温度对半胱氨酸缓蚀性能影晌的实验评价与机理研究

通过实验对不同温度条件下半胱氦酸抑制盐酸对碳钢腐蚀的性能进行评价,并采用分子动力学模拟(Molecular Dynamics Simulation,简称MD)方法,从缓蚀剂膜抑制腐蚀粒子扩散的角度对其缓蚀机理进行深入研究.静态失重实验显示:随温度的升高(25～65℃),半胱氨睃缓蚀剂的缓蚀效率呈逐渐下降趋势,其数值从88.36%降至61.64%.MD模拟发现:随温度升高,半胱氨酸缓蚀剂膜的自由体积逐渐增大,且腐蚀粒子与缓蚀剂膜的相互作用也逐渐减弱,更有利于腐蚀粒子在膜中的主动扩散;同时膜内半胱氨酸分子的自扩散能力也随温度升高而增强,腐蚀粒子在缓蚀剂膜携带下被动迁移的过程也随之加剧.主动扩散和被动迁移两方面的变化表明,腐蚀粒子在缓蚀剂膜中扩散能力随温度升高而增大;也就是说,随温度升高,半胱氨酸缓蚀剂膜对腐蚀粒子的扩散抑制能力逐渐降低,腐蚀粒子更易扩散运移至金属表面,导致半胱氨酸缓蚀剂缓蚀效率的降低.     

缓蚀剂膜抑制腐蚀介质扩散行为的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法研究了4种腐蚀介质粒子(H₂O, H₃O⁺, HS^-和Cl^-)在6种不同烷基链长的1-(2-羟乙基)-2-烷基-咪唑啉缓蚀剂膜中的扩散行为. 计算了腐蚀介质粒子在不同缓蚀剂膜中的扩散系数、膜的自由体积分数、粒子与膜的相互作用能等, 并对缓蚀剂膜抑制腐蚀介质粒子扩散行为的微观机理进行了分析. 计算结果表明, 6种缓蚀剂膜均可有效阻碍腐蚀介质粒子向金属表面的扩散, 从而达到抑制或延缓腐蚀的目的; 随烷基链长的增加, 缓蚀剂膜对腐蚀介质粒子扩散行为的抑制能力逐渐增强; 同种缓蚀剂膜对正负离子H₃O⁺, HS^-和Cl^-比对中性的H₂O分子具有更强的扩散抑制能力.     

溶剂条件下苯并咪唑及其衍生物缓蚀性能的DFT研究

通过量子化学密度泛函理论中的B3LYP方法，在6-31G＊基组水平上，并考虑到溶剂的影响，应用PCM模型，对苯并咪唑及其衍生物缓蚀性能与分子结构关系进行了研究，用Fukui指数分析了分子中反应活性位点，结果表明5种分子均为存在共轭体系的平面分子，2-SH-BI易于垂直吸附在金属表面，缓蚀效率与分子最高占有轨道能量EHOMO、能隙△E、分子化学硬度η偶极距μ有良好的线性关系．     

1-(2-羟乙基)-2-烷基-咪唑啉缓蚀剂缓蚀机理的理论研究

采用量子化学计算、分子动力学模拟和分子力学相结合的方法, 对6种不同烷基链长的1-(2-羟乙基)-2-烷基-咪唑啉缓蚀剂抑制H2S腐蚀的缓蚀机理进行研究, 并对其缓蚀性能进行评价. 前线轨道分布和Fukui指数表明, 6种缓蚀剂分子的反应活性区域均集中在分子的咪唑环上, 3个反应活性中心分别位于咪唑环上的N(4), N(7)和C(8)原子, 可使咪唑环在金属表面形成多中心吸附. 分子的反应活性及活性区域分布对烷基链长并不敏感. 单分子吸附能、膜的内聚能、吸附角和链间距的计算数据显示, 缓蚀剂膜的稳定性以及膜与金属基体的结合强度随链长的增加而增大; 当正构烷基碳链长度大于13时, 缓蚀剂可在金属表面形成一层高覆盖度、致密的疏水膜, 能有效阻碍溶液中的腐蚀介质向金属表面扩散, 从而达到阻碍或延缓腐蚀的目的.     

