煤粉加压燃烧过程中氧气可达比表面积的实验研究

针对煤粉燃烧SCT模型中的氧气可达比表面积,进行了不同煤种的加压热重分析(PTGA)和不同燃尽度下煤焦N2/BET比表面积的测试,研究表明:煤粉加压燃烧过程中,当平均孔径大于2 nm时,累积比表面积和氧气可达比表面积均随燃尽度的增加而增加,说明该孔径以上的比表面积与燃尽度有很好的相关性;常压下TGA中不同燃尽度下煤焦氧气可达比表面积是PTGA下的1.5～2倍,这部分说明了加压反应速率不可能与压力等倍数增加.     

煤焦着火温度预测

分别计算两种不同的煤焦(ZCY和SLH)的表面氧化反应动力学参数,从而计算煤焦表面氧化反应热流。因煤焦颗粒的直径很小,假设煤焦的表面和内部温度变化是一致的,根据煤焦的升温速率与热流的关系,计算出煤焦在炉膛中温度与进入炉膛时间的关系,利用Semenov着火判据,从而预测两种不同煤焦的着火温度以及着火所需时间。ZCY和SLH的着火温度分别为705 K、685 K;着火所需时间与炉膛的环境温度有关,温度越高,时间越短。     

煤粉燃烧SCT模型氧气可达比表面积的实验研究

本文针对煤粉燃烧SCT模型中的氧气可达比表面积,进行了不同煤种的TG实验和N2/BET比表面积的测试,研究了煤粉燃烧过程中不同温度下比表面积在不同孔径下与燃尽度和燃烧速率的相关性,研究表明:煤粉在燃烧过程中的平均孔径大于3～11 nm时,该孔径以上的累积比表面积与燃尽度有很好的相关性;高阶煤的氧气可达比表面积在反应过程中逐渐增加,而低阶煤的氧气可达比表面积在反应过程中的变化不是很显著;通过大量的实验说明,不是所有的比表面积在反应过程中都发挥作用,而氧气可达比表面积可以很好地反映燃烧速率的变化.     

煤低温氧化的微区组分分析与反应性研究

煤的低温氧化对着火性能、反应性、煤焦质量以及煤的自燃有重要影响．本文通过TGA-DSC、FSEM和EBSP研究了烟煤和无烟煤的低温氧化特性,研究表明:活性较高的煤表面固相氧的浓度增量比热重低温段的表观增重量大得多;根据最大吸氧量确定的着火温度随煤变质程度的加深和升温速率的增加而增加;升温速率小于1／12 K／s时,最大氧化速率和最大吸氧量能代表煤的氧化活性;含灰量低的中等变质程度的煤氧化活性最高;化学吸氧经历了从临界活化能、到活化能减小再增加到极大最后吸附终止的过程．     

富氧燃烧条件下煤焦的燃尽特性

本文利用平面火焰携带流反应器研究了DT烟煤在富氧燃烧条件下的燃烧实验。采用灰示踪法分析煤焦的燃尽和元素释放特性,并采用等密度模型计算了基于氧化反应C+0.5O_2→CO的表观反应动力学参数。研究结果表明;煤粉在富氧燃烧条件下的燃尽慢于空气燃烧;富氧燃烧条件下,煤焦与CO_2的气化反应会导致煤焦表面对O的化学吸附,进而导致氧元素释放速率减慢;高氧浓度条件下,高浓度CO_2对煤焦燃尽的抑制作用大于CO_2气化反应对煤焦燃尽的促进作用,降低环境氧浓度可以逐步提高CO_2气化反应对煤焦燃尽的贡献。     

基于成分连续变化计算黏度的合金系临界冷速模型

在大块非晶临界冷却速率的非等温转变计算模型基础上提出了基于成分连续变化计算黏度的合金系临界冷速模型. 依据此模型对Zr-Ni-Al-Cu四元合金的临界冷却速率进行了计算并预测了Zr_66.67(Ni_{xAlyCuz)33.33合金系中容易形成非晶的成分范围. 计算值与实验值符合得较好. 计算结果表明，此合金系具有很强的非晶形成能力，特别是在靠近共晶点的中心区域，临界冷却速率小于100 K/s，为容易形成非晶的成分范围. 冷却过程中，在高于1000K温度区间，没有发生明显的结晶现象，而在980 K至870 K温度范围内，结晶分数快速增大，低于870 K时不再发生明显改变. 此外，分析了合金系中Al，Cu，Ni原子摩尔分数的变化对临界冷速的影响. 关键词： 大块非晶 黏度 临界冷却速率 非晶形成能力}     

