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冰粒超高速撞击蜂窝板的数值模拟研究

实验流体力学 2014年第3期28卷 98-103页

作者：单立郑世贵闫军北京空间飞行器总体设计部北京100094

随着人类航天活动日益增多,空间碎片环境逐渐恶化,对航天器在轨安全运行造成严重威胁,各国学者开展了空间碎片超高速撞击数值模拟研究。目前的研究中一般采用铝弹丸代替空间碎片,但是还有部分空间碎片的密度接近冰的密度,对于冰粒的超... 详细信息

随着人类航天活动日益增多,空间碎片环境逐渐恶化,对航天器在轨安全运行造成严重威胁,各国学者开展了空间碎片超高速撞击数值模拟研究。目前的研究中一般采用铝弹丸代替空间碎片,但是还有部分空间碎片的密度接近冰的密度,对于冰粒的超高速撞击研究还很少且不透彻。蜂窝板是构成航天器舱壁的主要结构,对航天器内部设备起到保护作用,有必要开展冰粒超高速撞击时对蜂窝板损伤情况的相关研究工作。本文对冰粒超高速撞击蜂窝板开展数值模拟研究,研究冰粒对蜂窝板的损伤情况。研究结果表明,冰粒在一定条件下能够击穿蜂窝板,大量冰粒碎片和蜂窝板碎片将从蜂窝板背面的孔洞中高速冲出,势必对航天器内部设备造成毁伤;在冰粒动能相差不大的情况下,冰粒尺寸和蜂窝板结构将成为影响冰粒撞击效果的主要因素,直径较大的冰粒对蜂窝板的损伤程度较严重。

关键词：冰粒蜂窝板超高速撞击数值模拟

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冰粒射流及冰粒制备

重庆大学学报（自然科学版） 2001年第4期24卷 64-66页

作者：张东速刘本立刘力红淮南工业学院安徽省淮南市232001

建立了冰粒射流系统。通过所进行的脱漆试验 ,考察了冰粒的流量、温度、粒径等 3个参数对脱漆效果的影响。结果表明 ,冰粒射流可以在较低的喷射压力下达到脱漆功用。同时提出一连续制备冰粒方案 ,并对其进行了理论分析及计算。

关键词：冰粒射流系统脱漆冰粒制备清洗切割涂料

利用实验资料检验扁椭球形雨滴和冰粒后向散射DDA算法

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高原气象 2002年第1期21卷 31-36页

作者：许小永王振会王庆安巢增明南京气象学院电子信息与应用物理系江苏南京210044 南京大学大气科学系江苏南京210093 中国航天工业总公司第207研究所北京100854

简要介绍了DDA法理论 ,并根据后向散射截面测量实验所选用的扁椭球形粒子 ,运用DDA法计算了它们在微波段 ,电磁波垂直于粒子旋转轴入射情况下的后向散射截面。经过对比 ,DDA法计算结果与实验测量资料一致性较好。同时评价了DDA算法计算... 详细信息

简要介绍了DDA法理论 ,并根据后向散射截面测量实验所选用的扁椭球形粒子 ,运用DDA法计算了它们在微波段 ,电磁波垂直于粒子旋转轴入射情况下的后向散射截面。经过对比 ,DDA法计算结果与实验测量资料一致性较好。同时评价了DDA算法计算的特点。

关键词： DDA法后向散射截面扁椭球形雨滴电磁波大气遥感冰粒冰雹离散偶极子近似

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扁椭球形雨滴和冰粒后向散射实验与理论研究

大气科学 1996年第6期20卷 735-744页

作者：王庆安刘黎平巢增明张尧培南京大学大气科学系中国科学院高原大气物理研究所中国航天工业总公司第207研究所南京大学信息物理系

本文介绍了对扁椭球形雨滴和冰（雹）粒散射能力的实验模拟和测量技术，报告了一个系列扁水（冰）椭球后向散射截面的实验测量结果；并用扩张边界条件法（ＥＢＣＭ）计算出相应的理论值，用Ｍｉｅ公式计算出等容积球形后向散射截面。将... 详细信息

