检索结果-南通市图书馆

玄武岩纤维束混凝土力学性能试验研究与数值模拟

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

玄武岩纤维束混凝土力学性能试验研究与数值模拟

作者：刘路路郑州大学

学位级别：硕士

随着我国经济的高速发展,桥梁承担的交通运输量越来越大,同时衍生出一些问题,如混凝土开裂、伸缩缝损坏、路面渗水、桥面出现严重损坏等。长大桥梁桥面混凝土层在超载及动荷载作用下容易导致桥梁关键部位产生裂缝,在非正常状态下工作,... 详细信息

随着我国经济的高速发展,桥梁承担的交通运输量越来越大,同时衍生出一些问题,如混凝土开裂、伸缩缝损坏、路面渗水、桥面出现严重损坏等。长大桥梁桥面混凝土层在超载及动荷载作用下容易导致桥梁关键部位产生裂缝,在非正常状态下工作,日积月累耐久性变差,疲劳损伤不可避免。研究表明:在混凝土中加入纤维可以提升混凝土的抗裂韧性以及耐久性,增大结构的使用寿命。近几年兴起的玄武岩纤维（BF）是一种力学性能高、绿色环保的材料,由它制备的玄武岩纤维混凝土（BFRC）具有较高的应用价值。但是,短切玄武岩纤维对混凝土流动性的影响较大,在搅拌时易发生结团现象,给施工带来不便。本文通过改进玄武岩纤维制备工艺,制备出一种加捻玄武岩纤维束,并将其用于增强混凝土材料;通过试验和模拟两种途径,对短切玄武岩纤维与玄武岩纤维束混凝土性能进行对比研究。首先,进行了不同体积掺量的5组短切玄武岩纤维混凝土力学性能试验。试验结果表明:随着纤维掺量的增大,拌合物流动性逐渐降低;纤维的掺入降低了混凝土的抗压强度,28 d劈裂抗拉强度、抗折强度最大分别提升了4.22%、3.6%;其次,进行了不同体积掺量、不同直径的6组玄武岩纤维束混凝土力学性能试验,并将同体积掺量（0.2%）的短切玄武岩纤维与玄武岩纤维束混凝土进行对比。研究表明:掺入玄武岩纤维束可以显著增强混凝土的劈裂抗拉强度、抗折强度,相同掺量下（0.2%）玄武岩纤维束增强混凝土力学性能的效果更好;同时通过拌合物流动性对比,发现玄武岩纤维束较短切玄武岩纤维对混凝土流动度的影响更小。然后,进行了不同体积掺量、不同直径的6组玄武岩纤维束混凝土断裂性能试验。研究发现:玄武岩纤维束可以显著提高混凝土的断裂性能。随着纤维掺量的增大,峰值荷载、起裂韧度、失稳韧度逐渐提升;0.2 mm、0.5 mm、0.8 mm三种纤维束直径中,0.2 mm直径的纤维束对混凝土断裂性能的提升效果最好;最后,以0%、0.2%掺量的玄武岩纤维束混凝土抗折试验的数据为基础,利用ABAQUS有限元软件进行了玄武岩纤维束混凝土抗折试验的数值模拟,并将模拟结果与试验对比,验证了数值模拟的有效性和准确性;通过模拟玄武岩纤维束混凝土单轴压缩试验,研究玄武岩纤维束掺量、长度、直径对混凝土抗压强度的影响。结果发现:随着掺量的增大抗压韧性逐渐提升;长度的变化对抗压强度无明显影响;当掺量一定时,适当增大纤维长径比可以提高混凝土的抗压强度。

关键词：短切玄武岩纤维玄武岩纤维束力学性能断裂性能数值模拟

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

玄武岩纤维束热逆流氧化器氧化性能数值研究

玄武岩纤维束热逆流氧化器氧化性能数值研究

作者：刘燕英东南大学

学位级别：硕士

甲烷是第二大温室气体,而矿井乏风瓦斯因其量大面广难以利用的特点常直接被排放,据统计每年我国通过矿井通风的方式排放约170亿m3的甲烷气体,这部分气体浪费热值高、造成的温室效应严重,因此对乏风瓦斯进行回收利用,可以产生巨大的能源... 详细信息

