Soret扩散对层流火焰的影响

在层流火焰中,各个组分的质量扩散具有十分重要的作用,它能够影响甚至控制火焰传播、点火、熄火等过程.通常由浓度梯度引起的Fick扩散是占主导地位的,而由温度梯度引起的Soret扩散则相对较小.因此,在理论分析和数值模拟中,通常只考虑Fick扩散而忽略Soret扩散.但是,以往的研究结果表明,对于氢气或大分子碳氢燃料的层流燃烧过程,当存在较大温度梯度时,Soret扩散的影响不可忽略.本文回顾了Soret扩散影响层流火焰的相关研究,主要介绍了Soret扩散对(1)无拉伸和有拉伸预混火焰的传播速度、点火与熄火,(2)扩散火焰的结构与熄火,以及(3)喷雾燃烧和碳烟生成的影响.     

碳氢火焰中碳黑检测方法评述

碳氢燃料不完全燃烧所产生的碳黑是一种仅次于二氧化碳的温室物质,开展碳氢火焰中碳黑的检测研究对于充分理解碳黑生成机理、控制碳黑排放有着重要的作用.本文综述了碳氢火焰中碳黑检测的常用方法,包括：热泳探针取样及电镜分析、热电偶颗粒密度法、消光法、激光诱导炽光法、双色法、发射CT法,并详细介绍了各种检测方法的基本原理及应用状况.碳黑检测的发展趋势是要实现对碳氢火焰中温度、碳黑浓度、碳黑尺寸等多参数的多维分布的在线检测;不仅要面向实验室小型燃烧火焰,还要面向工业应用中大尺度火焰;而且对于高压、零重力、微重力等燃烧火焰也要提供合适的检测手段.     

基于自由溶液量的水泥-减水剂系统相容性研究

通过改变水灰比、减水剂掺量,测定不同时间水泥浆体中的自由溶液量、浆体流动度与流动度经时损失,并利用光学显微镜直接观测新拌水泥浆体中水的分布情况以及水泥颗粒的絮凝情况,研究自由溶液量的变化情况及其对浆体流动度和泌水的影响规律.研究结果表明,吸附水对水泥-减水剂系统的初始流动度、流动度经时损失和泌水等相容性表现有重要影响.增加水泥浆体中的吸附水,能够改善水泥-减水剂系统的相容性.掺加减水剂,在打破絮凝结构的同时增加吸附水,从而提高浆体的流动性.聚羧酸减水剂增加吸附水的能力要高于萘系减水剂.过掺减水剂不是导致泌水的主要原因,过大的水灰比和水泥颗粒表面吸附水的能力不足才是导致泌水的根本原因.     

制备血管支架表面涂层超声波喷涂工艺研究

本文从理论推导、流体力学仿真、喷雾粒径检测分析以及支架喷涂试验四个方面研究超声波喷涂技术并成功应用于血管支架喷涂工艺的优化.首先基于超声波雾化物理模型推导建立超声雾化粒径方程,其次利用计算流体动力学模拟超声雾化微观过程,定义超声雾化过程的三种雾化模式：亚雾化模式、理想雾化模式以及射流雾化模式,并建立了超声雾化临界振幅方程以及理想雾化模式下的雾化体积和功率方程.然后设计超声喷雾粒径检测实验,研究功率、气体压力、表面张力等工艺参数对雾化粒径的影响,结果表明超声波喷雾运动过程中少量粒子碰撞合并,但喷雾质量总体稳定,粒径尺寸在10m左右.在粒径尺寸分布方面,利用Rosin-Rammler分布拟合超声喷雾粒径均匀度指数在7.11～11.48之间,相比传统喷雾技术雾化均匀性、可控性大大提高.最后,在上述研究基础上制定血管支架超声喷涂工艺参数并进行了优化,消除了常见的血管支架涂层表面各种缺陷,为制备性能优良的血管支架表面涂层提供了理论和技术支撑.     

基于激光多普勒技术测量研究二甲醚-柴油混合燃料喷雾速度和粒度分布规律

利用激光多普勒技术,对含15%和30%二甲醚的二甲醚-柴油混合燃料以及纯柴油的稳态喷雾的速度和粒径进行了测试,得到了相应的速度矢量图、轴向和径向速度以及喷雾索特平均直径的轴向和径向分布的比较曲线.试验结果证实了二甲醚-柴油混合燃料射流存在气爆雾化作用,且在喷孔附近,混合燃料喷雾具有较大的径向速度,在喷嘴远端,径向速度值的大小和变化率均较纯柴油的喷雾小,粒径分布范围随着增大,而粒径分布趋于均匀,在射流轴线上,轴向速度的衰减趋势则大致相似.随着燃油内DME含量由15%增加到30%,喷雾锥角和射流出口速度均增加,喷雾粒径则减小.     

