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关键词： 液体表面张力系数   溶液浓度   拉脱法  

摘要： 本文采用拉脱法研究液体表面张力系数与溶液浓度的关系,并对其变化规律进行分析.实验结果表明乙醇溶液的张力系数随着其质量百分比浓度的增大,不断减小,并且减小幅度逐渐变小;氯化钠溶液的张力系数则随着摩尔浓度的增加而增加;碳酸氢钠溶液的张力系数则随着摩尔浓度的增加而减小.

关键词： 液滴   机械振动   表面张力   粘度   超声多普勒频   活性剂  

摘要： 液滴是自然界常见的流体现象，具有可重复、可再生、无容器且小尺寸等特征，不管是单独还是与其他技术相结合进行科学学术研究，都能产生一些新颖而独特的分析装置和应用。对液滴的研究和分析最早是由Tate和Rayleigh[1]开启的，他们发现操控单个液滴进行物理化学性质的检测会更容易，随后关于液滴的分析技术在许多科学研究中取得突破。液滴的形成时间短，重复性好，具有独特的界面现象，这些优点都可以用于开发新的分析技术或者增强分析技术的性能。　　自由液滴的动力学研究不管是在流体力学还是材料科学领域都引起了科学家的广泛兴趣。本课题立足于前人对自由液滴振动形式的研究，利用超声多普勒频移原理和液滴的n阶振动规律，通过对液滴振动响应的计算和分析，得到液体的表面张力和粘度，并将其应用于实际生产生活中。超声多普勒技术是基于多普勒效应原理，利用超声波穿透能力强，衍射程度小的物理特性，结合声学、电子技术的一种监测技术。实验结果表明液滴振动频率的平方和质量的倒数以及表面张力成正比关系，且液滴振幅的衰减速率与粘度呈正比关系。依据液滴机械振动规律可以计算得到不同液体的表面张力和粘度。　　随后，基于液滴机械振动频率与表面张力的关系，通过改变系统表面张力的方法，进行了以表面活性剂为指示剂，镍钴离子浓度的滴定，实验结果表明，与ICP-AES实验结果相比，误差小于2.5%。　　然后，基于液滴振幅衰减速率与粘度的关系，通过测定不同相对分子质量聚乙二醇溶液的粘度，实现了聚乙二醇特性粘数和粘均分子量的测定，与高效凝胶色谱实验结果相比，误差小于4%。　　最后，基于液滴振幅衰减速率与溶液粘度的关系，利用不同质量分数明胶溶液pH值与粘度的关系，分析计算得到明胶的等电点，与毛细管等电点聚焦法实验结果相比，误差小于1.5%。　　综上，利用液滴在不同疏水基片上的机械振动响应与表面张力和粘度之间的关系，不仅可以实现金属离子的浓度测定，还可以实现高聚物粘均分子量以及低粘度蛋白质等电点的测定，达到了为有限体积的目标分析物进行物理化学性质测量的目的，并且在操作难易、成本控制以及准确度、灵敏度等方面都有较大提升。

关键词： 油气藏  

ISBN: (纸本)9787518327218

摘要： 本书是一本专门针对油气藏流体相态特征进行全面阐述的英文书籍，涵盖基础理论与相态实验技术。详细介绍了分析油气藏流体组分和PVT数据所需的步骤，简要介绍了PC-SAFT方程，并展示了基于PC-SAFT方程所获得的PVT数据的模拟结果。

