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关键词： 阴离子氟表面活性剂   磷酸酯   磺酸酯   表面张力   热稳定性  

摘要： 含氟表面活性剂（Fluorinated Surfactants) 是一类疏水链段含有氟原子的特殊表面活性剂，相比于普通碳氢烷基链的表面活性剂，其具有更优秀的表面活性、高化学稳定性与热稳定性，氟原子很强的电负性与适当的原子半径起到对碳链的屏蔽作用，使得表面活性剂的化学稳定性更好，可以应用于不同酸碱盐浓度与高温的严苛环境中。在近些年有着很大程度的发展。非离子氟表面活性剂为在溶液中不发生解离或电离的表面活性剂，相比于离子型氟表面活性剂，其表面活性要稍弱，受溶液盐浓度、温度和酸碱性的影响较大，也无法像离子型表面活性剂在解离后表面活性基团由于静电作用从而均匀分散。　　因此本文首先合成出全氟聚醚磷酸酯阴离子氟表面活性剂，其结构类似于天然磷脂分子结构，生物相容性很好。详细探究其合成过程中醇解磷酸化实验与水解实验的工艺条件，选择不同磷酸化试剂和加料工艺得到最佳方案，解决了磷酸化试剂易吸水潮解造成的加料问题，并首创出简单的含氟磷酸酯表面活性剂的纯化方法，主要原理是无机磷酸盐在特定pH值范围时在某些溶剂的溶解性质不同，达到分离出产物中磷酸杂质的效果，经过热重与表面张力测试，纯化后的产物热稳定性有提高，产物中活性成分增加表面活性有了提高，均说明纯化过程是有效且必要的。之后以全氟己基乙醇聚氧乙烯醚与磷酸化试剂的用量比例、不同氧乙烯数的全氟原料为变量，实验得到的最佳产物的原料比例为3.4 :1，全氟聚醚的聚氧乙烷链数为5，其产物的磷酸单双酯比例为5.2 :1，其水溶液临界胶束浓度CMC为0.0011mol/L，最低表面张力为17.13mN/m。　　含氟磷酸酯表面活性剂的表面活性与润湿效果虽然十分优异，但其在环境中分解后会产生氟化物与磷酸盐物质，磷酸盐会造成水体的富营养化对环境有一定的影响，同时其热稳定性性能稍差。因此在上一章的基础上，将磺酸酯基团引入全氟己基聚氧乙烯醚分子结构中，含氟磺酸酯相比含氟磷酸酯表面活性剂有着更高的表面活性和更好的热稳定性。实验分别选择氯乙基磺酸钠法和羟乙基磺酸钠法两种不同的磺酸酯合成方法，比较了不同工艺条件、反应物用量和不同氧乙烯的全氟原料对产物性能的影响，发现使用羟乙基磺酸钠法得到的产率较高，原料比例为1: 1.2，全氟聚醚的聚氧乙烷链数为5 时的产物表面活性最优，其水溶液的临界胶束浓度CMC为9.9x10_4mol/L ，热稳定性以及在聚四氟乙烯板上的润湿性能都要好于磷酸酯产物。　　实验最后得到结论：不同反应物比例的含氟聚醚磷酸酯产物中磷酸单双酯的比例不同，当产物中磷酸单酯含量较高时产物的表面活性要更好一些，含氟聚醚的聚氧乙烷链段长度会影响分子的亲水性，过长或过短都不利于形成紧密排列的胶束聚集体结构。本文对不同系列的阴离子氟表面活性剂的合成与性能进行探究，对其实际生产及应用有着一定的参考价值与指导作用。

