离子减薄仪技术改进及功能开发
Applied Physics 应用物理, 2018, 8(5), 234-239
Published Online May 2018 in Hans. https://www.360docs.net/doc/442145396.html,/journal/app
https://https://www.360docs.net/doc/442145396.html,/10.12677/app.2018.85029
Technical Improvement and
Functional Development of Ion
Beam Thinner
Shujing Jiao1, Feng Yang1, Daqiang Jiang1, Dongchuan Xue2
1College of Science, China University of Petroleum, Beijing
2CNOOC Research Institute, Beijing
Received: May 2nd, 2018; accepted: May 16th, 2018; published: May 24th, 2018
Abstract
Ion beam thinner is a kind of equipment to prepare samples of transmission electron microscope (TEM). The principle of Ion beam thinner is using the ionized argonto to bombard the surface of samples, then the samples are thinning down. Micro pores and micro fractures are storage space and circulation passage, and there is very important research value. The micro pores and micro fractures are so small, that they are difficult to be observed by scanning electron microscope (SEM) in conventional method of sample preparation. Some foreign researchers adopt the ion-milled equipment to process the surface of samples, to smooth the surface, and then it is easy to see the nano-pores and nano-fractures in the sample with SEM. At that time, there isn’t such equipment in China, so we transformed the Ion beam thinner, and realized the function of ion-milling of shale samples, and met the demand of shale gas research.
Keywords
Ion Beam Thinner, Ion-Milling Equipment, Functional Development, Shale, Pore, Scanning Electron Microscope (SEM)
离子减薄仪技术改进及功能开发
焦淑静1，杨峰1，姜大强1，薛东川2
1中国石油大学(北京)理学院，北京
2中海油研究总院，北京
收稿日期：2018年5月2日；录用日期：2018年5月16日；发布日期：2018年5月24日
焦淑静 等
摘 要
离子减薄仪是一种用来制备透射电镜样品的设备，其原理是利用被电离的氩离子轰击样品表面，从而使样品减薄，达到透射电镜观察要求。页岩中的微孔隙及微裂缝是页岩气储存空间及流通通道，有重要的研究价值，然而页岩中的孔隙微小，多为纳米级，用传统的制样方法很难观察到。国外一些研究人员采用氩离子抛光制样方法，成功地观察到了页岩中的纳米级孔隙，由于国内当时还没有此类设备，我们把我实验室原有的离子减薄仪进行开发，成功地实现了氩离子抛光的功能，满足了科研需求。
关键词
离子减薄，氩离子抛光，功能开发，页岩，孔隙，扫描电镜
Copyright ? 2018 by authors and Hans Publishers Inc.
This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). https://www.360docs.net/doc/442145396.html,/licenses/by/4.0/
1. 离子减薄仪功能开发背景
页岩气是从页岩层中开采出来的一种非常重要的非常规天然气资源，在世界范围内广泛分布，美国最先对页岩气进行开采，并取得巨大的成功，中国的页岩气资源储量丰富，具有较大的资源潜力和勘探开发前景[1] [2] [3] [4]。页岩气以自生自储的方式存在于页岩的微小孔隙及裂缝中，所以页岩中的微孔隙及微裂缝为页岩气开采评价的重要研究内容。
页岩中孔隙多为纳米级，由于样品表面凹凸不平，使用常规制样方法很难用扫描电镜观察到这些孔隙。国外研究人员采用一项技术，先用机械方法把样品表面磨平，然后把样品放入氩离子抛光仪中，对样品表面进行抛光，抛光后的样品表面光滑平整，能够比较容易地用扫描电镜观察其中的孔隙[5] [6] [7] [8]。当时对氩离子抛光设备的需求非常强烈而且紧迫，然而国内还没有单位引进该类设备，我们决定对我实验室原有的离子减薄仪进行改造，使其实现氩离子抛光功能。
沈阳华业LJB-1A 型离子减薄仪是我实验室2009年购置的设备(如图1所示)，作用是对样品进行减薄，以满足透射电镜观察要求，由于与该设备同时购置的还有一台进口的离子减薄仪，其利用率并不高。
2. 设备功能开发过程
离子减薄仪的工作原理是：利用高压对氩气进行电离，电离后的氩离子在电场作用下，轰击样品表面，样品在氩离子的不断轰击下逐渐减薄，直至满足透射电镜观察要求。氩离子抛光仪与离子减薄仪工作原理一致，也是用氩离子轰击样品表面，使样品表面变的光滑平整，所以设备基本结构不需要改动。
离子减薄仪专门为制备透射样品而设计(透射电镜样品为直径3 mm ，厚度几个微米的薄片)，为了满足设备工作条件，扫描电镜样品需要进行预处理，首先把样品切割成1 mm 厚的薄片，再用砂纸对样品表面进行打磨，对样品表面打磨时，砂纸选择要由粗到细，最后的砂纸目数为2000~3000目。
透射电镜样品尺寸很小，样品要粘在载片中间的小孔上。扫描电镜观察的样品尺寸比透射样品大的多，为了提高效率，我们一次可以多放几个个样品，用热熔胶固定在样品台上(如图2所示)。接下来的工作是调整工作参数，包括电压、氩离子流，样品倾角、抛光时间等。增加工作电压和氩离子流可以提高抛光效率，但是这两个参数过高容易对样品造成损伤；样品倾角大，抛光面积小，效率高，样品倾角小，