本文介绍了对扁椭球形雨滴和冰（雹）粒散射能力的实验模拟和测量技术，报告了一个系列扁水（冰）椭球后向散射截面的实验测量结果；并用扩张边界条件法（ＥＢＣＭ）计算出相应的理论值，用Ｍｉｅ公式计算出等容积球形后向散射截面。将实验结果与理论计算作了综合对比分析，得到了若干有用的结论。

关键词：雨滴冰粒后向散射实验理论研究

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江苏省冰粒过程的天气特征和预报着眼点探讨

气象科学 2020年第2期40卷 270-277页

作者：马晨晨韩桂荣黄文彦史达伟马乐连云港市气象局江苏连云港222006 江苏省气象局南京210000 常州市气象局江苏常州213000 连云区气象局江苏连云港222042

利用常规气象观测资料、微波辐射计资料和FNL再分析资料对2016年3月8日和2015年2月27日江苏省两次冰粒过程进行了对比分析,研究结果表明:(1)两次过程均是在后倾槽系统和东路冷空气的影响下产生的,环流形势为冰粒的产生提供了有利的大尺... 详细信息

利用常规气象观测资料、微波辐射计资料和FNL再分析资料对2016年3月8日和2015年2月27日江苏省两次冰粒过程进行了对比分析,研究结果表明:(1)两次过程均是在后倾槽系统和东路冷空气的影响下产生的,环流形势为冰粒的产生提供了有利的大尺度条件;(2)在临近冰粒形成前,融化层和冻结层形成,而干层的形成时间要明显早于融化层和冻结层;(3)偏北的冷气流与偏南的暖气流随时间和空间分布不同导致温度平流分布不同,进而导致融化层和冻结层产生;(4)干层的形成主要是由于湿度平流随高度的分布差异造成的,水滴在干层中的蒸发吸热作用促进冻结层产生和维持。

关键词：冰粒冻结层融化层干层

我国冬季冻雨和冰粒天气的形成机制及预报着眼点

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气象 2012年第7期38卷 769-778页

作者：漆梁波上海中心气象台上海200030

利用探空和地面观测资料,通过对2001年冬季至2010年冬季我国不同区域(分为4个区域:北方、江南、华南、西南)的冻雨和冰粒天气形成的物理过程进行分析发现:(1)除北方区域外,我国其他区域的冻雨主要以暖雨机制为主。北方区域的融化类冻雨... 详细信息

利用探空和地面观测资料,通过对2001年冬季至2010年冬季我国不同区域(分为4个区域:北方、江南、华南、西南)的冻雨和冰粒天气形成的物理过程进行分析发现:(1)除北方区域外,我国其他区域的冻雨主要以暖雨机制为主。北方区域的融化类冻雨比例也仅为39%,但纬度越高,出现融化类冻雨的几率高于上述比例。暖层出现是冻雨天气的重要特征,但暖层作用主要是输送水汽和维持锋面系统,以保证降水的发生和持续,低层及地面气温普遍低于0℃可能是最重要的原因。(2)我国冰粒天气的形成机制主要以融化机制为主。冰粒天气的云顶高度普遍高于冻雨天气。冰粒天气的暖层厚度和强度均小于冻雨天气,这主要是由于弱暖层只是部分融化冰晶和雪花,使其重新冻结成为可能。冰粒天气的700 hPa风速值普遍小于冻雨天气,这一方面说明冰粒天气对水汽输送条件要低一些,另一方面也反映了冰粒天气暖层较弱的特点。(3)云顶高度、暖层强度和厚度、低层冷层温度露点差、700 hPa风速以及地面气温是甄别冻雨和冰粒天气的特征量,但不同区域,这些特征量的有效性不一样。西南区域冻雨和冰粒天气的主要差别在地面气温,其他特征量或差别不明显,或代表性不足,只可以作为辅助判断的因子。

关键词：冻雨冰粒探空资料物理过程

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我国冰粒降水天气的观测特征统计分析

大气科学学报 2016年第3期39卷 349-360页

作者：李杰郭学良盛日峰李兴宇中国科学院大气物理研究所云降水物理与强风暴实验室北京10002 中国科学院大学北京100049 南京航空航天大学民航学院江苏南京211106 中国气象科学研究院北京100081 山东省人工影响天气办公室山东济南250031

