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关键词： 胶东半岛   地热水   地热气体   热储温度   地热成因机制  

摘要： 地热能资源是一种绿色、低碳、高效、且可循环利用的清洁可再生能源。随着“碳达峰”,“碳中和”的长远目标的确立,地热资源的开发与利用对于国家能源结构调整与改革都具有十分重大的意义。胶东半岛具有丰富的地热资源,是我国重要的中低温地热带,开发利用潜力巨大。本次研究以地热流体作为研究对象,采集区内典型地热流体样品及岩石样品,通过水文地球化学方法、同位素手段,分析地热流体的水文地球化学特征及演变规律,揭示该区热源、水源及运移通道和循环规律,阐明该区地热资源成因机理,综合研究结果,构建该区的地热成因概念模型,为该区深部高温地热资源勘探评价提供理论支撑。主要成果如下:(1)基于地热水的氚同位素特征分析,地热水主要接受1953年之前的大气降水补给作用。受到海相成因与非海相成因作用的影响,胶东半岛地热水主要分为海相来源的高矿化度地热水,TDS均值为3919.67 mg/L,水化学类型以Cl-Na型和Cl-Na·Ca型为主,主要出露于近海平原区与沿海地区,存在海水混入作用;非海相来源的低矿化度地热水,TDS均值为793.33mg/L,水化学类型主要为HCO·SO-Na、SO·Cl-Na型,出露于山前河谷阶地地区,在浅部接受碳酸盐与硫酸盐的溶滤,在深部则主要以硅酸盐风化作用为主,其盐分来源于水与围岩的相互作用。(2)胶东半岛地热气体以N(93.2～98.3vol.%)为主,Ar(1.2～1.5 vol.%),CO(0.03～3.95vol.%)等气体含量较少,无H、HS、SO气体。由He-Ar-N三角图及特征气体比值可知地热N主要为大气来源;地热气体He/He比值为0.22～1.80Ra,利用He/He比值特征值判定研究区He来源主要为壳源(壳源占比:77.54～97.55%,幔源占比为2.66%～19.32%);δC为-49.3～-19.4‰,地热气体δC值范围在-12.8‰～-19.4‰,δC及δC-R/R特征可知地热气体中CO来源于壳源有机物热裂解。(3)根据水样在Na-K-Mg三角图的落点可知此次研究区地热水主要落于部分平衡水区域,表明地热水在升流过程中存在浅部水混合的二次改造作用。结合热储水化学特征,利用石英温度计确定深部热储温度为107.74℃～142.79℃,为中低温地热系统,阳离子温度计与多种矿物平衡法所得温度均不适用。(4)根据地热流体水化学特征与成因机理研究,建立胶东半岛地热成因概念模型。

