结冰过程对溶解性有机质典型组分还原Cr(Ⅵ)的影响

研究了结冰过程对溶解性有机质(DOM)的4种典型组分草酸、 酒石酸、 苹果酸和柠檬酸还原Cr(Ⅵ)的影响. 结果表明, 在低浓度下Cr(Ⅵ)在水溶液中不能被4种有机酸所还原; 而在冰中, 不同的有机酸对Cr(Ⅵ)的去除均有促进作用, 且去除效果随着有机酸浓度的增大逐渐增强. 4种有机酸的作用效果强弱顺序为草酸>酒石酸>苹果酸>柠檬酸. 通过使用不同浓度的无机盐和无机酸可以改变冰表面上类似液体层的厚度来抑制Cr(Ⅵ)的还原, 作用效果与无机盐种类无关. 溶液的初始pH值和有机酸结构是影响Cr(Ⅵ)还原的重要因素. 实验条件下冷冻浓缩效应的富集倍数至少可达10³, 对冰中草酸去除Cr(Ⅵ)有明显的促进作用.     

基于扩展多面体的离散单元法及其作用于圆桩的冰载荷计算

对于具有复杂几何形态的多面体单元,线性接触模型不能准确地计算不同接触模式下的作用力,且接触变形和作用力方向也不易判断.基于闵可夫斯基和(Minkowski sum)方法的扩展多面体单元能够准确描述非规则颗粒单元的几何形态,并可精确计算单元间的接触碰撞作用.该方法具有接触判断简单、计算效率高的特点.它将基本多面体和扩展球体相叠加以形成具有光滑棱边和角点的扩展多面体单元.考虑扩展多面体单元相互作用过程中角点、棱边和平面之间的不同接触模式,发展了相应的非线性黏弹性接触模型. 该接触模型将不同接触模型下的法向刚度统一表述为单元接触中接触点处等效曲率半径的函数;黏滞力和切向弹性力接触模型则借鉴球体单元非线性接触模型的处理方法. 为检验扩展多面体的可靠性,对碎冰区冰块对圆桩结构的冰载荷进行了离散元分析. 采用沃洛诺伊(Voronoi)切割算法获得了碎冰的初始随机分布状态,并考虑了海冰在运动过程中的海水浮力和拖曳力.计算表明该扩展多面体单元可描述海冰在海流拖曳下的运动过程以及圆桩结构的动冰力特性.在此基础上进一步分析了冰速和冰块尺寸对圆桩冰力的影响,并确定了冰力在圆桩上的分布规律. 最后,讨论了目前扩展多面体单元在计算冰载荷方面的局限性和改进方法.      

覆冰导线舞动非线性数值模拟方法

基于覆冰导线所受空气动力的非线性和导线大幅运动的几何非线性,利用虚功原理建立覆冰导线非线性运动方程,采用具有3个平动自由度和1个扭转自由度的三结点等参单元,得到基于更新Lagmnge格式的覆冰导线的非线性动力学有限元方程.采用Newmark时间积分和Newton-Raphson非线性迭代法求解有限元方程.编制了相应的计算程序,利用算例验证了方法和程序的正确性.进而利用该方法通过对典型覆冰线路的数值模拟.揭示了当覆冰线路在垂直和水平方向固有频率之间存在整数倍关系的情况下,可能出现的一种新的舞动模式,其可理解为非线性动力系统的饱和现象.     

“冰裂纹”青瓷的研制及形成机理研究

本实验采用常见的陶瓷原料,在氧化气氛下制备出了具有类似晶花形貌的冰裂纹青釉.结合SEM和XRD等分析技术,通过对釉的化学组成及微观结构、胎釉间弹性模量和应力计算分析,发现古代“冰裂纹”的成因是在釉坯间存在较大应力的情况下,较差的坯釉中间层有效的传递了胎釉间的应力,导致釉层内开裂.裂纹在扩展过程中遇到釉层中气泡发生方向偏折而形成了类似晶花态的“冰裂纹”形貌.     

