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关键词： 二元硝酸盐   纳米颗粒   表面张力   拉筒法  

摘要： 表面张力直接影响着熔盐传热的液相传输系数,而在熔盐中加入纳米颗粒能够调节其表面张力。利用高温熔融法,将不同比例的SiO_(2)纳米颗粒分散到二元硝酸熔盐中,制备了5种纳米熔盐。借助拉筒法对基盐和5种纳米熔盐在不同温度下的表面张力进行了实验研究,拟合得到基盐和5种纳米熔盐表面张力随温度变化的实验关联式,并对纳米熔盐的微观结构进行了分析。结果表明:在基盐中加入纳米颗粒会提高熔盐的表面张力,并且5种纳米熔盐的表面张力均随温度的升高而降低。

关键词： H-Darrieus   RM2   River Current Turbine   Waves  

摘要： Testing of a 1:6 scale model of an H-Darrieus cross-flow hydrokinetic turbine (U.S. Department of Energy's Reference Model 2 River Current Turbine) was conducted in the large towing tank facility at the United States Naval Academy. Tests were conducted in current only conditions at a range of diameter-based Reynolds numbers and at several turbine depths. Reynolds number independence was observed at or above Re-D approximate to 1.5 x 10(6), with an associated maximum power coefficient, C-p of 0.36 at a tip speed ratio, TSR of 3.2. Turbine performance was shown to be fairly insensitive to turbine tip depth. Additionally, tests were conducted with incident waves in addition to current, which were scaled to be large enough to create a shear in velocity across the entire span of the turbine blade. The presence of waves degraded power production slightly when compared to the current only case. When viewed as a function of turbine angular position, the waves were found to amplify or diminish the cyclic signatures in the power measurement depending on the phase difference between the blade angle and wave phase angle. As cross-flow turbines are proposed to be surface mounted, this result suggests that active control strategies may be beneficial in improving power quality.

关键词： 蝴蝶阀   卡门涡街   振动  

摘要： 卡门涡街是粘性不可压缩流体动力学的一种现象。在水电站,卡门涡街一般出现在水轮机的固定导叶、活动导叶和转轮叶片的出水边处,在卡门涡街频率与设备固有频率相近的情况下,产生共振。本文着重分析卡门涡街引起蝴蝶阀振动的现象和处理过程,以期为蝴蝶阀同类振动的处理提供参考与借鉴。

关键词： 表面张力   谷物   小泡泡   物理学家   小尺寸   效应  

摘要： 你观察过水池和汽水表面的泡沫吗?无论开始状态如何,静置一段时间之后,泡泡总是会倾向于变成两种状态:要么聚在一起,要么贴在边上。很少有零星的小泡泡独自游荡。其实,不止是泡泡,很多漂在水面上的小尺寸的物体,也会出现聚集在一起的现象。这种现象最早是一名物理学家在吃谷物圈时发现的。"谷物圈效应"这一专属名称由此诞生。

关键词： 水   表面张力   探究   思考  

摘要： 科学趣味小实验具有激发学生兴趣、带动学生动手操作、促进学生内化科学知识等优点,是科学教学中重要的教学手段。以“水的表面张力”趣味实验为例,分析学生实验数据发现预期结果有误,通过改进实验控制变量聚焦问题、查阅文献和专家咨询深化问题等行为,领悟到科学趣味小实验的设计必须要围绕科学概念展开,且当一个科学概念涉及多种因素时,设计单一的自变量实验是得不出正确的因变量数据的。

关键词： Solid waste co-firing   CaCr2O4 oxidation   Kinetics   Calcium compounds   Circulating fluidized bed boiler  

摘要： CaCr2O4 (Cr (III)), mainly generated through the decomposition of CaCrO4 (Cr (VI)), is a significant intermediate for toxic Cr (VI) formation during solid fuel combustion. In this study, the formation, oxidation and sulfation kinetics of CaCr2O4 were analyzed to forecast the potential of CaCr2O4 oxidation during co-firing of coal and solid waste in a circulating fluidized bed boiler. The results indicated that the formation and oxidation of CaCr2O4 were fitted to a single step nucleation and growth model while CaCr2O4 sulfation was fitted to a shrinking core model. CaCr2O4 formation through CaCrO4 decomposition was favored in oxygen-lean atmosphere and considerably suppressed in the presence of oxygen. In contrast, CaCr2O4 oxidation was mainly determined by the contacts between CaCr2O4 and CaSO4/CaO, which influenced not only oxidation rates but also the product species. Moreover, the oxidation reactivity of CaCr2O4 was higher in the presence of CaO than that of CaSO4. On the other hand, CaCr2O4 sulfation can occur more easily than CaCr2O4 oxidation, the reaction rate of which was deeply affected by sulfate product layer. Findings in this study suggested that spraying calcium in furnace for desulphurization may increase the risk of CaCr2O4 oxidation. Measures including the adjustment of Ca/S ratio in blended fuel (with added limestone) and operating conditions (such as temperature and local atmosphere) in co-firing system could be taken to control CaCr2O4 formation and oxidation. (C) 2020 Elsevier Ltd. All rights reserved.

