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工业循环水电化学法处理工艺的试验研究

工业循环水电化学法处理工艺的试验研究

作者：刘锦阳西安石油大学

学位级别：硕士

结垢、腐蚀、微生物滋生等问题的有效控制是工业循环水系统“安稳长满优”运行的基础,电化学处理工艺是一种可以实现零排放的环保型循环水处理技术,工业应用前景广阔。(1)本文构建了循环水电化学动态处理装置,以硬度去除率、COD降解率... 详细信息

结垢、腐蚀、微生物滋生等问题的有效控制是工业循环水系统“安稳长满优”运行的基础,电化学处理工艺是一种可以实现零排放的环保型循环水处理技术,工业应用前景广阔。(1)本文构建了循环水电化学动态处理装置,以硬度去除率、COD降解率、异养菌杀灭率、有效氯量等作为评价指标,设计单因素实验探究了极板间距、极板材质、极板形状、电流密度、停留时间等参数对循环水处理效果的影响规律。结果表明极板间距为1 cm时处理效果最好,处理5 h时硬度去除率、COD降解率、异养菌杀灭率分别可达40.2%、30.2%、95.4%;钌系涂层的钛电极能够显著增强析氯反应而强化降解有机物和杀菌的效果;网状电极可以提高极板比表面积、强化传质,处理效果明显优于板状电极,但清垢难度增加;60～80 A/m间存在临界电流密度,此值之前可以通过增大电流密度有效提高处理效果,之后阴极析氢反应和阳极析氯、析氧反应过于剧烈,形成的气膜阻碍了传质,使处理效果降低,较佳的电流密度为60 A/m;停留时间过短使传质受阻、过长会使单位时间水处理量过少,最佳停留时间为4～6 min。(2)本文优选出兼具杀生和黏泥剥离功能的新洁尔灭与卡松-15两种非氧化性杀生剂与电化学协同作用,结果表明卡松-15的杀菌效果优于新洁尔灭,在20 A/m的低电流密度下3 m L/L新洁尔灭、1 m L/L卡松-15即可与电化学工艺形成较强的协同作用,处理1 h时异养菌杀灭率分别可达83.7%和94.6%、2 h时可达94.6%和97.3%,而过高的电流密度会出现降解杀生剂的反作用,实际工业应用时采取“定期投加非氧化性杀生剂后降低电流密度协同杀菌,同时保持较高的黏泥剥离功能,作用一定时间后调大电流密度,有效降解残余杀生剂并强化电化学设备对生物黏泥的电吸附、刮除作用”的技术方案控制微生物滋生问题。(3)基于实验室研究结果,并结合某循环水处理公司实际电化学设备的特点,在某炼油企业的Ⅰ循环水系统进行了为期3个月的循环水电化学处理工艺的工业试验,8台电化学设备旁路安装于循环回水管路,每台设备在1500 A电流下处理200 m/h的循环水,每周冲击性投加200 mg/L异噻唑啉酮杀生剂、将电流调低至800 A,协同杀菌24 h后调回1500 A。试验结果表明,使用电化学工艺后,可以在有效控制水体稳定的基础上实现零排放,浓缩倍数在60天后逐渐稳定在15倍左右,电化学设备主动除垢效果显著,三个月共清垢6.8 t,污垢由80%左右碳酸钙、少量黏泥等组成,污垢样品的SEM、EPS等表征结果表明电化学可诱导产生亚稳态的球霰石型碳酸钙,各检测试管的黏附速率最高为11.37 mg/(cm·月),异养菌数量控制在1×10 CFU/m L以下,试验结束时碳钢试片的腐蚀速率仍超出0.075 mm/a的国标上限,但超出倍数由第一个月的6倍左右降至2倍左右,整体腐蚀趋势好转,表明电化学处理工艺对该循环水系统水质控制效果良好。

关键词：循环水电化学动态处理工业试验作用机理

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气动齿状软体驱动器动力学建模与仿真分析

振动与冲击 2023年第8期42卷 142-151页

作者：苏怡仪张力文徐齐平刘锦阳上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240 浙江师范大学工学院浙江金华321004

针对发生面内弯曲、超弹性材料气动齿状软体驱动器,从非线性本构关系出发,考虑几何非线性,基于绝对节点坐标法(absolute nodal coordinate formulation,ANCF)建立二维多梁结构的动力学模型。考虑多点接触,采用罚函数法对相邻气腔之间的... 详细信息