甲烷是第二大温室气体,而矿井乏风瓦斯因其量大面广难以利用的特点常直接被排放,据统计每年我国通过矿井通风的方式排放约170亿m3的甲烷气体,这部分气体浪费热值高、造成的温室效应严重,因此对乏风瓦斯进行回收利用,可以产生巨大的能源、经济和环境效益。调研发现,热逆流氧化技术是最具前景的处理技术,针对陶瓷蜂窝结构存在的处理范围小、占地面积大、阻力损失大等问题,本文提出一种具有混合流道的玄武岩纤维束热逆流氧化器结构。借助Ansys Fluent软件对玄武岩纤维束热逆流氧化器处理乏风瓦斯时定参数和变参数下的氧化性能进行了二维数值研究。同时对其循环稳定性、自维持浓度以及经济性能进行研究,主要研究内容与结论如下:(1)利用相邻两半周期平均温差和高温平台宽度对反应器的循环稳定性进行数值研究,发现在20个周期内,反应器能实现循环稳定。(2)建立反应器单通道二维数值模型,借助CFD-Post软件可视化研究了定参数下反应器内的温度分布、甲烷浓度分布、流场分布以及阻力分布的规律与特性,研究发现混合流道能够有效改善反应器内的流场分布同时降低阻力。(3)建立了氧化性能的评价指标,采用控制变量法研究了入口甲烷浓度、入口流速、换向周期以及纤维束群排列间距四个关键参数对反应器氧化性能和阻力特性的影响。根据数值模拟结果发现,为获得良好的氧化性能,需要选择适中的流速和换向周期。同时入口甲烷浓度、换向周期对阻力损失的影响较小,相较于流速造成阻力损失的差异几乎可以忽略不计。另外结合气体处理量和氧化性能综合考虑,本文认为垂直流道方向间距(S)取2.0倍纤维束垂直流道方向直径(D)、平行流道方向间距(S)取1.0倍纤维束群平行流道方向直径(D)是反应器的最佳排列间距。(4)对反应器的自维持最低甲烷浓度进行了研究分析,发现降低进口流速和缩短换向周期都可以降低反应器的可燃极限,同时多种运行参数组合都能够实现0.1%的自维持最低甲烷浓度,相较于陶瓷蜂窝结构降低了约44%-50%,能够额外获得0.68倍的减排收益。(5)利用敏感性分析法和对比分析法两种手段,从减排效益和经济效益两个方面对玄武岩纤维束热逆流氧化器的年总收益进行分析。分析发现玄武岩纤维束结构的压力损失与陶瓷蜂窝结构相比降低了88.87%。另外因为单位体积气体处理量是后者的2.3倍,所以在相同的处理浓度下玄武岩纤维束结构获得的年总收益是后者的2.51倍,即更好的氧化性能会带来更高的应用价值。

关键词：热逆流氧化器玄武岩纤维束混合流道乏风瓦斯数值模拟

玄武岩纤维束储热箱放热稳定性方案的数值分析

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

玄武岩纤维束储热箱放热稳定性方案的数值分析

作者：黄楠东南大学

学位级别：硕士

基于碳中和目标的共识,可再生能源的利用引起重视,其中移动式储热系统因其不受时间空间限制的供热方式被广泛关注。本文基于玄武岩纤维这一高温显热材料设计了移动式玄武岩纤维束储热系统,并基于该系统开展了如下工作:首先,设计了具有... 详细信息