咪唑啉缓蚀剂膜抑制腐蚀介质扩散行为的MD研究

采用分子动力学模拟的方法,对5种1-(2-氨乙基)-2-烷基-咪唑啉缓蚀剂[(NH2)C2H4-C3H4N2-CH2(CH2)nCH3,n=5,7,9,11,13]抑制CO2腐蚀的缓蚀机理进行了研究.计算了4种腐蚀介质粒子(H2O,H3O+,Cl-和HCO-3)在不同缓蚀剂膜中的扩散系数,并从自由体积分数、腐蚀介质粒子与缓蚀剂膜的相互作用、膜的自扩散性能等方面对缓蚀剂膜抑制腐蚀介质粒子扩散行为的微观机理进行了分析.扩散系数的计算结果表明:缓蚀剂膜能有效抑制腐蚀介质的迁移,削弱其腐蚀能力;与中性H2O分子对比,缓蚀剂膜对H3O+,Cl-和HCO-3带电离子的扩散具有更强的抑制效果;随烷基链长的增加,5种缓蚀剂膜对腐蚀粒子扩散的抑制能力呈增强趋势.综合分子动力学计算结果,5种缓蚀剂缓蚀性能随着烷基链长的增加逐渐增强,理论评价结论与实验结论相吻合.     

基于大涡模拟的小型转子发动机缸内湍流研究

本文应用大涡模拟的方法对小型转子发动机的缸内流场进行了三维数值分析,分别从拟序结构、湍流脉动和湍动能三个方面研究小型转子发动机缸内的瞬态湍流特征。计算结果表明,大涡模拟结合Q准则可以有效的识别小型转子发动机缸内流场的大尺度拟序结构。进气过程中高强度的涡团主要分布于燃烧室的前部和后部,压缩过程中高强度的涡团分布从燃烧室中部向后部转移。湍流在垂直于转子截面上的法向脉动最为剧烈,其中中部区域的剧烈程度远高于两侧。湍流在平行于前后端面的截面上的法向脉动最弱,没有明显的波动。从进气口打开到压缩上止点期间,缸内亚网格湍动能和平均气流速度出现两次明显的峰值,这分别与进气能量和大尺度涡团的破碎有直接的关系。     

温度对半胱氨酸缓蚀性能影响的实验评价与机理研究

通过实验对不同温度条件下半胱氨酸抑制盐酸对碳钢腐蚀的性能进行评价, 并采用分子动力学模拟(Molecular Dynamics Simulation, 简称MD)方法, 从缓蚀剂膜抑制腐蚀粒子扩散的角度对其缓蚀机理进行深入研究. 静态失重实验显示: 随温度的升高(25～65 ℃), 半胱氨酸缓蚀剂的缓蚀效率呈逐渐下降趋势, 其数值从88.36%降至61.64%. MD模拟发现: 随温度升高, 半胱氨酸缓蚀剂膜的自由体积逐渐增大, 且腐蚀粒子与缓蚀剂膜的相互作用也逐渐减弱, 更有利于腐蚀粒子在膜中的主动扩散; 同时膜内半胱氨酸分子的自扩散能力也随温度升高而增强, 腐蚀粒子在缓蚀剂膜携带下被动迁移的过程也随之加剧. 主动扩散和被动迁移两方面的变化表明, 腐蚀粒子在缓蚀剂膜中扩散能力随温度升高而增大; 也就是说, 随温度升高, 半胱氨酸缓蚀剂膜对腐蚀粒子的扩散抑制能力逐渐降低, 腐蚀粒子更易扩散运移至金属表面, 导致半胱氨酸缓蚀剂缓蚀效率的降低.