二氧化碳在水中扩散系数的实验测定和计算

当二氧化碳注入海底后,液体二氧化碳或者二氧化碳水合物能否稳定存在,其中重要的参数之一就是不同情况下二氧化碳在液体中的扩散系数。在水温4～30℃,压力为1MPa下,用自制的实验设备测量了二氧化碳的扩散系数。结果表明,在高压条件下,扩散系数是一个与浓度有关的量。根据短时间内扩散量与时间平方根之间存在着线性关系,引入不定函数描述与浓度有关的扩散过程,得到了二氧化碳-水体系与浓度相关的扩散系数的数据,并拟合得到了所研究情况下二氧化碳的扩散系数与温度、浓度等因素之间的计算式。     

模型流体扩散系数与温度关系的分子动力学模拟

采用分子动力学(MD)模拟的方法,计算了模型流体氩及氩/氪溶液的自扩散系数和互扩散系数,及其与温度的关系.计算结果表明:对不同状态下氩的自扩散系数的计算与实验结果符合较好,误差在10%左右;采用Green-Kubo法和Einstein法计算的扩散系数相等;扩散系数与温度的关系均服从D=D0-e E/RT的关系,对A r/K r体系自扩散系数和互扩散系数的M D模拟结果进行拟合,得到Ar、Kr自扩散系数及互扩散系数的活化能分别为1278J/mol、1340J/mol和1296J/mol.     

模型流体扩散系数与温度关系的分子动力学模拟

采用分子动力学(MD)模拟的方法,计算了模型流体氩及氩/氪溶液的自扩散系数和互扩散系数,及其与温度的关系.计算结果表明:对不同状态下氩的自扩散系数的计算与实验结果符合较好,误差在10%左右;采用Green-Kubo法和Einstein法计算的扩散系数相等;扩散系数与温度的关系均服从D=D0e-E/RT的关系,对Ar/Kr体系自扩散系数和互扩散系数的MD模拟结果进行拟合,得到Ar、Kr自扩散系数及互扩散系数的活化能分别为1 278 J/mol、1 340 J/mol和1 296 J/mol.     

孔隙分形修正的混凝土中氯离子扩散系数

在已有的氯离子扩散理论和孔隙分形理论的基础上,提出小孔的孔轴线分形维数表征氯离子扩散的曲折度、大孔的孔表面分形维数修正孔隙率,并推导得到基于孔隙分形修正的氯离子扩散系数模型。通过分析龄期为14 d和28 d不同配比混凝土的基于孔隙分形的氯离子扩散系数模型的计算结果和快速氯离子扩散试验(ASTM C1202)电通量,发现两者之间有良好的线性关系。采用基于孔隙分形修正的氯离子扩散系数代入Fick第二定律的解析解,对试验后各组混凝土中不同扩散深度的氯离子浓度进行拟合,计算结果与实测值吻合情况较好。     

煤粒瓦斯解吸扩散规律实验

进行了不同粒径煤样、不同温度和不同吸附平衡压力条件下的等温吸附-解吸实验.通过对解吸实验前600s实验数据的甲烷解吸率和槡t线性拟合,并结合计算得到了煤粒甲烷的初始有效扩散系数和扩散动力学参数.结果表明:吸附平衡压力越大,初始有效扩散系数越大,瓦斯解吸率越大;温度越高,初始有效扩散系数和扩散动力学参数也越大;煤样的粒径愈大初始有效扩散系数愈大,而动力学扩散参数越小,相同解吸时间内的甲烷解吸率越小.通过Arrhenius方程得到了甲烷解吸扩散活化能的表达式,通过处理数据得到1#和3#煤样的解吸扩散活化能分别为14.38kJ/mol和9.99kJ/mol.     

煤屑瓦斯扩散系数时间响应规律研究

为探讨煤屑瓦斯扩散系数随时间变化的响应规律,选取典型煤样进行煤屑瓦斯解吸扩散实验,建立了扩散系数随时间变化的球形煤屑瓦斯扩散微分方程,通过变量代换方法将得到的微分方程转化为经典的扩散方程,并运用分离变量法得到了煤屑时变扩散系数的理论解;基于扩散规律理论解对煤屑瓦斯解吸实验实测解吸数据进行分析,利用Matlab软件编制程序进行解算,得出瓦斯扩散系数的时间响应规律。研究结果表明:煤屑瓦斯等效扩散系数随时间响应规律符合幂函数关系,采用瓦斯扩散系数时间响应模型比经典瓦斯扩散模型和煤屑瓦斯扩散实验吻合度更高;煤屑瓦斯扩散系数时间响应模型描述煤层的瓦斯运移过程更合理、更准确。     

