关键词： CO2腐蚀   O2腐蚀   P110钢   Cr   腐蚀产物膜  

摘要： 随着发现的稠油油藏逐渐增多,其开发面临严峻挑战。国家大力发展多元热流体吞吐技术,取得的增产效果显著。多元热流体中的CO与O等腐蚀性气体组分会造成注热管道发生快速腐蚀失效,为注热管材的选择带来挑战,限制了多元热流体吞吐技术的发展。本文以P110钢为实验材料,通过高温高压腐蚀模拟实验、电化学测试技术以及SEM,EDS,XRD等现代表面分析技术,系统研究了不同Cr含量的P110钢在CO-O共存环境中的腐蚀电化学行为、腐蚀产物膜的结构及腐蚀机理。所得结论如下:(1)在CO-O共存环境中,P110钢在不同氧含量条件下均发生局部腐蚀,腐蚀速率随氧含量的降低逐渐减小,点蚀程度减轻。腐蚀产物主要由FeO、FeCO与少量FeOOH构成,随着氧含量的降低FeCO含量逐渐增加。腐蚀产物膜为双层膜结构,外层为Fe的氧化物构成的红褐色腐蚀产物,内层由FeCO与少量FeOOH、FeO构成,当氧含量为5%时,蚀坑内部碳酸亚铁晶粒尺寸显著减小。且随着氧含量的降低,腐蚀产物膜电阻(R)与电荷传递电阻(R)逐渐增大,腐蚀产物膜电容(C)减小,腐蚀产物膜保护性显著提升。(2)当钢中Cr含量低于5%时,P110钢的腐蚀形态表现为局部腐蚀,随着Cr含量的升高,金属表面蚀坑数目明显减少,蚀坑底部形成了Cr含量较高的腐蚀产物,使得蚀坑底部的晶粒尺寸减小,细小致密的晶粒对腐蚀的纵向发展提供了一定的阻力,形成一种浅坑状腐蚀形貌。当钢中Cr含量到达5%时,转为均匀腐蚀。当Cr含量低于5%时,试样表面腐蚀产物主要由FeCO,FeOOH、FeO及Fe-Cr固溶体构成。随着Cr含量的增加,膜层电阻(R)、电荷传递电阻(R)、线性极化电阻(LPR)增大,膜层电容(C)减小,腐蚀产物膜保护性增强,点蚀影响区减少,Cr的增加提高了腐蚀产物膜的致密性,显著增强的材料的耐蚀性。(3)随着氧含量的增加P110-5Cr钢的腐蚀速率呈增大趋势,当氧含量增加至10%时,出现局部腐蚀,且随着氧含量的继续增加局部腐蚀程度加重。腐蚀产物中的FeCO与FeOOH仅存在于氧含量为10%与15%条件下,而FeO与Fe-Cr固溶体则始终存在。随着氧含量的升高,P110-5Cr钢的腐蚀产物膜由最初的单层膜结构转变为底部出现富Cr层的双层膜结构,再转变为仅由富Cr层构成的单层膜结构。富Cr的腐蚀产物膜在致密性以及与基体的结合力方面性能都有显著提升。P110-5Cr钢的蚀坑多为平底深坑,蚀坑内部主要由Cr与O的化合物构成,而蚀坑外部则主要由Fe,O及少量的Cr构成,且Cr元素分布不均匀。当Cr与O的化合物单独存在时,其与基体结合力及对基体的保护性较差。而由Fe、O、Cr共同构成的腐蚀产物对机体的保护性较好。

