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关键词： 散射声场   卡门涡街流场   超声频率   数值模拟  

摘要： 在日益追求生态自然的今天,高效清洁、绿色自然的生活模式为人们的生活带来便利,也符合环境保护、生态发展之道。超声波在日常生活中的应用越来越多,随处可见的电动牙刷、超声波洗碗机、超声波洗脚桶等大大便利了人们的生活。除此之外超声波还在大型污水处理中发挥重要作用,但利用传统的声化学反应容器进行污水处理时容易出现驻波现象,声化学反应容器(利用超声波处理废水的反应场所一般被称为声化学反应器)中的污水不能得到高效的处理。本文以卡门涡街流场为研究对象,通过构造声学理论模型,利用有限元的方法模拟分析了当背景卡门涡街流场存在时频率、速度以及声化学反应器中的钝体(文中反应器中的固体统称为固体)构成及排布位置对声化学反应器中声波散射特性的影响,旨在得到较为均匀的声场、从而改善声场分布、提高降解效率。本文主要研究如下:对二维卡门涡街流场进行模拟。利用流体动力学相关知识,结合流体动力学三个基本方程,利用comsol仿真软件绘制出不同工况下的卡门涡街流场速度云图。通过分析不同尺寸及不同来流速度的钝体绕流产生的卡门涡街流场速度云图,结果表明:钝体尺寸与来流速度均会对卡门涡街流场的形成造成影响。一般情况下尺存越大、速度越大,反应容器中形成的卡门涡街的涡的尺度就越大、涡携带的能量越大。对多钝体绕流工况进行模拟。分别对三角形柱、圆柱、菱形柱以及正方形柱钝体产生的卡门涡街流场进行模拟,结果显示:不同工况的钝体形成的卡门涡街流场各不相同,其中菱形柱和三角形柱钝体产生的卡门涡街流场相较于其他钝体在反应容器中产生的涡在声化学反应器中占比更大、形成的液态涡流场也越均匀。此外,通过对比不同间隙比(反应器中两柱之间的距离与柱的直径之比)的工况发现,在间隙比为4.2时,反应容器中涡的数目最多,形成的涡的形状程交替排列状。对二维散射声场的模拟。结合得到的最佳卡门涡街流场,加入了对流波动方程,通过涡声理论的相关知识,对各工况的散射声场进行模拟。结果表明:卡门涡街流场的存在会影响散射声场的分布情况;超声频率会影响卡门涡街流场中的声波散射情况。其中反应器中的超声频率在30k HZ时的反应容器中声波的散射情况较好。绘制出较优工况下散射声场的指向性图,通过分析散射声场的指向性图可以较清晰的分析声化学反应器中散射声场的分布情况以及影响声场的原因。从散射声场指向性根分析可知:菱形柱和三角形柱所在的声化学反应器中的散射声场指向性较正方形柱存在时的声化学反应器中的散射声场更均匀。本文研究得到的均匀散射声场可为利用超声空化手段进行有机污染物的降解和处理时提供较为合理的思路和指导作用。

关键词： 微力传感器   固-液动态耦合   表面张力   弯曲和失稳   尺度效应  

摘要： 微力传感器是研究微尺度材料力学性能、表征微尺度结构动态液-固耦合作用力的关键实验装置之一。目前尚无价格低廉、精度高、量程宽的商用微牛级力传感器及相关测试分析系统。本文基于扭秤原理研制了一套分辨力在微牛量级的力与位移自动测试装置,应用该装置对浸润物体的表面张力和微梁的弯曲与失稳尺度效应进行了实验研究。本文的主要研究工作如下:(1)基于扭秤原理研制了一套微牛级力与位移测量系统。该系统包含微力传感器、直线电机、试样平台和基于Lab VIEW语言开发的测控软件。微力传感器的测量分辨力为0.035μN,测力范围为0.1～70000μN,位移测量精度为0.1μm。设计了多种加载方法,以满足不同实验的需求。(2)对仿水黾腿部细长圆柱体压入水面过程和水面上两圆盘间相互吸引或排斥的现象(“麦圈效应”)进行了实验研究。在细长圆柱体压入水面实验研究中,制备了超疏水二氧化硅混合液,试样喷涂混合液后,涂层的表面接触角可达158°。测量得到0.2～1.0 mm直径细长圆柱体喷涂二氧化硅超疏水涂层前后压入水面过程的表面张力-入水深度(F-h)曲线。研究发现当细长圆柱体直径从1.0 mm减小到0.2 mm时,单位体积表面张力F/V增加为原来的14倍以上。在“麦圈效应”实验研究中,用尼龙12材料3D打印制作了7种不同尺寸(半径6～12 mm)的圆盘。测量得到7组圆盘在分离过程中的表面张力-位移(F-D)曲线。研究表明圆盘间表面张力随半径增大而增大,随位移增大而减小。随着圆盘压入水面深度的增加,表面张力先减小后增大。(3)对微梁的弯曲和失稳过程尺度效应进行了实验研究。分别测量了镍微梁弯曲和失稳过程中的载荷-挠度(F-δ)曲线。在弯曲实验中发现,随着微梁厚度从100μm减小到5μm,其等效刚度增加为原来的5.3倍,存在明显的尺度效应。在微梁的失稳实验过程中,观察到了轴心失稳和偏心失稳两种失稳形式,发现3μm和5μm厚度镍微梁的临界失稳载荷是经典临界欧拉力的2.7倍以上。

