DVB改性超疏水纤维膜及其在膜蒸馏中的应用

以安全无毒的低能量单体二乙烯基苯(DVB)取代1H,1H,2H,2H-全氟癸基丙烯酸酯(PFDA),作为引发式化学气相沉积的前驱材料,成功地将通过静电纺丝技术制备的聚丙烯腈(PAN)纤维膜由亲水膜改性为超疏水膜,并应用于膜蒸馏中.采用扫描电镜、接触角测定仪、水力穿透压测试装置、原子力显微镜等对改性前后纤维膜的表面形貌、润湿性、水力穿透压、厚度变化等参数进行表征.将改性后的纤维直径在0.23～0.81μm的PAN纤维膜用于气隙式膜蒸馏实验.结果表明,静电纺丝纤维膜呈无纺结构,疏水化改性后纤维膜形貌无明显变化,料液侧与渗透侧温差为13～59℃时,渗透通量为1.5～22kg/(m2·h),脱盐率均在99.9%以上.随着纤维丝直径的减小,孔隙率、水接触角,以及水力穿透压均有所增加.纤维直径对膜蒸馏过程中的渗透通量、脱盐率和水力穿透压起到重要作用.     

碳纤维复合材料 (CFRP) 孔隙的形态特征

对碳纤维复合材料内孔隙的微观形态进行了观察和图像分析,并对孔隙的形态特征进行了统计分析。结果表明,在碳纤维复合材料中孔隙大多发生在层间,而且会沿层间发展,孔隙的面积和长度都会随孔隙率的增加而增加。孔隙率越大孔隙的宽长比越小,形状越细;而孔隙率越小孔隙的宽长比则越大,形状更加接近圆形,而且分布比较分散。      

静电增强纤维动态过滤的理论研究

为了推导、预测滤料间有外加静电场时过滤器效率和压降的变化并且分析各参数如纤维厚度、颗粒直径、电场强度对效率和阻力的影响,提出了建立在D．Thorns建立的数学模型的基础上的静电增强纤维动态过滤效率和压降的计算方法,首先计算了单纤维的过滤效率和压降,然后计算纤维过滤器稳定状态的过滤效率和压降,从而计算了纤维过滤器动态过滤时的效率和压降,得出了重要结论：粒子直径越小,压力损失越大；电场强度越大,过滤效率越大,压力损失越小；增加纤维厚度能显著提高过滤器的过滤效率。     

微乳液-中空纤维膜萃取钕的工艺研究

提出了一种新的膜分离过程即非离子W/O型微乳液-中空纤维膜萃取,所用非离子型微乳液体系为(OP-7 OP-4)/苯甲醇/D2EHPA/煤油/盐酸.在不同微乳液流速、料液流速、微乳液内相盐酸浓度、料液浓度、以及不同中空纤维膜数等条件下进行了微乳液-中空纤维膜逆流萃取Nd3 的研究.结果表明,微乳液和料液流速越小,萃取率越高,内相富集倍数越大.微乳液内相盐酸浓度越大,萃取率越高,但富集倍数反而减小.料液初始浓度越小,萃取率和富集倍数越大.当微乳液流速为6 mL/min、料液与微乳液流速比为3∶1、微乳液内相盐酸浓度为4 mol/L、料液浓度为200 mg/L时,经过微乳液在三个中空纤维膜萃取器中的串联萃取,Nd3 的萃取率达96.3%,内相Nd3 浓度为4238 mg/L,是萃余料液浓度的572.7倍,内相富集倍数为21.2.膜萃取过程与膜溶剂萃取相比对Nd3 有更高的萃取效率.     

新型板框气隙式膜蒸馏组件流场的CFD数值模拟

利用计算流体力学(CFD)软件,构造三维计算模型,对新型的热量回收板框气隙式膜蒸馏组件内部热质传递过程进行研究.分别考察了不同进料温度、流速和操作真空度条件下模型内部流体温度分布情况.模拟结果表明:提高进料侧料液流速或者减小渗透侧真空度,在同一位置的膜表面温度均增加;渗透侧换热中空纤维从下至上壁面温度呈现递增的趋势,各层中空纤维外表面温度均存在差异,距离膜侧位置越近,中空纤维表面温度越高.研究发现,在不同条件下渗透侧底部区域的蒸汽温度大于热料液主体温度,不利于膜蒸馏过程和热量回收利用;当增加料液温度或者下游侧真空度时,有效膜蒸馏面积增大.结果揭示了新型组件内部直观的参数分布规律,为内部结构进一步优化奠定了基础.     

