中温沥青超声萃取物的热解特性与分子结构间关联性的FTIR解析

沥青分子结构和沥青热转化行为的调控是制备高品质沥青基炭材料的关键。为进一步明晰沥青热解行为与沥青分子结构间的关联性,选用8种有机溶剂对中温沥青（AGMP）在常温下进行超声萃取处理得到8 种萃取物。利用 PeakFit v4.12 软件对各种萃取物的红外光谱吸收峰700~900,1 000~1 800,2 800~3 000和3 000~3 100 cm-1四个区域进行了分峰拟合处理,从而获得了萃取物所含各种官能团的精细结构信息,并引入6种分子结构参数（I₁~I₆）,表征萃取物分子结构与热解活化能的关系。傅里叶变换红外光谱(FTIR)谱图分析表明8种萃取物主要是以含氧、含氮等杂原子的脂肪烃侧链为主的缩合芳香环结构组成的复杂化合物。由于萃取剂结构差异,萃取物中的分子结构参数也略有差异。线性结构萃取剂所得萃取物链烃（I₅）含量较高,环结构萃取剂所得萃取物芳环（I₆）取代结构较多。利用热重分析法（TGA）在不同升温速率（3,6,10,15 K·min-1）下对8种萃取物的热失重行为进行了研究,在等转化率不考虑反应机理的情况下,依据Flynn-Wall-Ozawa法和Kissingr-Akahira-Sunose 法解析得出8 种萃取物的热解活化能（E_a）。结果表明8种萃取物热解活化能在78～116 kJ·mol-1之间,其值大小与官能团结构及含量密切相关。将红外光谱定量分析获得的萃取物红外结构参数与热解活化能进行关联,通过详细分析探讨不同萃取物结构参数与热解活化能的一元线性回归E_a=f(I_i)的分析结果发现,芳香性指数（I₃）和支链化程度（I₅）是决定萃取物热解活化能大小的主要指标,热解活化能与各单一指标（I_i）拟合结果的正负相关性,表示这一结构从体系中被热解破坏的难易程度。综合考虑各红外结构参数的共同作用,AGMP萃取物热解活化能与红外光谱结构指标之间的拟合关系模型为E_a=-4 294.53I₁+73 812.16I₂+207 673.32I₃-20 324.20I₄-168.56I₅+857.86I₆。结合红外分析得到的这一结果,揭示了更多关于煤沥青的热解特性和动力学的细节信息,有助于理解煤沥青的热解过程和热转化行为。     

曲率相关的爆轰波在非结构四边形网格上的数值方法

假设爆轰波阵面的法向速度是曲率的线性函数,在非结构四边形网格上采用水平集方法模拟爆轰波阵面的运动过程.水平集方程的曲率无关项采用正格式离散,曲率项采用伽辽金等参有限元方法空间离散,时间离散采用半隐格式.在笛卡儿网格和随机网格上,含曲率的水平集方程的离散格式为强一阶精度,重新初始化方程的离散格式精度为近似一阶精度.曲率收缩的不光滑界面和多个爆轰波阵面相互作用的算例说明格式可有效地模拟爆轰波与曲率相关的运动.     

煤系针状焦煅烧过程中焦炭微晶结构的演变规律

以煤系针状焦的生焦为原料,在2和5℃/min的升温速率下进行煅烧,采用FT-IR、XRD、Raman光谱等分析手段研究煅烧过程中针状焦微晶结构的演变规律。结果表明,随着煅烧温度的升高,针状焦中碳微晶的直径La、炭微晶的高度Lc、晶体中的片层含量N以及每层中平均碳原子数n、趋于规整的石墨微晶含量Ig逐渐升高。但是受挥发分逸出和生焦收缩的影响,Lc出现了明显的"拐点"。新增片层与原有片层间存在的随机"层错",导致层间距d002的波动。相同温度下升温速率越快,晶格尺寸越小,片层含量N及每层平均碳原子数n越少,Lc出现"拐点"的温度越靠后。理想石墨微晶含量(IG/Iall)随温度的升高逐渐增加;而具有缺陷的石墨微晶间在煅烧过程中不断相互转化,最终发育为理想石墨微晶。碳网平面上C-C键平均键长α则随着煅烧温度的升高明显增加。     

高能炸药爆速曲率关系的一种计算方法

研究平面爆轰波爆轰化学能和状态方程之间的关系,得到平面爆轰波关系式和CJ条件.基于柱坐标系下的一维流体力学方程组,采用坐标变换方法得到含曲率的爆轰波关系式及广义声速条件.在反应区内采用压力平衡和温度平衡的混合规则,在给定的复杂状态方程和复杂反应率下求解,得到PBX9404和PBX9502炸药的爆速和曲率的关系.已知炸药...     

水平集方程在四边形网格上的数值离散方法

在多介质大变形数值计算中，正交的笛卡儿网格很难满足计算要求，经常要在一般四边形网格上进行数值计算，因此需要在一般四边形网格上实现波阵面的捕捉算法。水平集方法不需显式地构造界面，容易处理界面拓扑结构的变化，因此选用水平集方法来捕捉波阵面。无曲率的水平集方程、重新初始化方程是齐次Hamilton-Jacobi方程，可以直接运用正格式进行离散。文中只考虑曲率项是曲率的线性函数的情况，与曲率相关的水平集方程含有水平集函数的二阶导数，不能采用正格式离散，采用伽辽金有限元方法进行离散。     

