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关键词： 稀土耐热钢   连铸保护渣   CaO-Al2O3基   熔体结构   黏度   结晶性能   表面张力  

摘要： 近年来,稀土在耐热钢中良好的应用效果已得到国内外的一致认可,但稀土耐热钢的连铸生产仍面临诸多困难,严重影响工艺顺行和铸坯质量。由于添加稀土后钢液具有极强的还原性,在使用传统硅酸盐系保护渣进行连铸生产的过程中,结晶器内普遍存在较为严重的渣金界面反应,导致保护渣的成分明显变化,性能不断恶化,无法满足多炉连浇的工艺与质量要求。研究开发适用于稀土耐热钢连铸的新型保护渣势在必行。本论文在总结前人研究工作的基础上,首先设计了一种低反应性的CaO-Al2O3基保护渣,然后重点考察了熔体结构、表面张力、黏性特征、凝固结晶特性和熔化特性等基础结构性能及其变化规律,在此基础上研究开发出适用于稀土耐热钢连铸的新型保护渣。在本论文条件下,得到如下结论:（1）根据分子离子共存理论,建立了 CaO-Al2O3-Li2O-B2O3-Ce2O3保护渣系的活度计算模型,分析评价了新型保护渣的反应性。新型保护渣中CaO、Li2O、Ce2O3等低反应性组元具有较高的活度,相对较活泼的组元B2O3等具有极低的活度,新型CaO-Al2O3基保护渣的反应性较传统CaO-SiO2基保护渣明显降低。（2）研究了不同组成条件下CaO-Al2O3-Li2O-B2O3-Ce2O3系保护渣的熔体结构及其变化机理。新型保护渣中AlO45-四面体为主要的网络形成体,AlO69-八面体和BO33-结构单元为主要的网络修饰体。当添加Ce2O3时,低聚合度的AlO45-四面体优先与O2-离子结合生成AlO69-八面体,保护渣的聚合度降低。添加Li2O可有效降低保护渣的聚合度,当Li2O质量分数低于14%时,其解离所产生的O2-离子对AlO45-四面体网络结构的破坏占主导作用;当Li2O质量分数高于14%时,增加Li2O质量分数将导致渣中AlO45-四面体减少、AlO69-八面体增加,聚合度降低。随着w（CaO）/w（Al2O3）的增大和B2O3质量分数的增加,保护渣的聚合度呈先降低后逐渐稳定的变化趋势。（3）建立了 CaO-Al2O3-Li2O-B2O3-Ce2O3系保护渣的表面张力预测模型,全面分析了表面张力随保护渣成分的变化规律。模型预测结果表明,新型保护渣的表面张力变化范围为0.385～0.516 N·m-1。当Ce2O3质量分数由0增加至20%时,保护渣的聚合度和总离子矩降低,表面张力减小约10%。助熔剂Li2O和B2O3的加入,可以提高保护渣的解离程度,减弱阳离子和表层阴离子的相互作用,降低总离子矩,从而导致保护渣表面张力的减小。当w（CaO）/w（Al2O3）由0.6增加至2.0时,表面张力增大约5.5%。（4）对CaO-Al2O3-Li2O-B2O3-Ce2O3系保护渣的黏性特征及其变化规律进行了研究,主要考察了不同组成对保护渣黏度、转折点温度和黏流活化能的影响作用规律。随着Ce2O3质量分数的增加,保护渣的黏度和黏流活化能逐渐降低。当Ce2O3质量分数高于10%时,1300℃时的黏度基本维持在0.5Pa·s左右。随着w（CaO）/w（Al2O3）的升高,保护渣的黏度逐渐降低,当w（CaO）/w（Al2O3）值为1.82时,黏度达到最低值为0.22Pa·s。随着Li2O质量分数和B2O3质量分数的增加,保护渣的黏度和转折点温度均呈降低趋势。（5）对CaO-Al2O3-Li2O-B2O3-Ce2O3系保护渣在连续降温过程中的物相变化规律进行了研究,并分析了其与熔体结构和黏性特征的关联作用。添加Ce2O3和B2O3可有效抑制CaO的析出,从而导致转折点温度降低。随着一定量Ce2O3的添加,保护渣的结晶物相由 CaO 和 LiAlO2 转变为 LiAlO2 和 CaCeAlO4。当 w（CaO）/w（Al2O3）由 1 增加至 1.5时,保护渣的析晶能力逐渐减弱,转折点温度逐渐降低。保护渣中LiAlO2析出的主要原因为:Li+离子分布于AlO45-四面体所组成的网络结构的间隙中对其进行电荷补偿,在降温过程中,以AlO45-四面体为基本骨架析出四方晶系的LiAlO2。CaO的析出的主要原因为:渣中部分区域内Ca2+和O2-离子的局部富集,二者在降温过程中以CaO形式析出。CaCeAlO4析出的主要原因为:渣中Ca2+和Ce3+共同参与中和AlO69-八面体的电负性,AlO69-八面体发挥骨架作用,在降温过程中以CaCeAlO4形式析出。（6）将稀土耐热钢连铸用新型CaO-Al2O3基保护渣的理化性能与传统CaO-SiO2基保护渣进行了全面比较。研究表明,新型保护渣与传统保护渣具有相似的熔化性能与黏性特征,其结晶物相主要为LiAlO2和CaCeAlO4。在吸收15%Ce2O3后,传统保护渣的熔化温度与转折点温度升高约100℃,1300℃黏度升高约2倍,析出物相由枪晶石（3CaO·2SiO