关键词： 甲烷   氢气   PVT性质   密度   不确定度   偏差  

摘要： 本文对CH4和H2的压力-体积-温度（PVT）实验数据以及分子动力学（MD）和Monte Carlo（MC）模拟数据进行了详细的评价。所用的参考数据来自Setzmann and Wagner（1991）的CH4自由能模型和Leachman et al.（2009）的H2自由能模型或其适当外延结果。在CH4的实验数据中,Trusler and Zarari（1992）、Atilhan（2007）、Cristancho et al.（2010）、Ejaz（2007）和Le No?et al.（1996）的数据偏差都很小;Evers et al.（2001）的数据低压下偏差较大,但其它结果都很准确;Fenghour et al.（1995）和Patil（2005）的数据都有小的系统偏差;Biswas and ten Seldam（1992）由声速测量值导出的密度和Obriot et al.（1993）由折射率测量值导出的密度偏差均较大;St-Arnaud et al.（1994）、Obriot et al.（1993）和Malbrunot et al.（1994）由介电常数测量值导出的密度偏差均较小,但其中第三组数据有较小的系统偏差。CH4的模拟数据有6组。Abbaspour（2011）的数据有明显的系统偏差,但其体积偏差都在2.5%以内。Aimoli et al.（2014）的模拟体积偏差都在1.1%以内。在Kadoura（2011）的模拟结果中,由LJ模型得到的超临界CH4的体积偏差多数小于2%;其它模拟结果都较差或很差。Belonoshko and Saxena（1991）的数据有较大的不确定度和明显的系统偏差。Duan et al.（1992）的模拟体积有明显的负偏差。Zhang et al.（2007）的模拟体积有显著的正偏差,但在1 GPa以内结果较好。冲击压缩CH4的实验或MD模拟数据共有5组。Radousky et al.（1990）的实验体积明显大于Nellis et al.（2001）的结果。Li et al.（2011）的模拟结果在36 GPa以上与实验值相差很大,但在36 GPa以下与Nellis et al.（2001）的实验数据很吻合。Goldman et al.（2009）的模拟结果与Radousky et al.（1990）的实验数据很吻合。Bolesta et al.（2007）的模拟结果明显不合理。Sakoda et al.（2012）的两组氢气实验数据有小的系统偏差,但其体积偏差分别在0.17%和0.24%以内。Supriatno（2018）的实验数据和Belonoshko and Saxena（1991）的模拟结果均有明显的系统偏差。

关键词： 薄壁零件   堆焊   熔池   表面张力   电涡流力  

摘要： 随着薄壁零件在航天航空、汽车制造等领域的广泛应用,薄壁零件的加工制造工艺成为当前研究热点。但传统加工方法工艺复杂、制造周期长、材料利用率较低,故以堆焊为基础的薄壁零件快速成形技术迅速兴起。但薄壁特征导致熔池“下淌”较为突出,严重影响其成形精度,为解决上述问题,论文结合快速成形原理,采用微束等离子焊接系统,提出利用外加电磁场辅助焊接过程以提高薄壁零件堆焊成形精度的控制策略。论文以304不锈钢零件的堆焊为研究对象,应用COMSOL有限元分析软件建立数学模型,并对其熔池形态及流场特性进行研究。模型使用等效比热容法考虑相变潜热对温度场分布的影响,通过在动量方程中添加体积力体现熔池受力情况。仿真结果表明:薄壁特征导致熔池区域等温线为倒梯形,非熔池区域等温线为水平分布;表面张力是影响熔池流场特性的主要因素,在熔池中心温度高,表面张力较小,熔池边缘温度低,表面张力较大,故表面张力梯度驱使流体沿径向从中心向边缘流动,并在边缘处向下运动,将更多热量带入熔池底部,形成向两侧“下淌”的现象。为探讨影响表面张力变化的关键因素,建立在氩气保护氛围下包含熔滴过渡、熔池自由表面变形及凝固在内的固、液、气三相统一模型。模型采用改进的水平集法捕捉气-液界面自由表面运动变化,通过对流体速度的散度求解,保证气液相体积的守恒。为处理气相区和液相区材料属性急剧变化引起的不收敛问题,引入Heaviside函数对密度、粘度及热导率等进行平滑处理。采用焓孔隙率法描述固-液界面熔化及凝固过程,将固化过程并入了体积力方程中,解决了在气液两相流模型中处理第三相的相转变问题。并对表面张力系数、表面张力温度系数以及接触角进行了详细的分析,确定了各参数对于熔池成形的影响规律。为调控表面张力对熔池“下淌”产生的影响,提出利用非接触力-电涡流力提高堆焊成形精度的方法。该方法将高频正弦交流电通入励磁线圈产生感应磁场,同时此磁场在熔池表面感生电涡流,电涡流受到磁场的作用会产生指向熔池中心的电涡流力,达到抑制熔池向两侧“下淌”的目的。为了得到励磁线圈最佳结构参数和电参数,基于麦克斯韦方程给出高频交变电磁场中熔池表面的涡流密度、磁通密度及电场强度的解析方程,并通过建立高频励磁装置的数学模型,求解出工件表面上磁通密度、涡流密度和电涡流力的分布规律。随后建立了堆焊过程中温度场-流场-外加电磁场多场耦合数学模型,该模型揭示了外加电磁场对熔池流体流动特性的影响规律,通过抵消表面张力的作用,改变了熔池流体漩涡中心位置,使熔池内流体流速分布更加均匀,从而实现对熔池成形的精确控制。搭建了微束等离子堆焊精确成形控制平台并进行了多层堆焊试验。通过对比施加电磁场前后堆焊层形貌的变化,对外加磁通密度与熔宽变化量、余高变化量进行回归分析并建立相应的回归方程,其熔宽变化量满足三次方程,余高变化量满足幂函数方程,从而为外加电涡流力控制成形技术提供理论依据。