关键词： Sturm-Liouville算子   特征值基本间隙   退化   紧嵌入   势函数  

摘要： 本文研究退化椭圆算子的特征值问题,主要内容包括一类退化椭圆算子Dirichlet问题弱解的存在性,弱解空间到平方可积空间的紧嵌入,SturmLiouville算子特征值的存在性和表达式及其基本间隙的存在性和表达式。首先,介绍了退化椭圆算子及其特征值问题的研究背景和研究现状。接着,研究带有Dirichlet边界的退化椭圆算子的弱解空间。利用范数定义和函数列收敛来验证弱解空间是Hilbert空间,通过Lax-Milgram定理得出弱解在其上的存在性和唯一性,并阐述所定义空间与经典Sobolev空间之间关系,进而采用将弱解空间分成正空间和负空间的方法,通过两个子空间到平方可积空间的紧嵌入来证明弱解空间到平方可积空间的嵌入。然后,利用Sturm-Liouville算子逆算子的紧性和自伴性,验证了特征值存在性;利用标准正交基性质,计算出特征值表达式。最后,利用紧嵌入和特征值性质,证明出特征值基本间隙的存在性,利用基本间隙导数探索出最优势函数只能几乎处处取到两个常数。图0幅,表0个,参考文献62篇。

关键词： 仿生鱼   月牙形尾鳍   卡门涡街   密封  

摘要： 基于鱼类游动方式的特点，将鱼类的游动方式和我国水泡鱼相结合用于水上救援装备，以代替以往以螺旋桨为推动的救援装备。该装备采用鲹科结合月牙形尾鳍推动（Body and/or Caudal Fin propulsion,BCF）装置和眼部充气救援气囊装置，该推动（BCF）在鱼体后1/3处，只通过尾部产生推力和反卡门涡街的尾涡，对装备产生向前的推力。仿生鱼在游动中，鱼鳍采用简谐振动的曲柄滑块机构带动齿条齿轮的空间摆杆结合式运动，提供动力和改变方向。之后建立仿真三维模型做出样机，并在尾部采用密封圈和聚四氟乙烯填料组合密封。该装备因有良好的推动性能和灵活性，在水上救援、海洋探测等研究上有广泛的应用前景。

关键词： 热耦合不可压磁流体方程   修正特征有限元方法   时空误差分裂法   无条件稳定性  

摘要： 本文研究非定常热耦合不可压磁流体方程修正特征有限元方法的无条件稳定性和收敛性.非定常热耦合不可压磁流体方程如下:其中(x,t)∈QT,QT=Ω×(0,T).系统的初边值条件为:u(x,0)=u0(x),b(x,0)=b0(x),θ(x,0)=θ0(x),(?)x∈Ω,u|(?)Ω=0,b·n|(?)Ω=0,n×curlb|(?)Ω=0,θ|(?)Ω=0和▽·u0(x)=0,▽·b0(x)=0. 假设Ω是Rd(d=2,3)上具有光滑边界的区域,T>0是一个有限的常数.(u,p,b,θ)分别表示速度,压力,磁场和温度.f表示体积力,J(n×J|ST=0,ST=(?)Ω ×[0,T])表示外加电流,ψ表示热源,N表示相互作用参数,Ha表示哈特曼数,Rm表示磁雷诺数,Re表示雷诺数,Pr表示普朗特数,Gr表示格拉斯霍夫数,g表示重力常数.假设流体密度为1,n是(?)Ω的单位外法向量. 本文在第一章介绍热耦合不可压磁流体方程的研究背景,发展概况,以及修正特征有限元方法和二阶格式的研究进展. 在第二章中介绍了使用的函数空间和一些常用的不等式,同时给出相关算子的定义和基本引理. 在第三章中介绍了非定常热耦合不可压磁流体方程的一阶修正特征有限元方法.首先给出结果所需的正则性假设,再通过改进的特征跟踪方案逼近模型中的双曲部分,引入一阶特征时间离散格式,证明一阶特征时间离散格式Galerkin有限元的误差与时间步长τ无关,基于时空误差分裂法给出无条件稳定性和最优收敛阶的证明.在本章节的最后给出数值结果验证方法的有效性. 在第四章中,针对求解非定常热耦合不可压磁流体方程的二阶修正特征有限元方法,同样给出结果所需的正则性假设,通过数学归纳法证明其二阶特征时间离散格式和全离散格式的无条件稳定性和收敛性.最后的数值结果表明算法是稳定的且达到最优的收敛阶.