非贯通遍布节理类岩材料单轴压缩破碎的分形分析

为了研究非贯通遍布节理模型在节理倾角α以及节理夹角γ两个参数影响下的破碎规律以及分形特征,采用水泥砂浆材料制作不同节理倾角以及不同交叉程度的相似材料试样,并对节理类岩材料进行单轴压缩实验以及筛分试验。将碎屑定量分为粗粒、中粒以及细粒3种类型,分别对应粒径范围d10 mm,0.25≤d≤10 mm,d0.25 mm。计算各粒级碎屑的质量百分比、各粒径范围内碎屑的频数N以及碎屑尺度-质量分布的分形维数D,得出了碎屑频数N、碎屑的质量百分比随节理倾角α以及节理夹角γ的变化趋势及规律,并研究了碎屑尺度-质量分布的分形维数D随节理倾角α的变化规律,结果表明分形维数能直观反映岩石的破碎程度。     

用X射线研究由PI膜制备石墨化碳微晶的结构特性

用X射线衍射技术对固相炭化过的PI(聚酰亚胺)膜的石墨化碳微晶的结构特征进行了考察.结果表明,该薄膜的石墨化始于热处理温度2 100℃左右;在2825℃及其以上温度热处理过的薄膜样品的微晶碳层具有很好的取向,并呈现出明显的多相石墨化现象,获得了该试样的镶嵌结构信息;对于3 160℃热处理过的薄膜样品来说,其层间距和镶嵌度分别为0.335 45nm和5.4°. 同时,就其石墨化度稍有不同的两种结晶相的来源进行了一些推理性的讨论,这对更全面地了解该类石墨化产物的结构提供了新的科学知识.     

相转移法制备γ’-Fe_4N纳米粒子的合成过程及生长机制

采用化学气相法合成了Fe/N多相纳米粒子,揭示了合成参数对产物性质的影响,确定了最佳的合成工艺路线.对生成的粒子进行第2次氮化,实现了纳米粒子的相转移,获得了均匀单相的γ-Fe4N纳米粒子.分析了粒子的成核与生长机制,对相转移过程给出了合理解释.此外,初步表征了相转变前后纳米粒子的形貌、粒径、物相、成分及磁学特性.     

新型弛豫铁电单晶体Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3的形貌与缺陷结构

采用改进的Bridgman法生长出了尺寸达 2 5mm× 2 5mm× 5 0mm的透明的、压电性能十分优异的弛豫铁电单晶体Pb(Mg1/ 3 Nb2 / 3 )O3 PbTiO3 ,其为纯钙钛矿相的三方或四方结构 .这些单晶主要显露 {0 0 1 }面 ,而 [1 1 1 ]方向的生长速度相对较快 .可以利用负离子配位多面体生长基元理论模型解释PMNT单晶的形貌特征与生长习性 .在光学显微镜和SEM下观察到了散射颗粒、气泡及负晶结构等宏观缺陷 .在对结构缺陷形成机制研究的基础上 ,通过调节生长参数 ,可以减少或消除这些缺陷 .用光学显微镜对三方相单晶的 71°或 1 0 9°电畴、四方相单晶的 90°电畴进行了观察 ,发现微畴 宏畴转变可由成分诱导并存在过渡区 ,分析了电畴结构的形成机理及与铁电相变的关系 .     

圆柱形粗糙表面的弹塑性分形接触模型

基于分形理论建立了圆柱形粗糙表面力学模型,采用W-M函数模拟了与分形维数D,形貌尺度参数G有关的圆柱形粗糙表面的等效轮廓.推导了单个微凸体弹性、弹塑性以及塑性变形的存在条件,得到了圆柱形粗糙表面均分份数与微凸体尺度的变化关系.对传统的微凸体面积密度分布函数进行改进,获得各频率指数微凸体的面积密度分布函数,最终得到整个圆柱形粗糙表面的无量纲接触载荷与无量纲真实接触面积之间的关系.研究结果表明:粗糙表面中微凸体的临界接触面积是尺度相关的,微凸体的变形顺序为弹性变形、弹塑性变形和完全塑性变形.圆柱形粗糙表面的力学性能与微凸体的分布范围相关.当前6个频率指数的微凸体小于等于临界弹性频率指数,粗糙表面表现出近似的弹性性质,当前6个频率指数的微凸体处于临界弹性频率指数和临界塑性频率指数之间,粗糙表面表现出先弹性后弹塑性的性质.当前6个频率指数的微凸体大于临界塑性频率指数,粗糙表面呈现非弹性变形性质.     

