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泥沙颗粒输运背后的力学机制
地球表面高山、丘陵、沙漠、河流、潮滩等地貌形态万千,它们是如何在历史的岁月中逐渐形成的呢?放眼宇宙,空气密度极低的冥王星,是如何神奇地拥有丰富的沙丘地貌?被称为沙漠行星的火星会因为大风而刮起沙尘暴吗……这些自然界中的奥秘正是地球物理学科的泥沙运动力学所研究的问题。已有的研究告诉我们,泥沙颗粒输运普遍发生于大气环境和水环境中,是塑造地貌形态最重要和最根本的自然过程之一。如何理解和定量描述地表环境泥沙颗粒的起动、输运和沉降是揭示地貌形态千差万别的核心问题。目前野外和实验数据已经证明,粗颗粒泥沙输运量与流体强度之间的关系,在大气环境表现为线性,在水环境表现为非线性。然而,如此截然不同的输运规律背后的力学机制却一直还是个迷。近日,浙江大学海洋学院百人计划研究员托马斯·派兹(Thomas Pähtz)博士成功揭开了这个谜底,并推导出了描述粗颗粒泥沙输运量与流体强度关系的通用方程。北京时间2020年4月20日,相关研究成果在物理学学术期刊美国物理学会刊物《物理评论快报》(Physical Review Letters,简称PRL))上发表,并被该刊物和杂志Physics同时聚焦报道。通过离散元(DEM)精细数值模拟追踪大量泥沙颗粒的运动轨迹并分析其受力特征, 托马斯·派兹首次发现,粗颗粒泥沙的动能耗散机制主导其输运规律。大气环境条件下颗粒和床面间碰撞是主要的耗散机制;而在水环境条件下,颗粒和床面间碰撞以及颗粒之间的碰撞起着同等重要的作用。根据这一新的理论认识,托马斯·派兹推导了能统一描述大气环境和水环境粗颗粒泥沙输运量与流体强度关系的通用方程。这为深入认识地球甚至火星等外星球表面丰富多样的地貌形态提供了有力的理论工具。 统一输沙率公式与水环境(左图)和大气环境(右图)相关实验资料对比“最困难的部分是对模拟的结果进行物理解释和数学描述。在总共7年的时间里,我无数次地用笔和纸进行尝试。特别是在最初的4年里,我大部分时间都在思考这个问题。” 托马斯·派兹说。评审专家认为,这项研究工作是地球物理学科最基础而没有被揭示的问题。而对于未来的进一步应用,托马斯·派兹表示,上述通用方程可以预测任意大气/水体环境下的泥沙输运量,这使我们能够更好地了解这些天体的地貌,还可以通过测量行星的动力地貌来间接推断行星的风况。据悉,托马斯·派兹于2020年1月起受邀担任美国地球物理学会会刊《地球物理学研究杂志-地表过程》的副主编。他是浙大近海环境流体力学团队的重要成员。该团队由贺治国教授领衔,主要从事近海泥沙动力学、海岸动力学、近海环境流体力学等方面的研究,成果已逐步应用于理解河口海岸泥沙运动、深水航道整治、深海地貌演变、深海热液源矿物颗粒沉积等问题,取得了重要的国际影响力。该研究得到国家自然科学基金和浙江大学百人计划研究基金资助。论文链接:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.124.168001
浙江大学 2021-04-11
颗粒行为与多相流动数值模拟
上海理工大学 2021-01-12
一种仿生微孔表面泡沫金属填充太阳能真空集热管
本发明公开了一种仿生微孔表面泡沫金属填充太阳能真空集热管,该真空集热管嵌套有玻璃外管(1)和仿生微孔表面金属内管(2),玻璃外管(1)上端开口,且对接有合金短管(6);仿生微孔表面金属内管(2)上端开口,且沿其开口端的外表面固定连接有金属环形盖(5),所述的金属环形盖(5)外延与合金短管(6)固定连接,在真空集热管嵌套有玻璃外管(1)与仿生微孔表面金属内管(2)之间形成真空;在仿生微孔表面金属内管(2)管壁的外侧涂覆选择性吸收涂层(3),在仿生微孔表面金属内管(2)内部插入泡沫金属填充体(4)。该真空集热管提高太阳能利用率、承压效果好,可增强内部换热降低热损失,有效提高太阳能热水器效率。
东南大学 2021-04-11
基于切换式填充床反应器的CO2循环脱除装置
本实用新型公开了一种基于切换式填充床反应器的CO2循环脱除装置,包括至少两个填充床反应器,各个填充床反应器下部的进口端分别与烟气进气管路、燃料气进气管路、氧气进气管路相连接,各个填充床反应器上部的出口端分别与脱除CO2后烟气排气管路、CO2富集烟气排气管路相连接,所述烟气进气管路、燃料气进气管路、氧气进气管路、脱除CO2后烟气排气管路、CO2富集烟气排气管路与填充床反应器的进口端、出口端之间分别设有启闭控制阀门。本实用新型通过采用固定填充床作为反应装置,规避流化床反应器存在的系统复杂、物料分离输运操