密集悬浮物中粒子迁移的数值计算

应用Ｐｈｉｌｌｉｐｓ等人发展起来的密集悬浮物浓度及速度场的模型方程,讨论了低雷诺数层流状态下密集悬浮物中的粒子迁移现象,求解的方程由两部分组成,一是粘度与当地粒子浓度有关的Ｎ－Ｓ方程,二是由剪切引起的粒子扩散方程,计算结果表明,粒子向低剪切率区于移,并在壁面附近形成低浓度区域,这与实验结果是吻合的。     

基于复合材料理论的混凝土内多离子扩散模型

根据Nernst-Einstein方程以及离子的浓度和电导率关系，探究多离子传输时离子浓度对离子扩散系数的影响，比较单离子传输和多离子传输的离子扩散系数差异.根据通用有效介质（GEM）理论，分别计算水泥浆、骨料和ITZ内部的离子扩散系数和体积分数，得到混凝土内部离子扩散系数，探究混凝土的构成组分对离子扩散系数的影响.综合考虑混凝土的构成组分以及离子的种类和浓度，提出基于多相复合材料理论的混凝土内部多离子扩散预测模型.比较计算结果与试验数据可知，离子的扩散系数随着离子浓度的增加而明显下降.和传统的离子扩散预测模型相比，该模型可以通过混凝土内部离子的种类和浓度预测离子的扩散系数，预测结果更加合理.     

碳钢热喷涂渗铝互扩散系数计算

为提高钢材的耐热和抗氧化等性能,采用电弧喷涂Al工艺在Q235A钢基体上制备Al涂层,通过对其渗层中铝浓度分布曲线的分析,基于一定的假设,采用有限元差分法分别计算800℃、900℃渗层中的Fe-Al互扩散系数.结果表明：800℃时互扩散系数随着铝浓度的增加而增大,其数量级变化范围为10^-9～10^-8;而900℃时互扩散系数的数量级变化范围为10^-9～10^-7.在相同铝浓度的情况下,900℃时的互扩散系数要比800℃时的互扩散系数大1～2个数量级,说明了浓度和温度对Al、Fe元素的互扩散系数有较大的影响.     

缓流水体污染物向沿岸的渗透

采用对流扩散方程并且考虑渗流作用的影响,研究了缓流水体底泥污染物对周围土层的影响。发现污染物在土壤中的质量浓度分布与渗流速度、作用时间、扩散系数等有关。作用时间越长,扩散系数越大,污染物影响范围越大,质量浓度值越高。渗流作用下污染物分布质量浓度有所减小,但运移时间也减小。     

连续排水边界下非线性饱和土体一维热固结解析解

为探究受温度影响的非线性饱和土体的一维固结特性,基于孔隙比变化是由有效应力和温度引起的假设,根据热平衡方程和连续性方程建立考虑热效应的一维非线性固结方程。采用分离变量法及Laplace变换获得连续排水边界下考虑土体非线性的一维热固结问题的解析解,通过与现有两种解析解对比,验证此解答的正确性。基于所得解答,详细讨论热扩散系数与固结系数比值、温度增量、界面参数及非线性参数对土体固结特性的影响。结果表明：温度增量越大或界面参数越大时,土体的固结速率越快;按沉降定义的固结速率随非线性参数的增大而增大,而按孔压定义的固结速率随非线性参数的增大而减小;热扩散系数与固结系数的比值较大时,前期热固结速率明显快于不考虑温度作用的固结速率,采用热加固法处理地基时,有必要先测定热扩散系数和固结系数,以确定是否适合采用热加固法。     

常压酸浸高冰镍的动力学研究

本文是关于常压酸浸高冰镍的动力学研究.实验考察了粒度、温度、硫酸浓度和氯离子浓度对镍浸出速率的影响.结果表明,在硫酸体系中选择性地浸出镍不仅在热力学上是可能的,而且反应速率快,完全能达到一次分离镍铜的目的.本文采用特殊的处理方法,将总镍浸出率R转换为Ni_3S_2中镍浸出率R~(?),从而导出实验条件下的动力学方程式.而浸出过程受通过产物层的固膜扩散控制.     

离子交换树脂吸附稀硫酸中铁离子的热力学和动力学

采用静态实验法研究了D001树脂吸附铁离子的反应机理,在实验条件下分别用朗格缪尔(Langmiur)和弗伦德利希(Freundlich)等温吸附模型分析了D001树脂对铁离子的吸附热力学过程.结果显示:Langmuir方程有更高的相关性,能够更好地拟合树脂吸附铁离子的过程.热力学函数ΔG<0表明D001树脂吸附铁离子过程能够自发进行;ΔH>0表明离子交换过程为吸热过程,ΔS>0表明吸附过程的熵变是增大的.准二级动力学模型能够很好拟合D001树脂吸附铁离子的过程并且其相关系数在0.99以上,树脂对铁离子的吸附过程主要速率控制过程为颗粒扩散.     