基于碳中和目标的共识,可再生能源的利用引起重视,其中移动式储热系统因其不受时间空间限制的供热方式被广泛关注。本文基于玄武岩纤维这一高温显热材料设计了移动式玄武岩纤维束储热系统,并基于该系统开展了如下工作:首先,设计了具有两级流道的玄武岩纤维束储热箱,并以空气作为换热流体。介绍了该储热箱的工作原理并建立对应的数值模型,在模型简化和假设的基础上建立二维的数值计算模型,进行了网格无关性验证和模型有效性验证。其次,建立了玄武岩纤维束储热箱放热性能的评价指标体系。对储热箱二级流道的拓扑结构参数进行了研究和分析,探究不同二级流道间距情况下储热箱的放热性能,结果表明储热箱单位体积放热功率受二级流道横向间距的影响较大,随横向间距增大单位体积功率线性下降。其他评价指标如稳定放热时间,稳定放热效率以及压降和泵耗等则受二级流道纵向间距的影响较大,根据几项评价指标判断后得到最优二级流道排布间距为s=1.2d,s=1.6d。此外,换热流体的流速是影响玄武岩纤维束储热箱放热性能的重要运行参数,因此设计了六种不同的流速方案来分析流体流速对储热箱放热性能的影响。根据可视化云图发现在流动过程中,储热箱内流体的流场呈现明显的周期性变化,且流道内压强随流动的进行逐渐降低,流体流速越大形成的压降越大。单位体积放热功率的变化与流速呈线性相关,流体流速的提高会明显增加单位体积放热功率,但需要付出稳定放热时间缩短的代价,流速的增加对流体和固体的换热情况也有不利影响。根据评价指标体系对不同的流速方案进行分析,0.5 m/s流速方案以及1 m/s流速方案的表现较好,其中0.5 m/s流速方案被认为是最优流速。需要指出的是,在0.5 m/s流速方案下储热箱的单位体积额定放热功率达到了0.138 MW,1 m/s流速方案下的单位体积额定放热功率实现了0.277MW。利用不同的放热流体流速,能够为热用户提供更高的单位体积放热功率上限,实现宽泛的功率范围供给。最后,以最优二级流道间距和最优流速方案为基础,探究了提高玄武岩纤维束放热稳定性的方案。提出了变流速方案以及预热接力变流速方案,在储热箱出口放热功率下降至额定功率的99%时开始提升流速,对流速进行自动调节以维持放热功率的稳定。结果表明采用变流速方案的玄武岩纤维束储热箱稳定放热时间达到了定流速方案的2倍以上。以0.5 m/s基础流速方案为例,定流速方案的稳定放热时间1603 s,使用变流速方案后稳定放热时间达到了3353 s。预热接力变流速方案在变流速的基础上进一步增加了稳定放热时间,达到了4477 s,而稳定放热效率也达到了83.16%。采用预热接力变流速的方案使得储热箱整体的热利用效率达到了99%,其中超过80%的热量以稳定形式直接放出,剩余的热量以间接预热的形式放出。

关键词：移动式储热玄武岩纤维束数值模拟优化分析放热稳定

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

混合流道玄武岩纤维束蓄热体强化传热研究

混合流道玄武岩纤维束蓄热体强化传热研究

作者：徐静文东南大学

学位级别：硕士

蓄热体是蓄热式换热技术的关键部件,目前常用的蜂窝陶瓷蓄热体发展已经较为成熟,但仍需进一步降低成本,提高使用寿命。因此,开发出在性能和价格上具有竞争力的新型蓄热体是蓄热式换热技术进一步发展、推广的关键。本文基于对蓄热式换热... 详细信息