关键词： 锂离子电池火灾   水成膜泡沫灭火剂   氟碳表面活性剂   表面张力   灭火性能  

摘要： 锂离子电池在过充、短路、过热、穿刺或碰撞等情况下发生热失控,容易起火甚至爆炸。为降低锂电池火灾风险,锂离子电池火灾消防剂的研究已迫在眉睫。锂离子电池燃烧情况非常复杂,快速降温是灭火的关键。水具有高的比热容,水基灭火剂可以抑制火灾,也可以抑制电池热失控传播。水成膜泡沫灭火剂由氟碳表面活性剂组成,与碳氢表面活性剂复配使用,能够在可燃物表面迅速成膜,起到降温和隔绝氧气的双重作用,具有灭火效率高、时间短的优势,可以防止复燃。然而,传统水成膜泡沫灭火剂以全氟辛基磺酸盐及其衍生物为主要活性成分,这是一种难以降解且对生物有毒害的污染物。锂离子电池火灾的消防剂,必然要求对环境友好安全,需要开发出环保的新型水基灭火剂。本文针对锂离子电池燃烧的火灾特性,以可生物降解的全氟己基(C6型)氟碳表面活性剂为基础活性成分,并以表面张力和发泡倍数两个参数筛选最佳的碳氢表面活性剂作为辅助活性成分组成复配体系。经筛选,全氟己基氟碳表面活性剂VF-9129与十二烷基硫酸钠组成的复配溶液表面张力最低,为14.44 m N·m,能够在可燃物快速铺展和充分覆盖。同时在体系中加入发泡剂、抗冻剂、助溶剂等,改善体系的物理化学性质,起到快速扑灭锂离子电池火灾、防止复燃的效果。同时本文按照国标《泡沫灭火剂》(GB15308-2006)的相关标准,测试该消防液的发泡倍数为8.3,铺展时间为0.3 s,腐蚀率为8.639 mg·d·dm,p H值为9.29,抗冻性能优异,测试结果显示其各项性能均符合国家相关标准的要求。将此水成膜溶液应用于单体锂离子电池的火灾,在自主设计搭建的消防平台进行燃烧实验。明火引燃锂离子电池后,在适当时间喷出锂离子电池消防液后同步记录燃烧过程中的温度变化。结果显示所配置的锂离子电池消防液在10 s内扑灭25Ah锂离子电池明火,并且不会复燃。

关键词： TiO2   纳米颗粒   表面张力   气/液界面   吸附特性   扩张粘弹性  

摘要： 利用太阳能光催化分解水制氢是发展可再生能源体系的途径之一。目前研究多从光催化剂材料的光生电子传递受限角度出发,通过对材料物理化学性质的调控以提高光催化转化效率,而忽略了反应体系状态特性对材料性能的影响,使整体光氢转化效率提升受限。水相反应体系中的光催化剂颗粒易发生团聚与沉降,从而影响光线的传播及光催化剂表面对光子的吸收作用,使得有效光催化表面积减少,产氢及转化效率降低。催化剂颗粒在气泡表面的有效吸附,是实现颗粒在体相再分散的有效方法之一;研究催化剂颗粒在气液界面的吸附特性,调控催化剂颗粒在气液界面的分布,对优化颗粒有效分散、提升光催化转化效率具有重要意义。本文通过基于形貌分析的悬滴法,实验研究了不同亲疏水性纳米TiO2颗粒在未添加表面活性剂的情况下,在气/液界面吸附的表面张力、表面过剩浓度、扩张粘弹性、扩张相角的变化规律,探讨了光催化剂颗粒在界面的吸附及其对界面热力学特性的影响机制,以及在界面的扩散吸附机制对界面性质的影响规律。研究发现:亲水性TiO2颗粒使表面张力增大,而疏水性TiO2颗粒在表面吸附会使表面张力减小,且两种变化都会随着颗粒浓度的增大而加剧;通过Gibbs等温吸附理论分析得出,亲水性颗粒在体相内的浓度要高于界面浓度,为负吸附,因此表面的水分子受到更强的向内的拉力,使得表面张力增强;而疏水性颗粒更容易分布在两相界面处,为正吸附,使得来自内部的吸引力减小,因此表面张力降低,且大直径颗粒能够对表面张力造成更大的影响。此外,温升会增大悬浮液内分子间距离而使表面张力减小,表面张过剩浓度增大。亲水性TiO2颗粒悬浮液的扩张模量、扩张弹性、扩张粘性随着颗粒浓度增加大幅提升。疏水性纳米TiO2颗粒悬浮液的扩张模量与扩张弹性随颗粒浓度有所增加;其中,大直径颗粒悬浮液的扩张模量与扩张弹性的增加数值要远大于小直径颗粒悬浮液;而扩张粘性与扩张相角随浓度的变化,则表现出近似的变化趋势。两种不同亲疏水性颗粒悬浮液的扩张模量与扩张弹性都会随着扩张频率的增大而上升,而扩张粘性随着频率而快速下降并趋近于零,并使最后的气液界面趋向于纯弹性界面。通过对L—T模型的拟合分析,证明界面变化过程中存在扩散弛豫。两种不同亲疏水性TiO2悬浮液中加入Na2SO4后,表面张力快速降低,纳米颗粒在界面的吸附浓度增加,亲水性颗粒由负吸附变为正吸附;扩张参数的变化基本一致,随着Na2SO4浓度的升高,扩张模量、扩张弹性、扩张相角整体有所上升,幅度随颗粒浓度与直径的变化各有不同,扩张粘性则是在一定范围内波动且无明显趋势。通过离子浓度的调控,可以强化TiO2颗粒在气液界面的吸附并改善界面稳定性。

