水泥基材料气体渗透模拟研究进展

混凝土的渗透性能及其影响因素是提高混凝土耐久性和密封性的基础和前提.本文综述了水泥基材料孔隙结构研究、渗透率的经验公式预测方法和基于孔隙结构的预测方法.现有文献表明:水泥基材料的气体渗透与孔隙结构尺寸密切相关,需要根据孔隙尺寸选择合适的渗透模拟方法;经验公式计算渗透率具有一定的便捷性,但其无法对各组分、各尺度孔隙结构的作用方式等问题进行分析;孔隙网络模型是真实孔隙模型的简化替代,但是没有充分考虑孔壁粗糙程度、边界滑移等因素对渗透率的影响;计算流体力学(CFD)以连续流动为前提,仅适用于微米级别的孔隙结构;对于水泥基材料中占比最多的纳米孔隙结构,则需要采用聚焦离子束/电镜扫描(FIB/SEM)等纳米级别技术获取其三维孔隙结构,并采用格子Boltzmann方法(LBM)等粒子运动方法进行渗透模拟,真实模拟水泥基材料的气体渗透现象.     

中生界高温高压测试试井曲线特征

渤海湾海上葵花岛中生界油藏储层埋藏深、成藏条件复杂,物性差,孔隙度、渗透率较低。经过试油测试测量之后,日产气无阻流量达到19.9×10⁴m³,且压力稳定,试井曲线采用变井储+双孔+无限大油藏模型求取地层参数,获得气有效渗透率0.0076×10^-3μm²,流动系数0.45×10^-3μm²·m/(mPa·s),表皮系数-2.82,探测半径8.83m。参数结果表明,该储层物性差,属于特低渗透层,但近井筒储层较为完善,无污染。     

基于邻二氮菲-Fe2+的间接显色光度法检测片剂中的卡托普利

卡托普利还原Fe³⁺,Fe²⁺与邻二氮杂菲显色物在510 nm处有最大吸收,吸光度(A)与卡托普利浓度有相关性。结果表明,卡托普利浓度(c)在1×10^-6~1×10^-4 mol/L范围内与A呈良好的线性关系:y=0.006 4c+0.005 5,相关系数(r)=0.997 6,检测限为9.37×10^-7 mol/L。该方法用于片剂卡托普利测定,结果满意。     

芳烃官能化有机硅膜的制备及丙烯/丙烷分离性能

利用具有单苯和联苯桥联结构的有机硅前体1,4-二(三乙氧基硅基)苯(BTESB)和4,4’-二(三乙氧基硅基)联苯(BTESBPh),通过溶胶-凝胶法制备成有机硅膜并应用于丙烯/丙烷分离。在25℃时,BTESB膜的C₃H₆渗透速率为3.4×10^-9mol/(m²·s·Pa),C₃H₆/C₃H₈选择性为9.6;BTESBPh膜的C₃H₆渗透速率为1.7×10^-8mol/(m²·s·Pa),C₃H₆/C₃H₈选择性为10.5。具有联苯桥联结构的BTESBPh膜网络结构更为疏松,可获得更高的气体渗透速率。苯环中大π键与待分离组分C₃H₆中的碳碳双键产生π-π相互作用,有利于C₃H<...     

基于抗氯离子渗透性的复合胶凝材料组成设计与性能

通常采用大量掺加辅助性胶凝材料的方式提高胶凝材料的抗Cl^–渗透性能，进而提升混凝土结构的耐久性和服役寿命，但会显著降低早期力学性能。为提高早期强度和抗Cl^–渗透性能，基于初始浆体密堆积与水化过程孔隙有效填充，设计细、中、粗粒度区间胶凝材料的种类和掺量，提高浆体的初始堆积密度和水化产物固氯能力，从而细化孔径并增大孔隙曲折度，采用59%的水泥熟料(粒径范围4～55μm)，成功制备了3 d抗压强度27.3 MPa、28 d Cl^–扩散系数低至0.36×10^–12 m²/s的高抗渗透复合胶凝材料，为水泥基材料微结构调控和抗渗性能提升奠定基础。     

