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1000和1100℃下多弧离子镀Cr涂层Zr-4合金的高温蒸气氧化行为

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稀有金属材料与工程 2024年第7期53卷 1962-1969页

作者：刘世宏肖魏魏罗彪黄景昊邹树梁刘义龙任峥豪南华大学机械工程学院湖南衡阳421001 南华大学核设施应急安全技术与装备湖南省重点实验室湖南衡阳421001

Cr涂层锆合金包壳是提高轻水反应堆燃料组件抗高温氧化性能的重要方法。本工作旨在研究Cr涂层Zr-4合金在水蒸气环境中的高温氧化行为,采用多弧离子镀工艺制备Cr涂层Zr-4合金样品,在1000和1100℃水蒸气环境中开展高温氧化实验,采用高精... 详细信息

Cr涂层锆合金包壳是提高轻水反应堆燃料组件抗高温氧化性能的重要方法。本工作旨在研究Cr涂层Zr-4合金在水蒸气环境中的高温氧化行为,采用多弧离子镀工艺制备Cr涂层Zr-4合金样品,在1000和1100℃水蒸气环境中开展高温氧化实验,采用高精度天平获得样品氧化增重,采用扫描电子显微镜(SEM)、能量色散谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)测试分析样品的表面与截面微观形貌、元素分布、物相及Cr-Zr扩散层厚度。结果显示,多弧离子镀制备的Cr涂层Zr-4合金样品表面存在大量尺寸不等的大颗粒,Cr涂层沿着(110)晶面择优生长。高温蒸气单位面积氧化增重与时间近似遵循抛物线规律,1100℃的蒸气氧化速率明显高于1000℃,相同温度下Cr涂层Zr-4合金的氧化速率低于无涂层Zr-4合金。高温蒸气氧化后,样品表面生成晶须状氧化物,且氧化物间存在大量微孔。在1100℃高温蒸气氧化3和4 h后,样品表面被氧化生成蠕虫状的团状物。样品截面呈层状结构,由外向内分别为Cr_(2)O_(3)层,Cr涂层,Cr-Zr扩散层,α-Zr(O)层(ZrO_(2)层)。但表面Cr_(2)O_(3)层的厚度并不是随着氧化时间的增加而同步增加的,而Cr-Zr扩散层的厚度随氧化温度和氧化时间的增加而增大,且与氧化时间基本呈线性关系。因此,采用多弧离子镀制备的Cr涂层Zr-4合金在1000和1100℃下表现出良好的抗高温蒸气氧化性能。

关键词： Cr涂层Zr-4合金高温蒸气氧化氧化速率 Cr-Zr扩散多弧离子镀

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仿蜂巢微通道分离式热管传热性能

化学工程 2024年第1期52卷 48-53页

作者：李星佑黄坤荣邢佳慧向立平段宁康南华大学机械工程学院湖南衡阳421001 南华大学核科学技术学院湖南衡阳421001

仿蜂巢微通道应用于分离式热管蒸发段,基于多相流VOF(流体体积)法并通过数值模拟来探究仿蜂巢微通道分离式热管的流动和热特性。模型计算验证了实验可行性达到标准,并针对不同充液率和加热功率对仿蜂巢微通道分离式热管传热性能的影响... 详细信息

仿蜂巢微通道应用于分离式热管蒸发段,基于多相流VOF(流体体积)法并通过数值模拟来探究仿蜂巢微通道分离式热管的流动和热特性。模型计算验证了实验可行性达到标准,并针对不同充液率和加热功率对仿蜂巢微通道分离式热管传热性能的影响进行了仿真研究。结果表明:充液率为80%的条件下其热阻达到最小值,传热性能最优。并且在同一充液率下随着加热功率的增大,仿蜂巢微通道分离式热管的启动温度升高,蒸发段到达速度峰值时间越短且整体热阻也减小。最后从蒸发段平均温度、启动时间和热阻三方面分析得出仿蜂巢微通道分离式热管传热性能优于平行微通道分离式热管。