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焦淑静 等
Figure 1. Picture of ion beam thinner 图1. 离子减薄仪设备照片
Figure 2. Sample holders, the left one is a holder without sample, the middle one is a holder with a TEM sample, the right one is a holder with 3 shale samples
图2. 样品载片，左边第一个是空白载片，第二个是装有透射电镜样品的载片，第三个是装有页岩样品的载片
抛光面积大，但是效率低。经过反复调整参数，发现当电压为5 KV ，氩离子流100 μA ，样品倾角5?，抛光时间7小时抛光效果最佳。
3. 实际应用效果
抛光后的样品拿到扫描电镜下观察，样品表面平整，孔隙清晰可见，抛光效果达到国外进口设备水平，实现了观察页岩中微小孔隙的目的。未进行氩离子抛光的样品，表面凹凸不平，页岩中的微小孔隙及裂缝被掩盖(如图3所示)，抛光后的样品表面光滑平整，可见有机质及矿物质的分布情况。抛光后的样品适合用背散射模式观察，背散射模式利用平均原子序数衬度成像，原子序数越高，亮度就越高[9] [10]。图4中黑色为有机质(主要成分是C ，原子序数最低)，白色为黄铁矿(成分是FeS 2，平均原子序数最高)，灰色为碳酸盐及硅酸盐类矿物[11] [12] (原子序数介于有机质和黄铁矿之间)。图5和图6是抛光后的样品的表面形貌，微裂缝及微孔隙清晰可见。
焦淑静 等
Figure 3. The surface of shale sample without ion-milling is rough 图3. 样品进行氩离子抛光前扫描电镜图片表面凹凸不平
Figure 4. The surface of shale sample after ion-milling is smooth 图4. 样品氩离子抛光后，扫描电镜图片表面光滑平整
Figure 5. The micro pores can be seen in the sample after ion-milling 图5. 抛光后样品表面的微孔隙
焦淑静 等
Figure 6. The micro cracks can be seen in the sample after ion-milling 图6. 抛光后样品表面的微裂缝
4. 作用及意义
页岩气是一种重要的非常规油气资源，21世纪美国页岩气开发取得突破性进展，实现大规模工业化开采，使美国一改天然气大举进口的局面，实现全面的自给自足，还有望成为液化天然气出口国。我国蕴藏丰富的页岩气资源，但我国的页岩气开采难度更大，页岩气层深度比美国深得多，目前勘探开发还处于初级阶段，还有许多基础研究工作有待开展，其中作为页岩气储存空间及流通通道的微孔隙及微裂缝有着重要的研究价值。我们对离子减薄仪进行功能开发，实现了页岩样品的氩离子抛光，并成功地用扫描电镜观察到了页岩中各种类型的微孔隙及微裂缝，为对页岩进行深入研究提供了一个有效手段。对离子减薄仪进行功能开发，满足了科研对氩离子抛光仪的急需，同时提高了设备利用率，增加了实验室的服务项目。
参考文献
[1] 张金川, 徐波, 聂海宽, 等. 中国页岩气资源勘探潜力[J]. 天然气工业, 2008, 28(6): 136-140.
[2] 张雪芬, 陆现彩, 张林晔, 等. 页岩气的赋存形式研究及其石油地质意义[J]. 地球科学进展, 2010, 25(6):
597-603. [3] 江怀友, 宋新民, 安晓璇, 等. 世界页岩气资源与勘探开发技术综述[J]. 天然气技术, 2008, 2(6): 26-30. [4] 徐建永, 武爱俊. 页岩气发展现状及勘探前景[J]. 特种油气藏, 2010, 17(5): 1-7.
[5] Schieber, J. (2010) Common Themes in the Formation and Preservation of Intrinsic Porosity in Shales and Mud-stones-Illustrated with Examples across the Phanerozoic. SPE Unconventional Gas Conference , Pittsburgh, Pennsylva-nia, USA, 23-25 February 2010, SPE-132370. [6] Reed, R.M. and Loucks, R.G. (2007) Imaging Nanoscal Pores in the Mississippian Baenett Shale of the Northern Fort
Worth Basin. AAPG Annual Convention Abstracts , 16, 115. [7] Milner, M., McLin, R. and Petriello, J. (2010) Imaging Texture and Porosity in Mudstones and Shales: Comparison of
Secondary and Ion-Milled Backscatter SEM Methods. SPE Canadian Unconventional Resources & International Pe-troleum Conference , Calgary, Alberta, Canada, 19-21 October 2010, SPE-138975. https://https://www.360docs.net/doc/442145396.html,/10.2118/138975-MS [8] Daniel, J.K.R. and Bustin, R.M. (2009) The Importance of Shale Composition and Pore Structure upon Gas Storage
Potential of Shale Gas Reservoirs. Marine and Petroleum Geology , 26, 916-927. https://https://www.360docs.net/doc/442145396.html,/10.1016/j.marpetgeo.2008.06.004 [9] 焦淑静, 韩辉, 翁庆萍, 等. 页岩孔隙结构扫描电镜分析方法研究[J]. 电子显微学报, 2012, 31(5): 432-436. [10] 焦淑静, 张慧, 薛东川. 泥页岩样品自然断面与氩离子抛光扫描电镜制样方法的比较与应用[J]. 电子显微学报
,
焦淑静等
2016, 35(6): 544-549.
[11]张慧, 李小彦, 郝琦, 等. 中国煤的扫描电子显微镜研究[M]. 北京: 地质出版社, 2003.
[12]张慧, 焦淑静, 庞起发, 等. 中国南方早古生代页岩有机质的扫描电镜研究[J]. 石油与天然气地质, 2015, 36(4):
675-680.