基于简单碰撞理论煤粉燃烧动力学模型的研究--PART Ⅱ:颗粒表面的氧气浓度分布模型

为了较准确地预报炉内煤粉燃烧速率,正确区分TGA中滞止煤粉表面与炉内载流煤粉表面氧气浓度的变化规律是非常关键的。从TGA中非稳态条件下坩埚内颗粒表面氧气浓度分布的数理解知,煤样的氧化过程是同时进行的,只是上部的氧化速率大一些,底部的氧化速率小一些;同一样品,同一升温速率,试样的堆积厚度的差异,会影响实验结果的重复性。分析表明,在初始和反应结束时,坩埚内颗粒表面氧气浓度等于环境浓度;反应速率达到最大值时,颗粒表面氧气浓度达到最小值。颗粒在炉内流动燃烧过程中,环境中氧气浓度值是单调减少的,煤焦表面氧的浓度是非线性变化的。     

高灰熔点煤气化反应特性的理论分析

本文针对多组高灰熔点煤种的高温热天平气化（C-H₂O、C-CO₂反应）实验数据,进行机理性分析,建立了考虑内孔扩散的动力-扩散模型。模型中,使用随机孔模型对低温动力学控制的气化反应速率进行数据拟合,并对孔隙结构参数的合理确定进行了探讨;采用效率因子修正方法,考虑了中温时煤灰孔隙扩散的影响;同时考虑了高温下气膜扩散机理。新模型可以实现三控制区域的统一贯穿,模型预报能够与实验数据有较好符合。高温时,煤焦发生灰熔融现象会降低气化反应速率,模型通过乘积系数的修正,可以较好描述该过程。     

表面氧化外延法中温制备涂层导体NiO种子层

高温超导涂层导体是解决当今能源危机的重要复合材料之一,而经济、有效、节能的制备技术是涂层导体广泛应用的关键.本文采用表面氧化外延法在Ni-wt.5%W基带上普氩下中温氧化制备了立方织构的NiO种子层.通过对氧化温度和氧化时间两个主要因素分析,确定了NiO生长条件为普氩中790℃内保温20mins。与高温(空气中1000℃以上)制备相比,降低了氧化膜制备温度.薄膜厚度大约为650nm.最后在生成的NiO薄膜上化学溶液沉积了YBa2Cu3O7-δ/SmBiO_3复合层,所得样品超导转变温度为89 K,77 K自场下临界电流密度为1.46 MA/cm2(77K,零场).中温表面氧化外延法为涂层导体制备提供了一种实用可行路径.     

H_2O分子在HONO+OH→NO_2+H_2O反应中的催化机制研究

本文采用CCSD(T)-F12a/cc-p VDZ-F12//M06-2X/6-311+G(2df,2p)方法并结合过渡态理论对HONO+OH→H_2O+NO_2抽氢反应以及H_2O参与该反应的微观机理和速率常数进行了理论研究.结果表明,由于复合物HONO…H_2O的高浓度和稳定性,我们预测HONO…H_2O+OH反应的大气相关性将比H_2O…HONO+OH和H_2O…OH+cis-HONO明显得多.进一步的速率常数计算结果表明,cisHONO…H_2O+OH反应的速率常数比H_2O…cis-HONO+OH和H_2O…OH+cis-HONO反应大了8～4个数量级.然而,cis-HONO…H_2O+OH反应的有效速率常数比无催化剂主反应cis-HONO+OH低了7～3个数量级.表明在实际大气环境中,H_2O对HONO+OH反应的催化效果并不明显.     