关键词： 连续分层流体   晃荡特征值   Kummer函数   Laguerre函数   数值解  

摘要： 本文研究了二维水槽中连续分层流体晃荡特征值问题,其中流体密度为一次函数.在流体无粘性且不可压缩的情况下,建立矩形水槽分层流体晃荡数学模型,基于变量分离法和Thompson-Haskell算法求解了模型,给出了垂直方向特征值和对应的数值特征函数以及自由表面运动情况. 基于Kummer函数和Laguerre函数给出了垂直方向特征值和对应的解析特征函数. 分析了密度变化和罐体长宽比对特征值和自由表面的影响,初始状态相同时,随着流体密度梯度变大,竖直方向特征值变大,自由表面运动幅度变大;随着罐体长宽比的增加,自由表面的运动幅度变大,旋度变大.　　第一章介绍了晃荡的概念、研究背景和研究现状,并对本论文的主要工作进行了简要的描述.　　第二章求解二维水槽中的连续分层流体晃荡特征值和对应的数值特征函数. 首先,根据流体的性质建立数学模型,对数学模型线性化处理和级数展开变为一个变系数二阶齐次PDE初边值问题.其次,应用分离变量法将水平方向,垂直方向和时间的变量分离,应用Thompson-Haskell算法求得垂直方向的特征值与对应的特征函数,求得流函数与自由表面函数通解.最后,分析了密度梯度变化和罐体长宽比对晃荡的影响.　　第三章求解二维水槽中的连续分层流体晃荡特征值和对应的解析特征函数, 利用Kummer函数和Laguerre函数给出特征函数与对应的特征值,再根据Laguerre函数的正交性求解其自由表面运动情况.

关键词： 轴向柱塞泵   空化   卸荷槽   缸体摩擦表面   气蚀  

摘要： 随着液压技术的发展,对柱塞泵高压、高速、大排量的要求更高。液压泵作为液压系统的“心脏”元件,一旦发生空化,将造成输出流量减少,同时产生额外的振动、噪声和压力脉动,降低系统效率和可靠性,甚至造成液压系统内关键元件的损坏。空化对轴向柱塞泵使用寿命和性能有重要影响,将会成为限制柱塞泵性能和寿命的主要原因。受轴向柱塞泵内部结构复杂、流动状态多变以及内部流场观测困难等因素的限制,轴向柱塞泵空化研究进展相对缓慢,且研究内容主要集中在轴向柱塞泵空化机理、空化抑制方法等研究。柱塞泵吸、排油过程诱发的气蚀现象主要集中在柱塞腔内壁、配流盘吸排油转变区域,以及柱塞缸体摩擦表面。研究人员对柱塞泵配流盘表面预卸荷槽和预升压槽内流场特征和空化现象进行了较为详细的仿真模拟,对柱塞泵内部流场特征、空化发生机制以及空蚀现象已有较为深入研究。关于柱塞腔内壁和配流盘吸、排油转变区域的气蚀损坏原因也已明确,并提出了解决方案,但对柱塞缸体摩擦表面气蚀成因的相关研究文献非常少。由于缸体摩擦表面气蚀会导致摩擦副外密封带失效,使柱塞泵容积效率降低,严重可致柱塞泵功能失效。因此,开展柱塞缸体摩擦表面气蚀发生机制的研究工作具有实际工程意义。目前,主要是利用Fluent或Pump Linx等仿真软件对轴向柱塞泵局部区域空化现象进行分析计算(如配流盘阻尼槽空化、吸油口空化、柱塞腔空化等),然后基于仿真结果进行轴向柱塞泵结构和参数优化,但柱塞泵空化主要集中在柱塞腔内壁、配流盘吸排油转变区域,以及柱塞缸体摩擦表面。综上所述,研究人员已对柱塞泵配流盘表面预卸荷槽和预升压槽内流场特征和空化现象进行了较为详细的仿真模拟,受柱塞泵机械结构限制,无法对柱塞泵内部流场进行试验观察,仅极少数研究文献搭建了简易模拟装置进行试验观察。团队前期研究发现,配流盘表面卸荷槽与柱塞缸体摩擦表面气蚀破坏存在一定关联性,但作用机制不明确。以某公司250毫升/转排量柱塞泵为对象,采用了流体仿真、流场可视化和轴向柱塞泵型式试验开展了工作,着重分析卸荷槽开度与射流角演变、漩涡产生与消失、空化发生等现象的内在关系,揭示了卸荷槽开度与柱塞缸体摩擦表面气蚀的内在关系,基于轴向柱塞泵吸、排油过程周期变化的特点,研制出了用于模拟单个柱塞腔与卸荷槽导通状态下流场特征的试验装置,对仿真结果进行验证;最后,利用理论研究成果对真实柱塞缸体摩擦表面气蚀形成原因进行了解释与分析。并通过改变配流盘结构参数来抑制空化、漩涡、射流角等影响。研究结果将不但有助于厘清柱塞缸体摩擦表面气蚀成因,也为配流盘卸荷槽结构参数设计提供了依据。研究结果表明研制的卸荷槽流场可视化观察装置是有效可行的,发现射流角随卸荷槽开度的增大而增大,并伴随漩涡的产生与消失。仿真结果进一步表明柱塞与卸荷槽由导通至完全截止的转变过程中,射流角由0°逐渐增大至60°,当射流角由0°向20°变化时,射流方向主要集中于柱塞缸体与配流盘腰型槽接触表面处,导致柱塞缸体摩擦表面和配流盘吸油腰型槽上部发生射流破坏和气蚀破坏。当射流角由20°向60°变化时,射流角向配流盘腰型槽内部扩展,引起配流盘破坏区域由上部移向内部,漩涡的产生、消失与射流中心速度有关,当射流中心速度大于20 m/s时漩涡产生。最后,由于空化效应的不可避免性,本文通过对配流盘结构参数进行改变以达到抑制空化、漩涡、射流等的因素的目的,并通过CFD可视化流场分析其气体体积分数、漩涡、射流角、压力及输出流量的变化,仿真结果进一步表明参数改变后气体体积分数、漩涡、射流角等均得到了有效的抑制,压力波动和输出流量脉动也有明显的改善,提高柱塞泵的综合性能的同时也有利于减小振动和噪声。