关键词：分离式热管仿蜂巢微通道数值模拟传热性能

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Zr-4合金疲劳裂纹扩展试验及仿真研究

兵器材料科学与工程 2024年第5期47卷 18-24页

作者：董云桥甘旭文舒凌宏南华大学机械工程学院湖南衡阳421001

为了准确获得Zr-4合金的疲劳裂纹扩展参数及剩余疲劳寿命,进行了3组紧凑拉伸试验(CT),用Paris公式表征裂纹扩展速率。基于Franc3d和Abaqus的联合仿真验证试验数据的有效性。在确保了扩展参数准确的基础上,探讨了裂纹融合间距对Zr-4合金... 详细信息

为了准确获得Zr-4合金的疲劳裂纹扩展参数及剩余疲劳寿命,进行了3组紧凑拉伸试验(CT),用Paris公式表征裂纹扩展速率。基于Franc3d和Abaqus的联合仿真验证试验数据的有效性。在确保了扩展参数准确的基础上,探讨了裂纹融合间距对Zr-4合金包壳管剩余疲劳寿命的影响。结果表明:CT试验裂纹扩展路径与联合仿真获得的裂纹路径一致,且模拟结果和理论结果的最大偏差为6.7%,得到裂纹扩展参数C=1.376×10^(10)、m=2.3787;两裂纹半径相同时,间距变化对剩余疲劳寿命无影响,裂纹融合时中间部分的应力强度因子出现较大突变,且大于两侧的应力强度因子。

关键词： Zr-4合金疲劳裂纹扩展联合仿真剩余寿命预测应力强度因子

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冗余移动机械臂运动学分析及轨迹规划

机械传动 2024年第9期48卷 27-34页

作者：夏广健曾庆生冯栋彦李甚霖南华大学机械工程学院湖南衡阳421001

针对冗余移动机械臂的轨迹规划问题,提出一种基于多项式插值法同时结合分段规划思想的方法。将机械臂与移动平台视为一个整体系统并进行运动学分析,建立运动学模型,推导了通用形式的几何雅可比矩阵及其伪逆;在轨迹规划过程中,以轨迹运... 详细信息

针对冗余移动机械臂的轨迹规划问题,提出一种基于多项式插值法同时结合分段规划思想的方法。将机械臂与移动平台视为一个整体系统并进行运动学分析,建立运动学模型,推导了通用形式的几何雅可比矩阵及其伪逆;在轨迹规划过程中,以轨迹运行时间、移动机械臂末端移动的空间距离为优化目标,同时考虑各关节速度及加速度的约束,采用遗传算法对冗余移动机械臂的轨迹进行了优化。仿真实验结果表明,优化后运动的轨迹平滑,移动平台与机械臂各关节位移及速度曲线连续且平稳,验证了方法的可行性与有效性。

关键词：移动机械臂轨迹规划几何雅可比矩阵遗传算法

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CO_(2)+O_(2)地浸采铀采区含铀砂岩孔隙演化试验研究

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采矿与安全工程学报 2024年第1期41卷 179-189页

作者：贺桂成张沈平扶海鹰崔佳欣张辉南华大学资源环境与安全工程学院湖南衡阳421001

CO_(2)+O_(2)地浸采铀采区含铀砂岩孔隙结构演化影响了铀矿的高效浸出,已成为制约地浸采铀技术发展的瓶颈。为此,采用自制的CO_(2)+O_(2)地浸采铀试验装置,模拟了某砂岩型铀矿地浸采铀过程;并采用高压压汞仪、CT扫描仪和X射线衍射分析... 详细信息