蓄热体是蓄热式换热技术的关键部件,目前常用的蜂窝陶瓷蓄热体发展已经较为成熟,但仍需进一步降低成本,提高使用寿命。因此,开发出在性能和价格上具有竞争力的新型蓄热体是蓄热式换热技术进一步发展、推广的关键。本文基于对蓄热式换热技术的研究进展和应用现状的详细调研,建立了一种具有混合流道的玄武岩纤维束蓄热体。以一定方式将纤维束排列形成纤维束群,纤维束群内部形成二级流道;再将纤维束群按照叉排排列的方式形成主流道,并建立相应的物理模型和仿真模型,便于后续研究。本文通过分析有效放热功率、有效放热时间、压降等特性,对其材料、内部结构参数等进行优化。本文主要研究内容及所得结论如下:(1)由于玄武岩具有优良的储热性和高温化学稳定性,本文采用玄武岩为蓄热体材料。但玄武岩是非金属,导热系数低,通过低维度化的方法,可以降低导热热阻和毕渥数,有效改善导热系数低的问题。因此,本文利用玄武岩可以熔融拉丝成低维度纤维的特性,以20μm的纤维为基本单位构建蓄热体,有助于强化换热。(2)流道间距对传热效果有显著影响。缩小流道可以增大比表面积,增强流体扰动,达到强化传热效果。但若流道过于狭小,流阻大,流体流动不通畅,会导致换热效果变差。因此,有必要对排列间距进行优化。同时,本文采用两级流道结构,次级流道中换热面积大,传热效果好,而主流道可以将换热完成气体快速排出,实现比表面积和流阻的有效平衡,达到强化传热的目的。(3)纤维束顺排排列时流阻较小,但流体扰动差,导致传热效果差,叉排排列反之。针对不同拓扑结构,需综合考虑各因素,选取表现更优的排列方式。本文通过模拟发现,在二级流道的尺度上,纤维束以顺排方式排列能够带来更好的传热效果。(4)在放热后期,温跃层宽度内的纤维束不能进行有效放热。增大流速能增大有效放热功率,但会导致温跃层变宽,减小有效放热总量及有效放热效率。因此,针对不同应用场景,需根据对有效放热功率和有效放热效率的要求选择合适的流速。(5)通过模拟分析,当流速为2m/s时,混合流道玄武岩纤维束蓄热体的优化方案为:纤维束群内纤维束顺排排列,纤维束横向间距取4.2mm,纵向间距取5.4mm,纤维束群横向间距取78.6mm,纵向间距取111mm。此时蓄热体的总长度为2.36m,总体积为0.31m,设计方案换热性能良好。(6)与蜂窝陶瓷蓄热体相比,本文优化所得蓄热体气体入口流速选取2m/s时,整个蓄热体压降仅为391Pa,单位质量固体的有效放热功率为2.1×10W。与蜂窝陶瓷蓄热体相比,提高了31.3%。且其经济性优于蜂窝陶瓷蓄热体。由此证明,具有混合流道的玄武岩纤维束蓄热体具有一定工业应用价值。

关键词：混合流道玄武岩纤维束数值模拟传热压降

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

具有混合流道的玄武岩纤维束蓄热体传热分析

发电设备 2022年第2期36卷 88-92页

作者：徐静文匡荛东南大学江苏省太阳能技术重点实验室南京210096

以一种具有混合流道的玄武岩纤维束蓄热体为研究对象,通过数值模拟,分析了纤维束器件群中纤维束排列方式和相邻纤维束间距对蓄热体传热性能的影响。结果表明:纤维束器件群中的纤维束在垂直于气体流动方向的间距为7.2 mm、平行于气体流... 详细信息

以一种具有混合流道的玄武岩纤维束蓄热体为研究对象,通过数值模拟,分析了纤维束器件群中纤维束排列方式和相邻纤维束间距对蓄热体传热性能的影响。结果表明:纤维束器件群中的纤维束在垂直于气体流动方向的间距为7.2 mm、平行于气体流动方向的间距为4.2 mm且按顺排排列时,玄武岩纤维束蓄热体可以获得较好传热效果;相比于陶瓷蜂窝蓄热体,在有效传热和较低压降的前提下,能使用较大的气体流速从而提升气体有效传热效率。

关键词：玄武岩纤维束混合流道蓄热体传热压降

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

混杂纤维/束高强混凝土的抗冻性

建筑材料学报 2023年第10期26卷 1072-1081页

作者：李趁趁马娇张普张冬邵景干郑州大学土木工程学院河南郑州450001 福州大学土木工程学院福建福州350108 河南交院工程技术集团有限公司河南郑州450015

为提高混凝土的抗冻性及促进工业废料的应用,利用快冻法对混凝土试件进行冻融试验,测试冻融前后试件的相对动弹性模量(Er)和抗压强度,研究单掺玄武岩纤维束(BMF)、双掺短切玄武岩纤维(CBF)和BMF以及在双掺的较优配比基础上继续掺加硫酸... 详细信息