非磁性细微颗粒的负磁泳耦合分选规律研究

非磁性细微颗粒的磁泳分离在生物工程、材料工程和环境工程等领域具有广阔的应用前景.为了分选直径非常接近的非磁性微粒,设计了负磁泳耦合的水动力分选器,为了确保分选器具有优异的性能,数值研究了在不同的磁场强度、磁铁个数、微通道参数、入口流速和速度比时, 3, 4, 5μm的3种非磁性颗粒的运动轨迹,计算3种颗粒侧向偏移和颗粒分布带之间的距离(即带间距).结果表明:3种细微颗粒的侧向偏移距离和带间距都随磁场强度和颗粒尺寸的增大而增大;但是颗粒的侧向偏移并不会因为磁铁数量的增加而持续增加;颗粒的分离效果随着入口流速的减小,流速比的增大而提高.此外,当微通道结构参数H_a/H_b越小,不同颗粒分布带之间的距离就越大,不同直径的颗粒就越容易分离;最后,利用微-PIV实验获得了3种颗粒带的分布,并计算颗粒分布带宽和带间距,与数值模拟结果比较发现一致性很好.研究结果对非磁性颗粒分选器的设计具有指导意义.     

基于灰度差异与自相关的粒子速度/粒径同场实时测量

曝光时间不同, 粒子的数字图像的灰度也不同. 本文基于双曝光粒子像点各像素灰度总和的差异以及数字图像的自相关处理, 实现了流场粒子速度/粒径的同场实时测量. 介绍了该测量方法的理论基础、流场成像及数字图像处理流程, 并对分别添加有35 和75 μm 标准粒子的低速流场进行了速度/粒径的同场实时测量. 图形化结果显示该方法得到的速度/粒径信息能够反映流场的真实流动情况; 另外, 除分布范围略有不同外, 速度/粒径测量结果整体接近正态分布, 中心峰值与预设数值一致. 表明该测量方法能够满足一定的测量精度, 可进一步用于燃油喷雾场等高速流场的速度/粒径测量.     

乙醇热解制备C/C复合材料工艺及组织结构研究

以整体碳毡为预制体,无水乙醇为前躯体,N2做为载气和稀释气,在负压条件下,沉积温度为1050~1200°C,采用压力梯度ICVI工艺制备出C/C复合材料制品,采用偏光显微镜、扫描电镜、透射电镜分析材料的组织结构和断口形貌,利用三点弯曲测定了材料的弯曲强度.结果表明：制备的C/C复合材料基体组织结构在1050°C条件下为中织构与高织构并存的组织,当沉积温度上升为1100~1200°C时,热解碳为均一的高织构组织.制备试样的弯曲破坏应力应变曲线及断口形貌分析表明：断裂特征受热解碳与基体界面结合强弱的影响,弯曲断口以纤维断裂、纤维拔出为主,材料具有假塑性断裂特征,并且随着沉积温度的提高,热解碳基体与纤维的界面结合逐渐增强,断裂方式由假塑性断裂向脆性断裂逐渐转变.     

相转移法制备γ'-Fe4N纳米粒子的合成过程及生长机制

采用化学气相法合成了Fe/N多相纳米粒子, 揭示了合成参数对产物性质的影响，确定了最佳的合成工艺路线. 对生成的粒子进行第2次氮化，实现了纳米粒子的相转移，获得了均匀单相的γ'-Fe₄N纳米粒子. 分析了粒子的成核与生长机制，对相转移过程给出了合理解释. 此外，初步表征了相转变前后纳米粒子的形貌、粒径、物相、成分及磁学特性.     

CNG-柴油双燃料发动机排放特性研究

论述了CNG-柴油双燃料供给系统,该系统可以有效地降低发动机的碳烟的排放.通过试验给出了CO、CH、NOx、碳烟随有效功率的变化规律,并从四种有害排放物的生成机理上分析了产生的原因.通过试验比较了在不同负荷下燃用CNG-柴油与纯柴油的排放,分析了燃用CNG-柴油双燃料降低碳烟的原因.根据改造后的CNG-柴油双燃料发动机的排放物的变化规律,合理调整使用参数和组织燃烧过程,将三元或四元催化转换器应用于此双燃料发动机上可望获得良好的排放效果.     

基于Hilbert分形的亚波长空间盘绕型声学超材料

声学超材料因其自然界不存在的奇特性能而展现良好的工程应用前景.本文借鉴自相似分形技术在仿生材料设计领域的成功经验,将Hilbert分形结构应用于亚波长空间盘绕型声学超材料设计.即采用Hilbert分形曲线设计卷曲的声波传播通道,以延长声波传播路径,获取超慢等效声速.能带结构及传递函数的分析结果表明,随着Hilbert分形阶数增加,第一阶带隙频率逐渐降低,且其标准频率远小于1.此外,随着Hilbert分形阶数增加,带隙数量逐渐增多,且总带隙宽度逐渐变大.因此,基于高阶Hilbert分形的空间盘绕型声学超材料为亚波长、多带隙声学滤波器的设计提供了新思路.     