盐泥颗粒热风干燥特性及动力学模型

为优化盐泥颗粒干燥设备及结构参数，搭建热风干燥实验装置对盐泥颗粒进行热风干燥实验，研究不同风温、风速和堆积厚度对盐泥颗粒热风干燥特性的影响。对不同条件下的干燥特性曲线，通过比较决定系数R²、卡方x²和标准误差ESME等指标，评价5种常用干燥动力学模型对干燥曲线的拟合结果。结果表明：Midilli模型可以预测盐泥颗粒热风干燥过程水分的变化规律，模型预测的干燥曲线与实验干燥曲线有较高的拟合度。盐泥颗粒热风干燥过程中干燥速率逐渐下降，热风干燥特性与风温和堆积厚度密切相关。当温度从50℃增加到80℃时，有效水分扩散系数由2.038 39×10^-9 m²·s^-1增加到8.137 643×10^-9 m²·s^-1。     

高热流低流速条件下超临界CO2在小圆管内的对流传热特性

为获取高热流、低流速条件下超临界CO₂的传热规律，开展了超临界CO₂在内径2 mm水平小圆管内对流传热试验研究，并重点探讨了变物性、浮升力和热加速等效应对传热过程的影响。试验参数范围：系统压力7.6~8.4 MPa，质量流速400~500 kg/(m²?s)，热通量0~200 kW/m²，流体温度20~60℃，Reynolds数1.2×10⁴~4.3×10⁴。分别采用Gr/Re ²和Kv作为浮升力效应和热加速效应的判别因子。结果显示，在高热流低流速工况下，浮升力效应显著（Gr/Re ² > 10^-3），同一个截面处的上壁面传热系数始终小于下壁面传热系数。浮升力效应是高热流低流速工况下传热恶化的主要诱发因素。试验中热加速因子较小（Kv < 8.5×10^-7），其效应可以忽略。将试验数据与典型的传热经验关联式作对比，结果表明Liao-Zhao关联式的计算结果与试验结果最吻合。     

微球/聚合物复配体系性能评价及机理分析

为探究聚合物和微球之间相互作用规律,利用扫描电镜对微球和“微球+聚合物”复配体系进行了微观结构观测,利用布氏黏度计对微球溶液、聚合物溶液和“微球+聚合物”复配体系增黏性能进行了评价。在此基础上,对比了聚合物溶液与“聚合物、微球段塞注入”方式的封堵性能。实验结果表明：15天后的“微球+聚合物”复配体系具有致密线网状微观结构。在微球质量分数不变时,“微球+聚合物”复配体系黏度增幅随聚合物质量分数增加而增加;在2 000×10^-3μm²、3 000×10^-3μm²和5 000×10^-3μm²,渗透率条件下,与单独注入聚合物相比,“微球+聚合物”复配体系段塞注入方式阻力系数更低,可有效控制注入压力;“微球+聚合物”复配体系在具备良好注入性能的同时,封堵率与单独注入聚合物方式接近,分别为98.82%、98.40%和72.50%。     

海洋平台泄漏硫化氢中毒事故后果动态评估

综合考虑受灾人员的应急疏散行为与泄漏气体积聚状态的时空变化,结合剂量响应模型提出海洋平台硫化氢泄漏中毒后果动态评估方法。应用所提出的方法对假想的海洋平台硫化氢泄漏事故后果进行评估,事故场景中考虑紧急关断系统（ESD）与放空系统对泄漏速率的影响,结合应急响应时序建立应急撤离时间模型。将基于动态评估方法得出的结果与基于静态评估方法、半动态评估方法得出的结果进行对比。基于静态评估方法、半动态评估方法与动态评估方法所得作业人员硫化氢吸入剂量分别为1.062×10⁵、7.230×10⁴和6.020×10⁴,对应的死亡率分别为5.396×10^-2、2.848×10^-3和4.571×10^-4。对比结果表明所提出的动态评估方法更细致地考虑了事故场景中的动态因素,能有效提高事故后果预测的准确度。。     

不同应变速率下橡胶混凝土损伤本构模型

为获得低应变速率下橡胶混凝土的力学性能,本文进行了不同应变速率下橡胶混凝土的轴压试验,分析了混凝土细骨料的橡胶颗粒体积替换率和应变速率对橡胶混凝土力学性能的影响规律。结果表明,随着应变速率的增加,橡胶混凝土的应力-应变关系曲线和抗压强度均呈现增大的趋势,橡胶混凝土初始损伤值呈现递减的趋势,但应变速率对橡胶混凝土的弹性模量影响不显著。当应变速率从3.3×10^-5/s增加至3.3×10^-3/s时,橡胶体积替换率为0%、20%和30%的橡胶混凝土抗压强度分别增加了31%、24%、10%。当橡胶体积替换率率从0%变化到30%时,承受应变速率为3.3×10^-5/s、3.3×10^-4/s和3.3×10^-3/s的橡胶混凝土抗压强度分别减少了17%、15%、30%;橡胶混凝土的耗能随着加载速率的增加,整体呈现增大的趋势。最后基于试验数据建立了不同应变率下橡胶混凝土的损伤本构关系模型,并采用试验数据验证了新建立模型的准确性。     