关键词： 微量元素   C-O-Sr-S同位素   流体包裹体   流体演化   西山煤田  

摘要： 太原西山石炭-二叠系煤田是中国重要的煤炭生产基地,受燕山期岩浆活动和多期次构造热事件的影响,煤田流体活动广泛发育。本文从流体的物质组成入手,通过显微镜观察、微量元素、C-O-Sr-S同位素和流体包裹体等多种测试手段,对流体矿物组成、微量元素和同位素组成进行分析,查明流体的期次、性质及其演化特征。取得如下研究成果:(1)煤田石炭-二叠系地层存在两类脉体矿物,分别是碳酸盐矿物(白云石、方解石)和黄铁矿。白云石脉主要分布在2煤层,而方解石脉主要发育在8煤层顶板;黄铁矿脉广泛分布于2煤层和8煤层。方解石脉表现为轻稀土和中稀土富集的两种不同的配分模式。第一类为轻稀土富集的方解石脉的Sr/Sr值(0.7093)略低于第二类中稀土富集方解石脉的Sr/Sr值(0.7101);两类方解石脉的C-O同位素组成与围岩灰岩一致。这些方解石的形成,是由于富Sr和含烃类流体与灰岩发生水-岩反应,灰岩溶解和CO去气作用共同所致。白云石脉均表现为轻稀土富集型,2煤层底板的白云石脉存在的明显δEu正异常,反映了存在热液流体活动;2煤层中的白云石脉继承了围岩Eu元素负异常的特征,因此说明成矿流体可能来源于地层水,并与围岩发生水-岩反应,围岩溶解和CO去气作用形成白云石脉。(2)煤田内黄铁矿脉的Co/Ni<1,表明黄铁矿为沉积成因黄铁矿。黄铁矿脉的S同位素值在不同煤层间差异显著,2煤层黄铁矿脉的δS值平均为-20.7‰,主要为生物硫成因,而8煤层黄铁矿脉的δS值平均为-3.71‰。主要为壳源硫,并受到海水硫的影响。2煤层顶板黄铁矿脉的形成温度分布范围为130～160℃,平均145℃,属于低温热液;8煤层底板黄铁矿脉的形成温度分布范围为400～460℃,平均433℃,属于高温热液。(3)方解石脉中盐水包裹体的均一温度有3个范围,分别为70.0～80.0℃、100～110℃和130～140℃;盐度主要分布在16.0%～22.0%Na Cl之间,表现出高盐度特征。三层砂岩(晋祠砂岩、七里沟砂岩、北岔沟砂岩)样品的流体包裹体表现为群状分布和带状分布两种类型,群状分布的流体包裹体的均一温度平均为117℃,带状分布的流体包裹体的均一温度平均为126℃,说明存在着两期不同的流体活动。山西组地层中北岔沟砂岩的流体包裹体的盐度比太原组晋祠砂岩、七里沟砂岩的盐度低;切穿石英颗粒的微裂隙的流体包裹体具有较高的盐度,而切穿石英颗粒及其次生加大边的微裂隙的流体包裹体的盐度普遍偏低,石英加大边内的流体包裹体的盐度普遍偏高。方解石脉的流体包裹体均一温度结合地层埋藏史,得出太原组地层(Ct)在三叠纪有3阶段油气充注:第一阶段为早-中三叠世(235Ma左右),低成熟度液态烃形成并早期注入,但未能成藏;第二阶段为中三叠世(225Ma左右),有机质进入成熟阶段,开始了生烃、排烃过程,局部成藏;第三阶段为晚三叠世(217Ma左右),有机质进入高成熟阶段,大量煤成烃生成并排出,该时期是煤成烃主要成藏期。