关键词： 改进的广义S变换   Teager能量   流体流度   高分辨率   流体识别  

摘要： 随着勘探开发整体难度的增加,全球的石油勘探开发方式发生了重大的改变:由原来的常规油气勘探开发逐渐向非常规油气勘探开发过度。与此同时,人们对地震勘探的精度提出了更高的要求,不仅要对小型储层进行精细描述,还需对储层中流体位置的描述也做出精确的计算。同时,只有高分辨率的地震资料才有可能准确的识别储层的位置和储层中油、气、水的范围,因此,以油气藏储层结构精细化描述及储层中油、气、水层位置准确定位在现代地震勘探中显得尤为重要。本文基于地震资料的衰减补偿及远、近角道集不同流体的不同响应特征,主要研究了改进的广义S变换及其推导过程,将完备集经验模态分解(CEEMD)分解出来的单道信号的振幅谱特征与广义S变换进行结合,推导了新的频率域的能量最优准则公式,进而得到了改进的广义S变换表达式。同时也研究了地震波的吸收衰减规律,在地震波振幅谱的基础上结合改进的广义S变换得到了振幅补偿函数,对地震资料进行高分辨率处理,使得地震资料的整体分辨率得到了明显的提升,不仅如此,在提高地震资料分辨率的同时也极大地提高了改进的广义S变换的计算效率。本文在提高地震资料分辨率的基础之上对油气储层的识别进行了深入的研究,将流体流度和Teager能量作为主要的流体识别手段,依据不同流体在叠前远、近角道集的不同响应特征,来准确定位储层中油、气、水的位置,结合实际资料来验证构建的新的振幅补偿函数和远、近角道集流体流度的可行性及有效性。研究的工作和取得的进展包括以下内容:(1)在完备集经验模态分解的基础上拓展了广义S变换,利用IMF信号的振幅谱特征,求取最优主频信息并提出新的能量最优准则公式,并将主频信息作为最优参数来提高广义S变换的时频分辨率,同时极大地提高了广义S变换计算效率。(2)在基于变分模态分解的基础上,利用改进的广义S变换结合地震波的衰减规律,构建了新的振幅补偿函数。在合成地震记录及实际资料基础之上,利用新构建的振幅补偿函数对模型数据和实际数据的有效信息进行增强,消除了常规方法对弱能量信号的丢失,得到了分辨率较高的地震资料,验证了该方法可提高地震资料分辨率的有效性。(3)利用Teager能量和流体流度来识别储层流体特征。对于同一模型数据和实际数据利用Teager能量和流体流度公式分别识别储层位置,以验证储层真实存在的可能性。同时利用流体流度在同一个数据体叠前、叠后不同表征来识别储层中油、气、水的顶底界面。(4)对比流体流度的叠后资料处理结果,利用流体流度在叠前远、近角道集处气、气水同层、水的不同响应特征来识准确定位不同流体的顶底界面及其具体的范围,验证了流体流度在远、近角道集可以准确的识别流体位置的可行性及有效性,为利用叠前地震资料来识别储层中的油气藏提供了可靠的思路。