关键词： 电弧增材制造   表面形貌   搭接模型   轴对称液滴形状分析法   表面张力  

摘要： 电弧增材制造是一种以焊接电弧作为热源,金属丝材作为原料的送丝增材制造技术,由于具有更高的成型效率和更低的成本等优点而显示出更好的应用前景,已被广泛应用于航空航天、国防、汽车、生物、医疗器械等领域。通常,电弧增材制造的主要步骤是建立三维数字化实体数据模型,选择合适的角度和步长输出STL格式模型,通过切片程序沿着提前设定好的增材制造方向进行切片,并生成与之相关的沉积路径,确定与沉积路径相关的焊接工艺参数和对工件进行后处理加工。在切片和层间堆积的路径规划前,需要掌握不同的焊接参数下焊道截面形貌。因此,建立合理的焊道轮廓模型来准确地描述实际焊道轮廓形貌,对于提高成型零件的表面质量和精度有着重要的作用。通常,电弧增材制造中的沉积过程是多物理场强耦合作用,而熔池作为重要载体包含着重要的过程特征信息,并且与工件的成型质量和精度有密切联系,仅用常见的数学函数曲线(抛物线函数、余弦函数,圆弧函数)进行拟合实际的焊缝轮廓难以准确把握焊接过程的本质。而表面张力是焊接过程中熔池流动行为的关键影响因素,决定了焊缝形貌轮廓的最终成型效果,因此从表面张力这个角度出发建立焊缝轮廓模型非常有必要。本文首先提出在电弧增材制造熔敷过程中的一种基于轴对称液滴形状分析法(Axisymmetric Drop Shape Analysis,ADSA)单层单道焊缝轮廓模型,并设计正交试验探究焊接工艺参数对表面张力的影响规律;然后基于简单的物理假设,依据多道搭接时焊缝几何尺寸之间的数量关系,由ADSA单层单道焊缝轮廓推导出递归序列从而构建单层多道递归焊缝轮廓模型,重点分析了模型的属性,并进行了试验验证。最后基于焊缝轮廓空间坐标变换,提出一种基于改进的ADSA的递归焊缝轮廓搭接模型以改善传统递模型在山谷区存在的较大误差的问题,并重点分析和比较了改进前后两种模型属性的区别与联系,最后通过试验验证了模型的准确性和适用性。本文完成的主要工作包括:(1)基于轴对称液滴形状分析法,建立一种电弧增材制造单层单道焊缝轮廓模型,并于现有的抛物线函数,圆弧函数,三角函数等传统的焊缝轮廓模型进行比较,通过试验验证结果表明ADSA焊缝轮廓模型能够更加准确地描述实际焊道轮廓。然后设计正交试验,通过试验结果分析得到了焊接工艺参数对ADSA焊缝轮廓模型中的形状因子β和原点曲率半径R之间的影响规律,为揭示焊接工艺参数对表面张力的影响规律提供了理论依据,同时也有利于提高电弧增材制造产品的成型精度。(2)基于传统的递归轮廓模型,建立一种基于ADSA的单层多道递归焊缝轮廓模型。即由已知的单层单道ADSA模型轮廓曲线,依据多道搭接过程中焊缝尺寸之间的几何关系,推导出递归序列以构建整体的焊道轮廓曲线,探究模型的相对高度,相对平整度,润湿角以及收敛性随搭接率OR的变化规律,并与传统的抛物线轮廓递归模型进行比较,最后通过试验分析和验证了模型的精度。