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超空泡减阻技术简介
超空泡减阻技术简介 超空泡是一种物理现象，当物体在水中的运动速度超过185千米/小时后，其尾部就会形成奇异的大型水蒸气沟，将物体与水接触的部分包住，物体接触的介质就由水变成了空气，由于空气密度只有水的1/800，因而就能大幅减少物体所受阻力，物体表面会形成大型空气泡，这就是“超空泡化现象”。 超空泡技术就是在艇体表面和水之间产生一个气体空腔，因此减小了阻力，增大了艇的航速。超空泡现象很长时间一直是令造船工程师们头痛的事，因为超空泡现象经常会在高速旋转的螺旋桨叶片表面产生而使螺旋桨高速“空转”从而损坏螺旋桨叶片。 超空泡技术概述 当航行体与水之间发生高速相对运动时，航行体表面附近的水因低压而发生相变，形成覆盖航行体大部分或全部表面的超空泡。形成超空泡之后，航行体将在气体中航行，由于航行体在水中的摩擦阻力约为在空气中摩擦阻力的850倍，因此，超空泡技术的应用可以使水下航行体的摩擦阻力大幅减小，从而使鱼雷等大尺度水下航行体的速度提高到100m/s的量级，使水下射弹等小尺度水下航行体的航速提高到1000m/s的量级。 超空泡发展过程 当航行体在流体中高速运动时，航行体表面的流体压力就会降低，当航行体的速度增加到某一临界值时，流体的压力将达到汽化压，此时流体就会发生相变，由液相转变为汽相,这就是空化现象。随着航行体速度的不断增加，空化现象沿着航行体表面不断后移、扩大、进而发展成超空化。其发展过程一般可以分为四个状态：游离型空泡、云状空泡、片状空泡和超空泡。 超空泡形成方法 超空泡分为自然超空泡和通气超空泡两种，形成超空泡一般有三种途径： 1）提高航行体的速度； 2）降低流场压力； 3）在低速情况下，利用人工通气的方法增加空泡内部压力。前两种方法形成的为自然超空泡，最后一种方法所得到的就是所谓的通气超空泡。 现有的减阻技术 脊装表面减阻，微气泡减阻，复合材料减阻，超空泡减阻技术。而水下超空泡武器是一种新概念武器，基于这种新概念、新原理设计的水下超空泡武器，其运动速度极高，且不受水声对抗器材的干扰，从而大大提高了水下武器的突防能力。 前苏联海军很早在七十年代就发展了火箭推进的“风雪”超空泡代号为BA－Ⅲ的“暴风”超高速鱼雷，航速已达到370公里/小时（约200节），其气泡一是利用超高速自行产生，二是把鱼雷发动机的尾气引到前面放出。超空泡潜艇的主要问题一是控制运动方向困难，二是气泡长时间的产生。德国正在研究开发的超空泡鱼雷用变换头部来控制运动方向，但是潜艇不太可能变换头部。然而美国人宣称已经解决控制运动方向和长时间产生气泡这两个问题，估计美国的潜艇是用调节气泡喷头的方法来操纵潜艇
20CrMnTi钢的位错密度及晶体结构
文章编号:1671-5497(2004)01-0031-04 收稿日期:2003201225. 基金项目:“九五”国家科技攻关资助项目(962A22203202). 作者简介:程万军(1963-),男,吉林长春人,讲师,博士研究生.E -mail :wjylover @https://www.360docs.net/doc/442145396.html, 20CrMn Ti 钢的位错密度及晶体结构 程万军1,高占民2,黄良驹2 (11吉林大学材料科学与工程学院,吉林长春 130025;21吉林大学辊锻工艺研究所,吉林长春 130025) 摘 要:采用X 射线衍射法及新的线性分析理论,准确地测量了不同应变量时20CrMn Ti 钢的 位错密度,分析了应变量与位错密度的关系。结果表明:位错密度随变形量的增加而提高,退 火状态时位错密度较低。透射电镜试验证明了20CrMn Ti 退火后的组织为铁素体和珠光体, 晶内位错表态为“曲折”形的位错线,变形后形成胞状结构,同时有孪晶出现。胞状结构的出现 大大提高了钢的强度。关键词:20CrMn Ti 钢;X 射线衍射;位错密度;晶体结构;位错形态中图分类号:TG144 文献标识码:A Determination of dislocation densities and crystal structure on 20CrMnTi steel CHEN G W an 2j un 1,GA O Zhan 2m i n 2,HUA N G L iang 2j u 2 (1.College of M aterial Science and Engineering ,Jilin U niversity ,Changchun 130025,China ;2.Roll Forging Institute ,Jilin U niversity ,Changchun 130025,China ) Abstract :Dislocation densities in 20CrMn Ti steel under different sizes of strain were determined exactly by X 2ray diffraction method and a new profile analysis theory.The relation of strain and dislocation densities was analyzed.The results show that the increase of dislocation density is accompanied by the increase of deformation amount.The dislocation density has lower value when the steel is annealed.TEM tests prove that 20CrMn Ti become ferrite and pearlite after annealing.Intragranular dislocation appears as zigzag dislocation line and comes into being cell structure with the appearance of twin crystals after deformation.Cell structure improves the strength of steel greatly. K ey w ords :20CrMn Ti steel ;X 2ray diffraction ;dislocation densities ;crystal structure ;dislocation mode 自从1934年由Taylor ,PoLanyi 和Orowan 3人几乎同时将位错概念引入晶体中并与晶体的不均匀滑移变形相联系以来,位错理论已成为分析金属材料许多重要行为(特别是力学行为)的理论依据。虽然实际金属中位错非均匀分布,且强化常常取决于位错的局部交互作用,但仍以平均位错密度来表征对基体的强化作用,故准确测量具体金属中的位错密度有实用意义。本研究采用X 射线衍射法和新的线形分析理论[1～5],测定了不同变形条件下的位错密度,并分析了影响位错密度的因素。为了深入研究冷塑性变形的强化机制,利用透射电子显微镜对其晶体结构和位错组态进行了研究[6～8]。 第34卷 第1期 吉林大学学报(工学版) Vol.34 No.12004年1月Journal of Jilin University (Engineering and Technology Edition ) Jan.2004