空泡在T型微通道中的分裂特性

在不同流速下通过精确控制空气和水的入口速度比,获得了不同体积的空泡.借助高速摄像系统记录产生的空泡在T型微通道分岔处分裂的全过程,并采用计算流体动力学对空泡运动过程进行数值模拟.分析了空泡体积和流场速度对空泡分裂特性的影响,从而得出空泡分裂的判据.结果表明:空泡在T型微通道中的分裂包含5种方式,与流场速度和空泡体积相关—流场速度越大,空泡体积越小,空泡发生分裂越剧烈;微通道尺度越小,流体黏性、表面张力以及流速对空泡分裂特性的影响越显著.     

聚四氟乙烯中空纤维膜的制备

通过聚四氟乙烯(PTFE)树脂糊料挤出和拉伸烧结成型方法,制备PTFE中空纤维膜.考察了拉伸倍数、温度和速度等拉伸工艺和烧结工艺对PTFE中空纤维膜的结构和性能的影响.实验结果表明,制膜参数中,随着拉伸倍数和温度的增加,平均孔径和孔隙率增加,泡点降低;随拉伸速度增大,膜平均孔径变小,泡点增加,拉伸速度对孔隙率的影响则呈现无规律变化;烧结可提高PTFE中空纤维膜的强度,孔径和孔隙率增加.PTFE中空纤维膜具有明显的非对称结构.     

多喷头熔体静电纺制备PET纤维膜工艺分析

采用多喷头熔体静电纺技术制备聚对苯二甲酸乙二酯(PET)纤维膜,采用正交试验法分析了主要纺丝工艺参数(纺丝电压、纺丝距离、纺丝温度和挤出气压)对所纺纤维直径和单位时间内纤维产量的影响。实验表明,纺丝电压对所纺纤维直径影响较大,电压越大,纤维直径越小,单位时间内纤维产量越大;纺丝距离减小,所纺纤维直径相应减小,单位时间内纤维产量有所提高;纺丝温度对纤维产量和直径影响相对较小;挤出气压对单位时间内纤维产量有显著影响,挤出气压的增大会增加纤维产量,但同时会增大纤维直径。     

不同因素对白萝卜差压预冷效果的影响

为研究不同因素对白萝卜差压预冷的效果,引入Pearson相关系数及正交试验法,计算得到白萝卜差压预冷过程中温度和均匀度二者相关度较高,Pearson相关系数绝对值为0.875。基于正交试验法,以降温速率和冷却均匀度为评价指标,计算并分析可得:对降温速率的影响程度由大到小的因素依次为孔隙率、送风温度、开孔率、风速;对冷却均匀度的影响程度由大到小依次为送风温度、孔隙率、风速、开孔率。正交试验结果表明:送风温度越小、风速和开孔率及孔隙率越大,降温速率越大;送风温度和孔隙率越大、风速和开孔率越小,均匀度越小。实验的优化预冷条件为:送风温度3℃、风速0.32 m/s、包装箱开孔率0.08、孔隙率0.48。     

Kevlar49单丝和单束的随机破坏及有限元模拟

为研究不同尺度下Kevlar49单丝(微观)和单束(细观)的拉伸力学性能,首先,分别采用MTI微型拉伸试验机和MTS微机控制电子万能试验机对纤维丝和纤维束进行了单向拉伸试验,发现纤维丝和纤维束的力学性能与试样的标距及结构尺度存在很大相关性,试样的拉伸强度会随着其标距的增加和结构尺度从纤维丝增大到纤维束而降低;随后,按照Weibull分布对试验数据进行统计分析,量化了不同标距下纤维丝和纤维束拉伸强度的随机变化程度;接着,考虑到纤维丝的拉伸强度符合Weibull分布随机破坏,利用ANSYS中的用户自定义子程序(USERMAT)建立了纤维丝本构模型;最后,采用纤维丝本构模型模拟纤维束的拉伸破坏行为,并讨论了关键参数对纤维束拉伸破坏行为的影响。结果表明:纤维束的模拟结果与试验结果吻合程度较好,所建模型可以较准确地预测纤维束的拉伸性能。      