研究冰粒降水天气的特征对于更好地认识冰冻天气,提高冰冻天气的预警预报能力有重要意义,但我国相关研究较少。利用2011—2013年中国民航机场的例行观测、特殊观测资料,分析了冰粒降水天气的时空分布、持续时间和地面气象要素等特征。选... 详细信息

研究冰粒降水天气的特征对于更好地认识冰冻天气,提高冰冻天气的预警预报能力有重要意义,但我国相关研究较少。利用2011—2013年中国民航机场的例行观测、特殊观测资料,分析了冰粒降水天气的时空分布、持续时间和地面气象要素等特征。选取2001—2013年50个探空站资料分析了冰粒的垂直环境特征。结果表明:冰粒降水天气集中分布在中纬度的黄河下游、长江中下游地区。冰粒降水发生的次数与其持续时间相关性不强,在少发区,其持续时间也可能较长;冰粒降水天气在1—2月比较常见,单次冰粒降水天气过程的持续时间比较短,一般不超过1 h;我国冰粒天气发生时,同时常会有轻雾或无其他天气情况,一般很少伴随有雪。冰粒的融化参数一般小于冻雨的融化参数,但冰粒冻结参数一般大于冻雨的冻结参数。在冰粒天气发生之前一般温度逐渐降低、气压逐渐升高。冰粒天气发生前后湿度都比较大,发生期间风速变化比较小。

关键词：冰粒探空资料气象条件形成机制中国

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液氮-冰粒射流调制机理研究

液氮-冰粒射流调制机理研究

作者：夏浩峻中国石油大学(北京)

学位级别：硕士

液氮喷射压裂技术是将液氮低温致裂作用与高压射流技术相结合的无水压裂技术,有望在低渗透致密储层中得到推广。为提高液氮射流破岩效率,课题组提出液氮-冰粒射流新思路,即在液氮中泵入适量的水滴,水滴快速凝结成冰粒后跟随液氮喷射形... 详细信息

液氮喷射压裂技术是将液氮低温致裂作用与高压射流技术相结合的无水压裂技术,有望在低渗透致密储层中得到推广。为提高液氮射流破岩效率,课题组提出液氮-冰粒射流新思路,即在液氮中泵入适量的水滴,水滴快速凝结成冰粒后跟随液氮喷射形成磨料射流。其关键科学问题是基于动态传热与参数控制的液氮-冰粒射流调制机理。因此,本文开展了液氮-冰粒射流调制机理研究。首先采用可视化实验研究了单水滴冻结特征。实验发现:单水滴凝固时,首先在外侧形成冰壳,再逐步向内凝结,会有溶解气析出,并导致冰粒局部破裂;在低温氮气环境中,水滴冻结可分为四个阶段,但在液氮中仅能测得三个阶段;随着水滴体积的增大,水滴凝固时间增大,且液氮中影响更为明显;环境温度越低,水滴凝固越快,在液氮中4μl的水滴可以在0.5s内凝固。通过数值模拟研究了液氮-冰粒射流流场特征及影响因素分析,结果表明:颗粒温度可迅速降低到冰点以下,且快速被液氮射流所卷吸、掺混、加速形成液氮-冰粒射流;射流压力越大,冰粒在峰值速度越高;在冰粒数量占比较小时,冰粒均能在喷嘴内部得到充分加速,改变冰粒流量对液氮-冰粒射流影响不大;增大冰粒粒径,冰粒峰值速度减小。设计并加工了液氮-冰粒射流实验装置,成功调制出液氮-冰粒射流;通过靶件冲蚀实验,证实了液氮-冰粒射流的冲击效果显著好于纯液氮射流;喷射距离越短,喷射压力越大,液氮-冰粒射流打击效果越好;液氮-冰粒射流的除漆效果在低表面粗糙度物件上更好。本文研究结果可为液氮-冰粒射流技术发展与应用奠定基础。

