质量非均匀分布的烟囱在倾倒过程中的力学分析

烟囱倒塌的过程中可能会在某处断裂.本文研究了质量非均匀的烟囱倾倒过程中各部位的受力与扭矩,并通过扭矩极大值点找出烟囱断裂位置.     

荧光标记微管的光敏断裂及机理

荧光标记的微管经激发光照射会引起微管的断裂，但其断裂过程及机理并不清楚.通过光镊研究了微管光敏断裂的动态过程.实验结果表明组成微管的原丝并不是同时断裂的，而是相继断裂最终导致微管的断裂.经过一系列生物学实验，确定了活性氧中的自由基是造成微管光敏断裂的主要因素.根据光镊研究的结果推测了自由基作用于微管的机理. 关键词： 光镊 微管 断裂 自由基     

LED球泡灯的烟囱效应散热设计与实验

为了增强LED灯具的散热能力,根据烟囱效应原理,设计了一种LED球泡灯,其具有特殊的直筒式烟囱结构。利用Solidworks建立三维模型,通过其插件Flow Simulation进行热仿真,并以烟囱高度30 mm、烟囱数量6、通风口长度2 mm的参数为基础模型。通过实验验证,测出该模型的最高温度为69℃,与仿真所得出的结果仅相差1.66℃,证实了仿真步骤的正确性。以此为基础,对不同烟囱高度和数量、通风口大小对LED芯片最高温度的影响进行研究。研究表明:烟囱效应明显增强了灯具的对流散热性能。在烟囱高度为45mm、烟囱数量为12、通风口长度为3.5 mm时,LED芯片的最高温度为61.04℃,比优化前下降了9.62℃。在模型参数相同的条件下,最高温度比不加烟囱结构的LED球泡灯下降了1.9℃,且散热器重量下降了2.55g。在自然对流条件下,所设计的LED球泡灯能很好地满足LED芯片工作要求。     

太阳能热气流发电系统非稳态耦合数值分析

对包含蓄热层的太阳能热气流发电系统的传热与流动特性进行非稳态耦合数值模拟.建立了集热棚、烟囱以及蓄热层内部传热与流动数学模型.分析了不同蓄热介质的太阳辐射响应特性对系统昼夜发电峰谷差的影响,计算结果表明:采用热容较高的土壤作为蓄热介质可以有效降低昼夜平均温度的峰谷差,从而有效调整系统的昼夜发电峰谷差;蓄热层表面温度越高,系统不可逆性越大,能量损失和可用能损失越大;蓄热层导热系数越大,蓄热层表面温度越小,烟囱出口平均温度和平均速度越高,通过烟囱出口的能量损失越大.     

太阳能热气流系统内传热与流动的实验模拟

构建了小尺寸太阳能热气流发电的实验模型,测定了系统的温度随时间和空间的分布,测定了烟囱内的速度随时间的变化关系.实验结果表明:集热棚内温度分布和季节对系统传热与流动特性的影响符合理论分析结果,而由于烟囱较薄,散热较高,在烟囱内的温度降低显著.     

缺陷对圆管膨胀断裂影响的实验研究

采用高速分幅摄影技术,通过对比实验,获得了清晰的无缺陷和预制缺陷金属圆管膨胀断裂的演化图像.实验结果表明,缺陷大大加速了圆管的断裂过程;有缺陷圆管的产物开始泄漏的时间比无缺陷圆管提前5.5μs,采用应力/应变集中法很好地解释了这种现象.另外,针对预制缺陷圆管膨胀断裂时出现的裂块较小而数量较多、无缺陷圆管膨胀断裂时裂块相...     

细颈容器倾角对瓶颈效应影响的实验研究

细颈容器向外倾倒液体时,在颈部会产生周期性间歇振荡的"瓶颈效应"。本实验设计了转角、转速、瓶口大小、转轴位置均可调的有机玻璃容器,采用高速摄影仪对这一现象进行了观察。研究了瓶颈效应产生的基本原理,并探究了容器倾倒角度对瓶颈处气泡产生和生长、液体倾倒平均流量的影响。研究发现,瓶颈效应在倾倒角度不小于某一临界角度时产生,本实验中该临界角度为86°;随倾倒角度增大,气泡在产生和发展过程中稳定性下降,振动愈发剧烈,表面皱褶程度增强;在同一实验条件下,平均流量随着倾倒角度的增加,呈现出先增大后减小的趋势,本实验中平均流量最大值所对应的角度为160°。     