无人机机翼减阻技术研究
American Institute of Aeronautics and Astronautics 1 Drag Reduction of Light UA V Wing with Deflectable Surface in Low Reynolds Number Flows Masoud Darbandi * and Ali Nazari ? Sharif University of Technology, Tehran, P.O. Box 11365-8639, Iran Gerry E. Schneider ? University of Waterloo, Waterloo, Ontario, N2L 3G1, Canada The most effective approach to drag reduction is to concentrate on the components that make up the largest percentage of the overall drag. Small improvements on large quantities can become in fact remarkable aerodynamic improvements. Our experience shows that the use of light material in constructing human-powered airplanes and unmanned-air-vehicles UAVs has a few side effects on the aerodynamic characteristics of their wings. One important side effect is the unwanted deflection on wing shell. It is because of high flexibility and low solidity of the light material, which covers the wing skeleton. The created curvature has direct impact on the separation phenomenon occurred over the wing in low Reynolds number flows. In this work, we numerically simulate the flow over a UAV wing with and without considering the generated deflection on its shell. It is shown that the curvature on the wing surface between two supporting airfoil frames causes total drag coefficient reduction. Indeed, this drag reduction is automatically achieved without benefiting from additional drag-reduction devices and/or drag-reduction considerations. The current investigation has been conducted on a UAV wing with fxmp-160 airfoil section. This airfoil normally provides high lift coefficient in low Reynolds flows because of having suitable camber. The drag of a wing with this airfoil section can be reduced by the proper usage of low weight material as its wing shell providing that the wing shell deflects between its supporting frames during stretching the shell in manufacturing stage. Nomenclature α = angles of attack C d = total drag coefficient C dp = profile drag C ds = skin friction drag C l = two-dimensional lift coefficient C L three-dimensional lift coefficient L/D = lift-drag ratio Re = Reynolds number I. Introduction RAG reduction is one of the major objectives to the air vehicle designers and manufacturers 1. The study of air vehicles at their cruise shows that there are two main sources of drag force including lift-induced and skin-friction drags. It is reported that these two sources of drag are approximately one-third and one-half of the total drag, respectively, in civil transport aircraft. Reneaux 2 emphasizes that hybrid laminar flow technology and innovates wing tip devices offer the greatest potential for drag reduction. With respect to lift-induced drag, the classical way to reduce drag has been to increase the wing aspect ratio, which is automatically provided in UAV wings. However, for the wings with low aspect-ratio, it is suggested to use various winglet devices such as wing tip sails, wing grid, * Associate Professor, Department of Aerospace Engineering. ? Graduate Student, Department of Aerospace Engineering. ? Professor and Chair, Department of Mechanical Engineering, AIAA Fellow. D 3rd AIAA Flow Control Conference 5-8 June 2006, San Francisco, California AIAA 2006-3680
