多孔氧化铝中气体的有效扩散系数

在两种氧化铝中 ,分别采用C₂H₄ 、Ar和CO₂ 进行了两组分和三组分的Wicke -Kallenbach定态扩散实验 .由尘气模型和Stefan -Maxwell方程建立起的扩散通量方程 ,对实验结果加以处理 ,得到了两组分扩散的有效扩散系数及三组分扩散的虚拟两组分有效扩散系数 .同时 ,针对过渡区扩散推出了等温下两组分扩散的有效扩散系数为常数应满足的基本条件 ,所得结论和实验结果相吻合 .而对三组分扩散中的虚拟两组分有效扩散系数不能按照常数处理 .此外 ,无论是两组分或三组分扩散 ,对每一种氧化铝而言 ,有着相近的曲折因子 ,从而证实了曲折因子是与多孔介质结构密切相关的参数     

在多孔介质内气体扩散的分形表征

将多孔介质内孔抽象为分形曲线,并以该曲线的维数作为多孔介质的结构参数—谱维数d,藉此建立了气体在介质内的扩散通量计算式,并给出了测量分形结构码尺的计算方程和多孔介质谱维数的测定方法.由双组分气体在Ni/r- Al_2O_3催化剂上的扩散实验数据,计算出该催化剂的谱维数d=1.10.     

分形多孔介质中气体的非稳态扩散

通过引入平均修正系数修正Fick第二扩散定律得到了描述分形多孔介质气体非稳态扩散的理论方程。基于“塞状流”扩散实验法建立了分形多孔介质非稳态扩散实验系统,对3个孔隙结构不同的分形多孔介质样品进行了非稳态扩散实验,通过实验对理论方程进行验证和修正。结果表明,Fick第二扩散定律不适用于分形多孔介质中气体非稳态扩散,分形多孔介质中气体非稳态扩散存在一定规律,且多孔介质孔隙结构不同其扩散规律不同。     

多孔介质中的分数扩散方程

多孔介质复杂的几何结构可看作是随机分形。分形空间中的扩散与欧几里德空间中的扩散不同,为反常扩散,扩散方程不能用普通微分方程准确描述,需用分数微分方程。从微观和宏观相结合的角度讨论了三个比较有影响的分形介质中的扩散方程。     

HPAM溶液在微观孔隙介质和多孔介质中的渗流规律

实验研究了HPAM溶液在微观孔隙介质和多孔介质中的渗流规律。结果表明：低流速条件下,HPAM溶液在微观孔隙介质中的流动阻力低于常规尺度下的流动阻力,说明溶液的粘性效应起作用;HPAM溶液在多孔介质中渗流时,存在一个临界流速。当实际流速高于临界流速时,HPAM溶液的弹性效应起主要作用;低于临界流速时,粘性效应在起作用。     

多孔介质中三组分气体扩散的网络分析

采用有效介质理论和平滑域近似的方法 ,对乙烯、氩气和二氧化碳在γ -Al2 O3 内的三组分扩散进行了网络分析 ,同时又用定态扩散实验加以验证 .研究结果表明 ,在确定了多孔介质孔结构参数 (平均配位数 )和孔尺寸参数 (孔径分布 )的前提下 ,通过网络分析的方法就可以获得有关多孔介质中多组分气体扩散的信息 .从而 ,建立起了用多孔介质微观性质描述宏观扩散过程的基本方法     

非均匀多孔介质表面变压过程的分形特征研究

多孔物质的表面结构可以用分形维数D来表征,D与微孔结构存在对应的关系,不同的表面分形维数对应不同的微孔结构．详细讨论了分形维数和微孔结构随压力的变化规律．随着压力的增大,多孔介质表面形成更小的吸附微孔,孔径分布广．表面变得更粗糙,分形维数增大,至到趋于稳定值．分形维数表达表面结构简洁明了．     