针对发生面内弯曲、超弹性材料气动齿状软体驱动器,从非线性本构关系出发,考虑几何非线性,基于绝对节点坐标法(absolute nodal coordinate formulation,ANCF)建立二维多梁结构的动力学模型。考虑多点接触,采用罚函数法对相邻气腔之间的软接触问题建模,避免相邻气腔之间的互相穿透,并能准确模拟相邻气腔从不接触到充分接触的变拓扑过程;相比于ANCF实体单元模型,二维梁模型计算规模小,更加高效。通过气动弯曲试验和ABAQUS仿真,验证理论模型的计算精度;在此基础上研究重力对软体驱动器构型的影响,分析充气速率和最终加载气压值对其动力学响应的影响。

关键词：绝对节点坐标法(ANCF) 气动齿状软体驱动器动力学建模软接触材料非线性试验验证

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空间机械臂的刚-柔耦合动力学研究

宇航学报 2002年第2期23卷 23-27,33页

作者：刘锦阳洪嘉振上海交通大学工程力学系上海200030

本文对作大范围运动的空间机械臂的刚 -柔耦合动力学特性进行了研究。从连续介质力学理论出发 ,在变形位移中计及了耦合变形量 ,用 Jourdain速度变分原理导出了作大范围运动的空间机械臂的动力学方程。分别用耦合模型和不计耦合变形量... 详细信息

本文对作大范围运动的空间机械臂的刚 -柔耦合动力学特性进行了研究。从连续介质力学理论出发 ,在变形位移中计及了耦合变形量 ,用 Jourdain速度变分原理导出了作大范围运动的空间机械臂的动力学方程。分别用耦合模型和不计耦合变形量的零次近似模型计算了机械臂端点的变形位移 ,揭示了两种模型的动力学性质的差异。为了确定零次近似模型的适用范围 ,引入相关系数 ,仿真计算结果表明 ,零次近似模型仅适用于相关系数的最大值小于 0 .

关键词：空间机械臂刚-柔耦合动力学特性相关系数零次近似模型

作大范围运动矩形薄板的建模理论和有限元离散方法

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振动工程学报 2003年第2期16卷 175-179页

作者：刘锦阳洪嘉振上海交通大学工程力学系上海200030

研究了作大范围运动薄板的耦合动力学建模理论和离散化方法。对作大范围运动的薄板建立了耦合动力学模型 ,计及了在结构动力学中对薄板动力学特性影响很小的二次耦合变形量。用有限元方法对柔性薄板进行离散 ,基于 Jourdain速度变分原... 详细信息

研究了作大范围运动薄板的耦合动力学建模理论和离散化方法。对作大范围运动的薄板建立了耦合动力学模型 ,计及了在结构动力学中对薄板动力学特性影响很小的二次耦合变形量。用有限元方法对柔性薄板进行离散 ,基于 Jourdain速度变分原理导出了作大范围运动薄板的动力学方程。计算了作旋转运动的薄板的变形 ,将仿真结果与不计二次耦合变形量的传统方法进行比较表明 ,随着转速的提高 ,仿真结果出现明显的差异。此外 ,将本文有限元与假设模态法的计算结果进行比较 ,揭示了高速旋转时假设模态法的局限性 ,表明取无大范围运动的高阶模态可以提高假设模态法的计算精度。

关键词：大范围运动矩形薄板建模理论有限元方法离散化耦合变形量动力学

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空间伸展机构接触碰撞的动力学分析

宇航学报 1997年第3期18卷 14-19,25页

作者：刘锦阳洪嘉振上海交通大学工程力学系

本文以子结构离散的柔性多体系统动力学为基础，引入与碰撞有关的约束条件导出了描述碰撞过程的柔性多体系统的动力学方程。通过仿真计算可得到空间伸展机构撞击阶段的时间、构件在碰撞阶段的动力学响应；并从与约束方程相关的Ｌａｇｒ... 详细信息

本文以子结构离散的柔性多体系统动力学为基础，引入与碰撞有关的约束条件导出了描述碰撞过程的柔性多体系统的动力学方程。通过仿真计算可得到空间伸展机构撞击阶段的时间、构件在碰撞阶段的动力学响应；并从与约束方程相关的Ｌａｇｒａｎｇｅ乘子获得撞击力的变化规律。从而可较全面地描述空间伸展机构整个接触碰撞动力学过程。

关键词：空间伸展机构伸展机构接触碰撞多体动力学

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刚-柔-热耦合多体系统的动力学分析

应用力学学报 2012年第5期29卷 501-507,624页

作者：王捷刘锦阳上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240

本文研究了柔性多体系统刚-柔-热耦合动力学特性。以哈勃天文望远镜(HST)为研究对象,基于柔性多体系统动力学理论,考虑了柔性附件弹性变形引起的热辐射边界条件的变化,建立了中心刚体和太阳能毯柔性附件多体系统的刚-柔-热耦合的动力学... 详细信息