船舶节能技术的最新发展
目录 目录 (1) abstract (3) 第一章绪论 (4) 1.1 研究目的与意义 (4) 1.1.1 研究目的 (4) 1.1.2 研究意义 (5) 1.2 船舶技术节能潜力与特点 (5) 1.2.1 船舶节能潜力 (5) 1.2.2当前船舶节能技术的特点 (5) 二、船舶节能技术取得的进步 (5) 2.1 节能推进器 (5) 2.1.1低速柴油机 (5) 2.1.2 中速柴油机 (6) 2.1.3正反转螺旋桨 (6) 2.2节能附件 (6) 三、节能型船型的设计 (6) 3.1 小水线面双体船型 (6) 3.2 双艉鳍船型 (7) 3.3 球艉和球鼻艏船型 (7) 3.4 非对称尾船型 (7) 四、节能措施 (7) 4.1 减少船舶阻力 (7) 4.1.1减阻球鼻 (7) 4.1.2 球艉船型 (7) 4.1.3微气泡减阻 (8) 4.1.4采用船尾附体(如加鳍、导流管等) (8) 4.1.5 减少船体的粗糙度 (8) 4.2 提高推进效率 (9) 4.2.1 舵球 (9) 4.2.2 扭曲节能舵 (9) 4.2.3 桨前导流鳍 (9) 4.2.4 桨后自旋助推叶轮 (9) 4.2.5 新型的高效推进器 (9) 4.3 采用混合动力装置 (10) 4.3.1 混合动力装置组成 (10) 4.3.2 混合动力装置余热回收 (10) 4.3.3 热能回收系统的工作模式 (10) 4.3.4 混合动力装置的主要优点 (10) 4.4 绿色船舶 (11) 4.5 提高船舶操作运行技术 (12) 五、结论和展望 (14)
六、致谢 (14) 参考文献 (15)
船舶吃水差优化的研究
第19卷 第4期 中 国 水 运 Vol.19 No.4 2019年 4月 China Water Transport April 2019 收稿日期：2018-11-03 作者简介：戚可成（1972-），男，上海海华轮船有限公司高级轮机长。 船舶吃水差优化的研究 戚可成1 ，方剑益1 ，曾向明2 ，王 琦2 （1.上海海华轮船有限公司，上海 200080，2.上海海事大学，上海 200080） 摘 要：随着全球经济的快速发展，航运业也更加繁荣，与此同时，也带来了环境污染和能源逐渐枯竭的局面，为此，要提高船舶营运能效、节能减排。本文以”育明”轮为研究对象，通过仿真与试验结合，找出最佳吃水差。利用FLUENT 计算出计算船舶在不同吃水差下的阻力，通过船舶能效监控系统实时测出主机每海里油耗，并比较不同吃水差下船舶阻力的变化趋势和油耗的变化趋势，从中找出最佳吃水差，以供“育明”轮应用于实际航行，同时，也为其他营运船舶提供一个节能减排的新方法。 关键词：吃水差优化；船舶阻力；油耗 中图分类号：U674 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2019）04-0010-04 一、引言 根据国际海事组织（IMO）的统计，全球90%以上的贸易量都是由船舶运输来完成的，但是船舶在运输过程中也给环境带来了污染，如氮氧化物、硫氧化物、温室气体等，已经引起了国际社会的关注。其中，海上运输每年排放的温室气体超过1,000万t，占全球CO 2总排放量的2.7%左右[1]。 在此背景下，提高船舶能效、节能减排已势在必行。目前，航运界提出了多种节能减排的方法，如降速航行、航线优化、气泡减阻等。但是，这些方法都要增加船舶的投资资本或者是降低营运效率，并且这些方法对不同的船舶有不同的适应性，因此不能进行普遍推广。而调整船舶首尾吃水、改变吃水差，从而改变船舶在水中的航行姿态，降低船舶航行的阻力是一种相对简单而且具有普适性的船舶节能方法。 从国内外研究文献来看，1991年，王兴权等人[2]对“松林”号货轮做了纵倾的试验，并证实了通过调整船舶的纵倾状态可以节能；王伟等人[3]通过使用CFD 对KCS 船做了不同纵倾下的阻力预报，并从中得到船舶的最佳纵倾角和其节能效果；张剑在论文[4]中以46,000t 的油轮为研究对象，利用FLUENT 不同浮态下的船舶阻力进行计算，得出船舶处在艉倾3~4m 状态时的阻力最小，与平浮状态下相比可使航行阻力减少了2%；Subramani 和Paterson 等[5]对FF1052 和S60采用CFD 来计算船舶的阻力，然后将计算结果和实验结果对比，发现它们变化的趋势几乎一致，并且计算出的阻力最大值和实验中的最大值也很接近。 本文以“育明”轮为研究对象，使用通用流体计算软件FLUENT 计算船舶在不同吃水差下的阻力，并结合项目组研发的能效监控系统实测的主机油耗相对比，从中找出船舶在不同营运环境下的最佳吃水差，并提出吃水差优化的研究方法。 二、船舶吃水差 由于船舶装载的压载水、货物以及燃料使船舶的重心偏离船舶在正浮时的浮心位置，产生纵倾力矩，从而使船舶艏吃水与艉吃水不同[6]。 船舶的吃水差是指船舶的艏吃水d f 与艉吃水d a 的差，用t 表示，即： f a t =d d - （1） 当艏吃水大于艉吃水时，船舶的浮态为艏倾（Trim by bow）；当艏吃水小于艉吃水时，船舶的浮态为艉倾（Trim by stern）；当艏吃水等于艉吃水时，船舶的浮态为平浮（Even keel）。 船舶不同的吃水和不同的吃水差都会对船舶的航行性能产生重要的影响。如果船舶的艏倾过大，其首部甲板易上浪，舵叶和螺旋桨入水深度相对减小，如果遇到风浪，舵叶和螺旋桨易露出水面，形成飞车，导致船舶的航行稳定性变差，推进效率也降低。如果船舶的艉倾过大，不仅使首部底板容易受波浪拍打，船舶的操纵性会变差，驾驶台瞭望的盲区增加，还会使航速降低。 因此，船舶要保证在合适的吃水差下航行，如果调整的吃水差使船舶的阻力最小，主机每海里消耗的燃油量最小，能效营运水平最高，此时的吃水差被称为船舶最佳吃水差。 在通常情况下，计算船舶的首尾吃水时可以用下式近似求取： 0.5f m d =d +t （2） 0.5a m d =d t - （3） 除了可以用吃水差t 表示船舶的纵倾状态，还可以用纵倾角φ来表示船舶的纵倾状态，其中纵倾角φ要满足： tan t φ= L （4） 三、建模与计算 1．建立船舶模型
船用气泡减阻技术发展
船用气泡减阻技术发展
船用气泡减阻技术发展 早在十九世纪30年代俄国和瑞典科学家就提出设想：在运动船舶的船体外表面和水之间，引入空气和排气形成气幕，可以大幅减少运动船舶总阻力。然而，这一设计思想在工程技术实践中却并不容易实现。因此，目前真正用于实船的仅为俄罗斯等极少数国家。 气泡船（air cavity craft）也有称作空气润滑船（air-lubricated-hull craft）或气浮船（air ride express）的，它是高性能船型中的一种。其工作原理是把空气引入船底，在船底表面形成气水混合的两相流，从降低液体粘性系数的角度来减小艇体的摩擦阻力，达到高速航运的目的。 1949年底，瑞典哥德堡船模试验池的