关键词： 浸润峰   气体腔   空气渗透理论   表面张力   毛细管力   数值模拟  

摘要： 本文基于空气渗透理论去研究降雨诱发滑坡的机理,由降雨过程中浸润峰现象的产生思考到非饱和土力学中毛细管力相关内容。杨拉普拉斯公式表明,毛细管力与表面张力之间存在着定量定性的关系,因此,对传统理论中表面张力和毛细管力进行总结梳理和分析。对传统理论中尚未明确清晰解释的问题提出疑问,基于空气渗透理论对表面张力进行分析以及研究毛细管力微观机制,对传统理论中一些问题作出合理的解释。在理论分析的基础上,提出了降雨过程中边坡内部气体腔的概念,降雨过程中和降雨停止后,气体腔的变化对边坡滑动存在的影响。本文通过渗透试验验证了浸润峰的存在,并得出浸润峰的形成与土颗粒粒径之间存在重要关系,又土颗粒粒径是影响非饱和土毛细管力的关键因素,因此将浸润峰的产生与非饱和土毛细管力联系起来进行分析。通过GEO-SLOPE软件对含有气体腔的边坡进行数值模拟,并模拟浸润峰位置改变对边坡滑动的影响,最后得出模拟结果与气体腔理论分析吻合。本文是基于空气渗透理论理论去研究降雨诱发滑坡的机理,并对表面张力和毛细管力进行分析研究,有了一些新的认识,并取得了一些较有价值的研究成果,具体包括:(1)总结了现阶段国内外关于降雨诱发滑坡机理的研究,整理了表面张力和毛细作用的传统理论,并对其中某些现象提出质疑。(2)提出了基于空气渗透作用的表面张力与毛细管力形成机制的新解释。解释了真空中不存在表面张力,毛细管力极值以及杨拉普拉斯方程适用性等一系列问题,对传统理论中未能解释的一些问题进行了合理解释。(3)通过渗透试验模拟浸润峰的形成过程,验证了浸润峰的存在,并对不同粒径的土分别进行渗透试验,对试验现象进行观察,试验可知土颗粒粒径是影响浸润峰形成的关键因素。(4)基于空气渗透理论的表面张力与毛细管力形成机制的新解释提出了气体腔的概念。运用GEO-SLOPE软件对含有气体腔的边坡滑动面的位置进行数值模拟,分析了降雨过程中和降雨停止后浸润峰位置的改变对边坡滑动的影响,得出的模拟结果与机理分析吻合。