无散热器LED异形灯设计与实验

为了降低发光二极管(LED)灯具的重量和生产成本,根据烟囱效应原理,设计了一种无散热器的LED异形灯。利用Solidworks软件建立三维模型,通过其插件Flow Simulation进行热仿真。并以烟囱高度为30mm,烟囱通道直径为20mm的参数为基础模型,研究不同烟囱高度和烟囱通道直径对LED异形灯最高温度的影响。仿真结果表明:对于烟囱高度和烟囱通道直径都为45 mm,基板重量为35.86g的LED异形灯,当输入功率为6,8,10 W时,其最高温度都低于芯片的安全结温85℃,可满足LED安全工作的要求。对8W的LED异形灯进行实验验证,结果表明LED异形灯的最高温度为73℃,与仿真结果仅相差2.06℃,验证了仿真的正确性。所设计的无散热器LED异形灯不仅可以很好地满足LED散热要求,而且重量轻、成本低、制造简单。     

PELE弹丸壳体的损伤断裂模型

结合横向效应增强型侵彻体(PELE)侵彻金属靶板的数值模拟结果和实验结果,将PELE弹丸壳体膨胀断裂过程分为加速膨胀和匀速膨胀两个阶段。在封加波提出的损伤度模型的基础上,推导得到PELE弹丸壳体的损伤断裂方程;并通过PELE壳体断裂实例计算了PELE弹丸壳体膨胀断裂过程的参数,分析了弹丸着靶速度与壳体断裂之间的关系,为PELE弹丸设计提供了理论指导。     

α-Fe裂纹的分子动力学研究

通过分子动力学方法，模拟了α-Fe裂纹的单轴拉伸实验中的形变过程.研究了不同晶体取向裂纹的形变特点和断裂机理，观察到各种形变现象，如位错形核和发射，位错运动，堆垛层错或孪晶的形成，纳米空洞的形成与连接等.计算结果表明，裂纹扩展是塑性过程和弹性过程相结合的过程，其中塑性过程表现为由裂尖发射的位错导致的原子切变行为，而弹性过程的发生则是由无位错区中的原子断键所导致.同时还研究了α-Fe裂纹的形变特点和断裂机理与温度场和应力场的依赖关系.     

Maximal potential energy transport: a variational principle for solidification problems

We analyze numerically the mechanisms controlling the spacing of chimneys--channels devoid of solid--in two-dimensional mushy layers formed by solidifying a binary alloy. Chimneys are the principal conduits through which buoyancy effects material transport out of the mushy layer and into the liquid from which it formed. Experiments show a coarsening of chimney spacing; we pursue the hypothesis that the spacing adjusts to optimize material transport and hence maximize the rate of removal of potential energy stored in the mushy layer. The optimal solute flux increases approximately linearly with the mush Rayleigh number. However, for spacings below a critical value, the chimneys collapse and solute fluxes cease, revealing a hysteresis between chimney convection and no flow. The results are consistent with a variational principle controlling the dynamics of this dissipative system.     

Aggregation and chimney formation during the solidification of ammonium chloride

Experiments study large-scale pattern formation during the growth of ammonium chloride (NH4Cl) from solution in a thin (Hele-Shaw) geometry. In particular a solid-liquid mixture ("mushy layer") forms in which growing solid NH4Cl crystals form a solid network interspersed with liquid. There are different ways that the mushy layer can be formed, however. If the cell is heated from below and cooled from above, thermal convection generates large-scale recirculating flows that carry seed crystals from the upper (cold) boundary to the (warmer) side and bottom boundaries. Ballistic deposition of these seed crystals leads to aggregation patterns with significant voids (filled with liquid) with a wide range of length scales. If the cell is cooled from below with a warm environment, the solid NH4Cl grows dendritically without deposition, resulting in a compact mushy layer. Plume convection within this mushy layer produces one or two well-defined "chimneys." If the environment is cool (comparable to the liquidus temperature of the solution), the mushy layer forms by a combination of dendritic growth and ballistic deposition, resulting in a more permeable mushy layer and enhanced chimney formation. The effects of ballistic deposition are enhanced if the cell is tipped, in which case the voids reappear. Plume convection and chimney formation are dramatically enhanced in this case. Additional experiments are done in which fluid flows in the system are enhanced artificially to verify that enhancements in chimney formation are due primarily to the aggregation process, and not to the increases in fluid flows due to thermal and compositional convection.     