关键词：非常规油气磨料射流液氮冰粒

同方学位论文库评论

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含冰粒充填体材料特性及影响机制研究

含冰粒充填体材料特性及影响机制研究

作者：朱超西安科技大学

学位级别：硕士

随着浅部资源的逐渐枯竭,深部开采将成为我们未来获取矿产资源的主要途径之一。尾砂胶结充填技术成为实现深部矿山安全、绿色、高效开采的重要技术载体。虽然胶结充填技术可以解决深部开采带来的高地压、固废处理等问题,但对于深部矿山... 详细信息

随着浅部资源的逐渐枯竭,深部开采将成为我们未来获取矿产资源的主要途径之一。尾砂胶结充填技术成为实现深部矿山安全、绿色、高效开采的重要技术载体。虽然胶结充填技术可以解决深部开采带来的高地压、固废处理等问题,但对于深部矿山面临的热害问题却束手无策。因此,是否存在一种采矿方法既可以解决矿山热害问题,又具备充填采矿工艺的好处?针对上述高温深井面临的热害、高地压以及固废处理等问题,基于功能性充填(Functional Backfill(FB))概念,矿山功能性充填技术研究中心通过优化传统的充填采矿技术和降温方法,提出了一种新的解决方案。具体而言,就是将冰粒作为功能体引入到传统的充填技术中,使其具有主动降温作用。这种含有冰粒的充填体的充填技术,被称为含冰粒功能性充填技术(Iced Cemented Paste Backfill Technology)。为了保证矿山功能性充填技术在深部矿山的成功应用,矿山功能性充填材料(Functional Backfill Materials,FBM)的设计与研究成为一个亟待解决的研究课题。含冰粒充填体(ICEDPB)作为试用于ICEDPB技术的功能充填材料,其优良的材料特性是ICEDPB功能充填技术成功运用于实践的基础保障。因此,本文首先采用一系列测试方法对ICEDPB的力学、电学以及声波特性进行测试研究,给出了适合于矿山运用的合理材料配比。在此基础之上,通过实时监测的方法测试了含冰粒充填体的水化过程,分析探究了冰粒对含冰粒充填体最本质的影响作用。通过本研究,可以为含冰粒功能性充填技术提供一些基础研究,同时为矿山充填实践提供指导。最终得到的主要结论如下:1.通过分析ICEDPB微观结构发现,微观结构参数中的孔隙数、孔隙度分维值以及核磁渗透率随着冰水比(IWR)的增大呈现出减小后增大的趋势,然而孔隙圆形度则相反。2.通过分析ICEDPB的材料宏观特性发现,随着冰水比(IWR)的增加,其电导率、声波以及单轴抗压强度均表现出先增大后减小的趋势。尤其是ICEDPB的单轴抗压强度远大于1.2MPa,完全满足矿山充填的基本要求。本研究最佳的实验配比为灰砂比=1/4,浓度=0.76,冰水比=1.2。3.通过研究ICEDPB的水化过程发现,ICEDPB的水化过程类似于传统的水泥水化过程,同样可以分为溶解期、诱导期、加速期、减速期以及缓慢反应期。以温度和电导率作为表征ICEDPB水化过程的手段,均能够较好的反应ICEDPB实际的水化过程。具体而言,随着冰粒含量的增加,ICEDPB内部的温度越低,尤其是最高点温度。与普通的CPB的水化过程相比,ICEDPB的加速期明显延长,缓慢反应期相对减小。以电阻率为ICEDPB水化过程的表征手段发现,由于冰粒的存在,ICEDPB内部各水化阶段均明显推迟,同时ICEDPB的电导率曲线的波动更加剧烈。4.通过对ICEDPB水化动力学研究发现,冰粒对ICEDPB的影响作用在超早期(≤3d)主要体现在温度的影响,这是由于一般情况下充填体内部水分含量均足够水泥完全水化;但是随着龄期的增加,充填体内部温度逐渐恒定,但水分的不断耗散导致ICEDPB内部的水分将成为主要的影响因素。***作为一种新兴的功能性充填材料,其材料特性能够满足矿山充填的要求,具备良好的发展前景。本研究为传统矿山的工艺创新、材料研究提供了一定的借鉴。

关键词：冰粒充填体温度水分含量材料特性水化动力学