煤系针状焦微晶结构的XRD与Raman分峰拟合定量研究

采用XRD和Raman光谱分析技术,结合分峰拟合的数学方法,对不同生产厂家的三种煤系针状焦Coke-N,Coke-H,Coke-P进行了研究。由XRD分析结果计算出了三种针状焦的石墨化度、晶体结构类型以及晶粒尺寸(La和Lc),通过对XRD的分峰拟合处理,得出了三种针状焦中趋于规整结构的碳微晶含量(Ig)。通过对样品的XRD分析可知,Coke-N和Coke-P的石墨化程度及Lc相接近,并且明显大于Coke-H;La之间的关系为:Coke-NCoke-PCoke-H。通过Raman光谱结合分峰拟合的数学方法对样品进行了定量分析。研究结果表明,三种针状焦在拉曼位移1 000~2 000cm-1处有5个一阶谱拟合峰(G,D1,D2,D3,D4)。对样品的拉曼一阶谱拟合后所得出的每个拟合峰面积进行计算,可以用来定量分析三种针状焦中碳微晶结构的分布情况。由I_G/I_(All),I_(D1)/I_G,I_(D2)/I_G,I_(D3)/I_G,I_(D4)/I_G的计算可知,Coke-N和Coke-P的微晶结构比Coke-H的微晶结构更规整。在Coke-N中理想石墨碳微晶所占比例为0.33,而Coke-H和Coke-P分别为0.086和0.311。另外,Coke-H在三个样品中的无定形碳比例明显大于另外两个样品。Raman光谱分析结果与XRD的分析结果相吻合。由此可以看出,采用XRD和拉曼光谱分析技术可以从微观层面判定宏观质量不同的煤系针状焦差异的实质。     

轴对称坐标系下含曲率的水平集方程在非结构网格上的数值方法

为了在三角形和四边形网格上采用水平集方法模拟轴对称爆轰波阵面与曲率相关的运动,假设爆 轰波阵面的法向速度是曲率的线性函数,通过坐标变换得到了轴对称坐标系下的水平集方程。水平集方程的 曲率无关项采用正格式离散,曲率项采用伽辽金等参有限元方法空间离散,时间离散采用半隐格式。算例表 明,在轴对称三角形网格和四边形网格上,含曲率的水平集方程的离散格式为强一阶精度。给出了三角形和 四边形混合网格上不光滑界面以曲率收缩的运动过程,收缩过程未出现不稳定现象。多个爆轰波阵面相互作 用的算例说明本文的格式可有效地模拟曲率相关的爆轰波的相互作用问题     

有限元程序网格沙漏变形的分析与控制

分析二维拉氏四边形四节点等参有限元程序存在的网格沙漏变形问题,认为单元刚度矩阵的秩缺陷是沙漏变形的原因,给出一种消除单元刚度矩阵秩缺陷且正交于线性位移场的沙漏控制方法,不仅有效地控制了沙漏变形,而且通过了分片检验.把此种沙漏粘性加入程序后计算多种算例,证明了此控制方法的有效性.     

FTIR分峰拟合法定量分析精制煤沥青热转化过程的结构变化

精制煤沥青(QI＜0.2%)是制备煤系针状焦的原料，其热转化性质决定着所生产的煤系针状焦的质量。利用FTIR光谱及分峰拟合的方法考察了精制煤沥青在不同热转化温度下的结构变化。主要研究了芳香性指数(Iar)、支链化指数(CH₃/CH₂)、各基础官能团(C==O， C-O，芳环C==C)含量、芳环取代种类的变化情况。结果表明：精制煤沥青的Iar指数随着热转化温度的提高，逐渐变大，并且CH₃/CH₂指数逐渐增大，说明精制煤沥青热转化过程中支链的断裂形成活性位点是诱导芳香环增大的原因之一；随着热转化温度的升高，C==O含量由最初的26.25%降低为15.62%，芳环C==C含量由43.39%增加为51.28%，而C-O含量变化很少，说明C==O是诱导大分子芳环缩合反应的重要因素；精制煤沥青中芳环1H和3H含量随着温度升高逐渐减小，而4H含量逐渐升高，说明芳环取代逐渐减小，芳香性逐渐增加，与Iar分析结果相吻合。     

水溶性沥青分子结构的光谱解析

水溶性沥青是煤焦油沥青经酸氧化改质得到的水溶物含量大于70%的改性沥青，不仅兼有普通沥青的多环芳烃结构，同时表面结构中引入了大量含氧、氮、硫等极性官能团，可在水相中制备复合型炭材料。应用荧光、红外、紫外光谱及核磁共振技术并结合Yen-Mullins模型解析了混酸法制备的水溶性沥青的分子结构。结果表明：与中温煤沥青相比，主要杂原子N，O和S质量分数分别由1.06%，11.64%，0.79%增加到6.78%，29.59%，2.41%；O含量的显著增加，增强了沥青的亲水性。红外光谱体现了水溶性沥青的杂原子N，O和S以Ar-NO₂，Ar-OH，Ar-SO₃H和CO等形式存在；通过荧光发射光谱特征峰与Yen-Mullins模型对比，得出水溶性沥青的芳香结构主要是由3种稠环的“岛屿结构”芳香片段组成；1H-NMR和13C-NMR分析表明，水溶性沥青分子芳环侧链被氧化成仅含有1个C且链接不同官能团的脂肪碎片，该碎片与“岛屿结构”作为主要部分构成水溶性沥青分子的稳定结构。由此看出，元素分析结合红外光谱可从本质上解释水溶性沥青易溶于碱性水溶液的原因，荧光谱图与Yen-Mullins模型结合可从微观上解释水溶性沥青的主要结构，为判定不同性质的沥青提供一种方法。