焊接等离子体[82%Ar-18%CO2]-Fe净辐射系数的计算

净辐射系数是数值模拟中表征等离子体辐射属性最常用的参数。考虑了线谱、连续谱和分子带状谱等多种辐射机制,计算了3～25 kK不同Fe含量下[82%Ar-18%CO₂]-Fe等离子体的净辐射系数,为GMAW电弧(82%Ar-18%CO₂保护气,低合金钢焊丝)的数值模拟提供了完整的辐射属性数据。此外,通过分析发现,当Fe蒸汽加入到82%Ar-18%CO₂混合物中,即使Fe含量极低,等离子体净辐射系数也会显著增大。同时,由于Fe的加入,原本辐射贡献率较高的分子带状谱和连续谱辐射相对线谱辐射可忽略不计。     

Ar/CH4等离子体射流发射光谱诊断研究

为了更加深入的研究大气压条件下Ar/CH₄等离子体射流的放电机理和其内部电子的状态,通过自主设计的针-环式介质阻挡放电结构,在放电频率10 kHz、一个大气压条件下产生了稳定的Ar/CH₄等离子体射流,并利用发射光谱法对其进行了诊断研究。对大气条件下Ar/CH₄等离子体射流的放电现象及内部活性粒子种类进行诊断分析,重点研究了不同氩气甲烷体积流量比、不同峰值电压对大气压Ar/CH₄等离子体射流电子激发温度、电子密度以及CH基团活性粒子浓度的影响规律。结果表明,大气压条件下Ar/CH₄等离子体射流呈淡蓝色,在射流边缘可观察到丝状毛刺并伴有刺耳的电离声同时发现射流尖端的形态波动较大;通过发射光谱可以发现Ar/CH₄等离子体射流中的主要活性粒子为CH基团,C,CⅡ,CⅢ,CⅣ,ArⅠ和ArⅡ,其中含碳粒子的谱线主要集中在400~600 nm之间,ArⅠ和ArⅡ的谱线分布在680~800 nm之间;可以发现CH基团的浓度随峰值电压的增大而增大,但CH基团浓度随Ar/CH₄体积流量比的增大而减小,同时Ar/CH₄等离子体射流中C原子的浓度随之增加,这表明氩气甲烷体积流量比的增大加速了Ar/CH₄等离子体射流中C-H的断裂,因此可以发现增大峰值电压与氩气甲烷体积流量比均可明显的加快甲烷分子的脱氢效率,但增大氩气甲烷体积流量比的脱氢效果更加明显。通过多谱线斜率法选取4条ArⅠ谱线计算了不同工况下的电子激发温度,求得大气压Ar/CH₄等离子体射流的电子激发温度在6 000~12 000 K之间,且随峰值电压与氩气甲烷体积流量比的增大均呈现上升的趋势;依据Stark展宽机理对Ar/CH₄等离子体射流的电子密度进行了计算,电子密度的数量级可达1017 cm-3,且增大峰值电压与氩气甲烷体积流量比均可有效的提高射流中的电子密度。这些参数的探索对大气压等离子体射流的研讨具有重大意义。     

大气压等离子体辅助多晶硅薄膜化学气相沉积参数诊断

本文采用发射光谱法诊断了大气压下Ar气、SiCl₄及H₂气混合气体（Ar/SiCl₄/H₂）射频放电等离子体射流特性.利用Si原子谱线强度计算了电子激发温度并以此估算了Si原子数密度,研究了射频功率及气体流量对电子激发温度和Si原子数密度以及SiCl₄解离率的作用. 关键词： 大气压等离子体射流 发射光谱 电子激发温度 多晶硅薄膜沉积     

滑动弧裂解CO2机理

建立了一维滑动弧裂解CO₂的反应机理模型. 利用对流冷却的特征频率计算横向气流对流引起的等离子体组分损失. 将等离子体密度和温度的数值模拟结果与文献中滑动电弧等离子体反应器的实验数据进行了对比,吻合较好. 模拟结果表明,滑动弧裂解CO₂会产生大量O和O₂等活性助燃粒子以及可燃的CO. 随着对流冷却特征频率的增加,放电过程中最大电子数密度和电子温度减小,CO₂转化率下降. 在整个CO₂裂解机制中e+CO₂→e+CO+O的贡献最大,准稳态中贡献率为90.63%,瞬态中贡献率为98.43%. 反应CO+O+M→CO₂+M对CO₂生成的贡献率最大. 在实际应用中,为提高CO₂转化率,可以通过增大放电电流,增大e+CO₂→e+CO+O的反应速率,同时选择合适的气体流量,避免过大的速度引起CO₂转化率下降.      