高质量规则多孔氧化铝模板的制备

在合适的条件下利用阳极氧化高纯铝片，可以获得多孔结构的氧化铝，其孔径大小和排列方式都很均匀.由于孔的深度不受限制，因此可以制备出孔深很大的多孔氧化铝.这种多孔结构可以用作制备纳米材料的模板.利用0.3mol/L的草酸溶液在40V的直流电压下，采用二步氧化法获得了高质量的氧化铝多孔模板，其典型孔径值为40—70nm，孔间距约110nm，深度可达毫米量级.分析了溶液温度对结果的影响，比较了单步法和两步法获得的样品的多孔结构，认为低温下的二步氧化法可以获得很好的多孔氧化铝模板. 关键词： 纳米材料 多孔氧化铝 二步氧化法     

垂直腔面发射激光器湿法氧化工艺的实验研究

在湿法氧化过程中采用一种自制的新型红外光源显微镜和CCD相机俯视成像系统监测被氧化晶圆片上氧化标记点颜色的变化,通过CCD相机得到的氧化标记点尺寸大小与实际氧化标记点尺寸大小的比例计算,由氧化标记点变化颜色的尺寸大小获得实际晶圆被氧化尺寸大小,反馈调节氧化工艺,保证控制垂直腔面发射激光器（VCSELs）的氧化孔径精度在±1 μm。根据氧化实验总结高Al组分含量对氧化孔形状影响、氧化速率随温度变化及氧化深度随时间变化规律,得到在炉温420℃、水浴温度90℃、氧化载气N₂流量200 mL/min的工艺条件下,氧化速率为0.31 μm/min,实现量产高速调制4×25 Gbit/s的850 nm VCSELs。室温条件下,各子单元器件工作电压为2.2 V,阈值电流为0.8 mA,斜效率为0.8 W/A。在6 mA工作电流下,光功率为4.6 mW。     

瞬态发射光谱法研究正十二烷燃烧反应特性

采用加热激波管和增强型CCD瞬态光谱测量系统,在波长范围200~900nm,点火压力4.0atm,点火温度(1 200~1 300)K,当量比0.5、1.0和2.0的条件下,实时测得了正十二烷/空气和正十二烷/氧气/氩气燃烧过程的瞬态发射光谱.结果表明:燃烧过程在此波段内的主要发射光谱带归属于反应中间产物OH、CH和C2自由基;在不同当量比条件下,燃烧过程中OH(306.4nm)/CH(431.4nm)/C2(516.4nm)的光谱强度显著不同,贫油情形有利于OH自由基生成,富油情形有利于C2自由基生成;浴气的不同会导致燃料燃烧温度的不同,从而引起燃料燃烧发射光谱的不同.所测燃烧反应自由基的时间分辩光谱直观反映出正十二烷燃烧过程中重要中间产物OH、CH和C2的变化情况.研究结果有助于认识正十二烷燃烧反应特性和验证其燃烧反应机理.     

关于碳/炭粒表面氧化反应生成物CO/CO_2比值的研究

本文通过严格的求解一组包括空间反应在内的微分方程,并辅以准确的碳粒燃烧速率及其温度的实验测定,得到了计算碳/炭粒表面氧化反应生成物C0/CO_2比值的通用表达式,它较之前人的经验公式更准确、通用。从而为碳/炭粒的温升历程及其着火温度的预报提供了可靠的理论基础。     

考虑碳粒表面还原反应的移动火焰锋面(MFF)模型

在原始移动火焰锋面(MFF)模型的基础上,提出一种考虑碳粒表面还原反应的改进MFF模型。该模型给出了包括表面还原反应和 CO容积反应在内的碳粒燃烧反应速率的显式表达式,便于分析和讨论各种工况下碳粒的燃烧状态和影响因素。与原始的 MFF模型和单膜模型相比,所计算的颗粒温度和燃烧速率更符合严格的连续膜模型的预报结果,而计算时间只为连续膜模型的数十万分之一。研究结果表明,改进的 MFF模型是一种简单可行、适于工程应用的碳粒燃烧理论模型。     

煤基化学链燃烧技术的Fe_2O_3/Al_2O_3氧载体研究

直接以煤为燃料的化学链燃烧是解决中国燃煤CO_2排放的一种潜在技术,关键问题之一是难以气化和氧化的煤焦与氧载体之间的固固还原反应。本文基于溶胶-凝胶法,利用Al(OC_3H_7)_3和Fe(NO_3)_3·9H_2O制备了12种不同的氧载体,并用XRD、SEM、BET等对其物化性质进行了表征,发现烧结温度以低于1200℃为宜。选择6种不同参数(活性Fe_2O_3质量含量、烧结温度和烧结时间)的Fe_2O_3/Al_2O_3氧载体,在热重中研究了它们与煤焦的反应性能,结果表明,在880℃左右时,氧载体与煤焦快速反应,首先快速还原成Fe_3O_4,然后有一部分FeO出现。综合各方面因素,选用F6A1116氧载体(60%Fe_2O_3含量,1100℃烧结6 h)进行与煤焦/空气的多次循环实验。结果表明,氧载体没有杂质物相生成,表现了良好的循环反应性。反应后氧载体表面发生了一定程度的烧结现象,但仍维持孔隙结构。这些实验结果初步证明,基于Fe_2O_3/Al_2O_3氧载体、燃用固体燃料煤焦的化学链燃烧技术是可行的。     