基于X-CT的非饱和水泥基材料水分传输与渗透系数计算

利用X射线计算机断层扫描(X-CT)联合Cs离子增强技术连续监测水分在非饱和水泥基材料中的动态传输过程,建立水分传输距离与时间的关系,获得水分传输的毛细吸水系数,在此基础上提出了计算水泥基材料渗透系数的理论模型。系统研究了水灰比、粉煤灰掺量、矿渣掺量和砂体积掺量对水泥基材料毛细吸水系数和渗透系数的影响,结果表明:当水灰比从0.35增大到0.55时,硬化水泥浆体的毛细吸水系数从2.07×10^-4 m/s^1/2增大到3.22×10^-4 m/s^1/2,而固有渗透系数增大1个数量级;粉煤灰的掺入能有效降低浆体的水分传输性能,且粉煤灰的最佳掺量为30%(质量分数),当矿渣掺量为30%(质量分数)时,硬化浆体的固有渗透系数比掺同等质量粉煤灰的高1个数量级;当砂体积掺量从0%增加到40%时,砂浆的毛细吸水系数和固有渗透系数均下降,当砂体积掺量大于42.4%时,砂浆的界面过渡区(ITZ)连通,砂浆的毛细吸水系数增大。     

低碱度水泥基材料固化模拟放射性焚烧灰性能与机理研究

放射性焚烧灰中存在铝单质金属,其在碱激发水泥或硅酸盐水泥的高碱性孔溶液环境下会反应产生氢气,造成固化体膨胀与性能劣化。为克服此问题,本研究以水泥、硅灰和粉煤灰为主要原料,添加沸石、聚羧酸减水剂、定优胶和聚合硫酸铝协同改性制备低碱度水泥基材料,开展低碱度水泥基材料对模拟放射性焚烧灰的固化处置研究。结果表明:模拟放射性焚烧灰质量包容量为30%的低碱度水泥基材料固化体的28 d抗压强度达16.6 MPa以上,抗冻融性能、抗浸泡性能及抗冲击性能均满足GB 14569.1—2011《低、中水平放射性废物固化体性能要求-水泥固化体》的要求。Ce³⁺第42 d浸出率为4.41×10^-9 cm/d,累计浸出分数为3.4×10^-7 cm。低碱度水泥基材料固化模拟放射性焚烧灰过程中未产生大量氢气,其原因是,在早期孔溶液pH值较低,同时孔溶液中的高钙离子浓度延缓了焚烧灰中的单质铝与孔溶液发生反应释放氢气的速度,在后期孔溶液pH值低于11.75,焚烧灰中的单质铝不会与孔溶液发生反应。     

Comparison on Thermal Conductivity and Permeability of Granular and Consolidated Activated Carbon for Refrigeration

This paper focuses on the development of three types of activated carbon (AC) adsorbents, i.e. granular AC, consolidated AC with chemical binder, and consolidated AC with expanded natural graphite (ENG). Their thermal conductivity was investigated with the steady-state heat source method and the permeability was tested with nitrogen as the gas source. Results show that the thermal conductivity of granular AC with different sizes almost maintains a constant at 0.36 W·(m·K)^-1, while the value modestly increases to 0.40 W·(m·K)^-1 for the consolidated AC with chemical binder. The consolidated AC with ENG at the density of 600 kg·m^-3 shows the best heat transfer performance and their thermal conductivity vary from 2.08 W·(m·K)^-1 to 2.61 W·(m·K)^-1 according to its fraction of AC. However, the granular AC and consolidated AC with chemical binder show the better permeability performance than consolidated AC with ENG binder whose permeability changes from 6.98×10^-13 m² to 5.16×10^-11 m² and the maximum occurs when the content of AC reaches 71.4% (by mass). According to the different thermal properties, the refrigeration application of three types of adsorbents is analyzed.     