聚能射流引爆带壳装药数值计算分析

为了分析聚能灭雷装药中的聚能射流速度引爆带壳装药的能力,应用有限元数值计算方法,以金属杆撞击起爆带壳装药模型,模拟聚能装药金属射流引爆带壳装药,分析不同直径金属杆以不同初速的初始条件侵彻不同厚度靶板,引爆带壳装药,并与held理论进行了比较。通过大量的数值计算,得到了不同直径金属杆引爆带壳装药的射流极限速度。分析结果表明,金属杆直径越小,held判据的k值越大,即引爆带壳装药需要的射流速度越大;held判据的k值越小,即引爆带壳装药需要的射流速度越小。所以,要保证射流在具有一定直径的前提下,并提高射流的速度,以达到起爆装药的目的。     

聚能射流引爆带壳装药数值计算分析

为了分析聚能灭雷装药中的聚能射流速度引爆带壳装药的能力,应用有限元数值计算方法,以金属杆撞击起爆带壳装药模型,模拟聚能装药金属射流引爆带壳装药,分析不同直径金属杆以不同初速的初始条件侵彻不同厚度靶板,引爆带壳装药,并与held理论进行了比较。通过大量的数值计算,得到了不同直径金属杆引爆带壳装药的射流极限速度。分析结果表明,金属杆直径越小,held判据的k值越大,即引爆带壳装药需要的射流速度越大;held判据的k值越小,即引爆带壳装药需要的射流速度越小。所以,要保证射流在具有一定直径的前提下,并提高射流的速度,以达到起爆装药的目的。     

纤维形态对针刺非织造布吸声系数的影响

利用驻波管测试方法研究了几种不同截面异形度、不同细度与直径、不同周长比与比表面积,以及不同体积分数与空隙率纤维材料的吸声性能。实验结果表明,纤维异形截面在一定程度上影响材料吸声性能,而吸声系数受纤维异形度的影响较复杂,即异形度不是吸声系数的本质影响因素。纤维比表面积参数是影响吸声性能的本质因素,比表面积越大,气-固相声阻越大,而纤维细度即纤维平均直径与其比表面积成反比,故直径越大,吸声系数越小。纤维体积分数是影响吸声性能的又一本质因素,空隙率越小,体积分数越大,即孔洞越小,空隙率越小,吸声系数越大。     

真空膜结晶法结晶溶菌酶的实验研究

采用聚偏氟乙烯中空纤维微孔膜对真空膜结晶溶菌酶进行了实验研究.考察了膜下游真空度、蛋白质浓度、料液流速、添加剂、pH和离子强度对溶剂跨膜通量及溶菌酶晶体质量的影响.结果表明,真空度应控制在0.015 MPa左右;溶菌酶真空膜结晶的最佳浓度为20 mg/mL;结晶溶液的流速以288μm/s为宜;结晶溶液中加入一定添加剂如丙三醇、DMSO等,可以有效提高溶剂跨膜通量,改善晶体质量;在相同离子强度下,pH值越大膜通量越低,在不同的pH值下可以得到不同形状的晶体.     

纯水体系下纳滤膜分离过程热力学问题研究

采用NF270和GE DK纳滤膜,在不同压力、温度和pH条件进行纯水过滤试验,以测定不同条件下两种纳滤膜的膜通量,并研究不同条件下的纳滤膜渗透系数变化规律;构建纳滤膜渗透系数与热力学参数之间的关系式,计算两种纳滤膜的热力学参数,分析两种纳滤膜分离过程热力学原理.结果表明:两种纳滤膜的膜通量随着温度和压力的增加而增大,两种纳滤膜的渗透系数随着温度升高而增大,并随着压力和pH的变化呈现小幅波动;GE DK纳滤膜的活化能高于NF 270纳滤膜的活化能,分别为16.56kJ/mol和14.22kJ/mol.由此可知,在分离过程中GE DK纳滤膜比NF 270纳滤膜需更高的运行压力.     

