

针对目前高腐蚀性气田的集输系统管线应力分析标准中,未给出双金属复合管线的强度校核方法,依据当量折算理论,将双金属复合管的几何与材料特性转化为等效单层管,通过有限元法验证双层管与等效管模型的计算精度。研究结果表明:利用当量折算理论,可以快速将双金属管外径、壁厚、弹性模量、热膨胀系数、密度等参数等效转化为单层管道相关参数。经实际应用检验,该方法在解决工程问题时具备一定的实用性与准确性;双金属复合管系统当量折算模型具备计算方便和精度高等优点,该模型可用于双金属复合管线结构设计和强度校核。研究结果可为双金属复合管线的强度校核提供1种参考方法。     

本煤层瓦斯抽采渗流模型及数值模拟

在研究煤层瓦斯抽采时,假定煤岩为具有孔隙裂隙的双重介质,在运动方程、连续性方程和辅助方程基础上,以煤岩体应变为耦合媒介建立了考虑裂隙瓦斯渗流、微孔隙吸附瓦斯解吸扩散和煤岩变形的渗流模型.借助多物理场分析软件COMSOL Multiphysics,将模型转化为偏微分方程组,结合沙曲矿24305工作面瓦斯赋存条件进行分析求解.结果表明,进行煤层瓦斯预抽时,抽采初期瓦斯压力下降较快,抽采孔间距对抽采效果影响比较显著,距离抽采孔越远瓦斯压力下降越慢,抽采时瓦斯渗流速度变化可分3个阶段.参考模拟结果现场布置孔距为6m的顺层钻孔,抽采稳定时瓦斯纯量达5～7 m3/min,抽采效果比较理想.