等离子体增强化学气相沉积法制备立方氮化硼薄膜过程中的表面生长机理

利用感应耦合等离子体增强化学气相沉积法以Ar，He，N₂和B₂H₆为反应气体制备了高纯立方氮化硼薄膜.用四极质谱仪对等离子体状况进行了系统的分析，发现B₂H₆完全被电离而N₂只是部分被电离.H₂和过量的N₂在等离子体中生成大量中性的H原子和活化的N^*₂，它们与表面的相互作用严重地阻碍了立方 关键词： 立方氮化硼薄膜 等离子体 质谱     

石墨电极气体开关中等离子体弧区碳氧反应效率研究

氧气是石墨电极气体开关中必不可少的组分,用于氧化石墨电极在高温电弧冲击下形成的石墨蒸汽,防止熄弧后石墨蒸汽凝华成固体粉末给开关带来绝缘危害。为提高石墨蒸汽的氧化比例,研究了背景气体组分和氧气浓度对石墨氧化反应的影响,选取3种气体N₂,Ar,He作为背景气体,研究不同气氛电弧的氧化反应特征;在传统的类空气气体（80%的N₂＋20%的O₂）的基础上,提高氧气浓度至40%和60%,研究氧气浓度对碳质氧化比例的改善作用。基于不同气体组分的热力学参数和输运系数,通过电弧磁流体动力学计算模型得到开关温度特征,将电弧与电极界面的热流强度作为石墨电极质量损失速率的评估依据。实验结果表明,随着氧气浓度的升高,石墨蒸汽的氧化比例逐步提高,但当氧气浓度高于40%时,存在电弧引燃石墨电极的风险。当氧气浓度恒定20%时,以Ar作为背景气体时石墨电极质量损失速率较小,且碳蒸汽在电弧中氧化更加充分。因此,相比于传统的开关气体介质,将背景气体替换为Ar或将氧气浓度提高至约40%均能提升碳氧反应效率,降低开关中的杂质残余量。     

大气压氩气/空气针-环式介质阻挡放电发射光谱诊断

为了更加深入地了解氩气/空气等离子体射流内的电子输运过程及化学反应过程,通过针-环式介质阻挡等离子体发生器在放电频率10 kHz,一个大气压条件下对氩气/空气混合气进行电离并产生了稳定的等离子体射流。通过发射光谱法对不同峰值电压下氩气/空气等离子体射流的活性粒子种类、电子激发温度及振动温度进行了诊断。结果表明,射流中的主要活性粒子为N₂的第二正带系、Ar Ⅰ原子以及少量的氧原子,其中N₂的第二正带系的相对光谱强度最强、最清晰,在本试验的发射光谱中没有发现N+₂的第一负带系谱线,这说明在氩气/空气等离子体射流中几乎没有电子能量高于18.76 eV的自由电子。利用Ar Ⅰ原子激发能差较大的5条谱线做最小二乘线性拟合对等离子体射流的电子激发温度进行了计算,得到大气压氩气/空气等离子体射流的电子激发温度在7 000~11 000 K之间。随峰值电压的增大,电子激发温度表现出先增大后减小的变化趋势,这说明电子激发温度并不总是随峰值电压的增长单调变化的。通过N₂的第二正带系对等离子体振动温度进行了诊断,发现大气压氩气/空气等离子体射流振动温度在3 000~4 500 K之间,其随峰值电压的增大而减小,这意味着虽然峰值电压的提高可有效提高自由电子的动能,但当电子动能较大时自由电子与氮分子之间的相互作用时间将会缩短,进而二者之间的碰撞能量转移截面将会减小,从而导致等离子体振动温度的降低。     

注气驱替煤层气数值模拟

建立一种注气驱替煤层气的双重介质数学模型,考虑注气驱替煤层气中多组分气体渗流、吸附/解吸、扩散及孔隙度和渗透率敏感性等多物理场的耦合,用有限差分方法对数学模型数值求解,并验证模型的有效性.通过实例模拟,对比分析注入CO₂、N₂和70%N₂+30%CO₂提高采收率、产出组分动态及储层物性.计算表明:注入CO₂、N₂及其混合气体均能显著提高煤层气藏采收率,提高程度可达28%以上;N₂在注入后迅速突破产出,而CO₂突破时间较晚;注气后基质的收缩/膨胀效应在孔隙度和渗透率敏感性中起主导作用,CO₂吸附造成孔隙度和渗透率减小,而N₂吸附将增大孔隙度和渗透率.     