关键词： 罗布莎   包壳纯橄榄岩   方辉橄榄岩   成分剖面   流体  

摘要： 罗布莎铬铁矿是我国最大的铬铁矿床,作为蛇绿岩带豆荚状铬铁矿的典型代表,其成因机制依然是个谜。已提出的岩浆通道模型和熔体-岩石反应模型不能很好的解释观察到的地质现象,必须建立新的蛇绿岩带豆荚状铬铁矿成矿模型。包壳纯橄榄岩是豆荚状铬铁矿特有的地质现象,只伴随铬铁矿矿体边缘发育,与成矿机制密切相关,但其研究尚未得到广泛重视。解决包壳纯橄榄岩的成因问题,是提出新的豆荚状铬铁矿成矿模型的关键。为此,本文选择西藏罗布莎铬铁矿作为研究区,对一米级尺度铬铁矿体进行详细研究。野外观察表明,矿体与包壳纯橄榄岩界线清晰,包壳纯橄榄岩与方辉橄榄岩界线不清晰,岩体广泛发育蛇纹石脉,纵向上显示辉石含量变化。将剖面划分为6个相带,对每个相带密集采样,进行详细的地球化学和岩相学研究。全岩地球化学数据显示地幔橄榄岩特征。在详细的岩相学镜下观察基础上,对各相带典型橄榄石、辉石等矿物进行电子探针成分剖面分析,识别出原始矿物和反应矿物。成分剖面显示矿物之间存在Mg-Fe等交换反应,依据观测的矿物成份建立溶解-沉淀反应方程式。根据结晶习性划分原始晶体群、成矿晶体群和溶解-沉淀晶体群。矿物温度计显示方辉橄榄岩相带固结温度为990℃,非矿体相带与矿体相带具有不同的温度区间,后者跨度更大。据此,本文认为包壳纯橄榄岩形成流体-岩石反应过程,即原始方辉橄榄岩中的辉石与流体反应生成橄榄石和单斜辉石,后者被流体带走,留下反应生成的橄榄石与原始橄榄石共同组成纯橄榄岩,距离矿体较近的位置反应程度较高,形成纯橄榄岩包壳。

关键词： 共晶生长   各向异性表面张力   固-液界面   一致有效渐近解   形态稳定性  

摘要： 晶体生长是金属凝固过程中的一个重要组成部分,固相和液相之间的界面形态对于晶体的生长有重要的作用.在实际的凝固过程中,晶体的生长会受到过冷度、界面动力学、各向异性表面张力、熔体对流等因素的影响。(1)本文利用匹配渐近展开法和多变量展开法获得了在定向凝固过程中,当表面张力为各向异性时共晶生长的一致有效渐近解,揭示了各向异性表面张力对定向凝固过程中共晶生长的影响.研究表明共晶生长在三相点附近有一个薄的边界层,在边界层附近界面温度和浓度会发生急剧变化.在远离三相点的外部区间,随着各向异性表面张力增加,界面温度随之升高;而在三相点附近的内部区间,随着各向异性表面张力增加,界面温度随之降低.与只考虑各向同性表面张力的情形相比,各向异性表面张力改变了三相点的位置,促进了层片共晶的生长。(2)本文应用多重变量展开法导出了扰动振幅的变化率满足的色散关系,给出当表面张力为各向异性时层片共晶生长的稳定性判据.研究发现共晶生长系统包含两种典型的全局不稳定性机制:由于非震荡导致的“交换稳定性”机制和由于震荡导致的“整体波动不稳定性”机制.共晶生长中有四种震荡模式:反对称-反对称(AA-)、对称-反对称(SA-)、反对称-对称(AS-)和对称-对称(SS-)模式.随着各向异性表面张力增大,对应于AA-、SA-和SS-模式的临界值随之减小,各向异性表面张力增强这三种模式的稳定性;然而,随着各向异性表面张力增大,对应于AS-模式的临界值随之增大,各向异性表面张力减弱AS-模式的稳定性。(3)本文最后通过建立一个简化模型研究了熔体对流对棒状共晶凝固过程中的棒间距与过冷度的影响.在两种特殊相图条件下对棒状共晶生长系统进行研究.利用扩散方程的解,推导出过冷度的表达式,再利用最小过冷度原则,得到棒间距的表达式.论文最后考虑了熔体对流对棒间距的影响。