Edstrand提出了气膜减阻原理，但由于空气会自由地飘离船体表面，无法形成气膜，试验没有取得成功。60年代后，各国对怎样锁定气膜进行了深入研究，基本上形成了两种思路。 第一种思路是在平底船上开设一个凹进 船底的平面，四周用板材围起来，在船底凹面内通以压缩空气，使大部分气体封存在船底，当然难免还有一小部分气体随船体的移动从 船底边缘逃逸出去。这类技术主要应用在低速运输船上，如驳船、货船和大型油船。在我国黑龙江水运科学研究所研究的垫气驳就属于 这一类，并于1982年在黑龙江航运的驳船上应用成功。在正常运营航速（Vs=9km/h）下，阻力可比原船型减小30%，而消耗在压缩空气上的功率只占总功率的3%，节能效果十分显著。 第二种思路是将船底下的一层薄薄的气 膜扩展成一个增压气室，最终将演变成侧壁式气垫船，成为另一类高性能船型。80年代以来，前苏联、法国、美国、澳大利亚、荷兰等
离子减薄仪技术改进及功能开发
Applied Physics 应用物理, 2018, 8(5), 234-239 Published Online May 2018 in Hans. https://www.360docs.net/doc/442145396.html,/journal/app https://https://www.360docs.net/doc/442145396.html,/10.12677/app.2018.85029 Technical Improvement and Functional Development of Ion Beam Thinner Shujing Jiao1, Feng Yang1, Daqiang Jiang1, Dongchuan Xue2 1College of Science, China University of Petroleum, Beijing 2CNOOC Research Institute, Beijing Received: May 2nd, 2018; accepted: May 16th, 2018; published: May 24th, 2018 Abstract Ion beam thinner is a kind of equipment to prepare samples of transmission electron microscope (TEM). The principle of Ion beam thinner is using the ionized argonto to bombard the surface of samples, then the samples are thinning down. Micro pores and micro fractures are storage space and circulation passage, and there is very important research value. The micro pores and micro fractures are so small, that they are difficult to be observed by scanning electron microscope (SEM) in conventional method of sample preparation. Some foreign researchers adopt the ion-milled equipment to process the surface of samples, to smooth the surface, and then it is easy to see the nano-pores and nano-fractures in the sample with SEM. At that time, there isn’t such equipment in China, so we transformed the Ion beam thinner, and realized the function of ion-milling of shale samples, and met the demand of shale gas research. Keywords Ion Beam Thinner, Ion-Milling Equipment, Functional Development, Shale, Pore, Scanning Electron Microscope (SEM) 离子减薄仪技术改进及功能开发 焦淑静1，杨峰1，姜大强1，薛东川2 1中国石油大学(北京)理学院，北京 2中海油研究总院，北京 收稿日期：2018年5月2日；录用日期：2018年5月16日；发布日期：2018年5月24日
顶管注浆减阻技术
顶管注浆减阻技术 近年来，顶管技术朝着大管径、长距离的施工方向发展。特别是在繁华大都市的市政建设项目中，长距离地下顶管技术以其独有的优势被广泛地应用。 然而由于我市土质多为亚粘土、沙性土，顶进中摩阻系数大而使顶进长度受到限制。所以开发新的减阻技术，是实现大管径、长距离顶进的关键。 1 长距离顶进的方法、减阻材料及工艺效果 目前实现顶管的长距离施工的技术保证措施，除了设置中继间外，更重要的是通过注浆工艺来减小管材与土壤的摩擦阻力。采用注浆工艺润滑、减阻后可以使顶距提高40％一70％。 减阻用的主要材料是膨润土和水。当膨润土与水混合后，由于水掺人膨润土中，膨润土在水中膨胀重量可以达到膨润土原重量的600％—700％。经搅拌储存呈凝状，在有外力作用下呈流动状态，这种材料注夹在管外壳与土壤之间，会大大降低管节推进的摩阻力。静止时泥浆有良好的稳定性。为使膨润浆液有良好的性能，在制浆过程中要适量加一些辅助原料：如纯碱、纤维素CMC、缓凝剂等。 膨润土又分为钙基膨润土和钠基膨润土，吸收钙离子多的为钙基，吸收钠离子多的为钠基膨润土，根据不同的土质选用不同的配方。通过施工我们总结发现：在沙性土中钠基膨润土减阻效果较明显，资料分析显示它比钙基膨润土多含一层极薄的硅酸盐，它与膨润土中的蒙脱石小
粒子结合中易形成空隙构造，从而使浆液膨润性增加。触变以后流动性好，静止下来有胶凝性与固化性。 高效钠基膨润土浆液配方是：膨润土24kg，水76kg，碱0.8kg。 在不同的土质和施工条件下，对减阻泥浆性能有不同的要求。在沙性土质中，土层易塌方，流沙与地下水压向整个管壁，普通浆液达不到减阻效果，如在淤流沙层内，土层无水板结，遇水成流沙，膨润土会被流沙层内的水稀释，减阻效果就差。在这种情况下，①、要提高浆液粘度；②、应掺入CMC经甲基纤维素，以提高浆液抗剪切能力及润溶性。配方中的纯碱可提高浆液稠度，增加钠离子改变土粒子水化性能，但若加倍过量投入会破坏浆液的性能。 将搅拌好的浆液放入储浆罐中，须经3—4h存储待膨润土颗粒充分吸水膨胀(吸水率2h，430％)方可使用。此时浆液性能几项指标约为：粘度80s，静切力21mg／cm2，pH值0.8—10，比重约为1.17。粘稠度适中，用木锨棒插入液中能立住。 应注意的是：各地生产的膨润土成分特性相差较大，使用前要取样做试验。 在被顶进的混凝土管材上预留3—4个注浆孔，用口径为1英寸(0.0 254m)的橡胶管与各注浆孔连接，接到主注浆管上，再用软管连接到注浆泵上，泵的一端连接到储浆罐上。 近些年由于顶管采用注浆减阻工艺使顶管工程的口径及顶距都有大幅度提高，最大管径和最大顶距分别达到2400mm和290m。 2 注浆工艺中的顶力、摩擦力确定