基于光谱诊断的脉冲GMAW焊金属蒸汽动态扩散行为研究

理解脉冲GMAW焊电弧物理的动态特性对解释这一焊接方法的内在机理及获取优化控制策略有重要意义,通过在高速摄影前加窄带滤波片的方法研究了脉冲GMAW焊接过程中不同粒子的扩散行为,同时采用光谱仪研究了不同状态下金属与蒸汽保护气氛谱线的强度分布信息,采用气体状态方程、等离子体准中性方程、和Saha方程计算了脉冲GMAW焊接峰值和基值两种不同状态下的金属蒸汽浓度分布。研究结果显示,在峰值时刻,金属蒸汽被约束在电弧中心1 mm左右的范围内,当电流从峰值跳转到基值时刻,金属蒸汽从中心扩散到电弧外围区域,峰值时刻中心金属浓度约为75%,而基值仅为35%左右。     

O2中真实电离和电附系数的确定

本文讨论了确定O₂中真实电离和电附系数的一种新方法。在O₂中加入微量的CO(或H₂)或加入少量的CO₂,测量其混合气体的表观电离系数和表观电附系数随气体含量的变化,便可分别求得O₂的真实电离和电附系数。 关键词：     

载体结构对固态胺吸收CO2性能的影响

利用六种孔结构不同的商业无定形硅胶制备了不同四乙烯五胺（TEPA）担载量的固态胺吸收剂。吸收剂的微观结构通过BET和SEM测试;并在TGA反应器中,考察固态胺在30～80℃,CO2体积分数为1%～100%范围内的吸收性能。实验表明,固态胺吸收CO₂性能与温度、CO₂浓度以及载体结构有密切的联系。固态胺适合在低温（30～60℃）低CO₂浓度下（约10%）进行CO₂分离。载体结构通过影响最优担载量,从而影响固态胺吸收性能,孔容和孔径分别在1.211 cm³/g和13 nm附近的载体在担载量为45%时拥有最好的吸收能力（2.87 mmol/g）。     

O2/CO2气氛下循环流化床煤燃烧SO2排放

在热输入功率50 kW的循环流化床O₂/CO₂燃烧试验装置上研究燃煤SO₂排放特性及石灰石脱硫机理。结果发现,未添加石灰石时,O₂/CO₂气氛下SO₂排放量比相同O₂浓度的空气气氛下低;随着O₂浓度的升高,排放量升高。相同钙硫摩尔比下,O₂/CO₂气氛下石灰石的脱硫机理以直接脱硫为主,脱硫效率比空气气氛下高;随着O₂浓度的增加,石灰石脱硫效率提高。     

Coverage dependent promoter action: K coadsorption and reactions with CO and CO2 on Pd{1 1 0}

The adsorption of CO and CO₂ on K-predosed Pd{1 1 0} at room temperature has been examined via reflection–absorption infrared spectroscopy (RAIRS). CO₂ adsorbs on 0.37 ML K-predosed Pd{1 1 0} with high sticking probability and a reactive chemisorbed intermediate, CO₂⁻, is detected in RAIRS at room temperature. Reaction of this species ultimately yields carbonate. The same high K precoverage induces dissociation of CO at low CO exposure. Carbonate is detected at higher CO exposure and is probably produced via stepwise oxidation of molecularly adsorbed CO. In contrast at low K precoverage (0.11 ML), CO remains intact but the C–O bond is considerably weakened with respect to CO chemisorbed on clean Pd{1 1 0}. These findings illustrate a dual promoter mechanism of K in the adsorption and reaction of CO or CO₂ at high K coverage. The alkali metal induces dissociation of these molecules and directly participates in the formation of a surface compound, K₂CO₃.     

低CO2排放的太阳能/甲醇互补系统热力经济性分析

基于品位匹配和多能源综合梯级利用的原则,本文提出了低CO₂排放的太阳能与化石能源互补发电系统LESOLCC,并对其进行了热力经济性能分析。所提系统以甲醇为燃料,中低温太阳能首先提供甲醇重整反应的反应热,从而转化为富氢合成气的化学能,实现品位提升;其次通过燃烧前对CO₂的捕集,实现燃料的清洁燃烧,最终在高效联合循环中实现其热功转换。结果表明:基本工况下,系统当量效率达到55.1%,比投资为833$/kW,发电成本为0.124$/kWh,回收期17年;与相同化石燃料输入及CO₂捕集水平的尾气捕集CO₂的常规燃气-蒸汽联合循环（CC-Post）相比,发电成本下降了10.1%,充分显示其优越性。     