安徽建筑大学 2021-01-12
一种互穿网络水凝胶填充复合分离膜的制备方法
本发明公开了一种互穿网络水凝胶填充复合分离膜的制备方法,包括如下步骤:首先,将聚合物膜在第一单体溶液中浸泡,取出后在紫外光下辐照交联,得到第一网络凝胶复合分离膜;然后,将第一网络凝胶复合分离膜在第二单体溶液中浸泡,取出后通过热引发交联,形成互穿网络水凝胶填充复合分离膜。本发明制备的互穿网络水凝胶填充复合分离膜具有重金属离子吸附功能,在过滤分离的同时,可有效吸附水中的重金属离子。本发明提供的方法简单、高效、易操作、成本低、可工业化生产,对铜、铅、汞、锌、镉、镍等多种重金属离子具有优异的吸附性能,既可用于工业重金属污水处理,也可用于生活饮用水中去除重金属离子。
浙江大学 2021-04-13
功能化四氧化三铁纳米颗粒
该磁性纳米颗粒主要由四氧化三铁为主体,以具有良好生物相容性的可生物降解聚酯类材料为辅助剂,通过控制聚合物结构,如:侧基官能团的种类和数量,共聚物组成,序列结构及分子量等因素,获得表面带有不同活性官能团,大小及性能可控,稳定性良好的生物磁性纳米颗粒。
电子科技大学 2021-04-10
双极荷电细微颗粒凝聚技术
1 成果简介空气污染、能见度下降的主要原因之一是大气中飘浮的大量细微颗粒,细微颗粒的主要来源之一是工业生产中的尾气排放,低中效的旋风分离器、惯性除尘器及高效的颗粒层除尘器、静电除尘器、袋式除尘器和电袋复合式除尘器被广泛应用于机械、建材、冶金、电力等诸多行业尾气排放中的粉尘捕集,即使是高效除尘器,逃逸掉的粉尘颗粒依然也是细微颗粒。工业生产中,往往为多捕集 1%的细微颗粒,要多花费一倍的财力。 国家从环保角度考虑,已从 PM10 治理在向 PM2.5 治理过渡,致使相关的排放标准日趋严格,于是某些情况下常规三或四电场的静电除尘器已不能满足排放标准的要求,或为满足排放标准,增加更多电场而失去其在高效除尘器中造价低、运行费用低的优越性。双极荷电细微颗粒凝聚技术采取在烟道中或在电场中安装凝聚器,使粉尘颗粒荷上不同极性电荷、然后再凝聚的方式使小颗粒变成大颗粒,进而提高除尘效率,使常规静电除尘器依然满足排放标准、维持其在除尘领域的主导地位。 从 1997 年至今,我们进行了大量实验室研究及实际应用探索, 取得了理想的凝聚效果。烟道凝聚器可降低粉尘排放 40%、电场凝聚器可降低粉尘排放 50%。2 效益分析静电除尘器是高效除尘器的主导设备,以电力行业为例,电除尘器约占总除尘器的90%。用户如果用袋式除尘器替代电除尘器,由于其滤袋阻力远大于电场阻力、每隔约三年就要全部更换一次滤袋,而使得运行费用大大增加。仅以 30 万机组为例,更换一次滤袋的费用就要上千万元。而应用凝聚器后,静电除尘器本身就能达标排放,相对电除尘器本体,烟道凝聚器仅增加费用约 10%、电场凝聚器仅增加费用约 15%。3 合作方式技术转让、合作开发。4 所属行业领域能源环境。
清华大学 2021-04-13
动力总成半主动颗粒阻尼橡胶悬置
小试阶段/n本发明的目的是提供一种动力总成半主动颗粒阻尼橡胶悬置,可以根据汽车的运行工况实时调节悬置的动态特性,其具有结构简单可靠、制造方便以及成本低的优点。本发明是半主动控制式悬置,可以根据汽车的运行工况实时调节悬置的动态特性,可实现广谱隔振、减振、降噪性能,获得优于被动式液阻悬置的隔振性能。。由于本发明悬置较被动式液阻悬置增加了控制单元和执行机构,存在结构较复杂、成本略高等问题,还没有被广泛采用。目前处于样机试制阶段,后续的减振性能有待进一步试验验证。。但其适用于各种车辆动力隔振系统,应用范围广
武汉科技大学 2021-01-12
辐射制冷颗粒和蒸气凝结回收装置
本实用新型涉及蒸气回收领域,公开了一种辐射制冷颗粒和一种蒸气凝结回收装置。蒸气凝结回收装置包括蒸气凝结腔和辐射制冷颗粒,其中,辐射制冷颗粒包括:凝液体,由辐射制冷材料制成;疏液体,与凝液体相连接,由疏液材料制成;使用时,辐射制冷颗粒在介质的吹动下悬浮在介质中,用于凝结介质中的蒸气。本实用新型能在无额外能量输入,也无需吸附剂的情况下,利用辐射换热,迅速将凝结潜热释放到外界环境中,高效率地凝结蒸气。
浙江大学 2021-04-13
橡胶颗粒路面应用技术的研究
针对西部的气候和环境特点,对采用废旧橡胶轮胎生产的橡胶颗粒代替部分集料制备的沥青混合料和以此铺筑的橡胶颗粒路面的应用技术进行系统地研究;同时,针对初冬和残冬的路面,重点研究橡胶颗粒路面的抑制结冰技术,同时,研究橡胶颗粒路面的降噪、抗滑性能。
哈尔滨工业大学 2021-04-14
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