该研究成果为预测焊缝形貌轮廓提供了新的思路和方法。(3)基于焊缝轮廓空间坐标变换,提出一种基于改进的ADSA的递归焊缝轮廓搭接模型以改善传统递模型在山谷区存在的较大误差的问题。由ADSA单层单道形貌轮廓通过轮廓坐标变换推导出递归序列以构建改进的ADSA焊缝轮廓模型,并重点分析和比较了改进前后两种模型属性的区别与联系,最后通过试验验证了模型的准确性和适用性。该研究揭示了多道搭接沉积层形貌的演变规律并提高了成型质量和精度。

关键词： 群集   知情智能体   势函数   不完全信息   宣传者  

摘要： 自然界所涌现出的复杂的群集行为,一般仅仅依靠个体之间的简单通信,在没有全局信息的指引下,便实现了复杂的群集行为。群集的研究实际上是一种从自然界中获取灵感的仿生学方法,通过探究这种复杂运动背后的内在机理,进而运用在工程实际和人工智能领域,以此更好的服务人类,因此这是具有研究价值和现实意义的。本文在现有成果的基础上,考虑了不完全信息对多智能体群集的影响,并且提出了一种基于宣传者的具有部分知情个体的多智能体群集方法,取得的主要成果如下:(1)通过对经典势函数的导数(力函数)的分析,力函数直接展示了智能体之间的排斥力和吸引力的大小关系。基于Morse势函数本文提出了一种改进的群集控制算法,最后根据Lyapunov稳定性定理和LaSalle不变原理证明了群集系统的稳定性。(2)根据改进的群集算法,基于不完全信息本文考虑了具有部分知情个体的多智能体的群集问题。不完全信息包括三个方面:首先,智能体接收来自虚拟领导者或者其他智能体信息时存在对信息的抵触或歪曲;其次,虚拟领导者向智能体发送信息时存在信息的被动丢失;最后,信息在传送过程中存在延迟。再者,本文还讨论了具有不同质量的智能体对具有部分知情个体的多智能体群集的影响。(3)基于上述改进的群集算法,提出了一种基于宣传者的具有部分知情个体的多智能体群集方法。宣传者是在虚拟领导者的附近产生,群集发生之前,在随机分布的智能体群体范围内做规律的运动,与此同时将虚拟领导者的信息传播给未知情的邻近智能体。在整个群集过程中,宣传者是唯一知情的智能体。此方法不仅解决了连通性不强、密度较低的多智能体初始分布问题,而且还减少了由不完全信息带来的不利影响。最后,为了使该方法更具通用性,本文对该方法进行了再次的改进、升级。本文的研究表明:(1)改进的群集算法能够产生更好的群集效果;(2)基于宣传者的群集方法不仅能够产生较好的群集效果,而且有效的解决了由不完全信息带来的不利影响。仅通过一个知情智能体(宣传者),也能使大多数智能体跟踪到群体目标;(3)改进的基于宣传者的群集方法更具通用性。