用马尔可夫随机过程描述粒子紊动扩散的模式

本文通过把紊流场中微小粒子的扩散运动视为分子运动在尺度上的放大和变形的假定,运用马尔可夫随机过程理论,给出了描述一般紊流场中微小粒子声动扩散的模式及连续点源条件下微小粒子扩散浓度分布的表达式。并对粒子的扩散参数进行了讨论。     

空气中沼气的迁移和输运

本文用亥姆霍茨函数论证了重力场中大气压下沼气和空气自由混合后,其混合物是非均匀的,并利用Fick定律和重力场中的压力分布函数求出了沼气浓度的分布函数;给出了用Chapman-Enskog公式计算沼气在空气中的扩散系数的计算结果,并讨论了扩散系数与温度、压力和浓度的关系;求出了呆滞空间沼气传质方程的解析解,据此阐述了沼气积聚的空间、时间概念;应用湍流混合理论分析了沼气层和风流相对运动的混合效应,并给出了最小混合风速的理论计算式。     

催化剂中铁和镍的测定

研究了用微波等离子体炬原子发射光谱法(MPT-AES)测定催化剂中铁、镍质量分数的方法,样品用超声物化法引入。详细考察了测定铁和镍的实验条件,进行了系统优化,并考察了共存离子的干扰情况。催化剂使用压力容弹处理。测定时,使用标准加入法来消除基体影响,效果较好。测定铁和镍质量浓度检出限分别为28.78μg/L和47.15μg/L,方法的精密度(RSD)均≤2.5%,线性范围分别为0.1～100g/L和1～100g/L,加标回收率在95.1%～105.8%之间。实验结果表明,使用MPT-AES法测定催化剂中的铁、镍含量,快速、准确,操作简便,自动化程度高,具有广泛的应用前景。     

型内熔化合金元素扩散的浓度方程及仿真

利用Fick第二定律,研究型内熔化扩散过程中合金元素的浓度分布方程,应用积分变换方法求解微分方程,得到了合金元素扩散方程的基本解;并在此基础上针对实验过程中铸型尺寸、合金棒尺寸、扩散系数等因素,进行了液态金属中钒原子扩散过程的模拟仿真,分析了不同初始条件下的扩散分布。结果表明,钒元素扩散后在材料内呈连续梯度分布,为利用型内熔化方法制备外硬内韧耐磨材料提供了理论依据。     

混凝土中氯离子时变扩散的边界元分析

氯离子在混凝土中的扩散是一个时变过程。考虑氯离子扩散系数的时间依赖性,将时变扩散系数引入混凝土的氯离子扩散模型中,通过变量代换,给出了时变扩散条件下氯离子扩散方程的基本解,并基于误差函数建立了氯离子扩散场补偿长度理论,分析了散场补偿长度系数的取值,在此基础上建立了时变扩散系数下混凝土中氯离子扩散分析的边界元法。通过算例分析验证了氯离子扩散场补偿长度理论对于氯离子扩散分析的数值方法的合理性,证明了该法具有较高的计算精度和计算效率。     

电沉积nano-Al_2O_3/Ni+Co梯度复合镀层

采用电沉积方法以灰铸铁为基体制备了金属与纳米陶瓷复合镀层,基质金属为镍钴,第二相纳米陶瓷颗粒选用Al2O3。通过表面形态观察可知,由于纳米颗粒的高活性表面为沉积过程提供了大量的核心,使得复合镀层较金属镍钴镀层组织致密,晶粒细小。线扫描成分分析表明:镀层中纳米颗粒含量呈梯度分布。对其显微硬度进行测量,结果显示:复合镀层显微硬度由表层到里层呈梯度分布。耐磨性试验表明:复合镀层中Al2O3纳米颗粒产生的弥散强化效应和晶粒细化效应使复合镀层耐磨性显著优于纯镍钴镀层。对复合镀层和纯镍钴镀层磨损形貌的观察分析表明:复合镀层磨损表面出现沿摩擦副运动方向的犁沟,而纯镍钴镀层磨损表面呈现大片剥落,磨损机制为黏着磨损。     

高镍铸铁排气歧管低周热疲劳研究

针对某新开发的车用高镍铸铁排气歧管进行了低周热疲劳寿命预测研究,为获取准确的热边界条件,采用STAR-CCM＋与有限元软件进行基于疲劳寿命试验条件的非稳态耦合传热分析,得到了排气歧管的对流换热系数和温度场,建立了具有真实装配关系并施加螺栓预紧力的排气歧管有限元模型,在对等效塑性应变分析的基础上,结合Coffin-Manson公式进行寿命预测。结果表明,在排气歧管开发过程中,采用该方法可以快速对其热疲劳寿命进行评估。