H2/O2/Ar可燃气体激光诱导火花点火的实验研究

对H₂/O₂/Ar可燃气体激光诱导火花点火进行了实验研究. 采用Nd:YAG激光器产生的 532 nm激光聚焦击穿气体点火, 并采用激光高速纹影系统对不同初压、激光点火能量、氩稀释度可燃气体点火的火焰结构进行了流场显示. 结果表明, 气体击穿形成椭球形等离子体, 稀疏波与等离子体作用, 在等离子体迎光侧和背光侧分别形成一对反旋的螺旋环, 导致等离子体和随后的火焰面向内弯缺, 在等离子体左侧激光轴附近形成一个向外凸出的气瓣. 等离子体的高温气体诱导火花核的形成, 受壁面反射弱激波或压缩波的作用, 初始层流火焰减速. 弧形火焰阵面与壁面的作用及其与激波或压缩波、稀疏波等作用, 导致层流火焰向湍流火焰转捩. 对摩尔比为2:1:10、初压为53.33 kPa, 激光诱导火花点火的激光器最小输出能量为 15 mJ. 随预混气初压的升高, 激光点火能量越高, 降低氩稀释度, 会加快火焰阵面传播速度.     

障碍物扰动对预混火焰发展的影响

要 研究了半开口管道中障碍物对预混火焰传播的影响. 结果表明, 由于障碍物引起的扰动, 使火焰在传播过程中不断加速, 同时管内压力上升. 根据火焰速度的量级, 在受限管道中的火焰传播可以分为3种状态: 熄火态、雍塞态和爆轰态. 在贫燃极限附近, 火焰加速一段距离后自动熄灭; 在雍塞态, 最大火焰速度略低于燃烧产物声速, 基本上不受阻塞比变化的影响; 随着当量比的上升, 对敏感气体而言, 火焰传播由爆燃转变为爆轰, 最大火焰速度随阻塞比的增加而降低; 而对于非敏感气体, 则不存在爆燃转爆轰现象. 管内压力随障碍物阻塞比的变化并不呈现单调规律. 同时用非稳态可压缩流体模型模拟了管内的火焰加速和压力发展过程, 计算结果和实验结果吻合得较好.     

基于液相AFM的植物黏液功能界面超微结构及其机械特性研究

生物黏液在生命活动过程中起着重要的调控作用,然而由于缺少合适的观测手段,目前对于天然状态下生物黏液功能界面超微结构的认知还很不足.原子力显微镜(atomic force microscopy, AFM)的出现为原位研究生物材料的结构和特性提供了新的强大工具,但现有的研究主要在空气环境下进行观测,研究结果难以完全反映溶液状态下的生物材料结构.本文以食虫植物茅膏菜分泌的黏液为研究对象,利用AFM直接在液相环境下实现了对生物黏液纳米结构的高分辨率成像及分析.分别将茅膏菜黏液平铺至载玻片和云母表面,在溶液环境下的AFM成像结果显示茅膏菜黏液中含有大量纳米颗粒.作为对照,在空气中进行的AFM成像结果显示干燥后的茅膏菜黏液中含有大量纳米纤维结构,表明了茅膏菜黏液在空气环境下与溶液环境下的结构差异.进一步利用AFM多参数成像方法对溶液环境下茅膏菜黏液纳米颗粒和纳米纤维的机械特性进行了可视化表征并揭示了纳米颗粒和纳米纤维机械特性的显著差异.研究结果为生物黏液功能界面超微结构原位成像及机械特性研究提供了新的方法和思路,对于生物材料研究具有广泛的基础意义.     

致密砂岩气水相对渗透率模型

致密砂岩富含微米级孔隙,其气、水两相流动复杂,如何建立可靠的相对渗透率模型是目前亟待解决的问题.基于流体单管流动方程耦合二阶滑移模型,结合分形理论,建立了致密砂岩储层气、水相对渗透率模型,该模型考虑了气体滑脱效应、孔喉结构参数、含水饱和度分布,模型的可靠性通过多个已发表的气水相对渗透率实验数据验证.结果表明:1)建立的模型可用以描述致密砂岩储层微米尺度孔隙中的流体流动行为; 2)压力和含水饱和度增加都会减小滑脱效应对气相相对渗透率的提高作用,当压力小于1 MPa时,气相相对渗透率对压力极为敏感;温度对气相相对渗透的影响有限,可忽略; 3)孔径分布分形维数和孔隙迂曲度分形维数增加,有利于气相相对渗透率的提高,但会降低水相相对渗透率,且孔径分布分形维数的影响更大.