关键词： 准噶尔盆地   百口泉组   碳氧锶同位素   流体包裹体   元素地球化学   成岩流体  

摘要： 准噶尔盆地作为我国西部内陆最重要的含油气盆地之一,蕴含着丰富的油气资源。玛北斜坡区地处盆地较为富烃的玛湖凹陷西环带,毗邻乌夏、克百断裂带,是盆地最有潜力的油气产区,得益于三叠纪西北缘发育的大型逆冲推覆和通源断裂体系,使玛北斜坡区具备优越的成藏条件。本文以准噶尔盆地玛湖凹陷地区百口泉组为研究对象,在资料查阅、野外调研的基础上,应用偏光显微镜镜下观察、薄片染色、碳酸盐胶结物碳氧锶同位素、流体包裹体显微测温以及成分分析、微量元素、稀土元素等测试分析手段,对玛北地区百口泉组储层砂砾岩岩石学特征、碳酸盐胶结物赋存状态及形成期次、碳氧锶同位素特征、流体包裹体均一温度、盐度、成分以及元素地球化学特征方面进行研究,探讨储层成岩过程中成岩流体的来源以及特征。玛北斜坡区百口泉组岩石类型以岩屑砂岩为主,岩屑长石砂岩次之。石英、长石等碎屑颗粒表面可见碎裂现象以及碎屑颗粒间的凹凸接触,表明成岩早期压实作用程度较高。长石颗粒表面及边缘溶蚀现象显著,形成了溶蚀次生孔隙,为油气等流体运移和保存提供了条件。研究区存在三期碳酸盐胶结物,根据赋存状态及沉淀形式分为第一期方解石胶结物、第二期铁方解石胶结物以及第三期铁白云石胶结物。δC的值为-47.23‰～3.88‰,平均值为-17.59‰,δO为-23.64‰～-17.98‰,平均值为-20.89‰,揭示有烃类流体注入从而提供碳源;古盐度19.79～124.06,整体为淡水沉积,古温度介于111.83℃～146.75℃之间,温度偏高指示有深部热流体参与,划分成岩阶段为中成岩阶段A期。Sr/Sr比值范围为0.705827～0.707244,平均值为0.706513,低于同期海水的Sr/Sr比值,指示具贫放射性锶的幔源流体及携带火山物质的流体参与成岩过程,抹除了陆源锶的高值特征。综合分析认为,油源流体注入的同时伴随着热液流体,温度升高使有机质成熟而热解脱羧致使流体环境转为酸性,对长石、自生碳酸盐矿物等性质不稳定矿物发生溶蚀作用产生次生孔隙,为成岩流体的运移提供条件。研究区流体包裹体主要存在气液两相包裹体、单相包裹体、含子矿物三相包裹体。对气液两相包裹体显微测温,表明均一温度主要存在80～90℃、100～120℃两个峰值,对应两期烃类流体充注。对包裹体进行激光拉曼光谱测试,可见包裹体气相成分为CO、N、CH,液相成分为HO。包裹体成分、温度表明研究区存在低成熟、高成熟两期烃类流体,揭示两期烃类流体分别来源于三叠纪末的早期低成熟油及早白垩纪的晚期高成熟油。对研究区微量元素、稀土元素分别进行上地壳标准化、球粒陨石标准化后发现部分微量元素相对富集、亏损的现象;稀土元素表现为右倾的轻稀土富集模式。通过多种地球化学元素参数判定古沉积环境主要具氧化、低盐度、气候湿润等特征。