关键词： 负浮力射流   分层环境   非对称特征   直接数值模拟   混水特性   转捩区  

摘要： 负浮力射流射入分层环境流体的流动现象广泛存在于自然界和工程应用中。处于转捩区间的负浮力射流的非对称过渡和非对称特征是揭示射流中的湍流产生机制的关键所在。而环境流体的分层更使这些非对称过渡和非对称特征进一步复杂化。本论文对温度分层环境流体中处于转捩区间(即100≤Re≤400,1≤Fr≤8,0.0≤s≤0.3,这里Fr为弗罗德数,Re为雷诺数,s为无量纲温度分层数)的圆形负浮力射流在分层环境流体中的流动进行一系列的三维直接数值模拟(DNS)计算,并根据计算结果分别定量和定性地分析这些流动的控制参数(即Fr,Re和s)对负浮力射流由对称到非对称过渡、非对称特征、最大射流高度等的影响。研究发现:(1)定量化的切向速度能准确地描述转捩区圆形负浮力射流非对称过渡和非对称行为特征;当圆形负浮力射流保持对称特征时,流场中不同位置的切向速度为零或非常小;而若流场中出现任何非零或不可忽略的切向速度时,则表明负浮力射流已呈现出非对称特征。(2)当Fr数或Re数较低时,负浮力射流一般能在整个时间段内保持对称特征;但当Fr数或Re数较大时,负浮力射流只在早期发展阶段呈现对称特性,而在非对称过渡时间之后,其表现为始终保持非对称,即使处于准稳态阶段也是如此,其表现特征为瞬时最大切向速度值围绕一基本恒定的时均值上下波动。(3)与Fr数和Re数的影响趋势相反,环境流体的温度分层(s数)对负浮力射流流动的稳定和削弱甚至消除射流的非对称特征起到积极作用。(4)根据所得数值结果,利用无量纲标度分析方法,本论文得到了一系列分层环境中负浮力射流特征参数的定量化的关键标度关系式,包括非对称特征的起始时间、初始最大射流高度、时间平均最大射流高度、到达初始最大射流高度的时间等;结果显示,Fr数和s数对这些特征参数有显著的影响,但Re数对这些特征参数的影响相比而言较小。对于负浮力射流在分层环境中的具体应用方面,本论文选取了太阳能应用中一个典型的立式承压储热水箱为分析对象,结合实际运行条件,对储水箱在取水阶段的三种常见流量下的取水特性进行了模拟计算分析。研究发现:(1)无量纲温跃层厚度变化趋势随着流量的不同而不一致,但平均无量纲温跃层厚度随着流量的增加逐渐增厚;大流量工况下,平均无量纲温跃层厚度是中小流量工况下的近两倍;在中小流量工况下,无量纲温跃层厚度虽逐渐增加,但变化并不明显,但在大流量工况时,无量纲温跃层厚度在排水开始阶段非常厚,但随着放水时间增加,这一厚度快速变薄,到无量纲时间0.4后变化趋缓。这主要是因为在开始阶段,进口流量越大,冷热水掺混越明显,但随着冷水区域的扩大,较高的冷水入射动量对高温水层的影响逐步降低所致;排水流量越大,储热水箱内相同位置的冷水区域温度越高;在2.5 L/min和10 L/min的流量工况下,在水箱无量纲0.2高度处的温度差别达到14 K左右,表明排水流量越大,掺混越剧烈,能取出的可用热水越少。(2)储水箱内的无量纲?随着排水时间的增加逐渐减小,且减小趋势基本一致;在同一无量纲时间,排水流量大,储水箱中的无量纲?值也越大,在较大流量(10 L/min)时,无量纲?平均值为0.578,是较小流量下(2.5 L/min)的2.48倍。这一变化趋势说明:随着排水时间的增加,储水箱内的可用热量逐渐减小;排水流量越大,储水箱内的掺混越明显,储水箱内剩余的不可用热量越多,可取出的热量越少。在对不同进水流量对储水箱的放水特性进行分析后,本论文根据实际使用中的常用的中等流量,对温度分层度为5 K/m,10 K/m和20 K/m的三种工况进行模拟计算分析,得到如下主要结果:(1)随着无量纲时间的增加,无量纲温跃层厚度的变化趋势为先减小再增大;不同的分层度下,平均无量纲温跃层厚度变化不明显,其平均值均在0.1左右,表明在不同的温度分层度下,无量纲温跃层厚度的变化并不能反应出水箱内整体的冷热水掺混情况。(2)无量纲?值随着温度分层度的增加和无量纲时间的增加逐渐减小,但温度分层度较大的20K/m工况下,变化趋势不同于温度分层较小的工况;当温度分层度为5 K/m时,平均无量纲?值为0.3263,而当温度分层度为20 K/m时,平均无量纲?值为0.2103,是温度分层度为5 K/m时的64%,表明温度分层度越大,无量纲?值的减小越明显,因而可从储水箱中取出的可用热量越多。这一结果印证了储水箱内的热水温度分层度对取水时冷热水的掺混有抑制作用;温度分层度越高,这种抑制作用越明显。这一结论与之前研究圆形负浮力射流在分层环境流体中的流动行为所得的关键定性结论完全一致,即环境流体的温度分层对负浮力射流流动的稳定起到积极作用,这种分层削弱甚至消除了射流的非对称特征。(3)储水箱内的平均无量纲?随温度分层度的增加呈线性降低的关系。