硫酸甲醇体系中钽的电解动力学

 为了探索钽的电解动力学行为,在硫酸甲醇电解液中对钽进行了电解抛光的实验研究,测定了电解液配比、电压、搅拌速率对钽薄膜减薄速率的影响;通过测定温度对反应速率的影响,计算了阿仑尼乌斯（S.A.Arrhenius）活化能。研究结果表明：温度在0 ℃,硫酸甲醇体积比为1∶7时,钽的电解行为符合典型金属极化行为规律;在电压10~20 V的范围内,搅拌速率大于8 m/s时,减薄速率稳定为11.45 μm/min;当搅拌速率小于8 m/s时,扩散传质控制电解过程,当大于8 m/s后,电解过程为非扩散控制。温度对反应速率的影响表明,钽在硫酸甲醇电解液中的电解行为符合S.A.Arrhenius公式,活化能为15.77 kJ·mol^-1。     

利用重离子辐照技术制备锂离子电池隔膜

用能量11.4MeV/u和注量1×108ions/cm2的197Au离子垂直辐照聚丙烯薄膜,通过电导测量法监测温度、硫酸浓度和重铬酸钾浓度对径迹蚀刻速率的影响,得到合适的蚀刻条件;成功制备出孔径范围在600—1000nm的重离子径迹聚丙烯孔膜,并用场发射扫描电镜对孔的形状及孔径大小进行了表征,对孔洞锥角的形成进行了分析,为重离子辐照技术制备锂离子电池隔膜提供了实验数据。     

一种可控纳米柱阵列的研制

在一次阳极氧化法制备多孔氧化铝(anodized aluminum oxide,AAO)的基础上,进行了二次、三次、四次氧化制备AAO,并对多次氧化制备多孔AAO的电流变化曲线和模板表面的形貌特点等进行了比较分析.二次、三次、四次氧化制备的AAO纳米孔孔径依次增大、孔间距减小,而模板表面的纳米孔有序性分布没有明显变化.控制一次氧化AAO模板的除膜时间,～10 min即可得到孔径规则、高度有序的AAO膜.最后,利用所制备的不同孔深和孔径的AAO为模板,通过热纳米压印复制技术制备了长度和直径等性质可控的PMMA纳米柱阵列. 关键词： 纳米柱阵列 聚甲基丙烯酸甲酯 多孔氧化铝模板 多次氧化法     

撞击诱导硝基甲烷分子第一步分解反应的动力学计算

本文基于分子温度与压强的关系,计算在不同压强下基态和最低三态硝基甲烷的分子温度,对应计算其沿着CN键裂解反应的热化学和动力学参数.发现基态的硝基甲烷沿着CN键的分解反应是吸热反应,不具自发性,反应转换温度为1550.2 K,平衡常数在80-1202 K温度范围内很低.最低三态的硝基甲烷沿着CN键的裂解是放热反应,反应的Gibbs自由能在80-2558.5 K范围内为负,有好的自发性,且反应较为彻底.298.15-2558.5 K温度范围内反应活化能随着温度的升高而改变,使反应速率随着温度的升高而急剧增大.对应硝基甲烷爆压15 GPa,其分子温度为4617.6 K,该温度下三态分子分解反应的反应速率为1.088×10~8cm~3·mol~(-1)·s~(-1).推算硝基甲烷沿着CN键分解反应混合物的终态温度,当混合物为硝基、甲基和基态的硝基甲烷分子时,反应的终温为1611.37 K,等效能为1676.47 cm~(-1).当混合物为硝基、甲基、基态和最低三态的硝基甲烷分子时,反应的终温为1184.79 K,等效能为1232.65 cm~(-1).两种情况下终态等效能都足以维持硝基甲烷分子沿C-N键裂解反应的发生.这个能量也足以导致混合物中的NO_2分解为NO和O,这与实验检测的结论相一致.