冰弹丸高速发射方法研究

冰弹丸的高速发射技术是认识冰弹丸高速撞击靶板损伤效应的瓶颈技术。利用二级轻气炮作为发射装置,采用液氮杜瓦制冷系统实现温度控制,选择铝质膜片对气压进行控制,利用高速摄像机对冰弹丸的完整性进行观测,并利用丝网测速仪对弹丸速度进行测量,实现了对冰弹丸的高速发射。通过实验验证了该方法的可行性,得到了完整冰弹丸在1516m/s下撞击铝合金靶板的实验结果。     

不同应变率下冰破坏特性的试验研究

为研究寒区流冰对水工/船舶结构的影响,需要获得不同流速冰载荷的特征,准静态下不同应变率条件下冰材料变形至破坏的特征就成为一项重要的基础性问题。为此,开展了低温环境应变率10-2s-1至10-4s-1下淡水冰的单轴压缩试验。试验发现:随着应变率减小,极限应力由18.51MPa降低至8.44MPa,达到极限应力后,试件承载能力由瞬间消失变为逐渐降低至稳态,试件破坏形貌由劈裂转变为周向膨胀,即由脆性转变为韧性破坏,转变应变率约为10-3s-1;在双对数坐标系中,单轴压缩强度随应变率的增加近似呈线性增大。通过对应力-应变曲线进行积分,给出了不同破坏形式下冰变形至破坏的临界应变能密度,发现脆/韧转变状态下加载至破坏所需能量最大,该能量特征主要由冰中微裂纹的萌生、断面摩擦、再结晶引起。     

限制在疏水板中的新的六边形-四边形三层冰结构 (cited: 1)

对限制在两个光滑的疏水板间的水进行了分子动力学模拟,观察到了两种晶体结构,都满足冰规则. 在1 GPa的压强和1.0 nm的板间距下获得的新的冰相是平坦的六边形-四边形三层冰. 在此结构中,靠近板的两层(外层)中的水分子形成六边形环,中间层的水分子形成四边形环. 对于外层的水分子,其四个氢键中的三个在同一层中,另一个氢键与中间层连接. 对于中间层的水分子,四个氢键中的两个在同一层中,而另外两个氢键与两个不同的外层相连. 虽然三层的形状不同,但其面密度却接近相等. 另一种结构是在0.8 nm的板间距和100     

“最小二乘法变点冰水情数据处理算法”的研究与应用

将非线性统计学中的变点分析方法应用于基于空气、冰与水的物理特性差异实现冰水情自动检测过程的现场数据处理中,提出了利用被测物质物理参数的动态变点替代经验阈值来确定空气、冰与水界面位置的"最小二乘法变点冰水情数据处理算法",较好地解决了原始采样数据中奇异值引起误判的工程难题,提高了冰情数据分析的准确度.利用该算法对黄河河道现场冰水情采集数据进行分析,得到了较准确的结果,实现了对冰层生消全过程的自动监测.     

冰的熔解热实验中冰水质量比的探讨

冰与温水质量比对冰的熔解热实验的成败起着关键作用。文章对冰水质量比进行测量和分析,得出了冰的熔解热实验中最适合的冰水质量比的范围约为1／12-1／5。     

静止水滴真空闪蒸模型及实验研究

本文建立了描述真空制取二元冰过程中静止水滴的传热传质模型,研究冰晶形成过程的结晶成核与生长现象及其影响因素。设计并建立了一种可视化的真空制冰系统,清晰地展示了静态水滴成核结冰时液态蒸发、伴随气泡生长的蒸发、稳态蒸发结冰、伴随气泡生长的结冰、外部结冰内部气泡逸出最终爆裂的五种形态;利用所设计的二元冰真空制备装置进行冰晶的生成实验研究,分析讨论各种因素对二元冰真空制备的影响,并通过实验对照比较来证明模型的可靠性。