标准号: IEC 60068-2-74-2018

关键词： 锂离子电池   开孔泡沫铜   电解液   腐蚀行为   疲劳行为  

摘要： 锂离子电池作为一种清洁、高效的二次电池,已被广泛地用于手机电池和其他可携带电子器件中。活性材料在电池中的稳定性对保持锂离子电池的高功率和高能量密度起着至关重要的作用。此外,集流体也是锂离子电池中的一个重要组成部分,它能承载活性物质、收集电流、减少内部阻力并提高循环的稳定性。但是集流体在锂离子电池电解液中常遭受严重的腐蚀破坏和疲劳破坏,导致电极材料与集流体分离。开孔泡沫铜作为一种新型负极集流体,在锂离子电池中有广泛的应用前景,可有效缓解负极材料与集流体分离的问题,延长电池的循环寿命。本文研究了集流体在锂离子电池电解液中的腐蚀行为和开孔泡沫铜在空气中及电解液环境中的疲劳行为,对新型泡沫铜集流体在锂离子电池中的应用有指导性意义。取得的研究成果如下:(1)采用电化学分析测试方法对比研究了电解液中铜箔与泡沫铜的腐蚀行为及机理,结果发现,铜箔在锂离子电池电解液中的腐蚀方式主要是点状腐蚀,但开孔泡沫铜更倾向于均匀腐蚀。整个腐蚀过程都伴随着铜氧化物的形成和分解,电解液中六氟磷酸锂分解产生氢氟酸是造成材料腐蚀的主要原因。随着泡沫铜孔密度的增加,离子在材料中扩散的难度也随之增加,腐蚀产物更容易沉积在孔棱表面。40PPI开孔泡沫铜在浸泡初期的腐蚀行为受到了扩散的影响,腐蚀产物和电解液分解的产物在孔棱间凝结成块导致腐蚀区域逐渐减小,扩散效应也随之消失。(2)低应力幅值下,随着孔径的增大,开孔泡沫铜的疲劳寿命也增加。疲劳变形主要集中在材料的中心区域,在循环加载初期变形区域会与加载方向垂直或者呈现出一定的倾斜角,但最后会合并成一个较大的水平变形区域。孔径越大的泡沫铜孔棱越厚,在低应力水平下的抗压能力更强。孔棱连接处产生的裂纹对材料的疲劳寿命影响最大。(3)电解液环境可以加速开孔泡沫铜材料的疲劳失效。低应力幅值下,材料在电解液中展现了与空气中不同的疲劳变形规律。在电化学-力学交互作用下,材料在疲劳过程中会发生脆性断裂。腐蚀疲劳失效后的样品既展现了孔棱表皮脱落、孔棱节点开裂等疲劳破坏现象,也展现了均匀腐蚀的特点。孔径越大的开孔泡沫铜在疲劳初期变形速率越小,在疲劳失效阶段变形速率越大。

关键词： 甘氨酸   单分散液滴   多晶型   介稳区   诱导期  

摘要： 本研究使用微流体液滴技术研究无机盐对甘氨酸多晶型的调控作用,选用氯化钠作为添加剂来研究无机盐离子对甘氨酸多晶型现象成核过程的影响。主要包括以下几点:1、考察氯化钠对甘氨酸溶解度性质的影响,设置常规温度区间,将溶解度曲线分区讨论,从晶型转变的角度研究甘氨酸溶解度曲线变化的趋势。2、本文使用微流体芯片技术批量生成单分散液滴,以单分散液滴为结晶器系统地研究微液滴中甘氨酸多晶型的热力学和成核动力学特性,研究氯化钠对甘氨酸多晶型的调控作用,并展开多组平行实验探究氯化钠浓度与微液滴中生成的甘氨酸多晶型的对应关系。将微液滴中产生稳定γ晶型的氯化钠临界浓度和常规结晶方法进行对比,说明微液滴结晶技术具备更加灵敏调控的优势。使用粉末X射线衍射仪测定多晶型的晶体结构。通过对比,考察微液滴中能够诱导产生单一γ型晶体的氯化钠添加量与常规方法下诱导产生单一γ型晶体的氯化钠添加量的区别,阐述微流体技术在多晶型成核过程调控方面具备更加灵敏便捷的优势。3、为了研究纳米级的微反应器中多晶型成核过程的选择性成核,我们使用微液滴方法研究多晶型的成核过程。分别使用微液滴方法测定了介稳区宽度和成核诱导期。继而从经典成核理论入手讨论甘氨酸多晶型成核过程的选择性,使用计算所得的成核参数来分析晶型转变过程中的发生变化。探究氯化钠在降低γ晶型成核能垒方面所起到的作用,研究其对成核过程的促进作用,对比考察常规结晶条件下生成的晶体其临界晶核表面张力值与微流体结晶所得临界晶核表面张力值的大小。