Modeling of ionic diffusivity in non-saturated cement-based materials using lattice Boltzmann method

The ionic diffusivity in non-saturated cement-based materials is quantitatively studied using lattice Boltzmann method. The Shan–Chen multi-phase lattice Boltzmann model modified by incorporating the Carnahan–Starling equation of state into the model is used to simulate the equilibrium distribution of water and gas phases with density ratio as high as 775 in the three-dimensional microstructure of cement paste at various degrees of water saturation. The lattice Boltzmann diffusion model is subsequently applied to simulate the diffusion process of the ionic species through the partially saturated cement paste. Before the application of the modified Shan–Chen model, the benchmark tests including bubble test and contact angle test are carried out to validate it. It is shown that the ionic diffusivity is greatly influenced by the degree of water saturation. The simulated relative ionic diffusivity as a function degree of water saturation is in good agreement with the experimental data obtained from literature. In addition, the effect of w/c ratio on the ionic diffusivity through cement paste under non-saturated conditions is investigated. It indicates that there is a significant difference between the relative diffusivity for cement paste with w/c ratios of 0.4 and 0.5 over the whole range of water saturation degree. However, the difference of relative diffusivity for cement paste with w/c ratios of 0.5 and 0.6 is not obvious.     

湍动流化床内固体颗粒扩散系数

将高速摄影及基于互相关原理的图像处理技术与颗粒扩散规律的研究进行结合,对湍动流化床中甲醇制烯烃催化剂SAPO-34颗粒的扩散系数进行了实验研究。实验表明,对于Geldart A类的SAPO-34颗粒,颗粒纵向扩散系数在10^-2～10^-1 m²·s^-1量级之间,横向扩散系数在10^-3～10^-2 m²·s^-1量级之间,两者均随流化风速的上升而增大。另外,在相同的流化风速下,粒径较小的颗粒具有更大的扩散系数。该结果对湍动床颗粒运动规律的研究有一定意义。     

乙烯基桥联有机硅膜的羧基化改性及反渗透性能研究

利用1,2-二(三乙氧基硅基)乙烯(BTESEthy)和硫代苹果酸(MSA)的巯基-烯点击反应对桥联有机硅进行羧基化改性,以管式α-Al₂O₃微滤膜为支撑体制备羧基官能化的桥联有机硅膜。通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、激光粒度仪(DLS)、智能重量分析仪(IGA)和扫描电镜(SEM)等对膜结构和表面性质进行了表征。量子化学计算表明羧基化改性的有机硅网络拥有更加致密的孔结构和更高的水亲和力。将改性的BTESEthy-MSA膜用于反渗透脱盐,系统考察了BTESEthy-MSA膜反渗透脱盐性能。实验结果表明,与BTESEthy膜相比,羧基化改性的BTESEthy-MSA膜的水渗透率和盐截留率均有所提高。同时,BTESEthy-MSA膜表现出优异的水热稳定性和耐氯性能。在250 h的长期反渗透测试中,BTESEthy-MSA膜的水渗透率高达3.2×10^-13 m³/(m²·s·Pa),NaCl截留率始终保持在94.7%以上。     

Drying Kinetics of a Porous Spherical Particle and the Inversion Temperature

A model is presented for drying of a single porous particle with superheated steam and humid air. Experimental data for spherical porous ceramic particle reported in the literature were used for the validation of the model. An inversion temperature at which the evaporation rates within superheated steam and humid air are equal was predicted. The effect of thermophysical properties of the particle (permeability 10^-14 - 10^-17 m², diameter 3 × 10^-3 - 10 × 10^-3 m) and operating variables (gas mass flux 0.26 - 0.78 kg m^-2 s^-1, drying agent temperature 120-200°C) is tested. The inversion temperature is shown to be affected by the thermophysical properties of the porous particle and of the drying agent.     

微观浓度场对银生长形貌的调控作用

利用原位光学显微镜和计算模拟技术研究了材料生长界面微观浓度场对材料结构演化的影响。在电沉积法制备银颗粒中,通过调控电位在电解液中生成氧化银胶体粒子。在外加电场作用下胶体粒子在溶液中运动,进而带动溶质的定向迁移;通过外加电场控制胶体粒子迁移速度,调控生长界面溶质浓度分布。随胶体粒子迁移速度增加,界面传质增强,颗粒生长前沿扩散层变薄,浓度梯度变大,银颗粒形貌由球状纳米晶变为对称枝晶结构,生长速度由10 μm²/s 增大到60 μm²/s。最后结合格子Boltzmann模拟结果,验证了界面浓度场对银颗粒形貌演化的调控作用。