引晶直径对扩肩形态影响的数值模拟及实验研究

引晶直径的大小直接决定晶结的导热能力,晶结导热能力的大小影响固液界面的凸出度.晶结直径越小,晶结导热能力越差,固液界面凸出度越小,而扩肩角越大,扩肩面的斜度越小,扩肩面趋于平缓;反之,晶结直径越大,晶结导热能力越强,固液界面凸出度越大,则扩肩角越小,扩肩面的斜度越大,扩肩面趋于陡峭.依据理论分析及CFD的模拟结果,对200 kg级晶体进行了引晶及长晶实验,结果显示,在同等长晶工艺条件下,随着引晶直径的增加其放肩界面变陡峭,验证了理论分析的正确性.     

炭纳米纤维在接近室温下对低浓度NO的催化氧化（英文）

采用聚丙烯腈(PAN)作为静电纺丝前驱体,通过静电纺丝法制备了炭纳米纤维,经预氧化和炭化处理,得到了孔隙率高、比表面积大的PAN基炭纳米纤维(PCNFs)。通过控制前驱体溶液的浓度,可以得到不同直径的PCNFs。制备的样品在室温(20℃)下能去除低浓度的NO (5×10~(-5))。结果表明,炭纳米纤维的微观结构可以影响其对NO的催化性能。CNFs直径越小,微孔越发达,比表面积越大,吸附和催化氧化效果越好。     

真空度对膜法溶解氧解吸过程传质性能的影响

采用中空纤维膜组件对水中溶解氧脱除进行了实验研究,测定了不同操作条件下溶解氧浓度随时间的变化关系,重点考察了真空度对中空纤维膜组件传质系数的影响,并获得了传质准数关联式.研究结果表明,系统真空度对水中溶解氧的传递过程有重要影响,且真空度越高,溶解氧脱除效果越明显,传质系数越大,并进一步影响传质准数关联式.     

缝合参数对缝合泡沫夹芯结构复合材料VARTM工艺树脂充模的影响

对不同缝合参数的缝合泡沫夹芯结构复合材料真空辅助树脂传递模塑成型(VARTM)工艺进行数值模拟,研究了针距、行距、缝针直径、芯板厚度及纤维面板厚度等缝合参数对缝合泡沫夹芯结构复合材料VARTM工艺树脂流动充填的影响。结果表明,改变缝合行距对树脂的流动充填速度影响不大,缝合行距越大,树脂在下层纤维面板流动的同步性越差,制品出现空隙及干斑的可能性越大;缝合针距越小,树脂完成充填的时间越长;分别增加缝针直径和泡沫芯板的厚度,树脂完成充填时间呈线性增长,缝针直径越大,下层纤维面板树脂浸润效果越好;纤维面板厚度增加,树脂完成充填的时间变长,且相对于其他缝合参数,纤维面板厚度对树脂流动充填时间影响最大;缝合针距、泡沫芯板的厚度及纤维面板的厚度都不影响树脂在下层纤维面板的浸润效果。     

螺旋线对斜拉桥斜拉索横风向气动力和稳定性的影响

在斜拉索表面缠绕螺旋线能有效抑制斜拉索风雨激振现象,但却改变了斜拉索的气动外形。为了研究不同螺旋线参数对斜拉索气动稳定性的影响,该试验通过自行设计的斜拉索测振试验系统,在风洞中对直径为120 mm的斜拉索模型和25种螺旋线斜拉索模型进行了刚性模型测振试验。分析了各工况下斜拉索平衡位置和平均升力系数随雷诺数的变化规律。结果表明:在相同螺旋线直径下,螺旋线缠绕间距越小,斜拉索模型的升力越小、平衡位置偏移量越小;在相同缠绕间距下,螺旋线直径越大,斜拉索模型的平均升力越小、平衡位置改变量越小;当缠绕间距越小或螺旋线直径越大,改变另一个参数对平衡位置偏移量产生的影响越小;当螺旋线缠绕间距越大,平衡位置稳定性越差。