CO_(2)+O_(2)地浸采铀采区含铀砂岩孔隙结构演化影响了铀矿的高效浸出,已成为制约地浸采铀技术发展的瓶颈。为此,采用自制的CO_(2)+O_(2)地浸采铀试验装置,模拟了某砂岩型铀矿地浸采铀过程;并采用高压压汞仪、CT扫描仪和X射线衍射分析仪等设备表征了含铀砂岩岩芯在试验前后的孔隙演化特征;同时,运用Avizo软件构建了三维数字岩芯及其渗流模型,分析了溶浸液渗流规律。研究结果表明:试验后含铀砂岩岩芯总孔隙度和连通孔隙度与试验前相比分别增加了5.03%和5.53%;且试验后数字岩芯的逐层面孔率分布范围更广、孔喉等效半径和喉道面积急剧增大;试验后岩芯孔隙数量随孔隙配位数增大而减小,但当孔隙配位数C≥4时,试验后孔隙数量与试验前相比成倍数增长,最高达到了试验前的21.63倍,此时岩芯中连通孔隙非常显著,渗透率增大;含铀砂岩岩芯中大孔喉相互连接形成的孔隙网络为溶浸液提供了主要的渗流通道,且溶浸液的渗流速度由岩芯中心沿径向方向呈现出由大变小的规律。研究结果可为后续CO_(2)+O_(2)地浸采铀中分析溶质迁移演化规律提供有意义的参考。

关键词： CO_(2)+O_(2)地浸采铀含铀砂岩孔隙演化数字岩芯渗透率

基于遗传模拟退火优化的DV-Hop定位算法

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华中科技大学学报（自然科学版） 2024年第3期52卷 149-155页

作者：余修武穆静刘永南华大学资源环境与安全工程学院湖南衡阳421001

为进一步提升无线传感器网络的定位精度,提出了一种利用遗传模拟退火法改进的dv-hop定位优化算法(DGSA).首先引入跳数调整因子对节点间跳数信息进行修正,利用共线度去除会产生较大误差的信标节点,再用加权处理方式优化平均跳距,降低了dv... 详细信息

为进一步提升无线传感器网络的定位精度,提出了一种利用遗传模拟退火法改进的dv-hop定位优化算法(DGSA).首先引入跳数调整因子对节点间跳数信息进行修正,利用共线度去除会产生较大误差的信标节点,再用加权处理方式优化平均跳距,降低了dv-hop算法因本身局限性产生的定位误差;其次将局部搜索能力优良的模拟退火算法引入遗传算法中进行寻优,使算法的寻优效率和定位精度得以提升.仿真结果表明:在相同环境下,DGSA算法相较现有的无线传感器网络定位算法有更好的搜索效率,定位结果也更加准确.

关键词：无线传感器网络节点定位 dv-hop 遗传算法模拟退火算法

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砂岩铀矿孔隙尺度铀污染微生物修复过程模拟

采矿与安全工程学报 2024年第1期41卷 171-178页

作者：扶海鹰连檬张辉马建洪贺桂成南华大学资源环境与安全工程学院湖南衡阳421001

地浸开采砂岩铀矿造成的地下水铀污染通常可采用微生物原位还原固定的方法进行修复。关于铀污染微生物修复的试验研究较多,但采用数值模拟方法进行孔隙尺度建模的研究则较少。针对砂岩铀矿中铀污染微生物原位固定修复模拟,建立多孔介质... 详细信息