关键词： 信号畸变   频响函数   矩形断面   变截面模型   抖振力  

摘要： 风洞试验一般采用等截面模型来研究截面形状的气动特性,然而在实际结构中存在截面形状沿跨度方向变化的情况,即变截面结构。本文以常见的矩形断面为基础截面,设计了线性变截面模型,通过等截面模型与变截面模型的风洞测压试验,重点对比研究了截面形状沿长度方向变化对矩形断面气动特性的影响。但测压试验中,压力信号在传递时会被测压管所干扰,发生畸变。为修正畸变的压力信号,本文首先对测压管路的信号畸变问题进行了研究。本文的主要研究内容及结论如下:(1)通过测压管路频响函数的实际测定试验,对频响函数进行了深入研究。结果表明:“B-T理论”的理论频响函数与实测相频函数吻合较好,但在幅频函数上存在一定差异;频响函数的形成可认为是由压力信号与测压管的相互激励作用和测压管自身对信号的衰减作用叠加共同作用的结果;实测研究了三种外部因素(管路的弯曲、挤压、钢针连接)对频响函数的影响,发现其均会引起频响函数值的减小,但在一般情况下,这些影响是可以忽略的。(2)在紊流风场下,通过测压试验研究了测压管长度对实际风压信号的影响,并验证了“B-T理论”对实际风压信号的修正效果。结果表明:对于单测点压力信号,测压管将不会影响信号的均值和变异系数,信号时域值随管长增加而整体向均值靠近、相位则不断滞后,信号频域值随管长和频率的增加逐渐偏离真实值;对于整体力信号,整体阻力的均值和变异系数、各力的相关性和相干函数均可认为不受测压管影响,整体抖振力谱随管长和频率的增加会逐渐偏离真实值;“B-T理论”在信号时域上修正效果较差,频域方面则表现良好,其可作为辅助性修正工具,但对于精确度要求较高的信号修正,仍需采用实测的频响函数。(3)通过对多个等截面模型和变截面模型的风洞测压试验,从静力和抖振力特性角度,研究了矩形宽高比、风场参数、风攻角、模型截面形状沿长度方向变化等因素对矩形断面气动特性的影响,重点对比分析了等截面与变截面模型的气动特性差异。静力特性方面:模型截面沿长度方向的改变将导致矩形断面分离区漩涡和尾部漩涡的尺度相较等截面模型均有所增大,且相对增幅会随矩形宽高比和模型倾斜斜率的增加而增大,这些流场特征的变化是导致等截面与变截面模型静力特性(平均压力分布特性、静力三分力系数)差异的主要原因。抖振力特性方面:在等截面模型和变截面模型中,相同宽高比矩形断面的抖振力谱基本相同,其未受到截面变化的影响;在同一等截面或变截面模型下,不同位置处相同间距间下的截面抖振力相干函数基本相同;矩形断面模型下的升力相关性高于风的相关性,此时“片条假设”失效,且等截面模型矩形宽高比越大或变截面模型倾斜斜率越小,其三维效应越强。此外,对变截面段整体升力的静力等效和力谱等效进行了研究。