关键词： 微流控芯片   交流电热   循环泵送   流体剪切力  

摘要： 近年来,微流控芯片技术在细胞体外培养中体现出了重要的临床意义。在生物芯片中,常使用泵送系统完成对细胞培养基等高电导率流体的驱动,而传统的泵送系统使用机械式压力微泵作为驱动单元。此种方法不仅会导致系统总体积过大,而且未充分考虑流体营造的剪切力微环境多样性的特点。因此,设计一种提供多剪切力微环境的泵送培养芯片具有重要意义。本文基于现有的平行电极微泵,提出了一种新型电极结构。这种芯片的电极结构是对平行叉指电极阵列进行整改而来的轮幅式叉指电极阵列。在确定电极结构的基础上对泵送过程中芯片内部的流体进行受力分析,通过理论研究评估出各项力的影响因素。利用有限元仿真软件对本课题的设计芯片与普通平行微泵芯片进行三维建模,通过强耦合求解得出电场、温度场以及流场分布情况。将仿真结果进行对比,证明本课题设计的芯片可以在泵送过程中营造丰富的流速环境。利用强耦合模型对电极的关键参数进行参数化求解,得出最优电极参数。根据优化仿真确定的电极参数,加工出实验所需微泵芯片并搭建系统平台。使用与细胞培养基电导率相近的氯化钠-聚苯乙烯微球悬浊液做为实验流体,观察在不同交流电压下实验芯片对静止微流体的泵送效果。通过对此芯片实验数据图的分析,发现通过低压交流电的作用,流体在此芯片中可以完成“之”字形循环泵送,此芯片可以营造出多流体剪切力微环境,且效果随电压值的增大而愈加显著。通过理论分析、仿真求解以及实验验证,可以确定本文设计的芯片对细胞培养基等生物流体进行循环泵送的功能。流体在泵送过程中具有多种流体剪切力梯度,细胞可根据需求对流体剪切力微环境进行自主选择。本文设计的芯片可以更好地完成细胞的体外培养,丰富培养过程中的控制因素。

关键词： 温室环境参数优化   CFD仿真   交互式优化框架   多目标优化算法  

摘要： 在现代化农业工程领域,温室作为一种复杂的、分布式参数的生态系统,其室内微环境参数对农作物生产起关键作用。因此,对温室内环境系统的建模与优化一直是广大学者研究的重点内容。以促进作物产量和节约能耗为目标,如何优化温室环境参数,为温室闭环控制系统提供最优设置点是设施农业领域急需解决的重要科学问题。本文以镇江地区基于机械通风系统的Venlo型温室作为研究对象,采用计算流体力学软件(CFD)对不同室外气象条件下室内微环境进行仿真模拟,并通过实验数据验证CFD模型的有效性。在此基础上设计基于数据交互机制的温室环境参数多目标优化策略。主要内容有:(1)结合温室的物理特性和以往仿真研究资料对温室系统进行物理简化。根据温室实际情况,合理设置气体湍流模型和太阳辐射模型,建立温室环境系统的CFD仿真模型。在此基础上,初步探讨通风速率、热辐射等因素影响下的温室内环境参数时空分布规律。(2)为验证所建仿真模型的可靠性,实施自然通风和机械通风条件下温室内温度、风速的测量实验,并将实验结果和仿真结果进行对比。对比结果显示:在自然通风状况下温度的平均误差为9.6%,平均绝对误差为2.3℃,在机械强制通风状况下温度的平均相对误差为6.7%,平均绝对误差为2℃,风速的平均相对误差为21.1%,平均绝对误差为0.11 m/s。温度场、气流场分布趋势较为吻合,所建模型可靠性较高。(3)设计一款针对温室环境参数的数据交互式优化框架。通过C++语言编写数据交互模块,将CFD仿真模块与Matlab优化模块整合到统一的交互优化框架中,运用多目标优化算法对温室仿真结果进行迭代优化。相比于以往的正交试验法和参数学习优化方法,该优化策略能够较好的考虑到温室内环境参数的时空分布特性,具有空间分辨率高、通用性强等优点。(4)分别采用多目标遗传算法(MOGA)和多目标粒子群算法(MOPSO),基于所建立的交互优化策略对温室内环境参数进行优化。其中控制变量为风机风速、进气口空气温度、覆盖层太阳辐射强度以及二氧化碳注入速率,优化目标为温度适宜性、二氧化碳浓度适宜性和风机能耗。结果显示两种优化算法均能有效的降低温室内各个环境指标,所建立的优化框架能够为农业温室的实际调控提供有益参考。

关键词： medicine   cardiology  

ISBN: (数字)9780190225490 ISBN: (纸本)9780190225483

摘要： The sixth edition of Ellestad's classic text on cardiac stress testing has been extensively updated and re-written to communicate contemporary understanding of the classical principles of stress testing to clinicians and researchers, students and seasoned practitioners alike. The current techniques for performing stress tests presented herein reflect major technologic advances in imaging, physiologic monitoring and the assessment of cardiovascular risk, addressing fundamental paradigm shifts in interventional, surgical and medical treatment of heart disease. Moreover, the text addresses the dramatic changes that are occurring in patient demographics and the environmental, socioeconomic, gender and genomic factors that crucially impact heart disease and warrant attention when performing cardiac stress testing.