新型燃煤发电-CO2捕获-供热一体化系统

本文在深入分析燃煤电站CO₂捕获和汽水系统热平衡的基础上,提出一种新型燃煤发电-CO₂捕获-供热一体化系统。该系统通过汽水流程、碳捕获流程及地暖供热流程的有效集成,实现了系统中、低温余热的高效利用,降低了碳捕获对电厂效率的影响。分析结果显示,本文提出的一体化系统,在CO₂回收率90%时,供电效率可达31.32%,供电效率降低8.96%,而传统化学吸收法碳捕获电站效率惩罚普遍在10～12个百分点或更高。同时,该系统可供热350 MW,全厂（火用）效率达34.49%,全厂热效率高达55.88%;该系统以较少的能耗代价实现高效供电、供热与CO₂减排,为燃煤发电机组碳减排提供了独特的学术思路与技术方案。     

CO2 adsorption and reaction on Fe(111): An angle resolved photoemission (ARUPS) study

Molecular CO₂ adsorption is observed on an Fe(111) surface at 85 K. For the main fraction of molecules the relative binding energies of the valence ion states as determined by ARUPS are consistent with those in the gas as well as in the condensed phase, and indicate that the electronic structure of that fraction of adsorbed molecules is only slightly distorted upon adsorption. There is a fraction of adsorbed molecules at 85 K that can be identified as bent, anionic CO₂⁻ species. While the weakly adsorbed, linear CO₂ molecules desorb at low temperature, the CO₂⁻ species is stable up to 160–180 K. The latter is proposed to be a precursor to dissociation. Above this temperature adsorbed carbon monoxide and oxygen are observed on the surface, and at room temperature the CO₂⁻ signals have disappeared. Heating above room temperature dissociates the CO molecules into carbon and oxygen.     

Glycine on Pt(111): a TDS and XPS study

The adsorption and desorption of in situ deposited glycine on Pt(111) were investigated with thermal desorption spectroscopy (TDS) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Glycine adsorbs intact on Pt(111) at all coverages at temperatures below 250 K. The collected results suggest that the glycine molecules adsorb predominantly in the zwitterionic state both in the first monolayer and in multilayers. Upon heating, intact molecules start to desorb from multilayers around 325 K. The second (and possibly third) layer(s) are somewhat more strongly bound than the subsequent layers. The multilayer desorption follows zero order kinetics with an activation energy of 0.87 eV molecule⁻¹. From the first saturated monolayer approximately half of the molecules desorbs intact with a desorption peak at 360 K, while the other half dissociates before desorption. Below 0.25 monolayer all molecules dissociate upon heating. The dissociation reactions lead to H₂, CO₂, and H₂O desorption around 375 K and CO desorption around 450 K. This is well below the reported gas phase decomposition temperature of glycine, but well above the thermal desorption temperatures of the individual H₂, CO₂, and H₂O species on Pt(111), i.e. the dissociation is catalyzed by the surface and H₂, CO₂, and H₂O immediately desorb upon dissociation. For temperatures above 500 K the remaining residues of the dissociated molecules undergo a series of reactions leading to desorption of, for example, H₂CN, N₂ and C₂N₂, leaving only carbon left on the surface at 900 K. Comparison with previously reported studies of this system show substantial agreement but also distinct differences.     

Interaction of CO2 with Cs-promoted Fe(110) as compared to Fe(110)/K+CO2

The interaction of CO₂ with Cs-promoted Fe(110) at 85 K as well as temperature-dependent reactions between 100 and 700 K have been studied by means of ultraviolet photoelectron spectroscopy (UPS) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Several surface species could be detected at 85 K, i.e. carbon monoxide (CO), carbonate (COⁿ⁻₃), physisorbed linear carbon dioxide (CO^lin₂) and very small amounts of oxidic oxygen (O_ox). An oxalate species (C₂O^m−₄) could not be identified definitively, but from comparison with the literature there is evidence that C₂O^m−₄ is present. Increasing the temperature after saturation with CO₂ leads to a complicated reaction behaviour. CO₂ either desorbs or dissociates into CO and COⁿ⁻₃ or forms C₂O^m−₄ at temperatures between 85 and 160 K. Above 160 K C₂O^m−₄, decomposes in parallel reactions into CO₂, COⁿ⁻₃ and CO. Above 320 K, adsorbed CO either desorbs into the gas phase or dissociates into C and O. In the temperature region between 500 and 700 K a recombination of C and O to CO and the desorption of Cs take place. As in the case of Fe(110)/K+CO₂, at high alkali coverages two carbonate species could be detected which dissociate upon heating at different temperatures. The system Fe(110)/Cs+CO₂ is proved to be very similar to the system Fe(110)/K+CO₂.