立式集热板太阳能热气流电站系统研究

设计了一种立式集热板式太阳能热气流电站,分析了该系统的最大输出功率及能量转换率。数学模型考虑了系统尺寸、太阳辐射及环境条件对系统最大输出功率的影响。结果表明系统最大输出功率不仅是烟囱高度的函数,同时与太阳辐射及环境参数有很大关系。受结构限制,在太阳辐射强度为1000 W/m~2、烟囱高度为100m时,本系统能量转换率约为0.2%,在设计上可考虑采用多条集热式烟囱通道并联方式来增加集热面积,以达到提高系统最大输出功率的目的。     

矩形窄通道空气自然对流换热特性实验研究

以电加热的方式,对高为800mm,宽为60 mm,间隙分别为1.0 mm,1.8 mm和2.5 mm的竖直矩形流道内空气自然对流换热特性进行了实验研究,同时考察了在实验段出口是否有绝热烟囱对自然对流换热特性的影响。结果表明,在流道间隙为1.0 mm和1.8 mm的情况下,烟囱对自然对流换热特性的影响不明显。在间隙为2.5 mm时,烟囱的存在削弱了自然对流换热。同时所有实验数据可以按照有无烟囱的情况分别用统一的实验关联式进行拟合。     

Performance optimization of solar chimney power plant using electric/corona wind

The effect of the corona wind on the natural convection at absorber of a solar chimney power plant pilot was investigated experimentally. The aim of the study is to improve the efficiency of SCPP through enhanced the heat transfer coefficient of absorber with corona wind. The results show that corona wind enhanced the absorber convective heat transfer coefficient leading to increment in air the velocity and the output power of the SCPP. The amount of heat transfer of pilot increased more than 14.5% when applying voltage of 15 KV and the speed in chimney experienced about 72% amelioration.     

工业SO2及碳黑颗粒紫外成像遥感监测技术

为了准确有效监测工业烟囱排放,基于SO2及碳黑颗粒物的光学特性,设计并研制出一套双通道紫外成像遥感监测系统.该成像系统的两个光谱通道的中心波长分别定于310 nm和330 nm,利用两个通道的光学厚度之差反演SO2浓度图像,颗粒物浓度图像由330 nm通道获取,根据浓度图像结合光流法获取烟羽运动速度,进而计算得出SO2和碳黑颗粒物的排放速率.结果表明,该工业烟囱的SO2及碳黑颗粒物排放速率分别为72.48±3.16 kg/h和6.33±1.18 kg/h.实验采用紫外相机同时对工业烟囱排放的SO2及碳黑颗粒物进行监测,实验表明双通道紫外成像遥感监测兼具高时间分辨率与高空间分辨率,测量结果准确直观,在工业废气污染、船舶尾气污染以及火山喷发污染排放遥感监测中具有非常明显的技术优势及巨大的应用前景.     

太阳能热气流电站系统研究

由于现有模型不足以准确描述太阳能热气流发电系统的物理机制,本文提出一个更完善的数学模型去分析太阳能热气流电站系统的相对压力分布和系统抽力．模型中考虑了太阳辐射和系统尺寸参数对系统相对压力和系统抽力的影响。以西班牙试验电站为例进行数值模拟,探索系统尺寸参数和太阳辐射对系统相对压力和系统抽力的影响。数值计算结果与理论分析具有良好的一致性．     

电场中介质微粒的荷电机理与实验控制模型

对中性介质微粒在电场中荷电的物理过程进行了探索，对其电晕的产生、负离子分子的形成和介质微粒的荷电三个子过程的机理进行了描述，结合实验教学中几个重要问题建立了实验控制模型。     

Electrostatic precipitation in a small scale wood combustion furnace

Wood combustion generates a high concentration of particulate matter emission, but most of the particulates in the exhaust gas can be filtered through an electrostatic precipitator. The objective of this paper is to model the trajectory of particulates in the exhaust chimney of a small scale wood combustion furnace with an electrostatic precipitator. The precipitator consists of a central electrode subjected to a maximum high voltage of 50 kV and an outer electrode of 180 mm diameter, ground potential. The parameters including particle size, ambient temperature, pressure, gas flow rate and the applied voltage have been varied while computing the trajectories of the particles in the chimney. The trajectories of particulates have been analyzed for different sizes of a typical wood combusting stove by taking different forces into account on particulates. The critical conditions give the trajectory of particles as a function of particulate size and applied voltage together with the function of efficiency.