关键词： 风洞   S型皮托管   菱形皮托管   校准系数   差压  

摘要： 二氧化碳等温室气体排放量数据的准确性不仅关系到国家相关减排控制指标的实现,也关系到一个国家是否真实达到温室气体减排承诺及国家内部碳交易的公平性。据统计,在我国通过烟气排入大气中的二氧化碳约占全国总排放量的75%以上,因此准确计量烟气中二氧化碳排放量十分关键。烟气中温室气体浓度的测量准确度较高,主要的不确定度来源来自烟气流量测量不确定度。S型皮托管因口径大而不易堵塞、易安装、易维护等诸多优点,通常在工业上使用S型皮托管作为烟气测量的主要仪器。美国环保总局颁布的EPA方法2中假定S型皮托管的校准系数为0.84且恒定不变或者使用低湍流度风洞在没有流速攻角的情况下进行标定。但是实际研究发现S型皮托管的校准系数是随着流速、流速攻角发生变化的,横向流动对S型皮托管的校准系数有着很大的影响。本论文基于大口径烟气流量模拟风洞装置,系统研究了不同结构形式的皮托管对校准系数的影响。2017年初,中国计量科学研究院建立了一套大口径烟气流量模拟风洞装置,该装置以多普勒激光测速系统(简称“LDV”)为原级标准,然后分别将速度量值传递给皮托管,将流量量值传递给flowsic 600超声波流量计。风机作为装置的动力源,对三种风机打开方式下装置流量的稳定性展开了实验探究,确定了使测试段流量最为稳定的风机打开方式—单开风机A作为皮托管试验的动力源。其次,对常规S型皮托管的校准系数在该装置下的不确定度进行了评定,其不确定度为0.37%。基于该大口径风洞标准装置的测试能力,选取了7根常规S型皮托管模型与5根菱形皮拖管模型,在1.0～30m/s的流速范围内,研究了皮托管的几何结构对校准系数的影响,结果显示:(1)对于常规S型皮托管而言,改变总、静压孔间的孔距与管内径对校准系数有一定的影响,而改变管的曲率半径对校准系数基本无影响。当孔距缩短时,其校准系数的值变小且愈发趋于一致,总、静压孔间的差压变大;当管内径减小时,其校准系数的值变小而一致性变差,总、静孔间的差压变大。(2)对于菱形皮托管而言,改变总、静压孔的斜面角度对校准系数有一定的影响,校准系数随流速的增大而增大。当总压孔的斜面角度增大时,其校准系数变小,总、静压间的差压变大;当静压孔的斜面角度增大时,其校准系数k先变小后变大,对应的差压压力系数先变大后变小,静压孔的压力先变小后变大。(3)比较常规与菱形两种类型的S型皮托管模型容易发现,常规皮托管与菱形皮托管的结构形式对校准系数的影响各有优劣。常规皮托管校准系数的一致性比菱形皮托管的更好,波动性更小;菱形皮拖管的差压要比常规皮托管的更大,灵敏度更高,测速范围更广。

关键词： 多元势函数   拓扑压   大偏差理论  

摘要： 设T是紧致度量空间（X,d）上的连续映射,对于一个连续的多元势函数φ,我们主要考虑由φ生成的函数列φ:={S_nφ}n≥1 的拓扑压和大偏差理论.具体地,本文主要研究了多元势函数的拓扑压在各种形式定义下的等价刻画及其若干性质,并重点对下述拓扑压（?）的性质进行了研究,其中V（x）是点列（?）所有极限点组成的集合.我们证明了（?）,其中Pz（φ）表示由Caratheodory-Pesin结构定义的集合Z上的拓扑压.进一步,文中还给出了函数列φ的一个大偏差估计.作为例子,本文最后研究了下述二元函数（?）的拓扑压的一些性质,这里g:X→X是连续函数.

关键词： 好氧颗粒污泥   网绳   卡门涡街   水力模拟   PIV  

摘要： 活性污泥法在演进过程里逐步地改善,并衍生了一系列新型污水处理技术,目前已经是污水的主要处理方式;生物膜法有较大的生物量,其单位容积生物量是活性污泥的5-20倍。好氧颗粒污泥同时拥有上述两种技术在好氧生物方面的处理优势,不仅如此,对于一些厌氧型的生物也能够发挥出不错的处理效果,因此,好氧颗粒污泥快速形成的研究具有很好的研究价值。反应器中加入柔性网板,可以给生物膜的生长提供良好的载体,当网板上生物膜生长成熟后,随着过水断面水力剪切力增大,网板发生抖动,部分生物膜会发生脱落现象,实现系统内的活性污泥的增值,为颗粒污泥的形成创造必要的条件。同时网板优化流场,营造流体动力学环境,在网后形成卡门涡街,为生物絮体凝聚创造良好的水力条件,又可对初始颗粒进行振荡筛分,加速颗粒污泥的形成。本文的主要研究内容是对反应器中流场的水力模拟,并用PIV技术进行验证,找出在反应中最适宜颗粒污泥快速形成的影响因素。（1）根据颗粒污泥产生的机制可知,生物反应器中存在的混合溶液的运动模式属于湍流模式,该模式可以有效提高分子间的混合,有效提升扩散速度。若在过流断面安装相应的网板,网后将会显示出各向同性的湍流,其不但能够对湍流构造与能量分布造成影响,同时还会改变湍流的传质方式。所以,通过在反应器之中安装一系列带有特性的网格,能够对湍流构造进行改善,有效增强反应器的性能,促进活性污泥的颗粒化。（2）根据卡门涡街和过网水流的原理,模拟出形成稳定卡门涡街的网板参数,调整其网孔的大小,让网后出现的漩涡和颗粒保持在相同的大小尺度上,设计出材料为有机玻璃的反应池。反应池参数为:横截面面积沿水流方向串联,依次为300cm2、200cm2、375cm2,在反应区安装六层平行网板,每层网板之间的距离大约在250到330毫米之间,网丝的直径约在2到4毫米之间,在进行模拟之时,进水口的流量大小约在50L/h到150L/h之间,同时回流比保持着50%到150%之间。（3）通过水单相和气液两相的流场Fluent软件稳态模拟,以较为稳定的卡门涡街产生为标准,确定最佳水力参数即,网绳直径为4mm、网孔尺寸为1.0cm2、网板间距为290mm,气水比为8:1时。（4）通过水单相和气液两相的PIV分析不难发现,当网丝尺寸为4毫米、板间距离为290毫米、进水口的流量大小为80L/h、气体液体比例为8:1、孔径大小为1.0cm2之时,成功的采集到稳定的卡门涡街及流场的稳定状态,并且涡旋的形成速度在微气泡的作用下有所提高。与水力模拟的最佳水力控制条件相吻合。