分形多孔介质的孔隙特性对气体扩散的影响

采用随机行走方法建立了分形多孔介质生成模型;生成的颗粒在形貌上与真实多孔颗粒接近;且能够反映其固有分形特征。在此模型基础上;根据经典分子动理论建立扩散控制方程;对气体在多孔介质中的扩散进行数值模拟。分析了比表面积、平均孔径、孔隙率等孔隙特性参数对扩散的影响;获得了分形多孔介质中气体扩散系数与平均孔径的函数关系。结果表明;扩散系数随平均孔径的增大以幂函数形式增大;相应的指数表征扩散系数对平均孔径的敏感度;其值随孔隙率的增大呈线性减小。     

非均匀多孔介质表面变压过程的分形特征

多孔物质的表面结构可以用分形维数D来表征,D与微孔结构存在对应的关系,不同的表面分形维数对应不同的微孔结构.详细讨论了分形维数和微孔结构随压力的变化规律.随着压力的增大,多孔介质表面形成更小的吸附微孔,孔径分布广,表面变得更粗糙,分形维数增大,至到趋于稳定值.分形维数表达表面结构简洁明了.     

含湿多孔介质的干燥特性

基于含湿多孔介质的水分蒸发过程及其内部毛细管水分的蒸发特性，分析了含湿多孔介质在干燥过程中发生体积收缩的原因．讨论了多孔介质的物性和外部干燥条件对其体积收缩特性的影响。     

A THREE DIMENSIONAL NETWORK MODEL FOR CONSOLIDATED POROUS MEDIA. BASIC STUDIES

A three-dimensional porous medium model that pertains to consolidated permeable porous rocks and similar structures is proposed. The porous medium is considered as a network of chambers connected through long narrow throats and it is approximated as a network of unit cells of the constricted tube type. The skeleton of the network can be either regular or randomized, and the throat-to-chamber coordination number can be varied by randomly removing a number of throats. The sizes of contiguous chambers and throats can be cither independent random variables, or they can be correlated. This correlation can be positive (large chambers preferring large throats), or negative (large chambers preferring small throats). The permeability of the network is found to be minimal when the chambers and throats are completely uncorrected. The degree of correlation also affects the throat-to-chamber size ratio, a parameter which is very important in two-phase flows through porous media. A substantial correlation between the local intensity of the flow field on one hand and the local porosity and throat diameter on the other is found. @KEYWORDS: Pore network model, Consolidated porous media.     

用三维网络模型模拟多孔介质的吸着回路

在简单立方网络框架的基础上构造了具有规整和随机特性的三维网络模型,并引入了周期边界条件.采用Weibull分布作为孔尺寸参数的分布函数,模拟了不同配位数和孔尺寸范围下氮在多孔介质中的等温吸附和脱附过程.着重考察了多孔介质网络模型的几何性质和拓扑性质对吸着等温回路的影响.结果发现,影响吸着等温线回路形状的主要因素是孔喉的半径和网络的配位数.     

Predicting effective conductivities based on geometric microstructure characteristics

Empirical relationships between effective conductivities in porous and composite materials and their geometric characteristics such as volume fraction , tortuosity τ and constrictivity β are established. For this purpose, 43 virtually generated 3D microstructures with varying geometric characteristics are considered. Effective conductivities are determined by numerical transport simulations. Using error‐minimization the following relationships have been established: and (simplified formula) with intrinsic conductivity σ₀, geodesic tortuosity and relative prediction errors of 19% and 18%, respectively. We critically analyze the methodologies used to determine tortuosity and constrictivity. Comparing geometric tortuosity and geodesic tortuosity, our results indicate that geometric tortuosity has a tendency to overestimate the windedness of transport paths. Analyzing various definitions of constrictivity, we find that the established definition describes the effect of bottlenecks well. In summary, the established relationships are important for a purposeful optimization of materials with specific transport properties, such as porous electrodes in fuel cells and batteries. © 2016 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 62: 1834–1843, 2016     

双分散多孔催化剂颗粒中的气体扩散

1 INTRODUCTION The prediction of gas diffusion in porous media is critical for the design and analysis of membrane- and solid-catalyzed reaction processes. It is evident that many physical and physicochemical processes within porous media are significantly influenced by the porous structure[1-6]. For over two decades, frac- tal geometry has been applied to describe the irregular morphology of natural and artificial objects, and the tortuous degree of diffusion and adsorption or diffu- sion…