为提高混凝土的抗冻性及促进工业废料的应用,利用快冻法对混凝土试件进行冻融试验,测试冻融前后试件的相对动弹性模量(Er)和抗压强度,研究单掺玄武岩纤维束(BMF)、双掺短切玄武岩纤维(CBF)和BMF以及在双掺的较优配比基础上继续掺加硫酸钙晶须(CSW)对高强混凝土抗冻性能的影响.结果表明:素高强混凝土(PC)在经历150次冻融循环后的Er值为52.4%,视为冻融破坏;单掺、双掺和三掺均提高了高强混凝土的抗冻性,三掺的效果最好;当BMF体积分数为0.30%、CBF掺量为0.15%、CSW掺量为水泥质量的3%时,高强混凝土试件(CSW3CBF0.15BMF0.3)的抗冻性最佳,经历300次冻融循环后的Er值为86.6%,仍未冻融破坏;试件CSW3CBF0.15BMF0.3在经历150次冻融循环后的抗压强度损失率仅为2.5%,远低于PC(30.9%);CSW、CBF和BMF发挥混掺效应,多尺度阻止了高强混凝土的冻胀开裂.

关键词：玄武岩纤维束短切玄武岩纤维硫酸钙晶须混掺纤维高强混凝土抗冻性能

绿色路用纤维增强水泥基复合材料制备及其韧性表征

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

材料导报 2018年第A2期32卷 498-502页

作者：张伟殷成龙李辉黄志义浙江大学建筑工程学院杭州310000

为提高传统混凝土的路面抗变形能力,采用橡胶粉和玄武岩束制备绿色路用纤维增强水泥基复合材料(FRCC)。对材料的力学特性、韧性指标以及微观结构进行分析,结果表明:单掺橡胶粉时,材料的强度随橡胶粉掺量增加整体呈下降趋势,但其折压比... 详细信息

为提高传统混凝土的路面抗变形能力,采用橡胶粉和玄武岩束制备绿色路用纤维增强水泥基复合材料(FRCC)。对材料的力学特性、韧性指标以及微观结构进行分析,结果表明:单掺橡胶粉时,材料的强度随橡胶粉掺量增加整体呈下降趋势,但其折压比随橡胶粉掺量增加有所提高,试件破坏过程中表现出一定的延性。复掺0.6%、0.8%和1.0%玄武岩纤维束时,材料的强度和折压比均有很大程度的提高,其荷载-挠度曲线具有明显的弯曲硬化特征,峰值荷载所对应的挠度比单掺10%橡胶粉的试验组提高了30%～110%,全曲线所包围面积为单掺10%橡胶粉试验组的14.4～30.3倍。采用初始弯曲韧性比进行弯曲韧性表征结果与折压比之间具有良好的线性相关性。

关键词：纤维增强水泥基复合材料(FRCC) 橡胶粉玄武岩纤维束韧性

混杂纤维（束）高强混凝土力学性能与耐久性研究

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

混杂纤维（束）高强混凝土力学性能与耐久性研究

作者：马娇郑州大学

学位级别：硕士

高强混凝土结构节能、省材,但存在抗拉强度低,脆性大,易开裂等问题。当高强混凝土结构在恶劣环境下长期服役时,裂缝的存在使有害物质有机会进入混凝土内部导致其耐久性降低而过早地发生破坏。将具有优良阻裂、增强增韧作用的纤维均匀地... 详细信息