关键词： 高温   熔体   表面张力   悬滴法   座滴法   MATLAB   混合溴化盐  

摘要： 表面张力作为物质的重要的界面性质之一,在表面化学、材料冶金、胶体界面科学等相关学科中扮演着重要的角色。对于高温领域熔体的表面张力的测量研究具有重要的意义和相当的必要性。测量高温物质表面张力方法有多种,包括滴重法、最大气泡法等,相比与其他的测量方法,悬滴法测量精度相对较高,样品量较少,具有很好的应用前景。本文基于悬滴法理论,通过MATLAB软件编写了求解悬滴表面张力的拟合算法,包括悬滴图像的采集,并对悬滴轮廓进行边缘检测,提取轮廓边界,坐标的尺度变换和轮廓矫正处理,采用4-5阶Runge-Kutta算法对Young-Laplace常微分方程的进行求解,构建拟合轮廓与实际轮廓之间的目标函数,通过坐标轮廓法实现目标函数的最优化求解。并对算法中需要提供的拟合弧长、R0和β的初值进行了探究,得到拟合弧长小于实际轮廓弧长将会带来测量误差,太大又会造成计算量过大,拟合弧长应略大于实际弧长。R0和β的初值越接近实际值,则计算时间越少,可提前使用平面选择法对R0和β的初值进行估算。研制了一套高温悬滴法测量熔体表面张力的实验系统,对实验装置本体、温度控制系统和图像采集系统进行了设计和搭建。在室温—1000℃温度范围内,能够在保护气氛或者真空下对高温物质的表面张力进行精准测量。对实验中影响表面张力测量结果的因素进行了分析研究,包括像素、背景光波长、图像截取的大小、悬滴的完整度、标准尺寸的影响,并提出了合理的解决方案。采用纯水对实验系统进行了检验,得到本文悬滴法实验系统测量表面张力的不确定度小于0.95%,表明实验系统具有较高的精确性和可靠性。测量了室温—800℃温度区间内混合溴化盐的热重和热流,对混合溴化盐在室温—800℃温度区间的升温过程变化进行了分析;利用研制的实验系统测量了混合溴化盐在400—600℃温度范围内的表面张力,混合溴化盐的表面张力随着温度的增加而减少,并且得到400—600℃温度范围内混合溴化盐关于温度的拟合方程。与之前的学者测量得到表面张力值进行了比较,表明悬滴法的测量结果具有很好的精确性。通过对实验系统进行适当改造,使其能够采用座滴法测量液体的表面张力。采用玻璃、氧化铝、石蜡、疏水膜这四种不同的材料作为基板来获得不同的接触角,分析了接触角和液滴体积对测量精度的影响,得到座滴法的测量误差都会随着接触角和液滴体积的增大而减小。并且在高纯氩气环境中对300—800℃内熔融锡的表面张力进行了测量,得到在本文的实验条件下熔融锡的表面张力的温度系数在不同的温度区间具有不同的变化趋势,为其他学者的研究提供参考。