关键词： HPP   NHD   SO2吸收/解吸   密度   粘度   表面张力  

摘要： 为了克服1,4-N,N'-二(2-羟丙基)哌嗪(HPP)硫酸盐水溶液的解吸过程中的解吸能耗高的问题,我们倾向于将物理吸收剂聚乙二醇二甲醚(NHD),以一定量进入吸收剂以探测其对SO2吸收和解吸的影响。同时,与吸收和解吸密切相关的物理性质,如原始吸收剂和SO2负载后的密度,粘度和表面张力;还研究了可能含有的成分如F-,Cl-和SO32-(为了模拟冶金学中的烟气成分)。结果证明,对于浓度为0.3mol/L的1,4-N,N'-二(2-羟丙基)哌嗪(HPP)硫酸盐水溶液,NHD的最佳参入量为总质量的3%,H2SO4和HPP之间的摩尔比约为1:2。在这种情况下,每摩尔HPP吸收S02饱和后的摩尔吸收量为0.6190 mol/mol。在解吸温度为101℃并伴有N2吹扫的条件下,解吸率达到91.9%。五次循环后,吸收剂溶液吸收/解吸性能未出现明显的恶化。添加的低Cl-浓度对SO2吸收和解吸几乎没有影响。低浓度的F-对吸收没有影响,但促进了解吸。SO32-促进了 SO2的饱和吸收,但降低了解吸性能。NHD掺入能够提高吸收过程中的脱硫率;还可以降低热解吸温度以及提高解吸率。通过使用10-mL Gay-Lussac比重瓶测量吸收剂溶液的密度;使用Ubbelohde毛细管粘度计测量吸收剂溶液的粘度;采用最大气泡法测定吸收剂溶液的表面张力。吸收剂溶液的温度范围为303.15～333.15 K,NHD质量分数范围为0.03-0.12,HPP质量分数范围为0.05～0.30。结果表明密度,粘度和表面张力都随温度下降。随着HPP(或NHD)质量分数的增加,密度和粘度增加。表面张力随HPP(或NHD)质量分数降低。NHD掺入略微提高了密度和粘度,但有效地降低了表面张力,这可能与提高的解吸性能有关。