地浸开采砂岩铀矿造成的地下水铀污染通常可采用微生物原位还原固定的方法进行修复。关于铀污染微生物修复的试验研究较多,但采用数值模拟方法进行孔隙尺度建模的研究则较少。针对砂岩铀矿中铀污染微生物原位固定修复模拟,建立多孔介质孔隙尺度模拟的二维概念模型;通过注液孔将功能微生物和碳源注入多孔介质中,微生物在碳源刺激下生长繁殖,其生长代谢过程可将溶液中的U(Ⅵ)还原成U(Ⅳ)而固定,同时考虑地下水中溶解O_(2)和NO_(3)^(-)等具有氧化性的物质对U(Ⅳ)的再氧化作用;建立以上过程的数学模型,并采用LBM(Lattice Boltzmann Method)方法实现模型的耦合模拟;模拟研究多孔介质渗透率和迂曲度、注液速度、微生物浓度等因素对铀污染迁移范围及修复效果的影响。结果表明:建立的模型可模拟砂岩铀矿孔隙尺度中铀污染微生物修复及再氧化释放过程,增大渗透率、注液速度及微生物浓度可以加快铀污染修复,而地下水中溶解的O_(2)和NO_(3)^(-)会影响修复效果的长期有效性。研究可为发展地浸采铀退役治理过程中铀污染微生物修复理论和数值模拟方法提供参考,并可提供一种新方法来评估和预测微生物修复技术对地下水铀污染的有效性。

关键词：地浸采铀铀污染微生物原位修复数值模拟 LBM

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光催化技术在水处理中的应用研究进展

精细化工 2024年第4期41卷 707-718页

作者：杨跃武凌冉冉周书葵段毅姜培烜王坤南华大学土木工程学院湖南衡阳421001

光催化技术应用于水处理领域,既可以提高水质安全,也可以缓解全球水资源短缺问题,是一项具有广泛应用前景的技术。该文介绍了光催化技术的机理及常见光催化剂的特点,重点综述了光催化技术在饮用水中的除臭、消毒,在染料废水含油废水制... 详细信息

光催化技术应用于水处理领域,既可以提高水质安全,也可以缓解全球水资源短缺问题,是一项具有广泛应用前景的技术。该文介绍了光催化技术的机理及常见光催化剂的特点,重点综述了光催化技术在饮用水中的除臭、消毒,在染料废水含油废水制药废水催化还原重金属离子养殖废水焦化废水方面的应用。自由基途径与非自由基途径在该技术中发挥重要作用,在光催化材料中,TiO_(2)､金属-有机框架(MOFs)基光催化材料及其类似材料(如MIL系列､ZIFs系列等)可产生更多的•OH;TiO_(2)､g-C_(3)N_(4)基光催化材料可产生更多的•O_(2)^(–)和e^(–);CdS､TiO_(2)､g-C_(3)N_(4)基光催化材料可产生更多的h^(+)。最后对光催化技术的机理､光催化材料、水处理方向及实际应用进行了总结与展望。

关键词：光催化饮用水染料废水含油废水制药废水重金属离子养殖废水焦化废水

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影响螺纹套管与导向管胀接质量关键因素的分析与优化

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核动力工程 2024年第1期45卷 123-129页

作者：何富春符纯明唐德文霍绍勇陈凯王诗瑞宗奔阳南华大学机械工程学院湖南衡阳421001 中核建中核燃料元件有限公司四川宜宾644000

为探究胀杆加载距离以及两管间摩擦因数对核燃料组件支撑骨架中螺纹套管与导向管之间胀接质量的影响,通过建立螺纹套管与导向管的等比例数值模型,并设计双因素四水平的正交试验,在给定工况下采用有限元分析方法对不同试验组合进行数值... 详细信息

为探究胀杆加载距离以及两管间摩擦因数对核燃料组件支撑骨架中螺纹套管与导向管之间胀接质量的影响,通过建立螺纹套管与导向管的等比例数值模型,并设计双因素四水平的正交试验,在给定工况下采用有限元分析方法对不同试验组合进行数值分析。分析结果表明,胀杆加载距离和两管间摩擦因数对胀接质量均有显著影响。为提高优化效率,结合Kriging模型并利用粒子群优化算法以最大减薄率≤10%为约束,在给定的胀杆加载距离和两管间摩擦因数区间内进行优化求解,获得优化胀接参数为胀杆加载距离28.42 mm、摩擦因数0.14。本文研究为提升螺纹套管与导向管胀接质量和改善胀接工艺提供了理论参考。

关键词：核燃料组件螺纹套管导向管胀接质量 Kriging模型粒子群优化算法