透射实验报告参考内容
实验3——TEM结构及组织观察 一、实验内容（5’） 1 学习透射电子显微镜的工作原理及基本结构 2 熟悉塑料-碳二级复型及金属薄膜的制备方法 3 学会分析典型组织的图像 二、实验目的及要求（5’） 1 熟悉透射电子显微镜的结构与工作原理 2 熟悉塑料-碳二级复型及金属薄膜的制备方法 3 了解透射电子显微镜的操作规程 4学会分析典型组织的图像 三、实验仪器设备（5’） 1 透射电子显微镜（型号：） 2 离子减薄仪，电火花切割机 3 真空镀碳膜仪，AC纸 4 超声波清洗仪，电吹风 5 试样 四、实验原理（10’） 透射电子显微镜是以短波长的电子束为照明源，用电磁透镜成像，并与特定的机械装置、电子和高真空技术相结合所构成的现代化大型精密电子光学仪器。 (一)透射电子显微镜的原理和特点 透射电子显微镜简称透射电镜，是一种电子束透过样品而直接成像的电镜。使用短波长的入射电子束与样品作用后产生的透射电子(主要是散射电子)为信号，通过电磁透镜将其聚焦成像，并经过多级放大后，在荧光屏上显示出反映结构信息的电子图像。
透射电镜的特点是分辨率高，已接近或达到仪器的理论极限分辨率(点分辨率0．2～0．3nm，晶格分辨率0．1～0．2 nm)；放大倍率高，变换范围大，可从几百倍到数十万倍(最高已达80万倍)；图像为二维结构平面图像，可以观察非常薄的样品(样品厚度为50 nm左右)；样品制备的超薄切片为主，操作比较复杂。透射电镜适用于样品内部显微结构及样品外形(状)的观察，也可进行纳米样品粒径大小的测定。 （二）透射电子显微镜的结构及作用 尽管近年来商品电镜的型号繁多，高性能多用途的透射电镜不断出现，但总体说来，透射电镜一般由电子光学系统、真空系统、电源及控制系统三大部分组成。此外，还包括一些附加的仪器和部件、软件等。 （1）电子光学系统：此系统包括电子枪，即电子发射源。电子枪系由阴极、栅极、阳极3个电极组成的静电系统，经50～120 KV的电压加速，成为高速电子流投向聚光镜。聚光镜的作用是将电子枪中射出的电子束聚焦，以最小的损耗递送到样品上。样品室的作用是承载样品。样品室还有一个气锁装置，使在更换样品后数秒钟内即可恢复至正常工作的真空状态。物镜是电镜的关键部件，它决定了电镜的分辨能力，对成像的质量起决定性作用。此外还有中间镜，结构和物镜类似，作用是将经物镜放大的电子像再作二级放大。位于中间镜之下的投影镜，是一个高倍率强透镜。此外就是成像的荧光屏和观察室以及照相装置。 （2）真空系统：电镜的镜筒空间部分是电子束的通道，不许有任何游离的气体存在，工作时必须要保持绝对真空。真空系统通常包括机械泵、空气过滤器、油扩散泵及排气管道等部件。 （3）供电系统：高性能的电镜供电系统包括安全系统、总调压器、真空电源、透镜电源、高压电源及辅助电源系统。 （4）为保证电镜正常工作，要求电子光学系统应处于真空状态下。电镜的真空度一般应保持在10-5Torr(1Torr=，这需要机械泵和油扩散泵两级串联才能
透射电镜粉末样品制备方法
一、样品要求 1．粉末样品基本要求 （1）单颗粉末尺寸最好小于1μm； （2）无磁性； （3）以无机成分为主，否则会造成电镜严重的污染，高压跳掉，甚至击坏高压枪； 2．块状样品基本要求 （1）需要电解减薄或离子减薄，获得几十纳米的薄区才能观察； （2）如晶粒尺寸小于1μm，也可用破碎等机械方法制成粉末来观察； （3）无磁性； （4）块状样品制备复杂、耗时长、工序多、需要由经验的老师指导或制备；样品的制备好坏直接影响到后面电镜的观察和分析。所以块状样品制备之前，最好与TEM的老师进行沟通和请教，或交由老师制备。 二、送样品前的准备工作 1．目的要明确：（1）做什么内容（如确定纳米棒的生长方向，特定观察分析某个晶面的缺陷，相结构分析，主相与第二相的取向关系，界面晶格匹配等等）；（2）希望能解决什么问题； 2．样品通过X-Ray粉末衍射（XRD）测试、并确定结构后，再决定是否做HRTEM；这样即可节省时间，又能在XRD 的基础上获得更多的微观结构信息。 3．做HRTEM前，请带上XRD数据及其他实验结果，与HRTEM老师进行必要的沟通，以判断能否达到目的；同时HRTEM老师还会根据您的其他实验数据，向您提供好的建议，这样不但能满足您的要求，甚至使测试内容做得更深，提高论文的档次。 三、粉末样品的制备 1．选择高质量的微栅网（直径3mm），这是关系到能否拍摄出高质量高分辨电镜照片的第一步；（注：高质量的微栅网目前本实验室还不能制备，是外购的，价格20元/只；普通碳膜铜网免费提供使用。） 2．用镊子小心取出微栅网，将膜面朝上（在灯光下观察显示有光泽的面，即膜面），轻轻平放在白色滤纸上； 3．取适量的粉末和乙醇分别加入小烧杯，进行超声振荡10~30min，过3~5 min 后，用玻璃毛细管吸取粉末和乙醇的均匀混合液，然后滴2~3滴该混合液体到微
梁雪-上大-FIB在锆合金氧化膜截面透射样品制备上的应用
FIB在锆合金氧化膜截面透射样品制备上的应用 梁雪，李强，黄昌军，刘仁多 （上海大学微结构重点实验室，上海，200444） 摘要：针对用于透射电镜观察的锆合金氧化膜截面样品制备较为困难的问题，介绍了氧化膜截面TEM样品的手工制备方法与过程，对比了应用双束型聚焦离子束（FIB）制备截面TEM 样品的优点。 关键词：聚焦离子束；氧化膜；截面TEM样品制备 Preparation of Cross-sectional TEM Samples of Oxide Films on Zirconium Alloy by FIB Liang Xue，Li Qiang，Huang Changjun，Liu Renduo (Key laboratory for microstructure, Shanghai University, 200444, China) Abstract: The preparation of transmission electron microscopy cross-section samples of oxide film on zirconium alloy is difficult。This paper introduce the manual preparation method of oxidation film of the cross-section TEM sample, and compared to the method by a dual beam focused ion beam (FIB)，to show the advantages of the sample preparation by FIB。 Key words: Focused ion beam；Oxide films；Cross-sectional TEM samples preparation 1 引言 锆合金是水冷核反应堆中燃料元件的包壳材料，其腐蚀行为主要受氧化膜生长速度的影响[1-2]。锆合金氧化膜的厚度仅为微米级或者更薄，对其微结构的研究十分困难，许多表征方法难以采用。透射电子显微镜分析（TEM）是锆合金氧化膜微结构研究的重要手段之一。采用扫描电子显微镜观察（SEM）锆合金氧化膜截面显微组织在样品制备方面相对容易，但由于氧化膜依附于锆合金基体生长，且通常具有择优取向和柱状晶生长等微结构特征，因而应用TEM分析锆合金氧化膜截面样品从基体到氧化膜外表面进行观察和研究，可以更好地了解锆合金的氧化过程。但是锆合金氧化膜的TEM截面样品制备过程较为繁杂，难以掌握。已有的文献主要介绍了Si基片上生长薄膜的TEM截面样品制备方法，对金属基片薄膜截面样品的制备方法介绍不多[3]。 聚焦离子束（FIB）技术是一种集形貌观测、定位制样、成分分析、薄膜淀积和无掩模刻蚀各过程于一身的新型微纳加工技术[4-5]。它突破了只能对表层成像和分析的局限，可以对样品进行三维的、表面下的观察和分析。主要可以在高精度定位下对目标样品提取及在纳米尺度上加工样品，如TEM样品及三维原子探针样品的制备。 本文以锆合金氧化膜为研究对象，详细介绍了其截面TEM样品的手工制备方法与过程，对比了应用双束型聚焦离子束（FIB）制备截面TEM样品的优点。 2 TEM样品手工制备过程 2.1粘样