关键词： 弹性梁、板   压痕   接触   Kerr模型   表面张力   各向异性   压电体   复变函数  

摘要： 薄膜、表面涂层、纳米结构材料、微机电系统、功能梯度材料等先进的材料系统由于其优异的物理、化学、力学性能,在精密器械制造、生物工程等领域得到了越来越广泛的应用。如何表征这些材料系统的力学属性显得尤为重要,由于试件的尺寸与测试设备的局限性,使用传统的力学检测技术对这些材料系统已经失效。仪器化压痕试验技术的出现,解决了薄层材料属性检测的难题。仪器化压痕试验技术,又称纳米压痕技术,是由计算机控制压痕试验中的载荷连续变化,同步记录下整个压痕试验中的加载-卸载过程的总载荷与对应的压头位移。通过对测量所得到的载荷和位移曲线进行后处理分析,材料的力学性能可以被确定。随着测量设备的分辨率不断提高,纳米压痕试验技术成为了测量薄膜、微尺寸结构力学性能的主要技术。在压痕试验中,接触问题是最主要的力学问题,因此对于接触问题的研究不仅有利于我们理解压痕试验的机理,也有利于对压痕试验以及其数据处理理论进行改进。本文对弹性体的压痕接触问题做了具体的研究,前四章对弹性薄梁、板的压痕问题进行了具体分析,后两章对半无限大的各向异性体、压电体的压痕问题作了具体分析。对于弹性薄梁、板的压痕接触问题,本文提出了一种基于Kerr形微分方程的新的简单的方法来求解此问题。Kerr形微分方程描述了弹性梁、板表面载荷与位移之间的关系,并且可以同时适用于接触区域与非接触区域。基于这种方法,本文分别对宏观和纳米尺度下的弹性梁、板的压痕接触问题进行了细致的研究分析,主要内容如下:对于宏观尺度的接触问题,第二章和第三章分别研究了弹性梁的对称以及非对称压痕问题,讨论了接触区域内的压力分布、“接触区域宽度-位移”关系以及“载荷-位移”关系,研究发现对于较大的载荷,压头与弹性梁在接触区域中心发生分离,探讨了发生分离的临界载荷、临界接触区域宽度,研究了分离之后真实接触区域内的压力分布、真实接触区域宽度;第四章建立了弹性板的轴对称压痕接触问题的方法,研究了接触区域内的压力分布以及“载荷-位移”关系,分析了压头与弹性板在接触区域中心发生分离的条件,探究了分离发生之后真实接触区域内的压力分布以及真实的接触区域圆环的长度;对于微/纳尺度的表面问题,第五章推导了考虑表面张力的弹性软梁的表面压力与表面挠度之间的关系,探讨了接触区域内的压力分布、“接触区域宽度-位移”关系和“载荷-位移”关系,分析了表面张力大小对于弹性软梁接触力学行为的影响等。第六章分析了各向异性半平面作用一个平压头/球形压头的压痕问题,利用复变函数的工具求解出了各向异性半平面内的弹性场。第七章对带有抛物线边界的半无限大压电体的压痕问题进行了研究,利用Stroh公式与解析延拓原理推导了带有抛物线边界的半无限大压电体的Green函数解,从而给出了此压痕问题的基本解。本文主要创新性结果可归纳为:(1)基于Kerr模型,运用一种简单的方法求解了弹性梁、板的接触问题,求解了接触区域内的压力分布,给出了显式的载荷-位移关系。并指出,对于较大的接触区域宽度,在接触区域内压头与弹性梁、板发生分离,分析了分离发生的临界状态以及分离之后的力学行为。(2)对于弹性梁的非对称压痕接触问题,将接触区域两个端点作为独立的未知数求解,分析了接触区域的几何非对称性以及接触区域内压力分布的非对称性。(3)基于Kerr模型推导了考虑表面张力情况的弹性软梁的表面所受压力与挠度之间的微分关系,并基于此微分求解了接触区域内的压力分布,载荷-位移关系,讨论了表面张力大小对于弹性软梁的接触力学行为的影响。(4)基于复变函数理论求解了各向异性半平面的压痕问题,分别分析了平压头、圆柱形压头的情况,给出了此问题的解析解。(5)基于复变函数理论,利用保角变换与解析延拓原理给出了带有抛物线边界的半无限大压电体的压痕问题的基本解。

关键词： 清洗剂   表面活性剂   表面张力   缓蚀剂   响应面法   滴重法  

摘要： 本文主要从清洗剂组分表面活性剂的筛选,表面活性剂组分的最佳配比的确定以及清洗助剂中缓蚀剂的研究制备这三方面进行系统的实验研究,目的是为了通过对重垢油污进行清洗实验,研究出高清洗率,低能耗且环保的清洗剂,主要内容如下:实验通过对脂肪醇聚氧乙烯醚,辛基酚聚氧乙烯醚,壬基酚聚氧乙烯醚,脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠,十二烷基苯磺酸钠,烷基酚聚氧乙烯醚,椰子油二乙醇酰胺,月桂酰两性基二乙酸二钠八种表面活性剂进行多种清洗性质测定,具体包括浊点,溶油性,腐蚀性,pH等,并用滴重法测定表面活性剂的表面张力,筛选出了CDEA,LAS-30,APE-10三种表面活性剂,作为清洗剂的表面活性剂成分。对筛选出综合性能较好的CDEA,LAS-30,APE-10三种表面活性剂进行复配实验。在进行大量的实际清洗实验后,通过响应面优化实验设计的方法,将得到的实验数据进行模拟,模拟出三种表面活性剂的用量与清洗率之间的关系模型,得到了当三种表面活性剂用量比为CDEA:LAS-30:APE-10=1:1:3时,清洗效率最高,最高可达92.35%。实验的清洗温度为室温25℃±3℃,清洗时间为5min,在摇床中震荡清洗的频率为200r/min。实际通过五次验证实验验证了在此条件下清洗率可达90.88%,与模拟得到的92.35%相差不大,说明模型具有可信度。实验通过对三乙醇胺、氢氧化钠、苯甲酸钠、四硼酸钠、碳酸钠、硅酸钠、乙酸钙、植酸钠等不同类型的缓蚀剂进性缓蚀实验,以单因素法确定影响因素水平,通过正交实验法优化出复合缓蚀剂的最佳配方:三乙醇胺0.75%,硅酸钠2.00%,四硼酸钠1.5%,苯甲酸钠0.5%,去离子水95.25%。将最终的自制清洗剂进行性能测试,并与市售清洗剂进行实验对比。发现常温下自制清洗剂在进行多级清洗后,清洗率仍然可以达到90%左右;在温度为30℃时,清洗率就可以达到95.46%,高于常温下的清洗率;且自制清洗剂的漂洗性、防锈性及热稳定性良好,具备一定的市场竞争力。