关键词： 流体可视化   旋涡特征提取   旋转不变性   预测校正法   涡核线  

摘要： 流体特征可视化技术利用仅提取流体特征的方式来获取有用信息,从而缩减庞大的流体数据,其广泛应用于医学、航天等领域。作为流体中最重要的特征之一,旋涡特征的提取逐渐成为流体特征可视化的重要内容。目前,模拟流体的方法主要有欧拉网格法和拉格朗日粒子法。光滑粒子流体动力学(Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH)是拉格朗日粒子法中的一种,它将流体离散为若干粒子,通过粒子之间的相互作用来逐步计算整个流体的流动状态。但受参考系移动等因素影响,提取SPH流体特征时存在特征丢失等问题。因此,本文对SPH流体中高效、准确的旋涡特征提取方法进行研究。目前,仍未有一个通用的定义描述流体的旋涡特征,导致对旋涡的判断依据各不相同,旋涡特征提取的精度也需要进一步提高。本文针对当前SPH流体特征可视化中存在的特征提取精度和适用范围问题展开研究,给出了一种基于旋转不变性的预测校正旋涡提取算法,以更准确地提取旋涡特征。首先,针对特征提取精度较低的情况,本文给出一种在旋转不变性参考系中提取旋涡种子点的方法。该方法通过计算旋转不变性雅可比矩阵提取种子点,以消除参考系移动所导致的精度下降。其次,针对旋转不变性方法只能提取执行等速旋转运动的旋涡特征的问题,本文设置特定轴线以扩大旋转不变性方法的适用范围。最后,模拟卡门涡街等流体场景,并对本文提出的算法及原预测校正法进行对比分析。实验结果证明,本文提出的基于旋转不变性的预测校正旋涡提取算法能够更准确地提取流体的旋涡特征。此外,对于多轴场景,本文方法对数据集进行分割并分别提取旋涡特征。提取结果表明,本文方法能将旋转不变性方法应用于一般场景,并保证了一定的准确率。

关键词： 电火花铣削加工   螺旋形微流道   电极损耗   流场仿真  

摘要： 微流道是一种具备降压节流功能的微三维结构,广泛应用于压力控制器、换热器等零部件中。电火花铣削加工因其具有非接触式加工且无明显宏观作用力、不受工件材料强度和硬度限制的特点,广泛应用于微三维结构的加工中。因此,电火花铣削技术是微流道加工的一种有效方式,但在微流道加工过程中因工具电极损耗在微流道底部会形成台阶状的起伏特征。本文从台阶特征对流体压降影响的角度出发,利用电火花铣削加工技术进行了螺旋形微流道的加工,对电火花铣削加工微流道产生的台阶特征及其对流体压降的影响规律进行了仿真分析和实验研究,将原本不利于成形的台阶特征化弊为利,探究微流道内的不同台阶特征对流体压降的影响规律。首先,进行了电火花铣削加工的单因素实验,研究了峰值电流、脉间、脉宽对电火花铣削加工过程中电极损耗的影响规律;基于响应曲面法进行了电火花铣削加工实验,探求了高效率低损耗的放电加工参数,以实现螺旋形微流道的电火花铣削加工。其次,建立了具有底部台阶特征的螺旋形微流道的流体仿真模型,进行了螺旋形微流道的流体压降仿真,分析了底部台阶特征对螺旋形微流道的流体压降的影响规律;进行了不同台阶特征流道模型与无台阶微流道模型流场仿真对比,探究了螺旋形微流道底部台阶特征的最优降压参数,为优化螺旋形微流道设计提供理论支持。最后,利用电火花反拷加工方法进行了微细电极的制备,并利用该反拷加工制备的微细电极和高效率低损耗的电火花铣削加工参数进行了螺旋形微流道的电火花铣削加工。

关键词： 多相流流体模拟   两相流交界面   SPH方法   压力梯度近似公式   人工斥力   色标函数   表面张力   邻近粒子搜索  

摘要： 流体模拟作为计算机图形学的一个重要分支,在诸如影视特效、电子游戏、制作动画以及医学成像等方面都有广泛的应用,而多相流模拟是流体模拟的一个重要的研究方向。在多相流模拟中,如何解决不相溶两相流交界面稳定性问题、大密度比两相流(如气-液两相流)交界面的表面张力的研究、以及如何提高多相流邻近粒子搜索方法的效率都是多相流模拟研究中的重点和难点;相关研究不但具有一定的理论意义,而且具有较强的实际应用价值。本文首先介绍了不相溶两相流界面压力处理,大密度比多相流交界面的表面张力和邻近粒子搜索研究的背景、研究意义以及国内外相关研究的历史沿革和现状;在此基础上,针对上述三个问题,做了以下三方面工作:一、传统SPH方法模拟不相溶两相流(如水和油),两相流交界面处因剧烈的数值震荡导致交界面粗糙,不光滑,异相粒子滞留的现象。针对这个问题,本文提出一种改进的压力梯度公式和人工斥力公式;通过溃坝仿真实验、Rayleigh-Taylor界面不稳定性仿真实验、非Boussinesq锁定交换仿真实验,仿真结果验证了本文新的压力梯度公式和人工斥力公式的有效性。二、传统SPH方法模拟大密度比两相流(如气-液两相流)一些曲率较大的交界面的表面张力时,由于色标函数计算中的颜色梯度跳跃导致交界面细节的缺失,交界面毛糙等现象,针对这个问题,本文提出一种基于密度权重的色标函数计算公式;空气中圆形液滴形成仿真实验的结果,验证了本文方法的有效性。三、多相流模拟中,邻近粒子搜索耗时较多,如何提高多相流模拟邻近粒子搜索效率的研究较少。本文在这方面进行了初步探索:首先对直接搜索法、树形搜索法,条形PIB搜索法三种常用的单相流邻近粒子搜索算法进行了比较全面的整理,通过单相流二维溃坝实验,对上述三种算法的耗时和准确率进行了比较;然后通过多相流碰撞实验,寻找效率最高的多相流模拟邻近粒子搜索算法,为今后进一步优化多相流模拟邻近粒子搜索打下基础。