高强混凝土结构节能、省材,但存在抗拉强度低,脆性大,易开裂等问题。当高强混凝土结构在恶劣环境下长期服役时,裂缝的存在使有害物质有机会进入混凝土内部导致其耐久性降低而过早地发生破坏。将具有优良阻裂、增强增韧作用的纤维均匀地加入混凝土中,可弥补混凝土性能不足。短切玄武岩纤维(CBF)具有优越性能、绿色环保,关于其增强混凝土性能的研究已相对成熟,其掺量过多时容易结团影响增强增韧效果。玄武岩纤维束(BMF)通过加捻工艺制备而成,不仅保留了短切玄武岩纤维的优异特性,还具有更好的分散性。本文考虑将BMF作为增强材料,研究其掺量和长度对高强混凝土性能的影响;并将BMF和CBF混杂掺入高强混凝土,研究二者混掺比例和掺量对混凝土性能影响。硫酸钙晶须(CSW)是一种亚纳米粒径无机盐晶须,由工业副产品石膏经过特殊工艺形成,绿色环保成本低。针对混凝土多尺度破坏过程,考虑在得到优势混掺比例BMF和CBF的基础上继续加入CSW,研究硫酸钙晶须掺量变化对高强混凝土力学性能以及耐久性的影响。本文主要结论如下:(1)混杂纤维(束)高强混凝土基本力学性能试验。单掺玄武岩纤维束时对混凝土抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度最大提高率分别为6.1%、23.4%、20.7%;双掺玄武岩纤维束和短切玄武岩纤维时,相应最大提高率分别为13.5%、37.0%、24.1%;三掺玄武岩纤维束、短切玄武岩纤维和硫酸钙晶须时,相应最大提高率分别为9.2%、45.4%、29.8%。(2)混杂纤维(束)高强混凝土抗氯离子渗透性能试验。采用非稳态氯离子迁移系数法(又称RCM法)测定混杂纤维(束)高强凝土的氯离子扩散系数(DRCM)。结果表明:单掺玄武岩纤维束时降低了高强混凝土抗氯离子渗透性能,DRCM随着纤维掺量和长度的增大而增大,最大分别提高了 17.1%和9.8%;适量混掺BMF和CBF可以提高高强混凝土的抗氯离子渗透性能,最大提高率为6.7%;三掺时,高强混凝土抗氯离子渗透性能都获得提高,最大提高率为9.1%。(3)混杂纤维(束)高强混凝土抗冻性能试验。通过评价不同类别高强混凝土冻融循环后表观损伤形态、质量损失率、相对动弹性模量以及抗压强度损失率研究其抗冻性能。结果表明:纤维很大程度减轻了冻融对高强混凝土外观损伤;不同类别高强混凝土冻融质量损失率均为负值,这是因为冻融对高强混凝土外观剥蚀程度较轻,混凝土吸水质量始终大于表面浆体剥脱的质量;从相对动弹性模量和抗压强度损失率来看素高强混凝土抗冻性能最差,其在冻融150次后抗压强度损失率为30.9%,三掺时的高强混凝土抗冻性能最好,其中CSW3CBF0.15BMF0.3试件在冻融150次后的强度损失率仅2.5%。最后建立了混杂纤维(束)高强混凝土冻融后损伤模型,并结合模型与现场气温,在等效损伤定义上预测混凝土在自然冻融环境中的使用年限。(4)结合压汞试验(MIP)和电镜扫描试验(SEM),分析不同类别高强混凝土微观结构,揭示纤维增强机理。结果表明:单掺和双掺纤维时增大了高强混凝土的孔隙率、总孔体积和总孔面积,但降低了最可几孔径和平均孔径,说明纤维的加入细化了孔结构。三掺BMF、CBF和CSW时,降低了孔隙率、最可几孔径、总孔体积、总孔面积和平均孔径等孔结构特征参数,细化了孔结构;短切玄武岩纤维增强机理为纤维拉断破坏;玄武岩纤维束是胶结成一束作为一个受力单元;与单掺玄武岩纤维束相比,双掺时水泥浆体增大了对玄武岩纤维束的包裹率;三掺时,硫酸钙晶须填充了纤维与基体间的孔隙,强化了纤维与基体间的联系。(5)在本文研究范围内,综合考虑抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度、抗氯离子渗透性能以及抗冻性能,当单掺玄武岩纤维束时,最优掺量为0.3%,最优长度为30mm;双掺玄武岩纤维和玄武岩纤维束时,最优总体积掺量为0.45%,按1:2比例混掺;三掺时,玄武岩纤维束掺量为0.3%、短切玄武岩纤维掺量为0.15%、硫酸钙晶须掺量为水泥质量的2%时总体效果最好。研究表明,通过加捻以及不同尺寸BF混掺的方式可以提高玄武岩纤维在混凝土中的掺量,发挥其增强作用,改善高强混凝土的耐久性,再适量掺入亚纳米级的CSW之后混掺效果更佳,这得益于硫酸钙晶须的填充作用以及参与水化反应生成钙矾石。

关键词：玄武岩纤维束短切玄武岩纤维硫酸钙晶须混杂纤维力学性能抗氯离子渗透性能冻融循环

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

双轴向多层经编针织复合材料弹道侵彻破坏

双轴向多层经编针织复合材料弹道侵彻破坏