温度梯度下钛合金热防护结构的导波特性研究

目的 实现可重复使用钛合金热防护结构的导波健康监测。方法 针对钛合金热防护结构,提出热–力–电多物理场耦合导波传播建模仿真分析方法,研究温度梯度下钛合金热防护结构中导波的传播特性,以及在温度梯度和裂纹损伤耦合作用下导波的传播特性。结果 20~500 ℃的温度梯度会导致钛合金结构中导波的群速度降低、幅值衰减降低,裂纹损伤使得钛合金结构中导波的群速度、幅值降低,且损伤越大,影响越明显。裂纹扩展至20 mm时,S0模式群速度降低了1.5%,A0模式群速度降低了2%。结论 此模型可为大范围的温度梯度条件下,钛合金热防护结构上传感器优化布置以及导波监测方法的研究提供指导。     

Mg2Sn对镁合金耐腐蚀性能影响的计算分析与验证

目的 从计算角度分析镁合金中的主要析出相Mg_(2)Sn对ZA系镁合金耐蚀性能的影响,并采用试验测试的方法对其进行验证。方法 利用第一性原理计算方法对Mg_(2)Sn的表面能与功函数进行计算,通过与构建的Mg基体以及Zn、Al掺杂的Mg表面的表面能、功函数进行对比分析,分析Mg_(2)Sn对ZA系镁合金耐蚀性能的影响。为了验证计算结果,制备Mg-5Zn-3Al-0Sn合金以及Mg-5Zn-3Al-3Sn合金,通过电化学实验对2种合金的耐蚀性能进行对比分析,研究Mg_(2)Sn对ZA系镁合金耐蚀性能的影响。结果 计算了Mg基体表面能与功函数,与其他成果计算结果的符合程度较好。对Mg_(2)Sn不同表面的功函数进行计算,通过与Mg、Mg-Zn、Mg-Al表面的计算结果进行对比,发现Mg_(2)Sn的功函数均要更高。XRD测试结果表明,制备的Mg-5Zn-3Al-3Sn合金中有明显的Mg_(2)Sn相。电化学测试结果表明,Mg-5Zn-3Al-0Sn的耐蚀性能要好于Mg-5Zn-3Al-3Sn的耐蚀性能。结论 通过第一性原理计算发现,Mg_(2)Sn的功函数高于Mg基体表面的功函数,说明在合金中易发生微电偶腐蚀,Mg_(2)Sn充当阴极相促进Mg基体的腐蚀。电化学测试结果说明,当合金中存在明显的Mg_(2)Sn相时,合金的耐蚀性能降低,腐蚀电位达到-1.21 V。     

改性环氧有机涂层的电偶腐蚀行为模拟分析

目的 实现二氧化钛-还原氧化石墨烯改性环氧防腐涂层在海洋工程应用下的电偶腐蚀行为分析。方法 以还原氧化石墨烯、二氧化钛为纳米填料,制备改性环氧防腐涂层,并以此涂层为模型,利用有限元计算软件,研究改性环氧涂层存在微观缺陷情况下,涂层抑制金属电偶腐蚀的作用规律。结果 改性环氧涂层可以有效抑制金属电偶腐蚀问题。计算研究了缺陷涂层在不同孔洞宽度和分布状态下,涂层对电偶腐蚀的抑制程度。当缺陷涂层孔洞宽度为500 μm,阴阳面积比为2︰1时,电位差最小为1.05×10^–6 V,可以有效抑制电偶腐蚀。结论 二氧化钛-还原氧化石墨烯的添加,可以填补涂层空隙,阻碍水渗透,有效提高环氧涂层的防腐性能。利用有限元模拟计算可得,涂层破损时会发生局部严重腐蚀,最终造成工程结构的失效。     

生物质燃烧过程颗粒模型现状分析

生物质颗粒燃烧过程计算是生物质能利用、火灾过程分析及城市固体垃圾焚烧技术开发的基础。其计算结果的准确度取决于对所研究物理问题的数学模型是否正确。总结了生物质颗粒燃烧涉及的模型。对比了反应区域模型中面反应模型和体积反应模型,指出面反应模型适合计算传输控制过程,而体积反应模型适合计算动力控制或动力传输共同控制的过程。总结了干燥、热解、炭氧化等物理化学变化以及动量、热量和质量传递主要方程及方程中涉及的参数。结果表明,这些方程和参数差异显著,仍需实验研究辅助模型选取。     

椭圆纤维过滤压降与惯性捕集效率数值分析

采用数值方法求解了描述椭圆截面纤维绕流特征的Navier-Stokes方程,并计算了椭圆纤维对粒子惯性捕集效率及纤维过滤压降.分析讨论了椭圆纤维迎风角度θ、长短轴比ε和填充率C等参数对惯性粒子过滤性能的影响.结果表明,在大迎风角度时,过滤压降随长短轴比增大而增大,而在小迎风角度下,过滤压降则随长短轴比增大而减小;在相同纤维长短轴比条件下,过滤压降均随迎风角增大而增加.粒子惯性捕集效率计算结果则表明,对于中高惯性粒子捕集,大迎风角度和高长短轴比的椭圆纤维的捕集效率高于圆截面纤维,而对弱惯性粒子,小迎风角度和高长短轴比的椭圆纤维则表现出较高的捕集效率.在椭圆纤维过滤压降和捕集效率计算基础上,采用纤维过滤质量因子（定义为捕集效率比过滤阻力）评价综合过滤性能.结果表明,对于中高惯性粒子过滤,扁长型椭圆纤维（即为高长短轴比ε）在迎风角约为θ=45°时质量因子总体较高,即具有较优的综合过滤性能;而对弱惯性粒子,则扁长型椭圆纤维长轴平行来流方向（θ=0°）时,总体过滤性能较优.     