本文研究了柔性多体系统刚-柔-热耦合动力学特性。以哈勃天文望远镜(HST)为研究对象,基于柔性多体系统动力学理论,考虑了柔性附件弹性变形引起的热辐射边界条件的变化,建立了中心刚体和太阳能毯柔性附件多体系统的刚-柔-热耦合的动力学方程。通过对热载荷作用下哈勃天文望远镜多体系统的数值仿真研究了热辐射角、阻尼系数、比热容、支撑梁、太阳能毯之间的轴向力等参数对于柔性附件热颤振的影响;并提出增加结构阻尼、减小支撑梁和太阳能毯之间的轴向力、选择阻尼系数和比热容均较大的支撑梁材料、采用柔度较大的主体桶材料等改善热颤振的措施。

关键词：柔性多体系统刚-柔-热耦合动力学热颤振

热载荷作用下大变形柔性梁刚柔耦合动力学分析

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振动工程学报 2009年第1期22卷 48-53页

作者：刘锦阳崔麟上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院工程力学系上海200240

从非线性应变-位移关系式出发,用虚功原理建立了热载荷作用的柔性梁的热传导方程和旋转刚体-梁系统的刚-柔耦合动力学方程。由于考虑了刚度阵的高次变形项,适用于大变形问题。对温度、弹性变形和刚体运动变量联合求解,研究了热流引起的... 详细信息

从非线性应变-位移关系式出发,用虚功原理建立了热载荷作用的柔性梁的热传导方程和旋转刚体-梁系统的刚-柔耦合动力学方程。由于考虑了刚度阵的高次变形项,适用于大变形问题。对温度、弹性变形和刚体运动变量联合求解,研究了热流引起的温度梯度对弹性变形和刚体转动的影响,以及在大变形情况下的几何非线性效应。

关键词：热载荷大变形柔性梁几何非线性效应

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温度场中的柔性梁系统动力学建模

振动工程学报 2006年第4期19卷 469-474页

作者：刘锦阳洪嘉振上海交通大学工程力学系上海200030

研究温度场下带集中质量的柔性梁系统的动力学问题。考虑几何非线性,在纵向变形与轴向伸长的关系式中计及了与横向变形有关的二次耦合项。考虑温度变化对系统动力学性态的影响,在本构关系式中计及了热应变。用假设模态法对各柔性梁进行... 详细信息

研究温度场下带集中质量的柔性梁系统的动力学问题。考虑几何非线性,在纵向变形与轴向伸长的关系式中计及了与横向变形有关的二次耦合项。考虑温度变化对系统动力学性态的影响,在本构关系式中计及了热应变。用假设模态法对各柔性梁进行离散,从虚功原理出发,根据各柔性梁之间的运动学约束关系,建立了带集中质量的柔性梁系统的动力学方程。仿真结果表明,即使在转速较低的情况下,随着集中质量的增大和温度的急剧变化,纵向变形的二次耦合项的影响不容忽视,此外,温度的变化还引起轴向变形和轴向约束力高频振荡。

关键词：温度场集中质量柔性梁系统几何非线性动力学

考虑摩擦的柔性多体系统斜碰撞理论与实验研究

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振动与冲击 2018年第1期37卷 1-7,13页

作者：陈鹏刘锦阳洪嘉振上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240

基于模态综合技术提出了适用于求解柔性多体系统斜碰撞问题的动力学建模方法,将离散的碰撞物体分为碰撞区域和非碰撞区域,对于非碰撞区域采用子结构方法进行模态缩减,在保证求解精度同时能有效提高计算效率。用罚函数模型和修正库伦摩... 详细信息

基于模态综合技术提出了适用于求解柔性多体系统斜碰撞问题的动力学建模方法,将离散的碰撞物体分为碰撞区域和非碰撞区域,对于非碰撞区域采用子结构方法进行模态缩减,在保证求解精度同时能有效提高计算效率。用罚函数模型和修正库伦摩擦模型分别对法向和切向碰撞进行建模,考虑钢杆和PVC圆盘的接触碰撞系统,在考虑摩擦的斜碰撞工况下分别采用电阻应变片和3D-DIC测量技术测量圆盘表面指定点的应变响应和速度响应,通过理论和实验结果对比验证了碰撞动力学模型和摩擦模型的准确性,同时研究了相对速度的变化对摩擦因数的影响。

关键词：模态综合法接触碰撞摩擦实验