关键词： 铝电解槽   石墨化阴极   50%石墨质阴极   磁流体稳定  

摘要： 石墨化阴极炭块以其优良的性能品质在铝电解槽节能、提效和环境友好等方面起着重要作用,在国外铝企得到广泛的工业应用。本文是石墨化阴极炭块应用的一次工业探索。通过大量生产数据对比分析发现石墨化电解槽的电流效率高出石墨质电解槽1.46%左右,直流电耗低~200 kWh/t-Al。极限磁流体稳定性特征分析表明槽电压相同的情况下石墨化电解槽的平均极距高出石墨质电解槽约1.2 mm,极距分布明显好于石墨质电解槽,其抗干扰能力高于石墨质电解槽。

关键词： 页岩油储层   低速渗流   单相流体   边界层效应   流动阻力  

摘要： 页岩油气的有效动用条件及可动性评价方式与常规油气相比存在明显差异,为探究页岩油在微纳米孔隙中的渗流特征,采用低速渗流实验对国内外典型页岩区块潜江凹陷、济阳坳陷、美国鹰滩储层单相流体的低速非达西渗流规律进行了研究。研究结果表明:页岩油低速渗流特征主要受液固界面的边界层效应、滑移长度和渗流通道的影响。潜江凹陷渗流曲线呈下凹形特征,压力梯度越小,液固界面作用力越强,非线性段越明显;济阳坳陷受岩心微裂缝发育影响明显,低压力梯度时无机孔、微裂缝等大孔隙是主要流动通道,表面粗糙度及迂曲度低,随压力梯度增大,小孔及有机孔中流体参与流动;鹰滩储层受矿物组成与孔隙结构影响,渗流特征呈现2段斜率不同的线性段,随压差增大渗流阻力增加。该研究明确了微纳米孔隙中页岩油低速渗流的主要特征及影响机制,为制订页岩油开发方案,指导页岩油高效开发提供了理论依据。

关键词： 地热地质特征   化学特征   地热流体   黄村地热田   河源   广东  

摘要： 广东河源市黄村地热田是该区域一个典型的开启水热型地热系统。黄村地热田具有明显的控热导水构造,地温场受导水导热断裂控制,温度从断裂带向外逐渐降低。通过一系列的地热流体化学特征分析发现,研究区地热流体为碱性淡水,水化学类型为HCO_(3)-Na型,具有强循环特点,SiO_(2)含量达到理疗矿泉水标准,但F元素含量严重超标。通过各样点的Na-K-Mg组和Cl-SO_(4)-HCO_(3)组离子分析,得出地热流体处于水-岩作用的初级阶段,且混入了大比例冷水,利用硅-焓混和模型计算出了冷水混入比例为72%~75%。使用SiO_(2)温标和硅-焓混合模型对热储温度进行了估算,综合分析认为石英温标估算值(T_(石英)=141.9~146.2℃)作为热储温度最为合适,进一步计算出热流的循环深度2759~2856 m。综合研究认为黄村地热田地热能开发前景广阔。

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： Linearly independent   Feature selection   Atomic descriptor   Machine learning   Embedded atom neural network  

摘要： Machine learning potentials are promising in atomistic simulations due to their comparable accuracy to first-principles theory but much lower computational ***,the reliability,speed,and transferability of atomistic machine learning potentials depend strongly on the way atomic configurations are represented.A wise choice of descriptors used as input for the machine learning program is the key for a successful machine learning *** we develop a simple and efficient strategy to automatically select an optimal set of linearly-independent atomic features out of a large pool of candidates,based on the correlations that are intrinsic to the training *** applications to the construction of embedded atom neural network potentials for several benchmark molecules with less redundant linearly-independent embedded density descriptors,we demonstrate the efficiency and accuracy of this new *** proposed algorithm can greatly simplify the initial selection of atomic features and vastly improve the performance of the atomistic machine learning potentials.

关键词： 风道式电加热器   管状电加热元件   温度场   卡门涡街  

摘要： 采用Fluent模拟计算管状电加热器元件不同串列间距情况下风道式电加热器腔体内部的温度场分布,结果证明合适的串列间距形成的卡门涡街对气流的吸热状态具有积极作用,可应用于风道式电加热器加热元件布局的优化设计。