减阻现象的发现和技术发展
减阻现象的发现和技术发展 在流体中加入少量高分子聚合物，能在湍流状态下降低流动阻力，这种现象称为高聚物减阻，加入其中用于降低流体流动阻力的化学添加剂称为减阻剂(drag reduction agent)，简称DRA。减阻剂是一种 分子量大于百万以上的线性结构的柔性高分子聚合物，在流体中加入了少量这样的聚合物，就会使输量增加，阻力减少。运用添加减阻剂的方法进行流体减阻是众多减阻技术种类中应用最多的方法。 高聚物的湍流减阻是非牛顿流动所有异常现象中具有技术经济 及科学意义的现象之一。对高聚物减阻的研究，有很高的经济价值，对国民经济和国防建设有着重要的作用。在工业部门大量应用的管道系统中，减小摩阻，就可以大大降低运行动力的消耗。在管道输送原油和成品油的应用，减少长输送管道的中间泵站，缩短码头的卸油时间，提高工作效率。至今，减阻现象的研究已成为一门涉及到流体力学、流变学、高分子化学和高分子溶液的新的边缘学科，减阻现象在工程中的应用也形成一门独特的综合性工程科学。 经过近30年的研究与应用实践，美国的ARCO石油公司、德国的BASF公司等都相继开发出了性能更好、成本更低的减阻剂，减阻应用技术也得到相应的发展。这些，都促使世界上许多原油、成品油管道采用这一技术以提高现有管道得输送能力，并且取得了可观的经济效益。例如，中东地区一条直径为1000nma的原油输送管道，最大输量 为12．4万m3／d。 油田产量增加后，需要扩大管道输送能力。经过进行修建复线和
采取加减阻剂两种增输方案的经济论证后，决定并采用了注入减阻剂减小管道摩阻压降，同时更换大排量离心输油泵的方法，在保证管输压力不大于管道最大工作压力的前提下，成功地使管道输量从12．4万m3／d增加到15．9万m3／d。美国墨西哥海湾一条直径为250ram的海底原油管道。在加入减阻剂后，使管道最大输量从6000万m3／d增加到8500万m3／d，取得极大的经济效益。 1980年初，浙江大学开始研制用于油品中的油溶性减阻剂，并于1984年合成出采用乙烯——丙烯共聚而成的高分子聚合物。这种减阻剂在实验室条件下，在煤油中的减阻效果达到了30％。同年，石油天然气管道科学研究院与成都科技大学合作，研制出主要成份为聚甲基丙烯酸高级酯的减阻剂，减阻效果达31％。1985年，浙江大学又研制出采用烯烃与乙烯共聚反应而成的另一类型减阻剂，减阻效果又有所提高。但以上成果都局限于室内小试合成的结果。为了能达到工业应用，进行了中试放大的工作，但由于原料提纯，聚合过程中的一些工艺问题，加之缺乏工程应用背景，中试没有达到预定结果。 减阻剂是一种减少液体管道内摩阻损失的化学制品，是高分子聚合物，属碳氢化合物。早在1944年，美国麻省理工学院就研究了能够减阻的物质。1947年美国海军研究院开始进一步的发展研究。在60年代后期，美国的生产厂家己开始对减阻剂进行研制生产。1979年美国Conoco公司生产的CDR减阻剂开始应用在横贯阿拉斯加的原油管道上。自80年代初以来，在世界范围内，海上、陆上有几百条输油管道都陆续应用了减阻剂。
船舶专业词汇
船舶专业词汇 a faired set of lines 经过光顺处理的一套型线a stereo pair of photographs 一对立体投影相片abaft 朝向船体 abandonment cost 船舶废置成本费用accommodation 居住（舱室） accommodation ladder 舷梯 adjust valve 调节阀 adjustable-pitch 可调螺距式 admiralty 海军部 advance coefficient 进速系数 aerostatic 空气静力学的 aft peak bulkhead 艉尖舱壁 aft peak tank 艉尖舱 aileron 副鳍 air cushion vehicle 气垫船 air diffuser 空气扩散器 air intake 进气口 aircraft carrier 航空母舰 air-driven water pump 气动水泵 airfoil 气翼，翼剖面，机面，方向舵 alignment chock 组装校准用垫楔 aluminum alloy structure 铝合金结构 American Bureau of Shipping 美国船级社amidships 舯 amphibious 两栖的 anchor arm 锚臂 anchor chain 锚链 anchor crown 锚冠 anchor fluke 锚爪 anchor mouth 锚唇 anchor recess锚穴 anchor shackle 锚卸扣 anchor stock 锚杆
angle bar 角钢 angle of attack 攻角 angle plate 角钢 angled deck 斜角甲板 anticipated loads encountered at sea 在波浪中遭遇到的预期载荷anti-pitching fins 减纵摇鳍 antiroll fins 减摇鳍 anti-rolling tank 减摇水舱 appendage 附体 artisan 技工 assembly line 装配流水线 at-sea replenishment 海上补给 augment of resistance 阻力增额 auxiliary systems 辅机系统 auxiliary tank 调节水舱 axial advance 轴向进速 backing structure 垫衬结构 back-up member 焊接垫板 balance weight 平衡锤 ball bearing 滚珠轴承 ball valve 球阀 ballast tank 压载水舱 bar 型材 bar keel 棒龙骨，方龙骨，矩形龙骨 barge 驳船 baseline 基线 basic design 基本设计 batten 压条，板条 beam 船宽，梁 beam bracket 横梁肘板 beam knee 横梁肘板 bed-plate girder 基座纵桁 bending-moment curves 弯矩曲线 Benoulli's law 伯努利定律 berth term 停泊期 bevel 折角 bidder 投标人