关键词： Bubbles   Atmospheric chemistry   Particles   Biomass   Energy  

摘要： The effects of superficial gas velocity, particle size, and mass fraction on the mixing transition characteristics of binary particles (biomass and quartz sand) were investigated in this study. The Hilbert-Huang transformation (HHT) was used to analyze the pressure fluctuation signals in a fluidized bed. The intrinsic mode function (IMF) of the differential pressure fluctuation signal was extracted to analyze the transition characteristics of the mixing behavior. The results indicated that the mixing behavior of binary particles can be divided into three patterns: complete segregation, transitional mixing, and complete mixing with an increase in the superficial gas velocity. Under a higher superficial gas velocity, the energy of the IMF gradually shifts from the high-frequency band to the medium-frequency band. When the mixing behavior of binary particles is in the stage of complete mixing, the energy in the middle-frequency band of the IMF is the largest, and the percent of its value remains unchanged. The critical velocity of complete mixing can be determined based on the change in the IMF energy at different superficial gas velocities. Compared with the traditional pressure drop analysis method, the HHT method can easily determine the critical velocity of complete mixing, which provides a theoretical basis for the further study of binary particles in a fluidized bed.

关键词： 起泡剂   气泡   上升速度   宽纵比   表面张力   汽态  

摘要： 为研究起泡剂添加方式对气泡运动特性的影响,利用高速运动采集系统测量了起泡剂液态和汽态添加方式下气泡的上升速度和宽纵比.研究表明:随着甲基异丁基甲醇(MIBC)和仲辛醇药剂浓度的增大以及气泡尺寸的减小,气泡上升速度逐渐减小而宽纵比逐渐增大.在液态方式下,添加MIBC的气泡上升速度大于添加仲辛醇的气泡,而添加MIBC的气泡宽纵比小于仲辛醇.汽态方式下,添加MIBC与仲辛醇的气泡上升速度和宽纵比均较为接近.相同药剂浓度时,汽态方式下的气泡上升速度大于液态方式,而汽态方式下的气泡宽纵比小于液态方式.液态方式下,气泡宽纵比与上升速度呈负线性相关,而在汽态方式下两者无明显线性相关性.汽态方式下的可燃体回收率高于液态方式.

关键词： 表面张力   玻璃熔体   座滴法   准确性  

摘要： 介绍了座滴法测量玻璃熔体表面张力的原理、装置系统、测试步骤,分析了玻璃试样、承托板材质和表面质量以及装置调节系统等因素对座滴法测量玻璃熔体表面张力准确性的影响。结果表明:玻璃试样应为无内在质量缺陷(气泡、结石和条纹等)、化学组成均匀、具有新鲜表面且无表面沾污的0.2~0.4 g玻璃片/颗粒,不可为玻璃丝/屑;承托板应选取符合GB/T 30071—2013要求的表面平整度小于0.04 mm、粗糙度小于0.02 mm的高纯石墨材料,试验须通入高纯氮气作保护气体;承托板应与相机水平线平行、相机轴线与刚玉托架轴线同心、液滴投影位于相机视野中心。

关键词： 可测势函数   变分原理   Amenable群作用  

摘要： 【目的】在Amenable群作用下,给出相应的质量分布原理。【方法】综合运用了拓扑学、遍历论与几何测度论的方法。【结果】对任何可测势函数,引入了拓扑压、测度意义压的定义,并证明了相应了质量分布原理。【结论】对于可测势函数,存在相应的质量分布原理。

关键词： 最优输运无网格方法   表面张力   拉格朗日方程   轴对称  

摘要： 基于网格的数值方法(如有限元、有限体积、有限差分等)在大变形、不连续等问题中遇到挑战,因此人们提出了多种无网格方法.最优输运无网格方法是一种新型拉格朗日无网格方法,但是继承了有限元方法在边界表征、边界处理等方面的优势,在表面张力模拟中具有较大潜力.基于拉格朗日方程,通过将表面张力势能加入拉格朗日函数,得到的表面张力广义力精确地作用在流体表面,而且表面张力系数是唯一的输入参数.给出了最优输运无网格方法轴对称离散格式.通过对二维/三维泊肃叶流、静止和振动的液滴、液滴变形等典型问题的仿真分析,验证了最优输运无网格方法在表面张力问题模拟中的精度和收敛性.