关键词： 开孔悬臂梁   V型悬臂梁   流固耦合   水下振动   水动力函数  

摘要： 开孔和V型悬臂梁作为两种重要的柔性梁结构,在以原子力显微镜(AFM)为代表的检测系统、微纳机械传感/执行器、能量采集器及仿生推进器中得到了广泛应用,该类复杂孔梁结构通常在粘性流体环境下实现精密检测、传感与性能表征,同时也会使得结构的流固耦合振动特性更为复杂,直接影响器件或系统的动态性能。本文针对开孔和V型悬臂梁结构的流固耦合振动特性开展了研究,通过求解二维Navier-Stokes方程得到了用于描述结构所受流体载荷的水动力函数,基于Euler-Bernoulli梁理论建立了结构的流固耦合动力学模型并在水环境下开展了实验验证。本文主要的研究内容和结论如下:(1)建立了开孔悬臂梁结构的流固耦合振动模型,通过二维CFD分析确定了水动力函数关于频率参数的表达式,结果表明,振动频率增大,开孔梁结构所受附加质量力和流体阻尼力均减小;理论分析得到了结构的频率响应特性。在水环境下开展了不同几何尺寸的开孔悬臂梁振动实验研究,验证了水动力函数表达式及流固耦合动力学模型。(2)针对V型结构截面孔宽比连续变化的几何特征,建立了粘性流体环境下V型悬臂梁结构的流固耦合动力学模型,导出了基于截面孔宽比参数的梁结构的修正水动力函数,确定了孔宽比和频率参数影响下V型悬臂梁结构的水动力函数,结果表明,截面孔宽比和频率参数的增大都将导致结构所受附加质量力和流体阻尼力的减小;开展了V型悬臂梁流固耦合振动的三维数值研究,验证了二维流场分析的合理性及修正水动力函数的准确性。(3)研究了大振幅振动时流场的非线性效应对V型悬臂梁结构所受水动力载荷的影响,引入振幅参数进一步修正了V型梁结构的水动力函数,完善了由截面孔宽比、频率及振幅参数共同确定的水动力函数修正表达式,研究发现,振动幅值对V型悬臂梁结构所受附加质量力的影响较小,而对非线性流体阻尼力的影响显著:非线性流体阻尼力随振动幅值的增大而明显增大;设计了多种不同几何尺寸的V型梁结构,开展了V型悬臂梁结构从小振幅到大振幅振动的实验研究,验证了基于截面孔宽比和振幅参数修正的流固耦合动力学模型。本文的研究结果可以为复杂孔梁结构的工程设计和商业应用提供一定的理论参考和依据。

关键词： delays   evolutionary computation   frequency control   load regulation   sensitivity analysis   thyristor applications   time-domain analysis  

摘要： This study compares fractional order phase lead-lag controller, fractional order proportional-integral-derivative (FOPID), and tilt-integral-derivative controllers as thyristor controlled series capacitor (TCSC)-based damping controller to improve load frequency control (LFC) performance in a restructured power system. To prepare an efficient ancillary service, a precise formulation for participation of TCSC in tie-line power flow exchange is presented which is compared with the earlier Taylor-based approximated model. The controller parameters are adjusted by employing different evolutionary algorithms. To obtain realistic results under a competitive environment, a diverse-GENCOs multi-DISCOs power system with the generation rate constraint and governor dead-band effects, communication time delay, bilateral contracts, and pool-co transactions is taken into account. Non-linear time-domain simulations demonstrate that the FOPID-based TCSC damping controller in coordination with an integral-type simple LFC can most effectively suppress the area frequency and tie-line power oscillations. Further investigations are performed for uncontracted higher order step and random load demands treated as contract violation scenarios to confirm the superiority of the proposed fractional order controllers-based TCSC-LFC over the Taylor-based TCSC-LFC. The sensitivity analysis is done for a wide range of loading condition and system parameters to compare the robustness of the considered controllers.