关键词： 多孔介质   纳米流体   平板通道   流动特征  

关键词： 弯月面   细胞壁   水分子   气界面   铁路事故   耳前瘘管   Q&A   叶肉细胞   旅客周转量   表面张力   中国铁路  

摘要： Q:水分是如何输送到数十米高树木的顶端的?A:对于传统的活塞式水泵而言,其原理是利用机械运动抽出上方的空气,然后利用大气压力将水提升到所需高度。其抽水高度受大气压限制,在平原地区大约是10米。但是,树木的高度可以轻易突破10米,有些巨树甚至能将水输送到高度超过100米的叶片尖端。这是怎么做到的?

关键词： OpenFOAM   方形墩柱   类椭圆形墩柱   圆端形墩柱   绕流阻力   尾涡区  

摘要： 水流与墩柱相互作用过程中水流强烈紊动,对墩柱损害严重,导致桥梁垮塌和撞桥事件。桥梁垮塌与撞桥事件的因素有许多,有相当一部分原因是桥墩设计时对墩柱在河流中所受绕流阻力和桥墩影响水流区域范围没有准确把握对墩柱周围水动力特性及绕流阻力方面的研究具有重要的工程实际意义。本研究采用数值模拟方法对水流与不同截面型式墩柱开展三维数值模拟研究,基于开源OpenFOAM程序包interFoam求解器,选取大涡模拟,分析方形墩柱周围流速变化规律;探讨特征断面水深位置时均涡量的分布;分析墩后尾涡脱落频率;分析三维涡动结构;探讨绕流阻力和尾涡区面积时均特征;探讨墩柱截面直线段长度L、圆端长短轴比值a/b与墩后尾涡区之间的关系。结果表明:不同截面型式的墩柱周围流场和流速变化过程规律一直。墩柱上游,出现马蹄形涡;墩柱两侧壁面出现低速区,墩柱下游,出现一对左右基本对称、旋转方向相反的两个较大涡流。雷诺数Re为7500～20000时,特征断面水深位置(z/h=0.5)时均涡量的分布随雷诺数增大范围越大。墩后尾涡脱落频率,无明显变化,方形、前半圆、后半圆、圆端形斯特劳哈数分别为0.139,0.212、0.185、0.275;墩后水体发生强烈紊动,有明显的尾涡脱落现象,雷诺数越大,尾涡脱落越明显。发现墩柱周围最大横流约为来流流速的42%。方形墩柱距分离点增加10mm,流速减小约18.98%;前半圆形墩柱距分离点增加10mm,流速减小约21.91%;前半圆形墩柱距分离点增加10mm,流速减小约12.88%;圆端形墩柱距分离点增加10mm,流速减小约19.12%。对绕流阻力系数进行分析,发现迎流面为半圆形时绕流阻力系数为方形时的1.5倍;结合理论分析,进行理论推导,建立新型绕流阻力公式;发现方形墩柱与三种类椭圆形墩柱墩后尾涡区时均相对面积、无量纲时均绕流阻力和无量纲化新型绕流阻力公式时均关系系数与雷诺数之间均存在较好的线性关系。圆端形墩柱改变直线段L的长度,发现墩后尾涡区面积随墩柱直线段L/B具有较强的线性关系;改变圆端长短轴比值a/b的大小,发现墩后尾涡区面积与墩柱圆端长短轴比值a/b无明显线性规律。