柴油表征燃料在高浓度CO2氛围下燃烧机理的分析

为研究高浓度CO₂在高温高压情况下对柴油燃烧特性的影响,提出了柴油表征燃料在CO₂/O₂氛围下的燃烧反应机理.通过量子化学计算了化学反应路径并对反应路径进行分析,最后进行柴油表征燃料燃烧的仿真.通过搭建定容燃烧弹试验台架和可视化系统进行试验与仿真分析,结果表明：在50% CO₂+50% O₂氛围下,对仿真与实验的火焰燃烧极限长度和火焰纵截面面积进行对比,最小误差分别为0.39%和0.64%,最大误差分别为8.54%和4.94%,说明此机理适用于高浓度CO₂氛围下柴油燃烧特性的研究;CO₂的化学效应在柴油表征燃料燃烧时具有促进作用,CO₂在2600 K时发生热解,热解产物CO与H自由基等发生反应可以生成着火促进剂·OH;柴油在50% CO₂+50% O₂、43% CO₂+57% O₂和35% CO₂+65% O₂氛围下的燃烧效率比空气氛围分别提高了28.2%、30.4%和33.3%.     

多纤维捕集过程中细颗粒湍流团聚模拟研究

基于随机多层纤维过滤介质算法建立了平板式三维拟态化结构.利用计算流体力学-颗粒群平衡模型（CFD-PBM）对多纤维捕集过程中细颗粒湍流团聚进行数值模拟研究,并采用分区法求解颗粒群平衡方程（PBE）.通过控制变量法分析表明：多纤维捕集过程中存在着明显的颗粒团聚行为.粉尘颗粒的团聚程度随停留时间增加而增强,当t ≥ l/v（速度方向模型尺寸长度/入口风速）,团聚逐渐趋于稳定;当v_max·t ≤ l,入口风速越大,颗粒团聚程度和团聚速率越大,最终的团聚程度取决于入口风速和停留时间;颗粒粒径越大,粉尘颗粒的团聚程度和团聚速率越小.出口颗粒平均粒径与初始粒径相比增长倍数越小.粉尘颗粒体积分数越大,颗粒团聚程度以及团聚速率越大.当v=0.1m/s,d_p=1.0μm,VF >0.003636,Bin-7~Bin-0区间数量浓度对数分布呈线性比例关系.     

RTO热力平衡核算及天然气消耗量影响因素分析

以某船舶涂装车间运行数据为依据,建立了蓄热式高温氧化炉（Regenerative Thermal Oxidizer,RTO）的热力平衡关系式,核算了RTO空载和满载运行的数据,验证了炉温与挥发性有机化合物（Volatile Organic Compounds,VOCs）浓度的关系;讨论了排风量、沸石转轮浓缩倍率、换热器热利用率和VOCs浓度四个关键参数对天然气消耗量的影响.结果显示,入炉VOCs浓度每增加1000mg/Nm³,炉温上升约21℃,排风量越小,沸石转轮浓缩倍率、换热器热利用率和VOCs浓度越大,天然气消耗量越低.基于本研究建立的热平衡方程,结合RTO实际工程应用中的注意事项,结果表明,在烘干阶段按照工艺要求的3次/h确定车间最小排风量,将沸石转轮浓缩倍率设定为10~14倍,选用换热器热利用率在0.7以上的换热器能在保证RTO安全运行的前提下显著降低天然气消耗量.     

精馏过程动态建模与安全控制研究进展

介绍了精馏过程的动态建模与安全控制等方面的研究现状,提出了基于塔板力学模型动态建模与安全分析技术,通过对精馏塔动态特性分析,可准确反映精馏过程的动态变化。根据动态响应规律,建立基于智能调控的先进性控制系统,指导精馏塔、阀门、泵等设备进行变频调节,从而保证精馏塔的稳定运行。     

疲劳损伤谱时域、频域计算方法及其等效性验证

目的 验证疲劳损伤谱时域计算方法与频域计算方法的等效性.方法 将疲劳损伤谱的时域方法与频域方法编写为MATLAB程序,以典型载荷加速度功率谱为例,反推其加速度时程,分别用加速度功率谱、加速度时程数据通过频域及时域方法计算疲劳损伤谱,对比疲劳损伤谱曲线,从而验证时域算法与频域算法的等效性.结果 疲劳损伤谱的低频部分,时域方法得到的疲劳损伤大于频域结果;高频部分,时域算法与频域算法得到的曲线结果基本一致.结论 疲劳损伤谱的时域算法与频域算法具有等效性.