磁场特性与作用方式对HCFC-141b气体水合物生成过程的影响

通过实验研究考察了静态磁场和旋转磁场下磁场特性与作用方式对低压制冷剂HCFC-141b气体水合物生成过程特性影响, 重点研究在不同磁场条件下的气体水合物结晶形态、生成温度和引导时间三个重要因素. 试验结果发现, 适当的旋转磁场对提高水合物生成温度、降低过冷度、减少引导时间、提高生成速度有显著的作用, 使结晶形态混杂致密; 而适当的静态磁场则使水合物形态规整, 有利于提高传热性能.     

多孔介质中气体水合物降压分解的分形理论研究

通过将水合物的分解过程看作是无固态产物层生成的气固反应过程, 结合粒径缩小的收缩核反应模型和分形理论, 建立了多孔介质中水合物降压分解的分数维动力学模型, 提出了基于水合物分解实验数据计算多孔介质分形维数的方法. 分别利用前人的甲烷水合物和CO2水合物降压分解实验数据, 对上述分数维动力学模型进行了验证. 计算结果表明, 用提出的方法所计算得到的多孔介质分形维数与前人的测定结果基本符合; 对甲烷水合物和CO2水合物的降压分解过程, 提出的分数维动力学分解模型得出了和实验结果基本一致的预测, 绝对平均误差(AAD)小于10%.     

气体水合物垂直换热管外融冰快速成核与静态渗透生长

通过HCFC141b气体水合物在一根垂直换热管外的生成过程可视化实验研究, 发现了融冰快速成核以及水沿垂直换热管自发渗透入客体相中连续生长气体水合物的现象, 并分别利用周公度和Sloan的假说以及表面自由能理论对这两种现象进行了机理性解释, 进而研究出一种新型的气体水合物生成方法——气体水合物换热管外融冰渗透生长方法. 由于不需要机械扰动, 利用该方法生成的气体水合物非常密实, 含水率低, 克服了机械扰动系统中能耗高且生成的水合物含水率高的缺点, 将促进气体水合物储气或蓄冷等应用技术的发展.     

在磁场作用下HCFC-141b制冷剂气体水合物的生成过程

通过实验发现不同直径的磁铁磁化铁丝后, 在反应器内形成的特殊的磁场会对HCFC-141b制冷剂气体水合物的生成过程产生显著的影响. 没有磁场作用时, 水合物只在水相中生成. 在磁场影响下, 水合物的生长方向发生改变, 可以先优先向水相或制冷剂相分别生长; 在特殊情况下, 水合物可以在制冷剂相的底部先生成; 水合物的生长区域可以扩展为在水与制冷剂两相中生长. 同时在磁场影响下, 引导时间极大地缩短, 可由9 h减小到最小40 min左右; 生成质量显著增多, 许多情况下水合率可以达到100%. 此外, 测出了磁场强度与引导时间和水合率的关系, 初步得到了一些规律.     

纳米磁性液体对多元多相体系结晶特性的影响

以HCFC141b气体水合物结晶生成体系为对象,通过实验研究了磁场作用下纳米磁性液体对多元多相体系结晶生成特性的影响.重点研究了互不相容的水相与HCFC141b液相间、水相与气相(水蒸汽与HCFC141b蒸气)间的质量传递现象.结果发现,在旋转磁场作用下,纳米磁性液体能显著增强相间的质量传递和热量传递,使得结晶生成性能包括生成温度、生成速率等得到很大的提高.     

亚微米尘粒电凝并的分形研究

在对电场中亚微米尘粒运动及凝并规律进行理论分析的基础上,应用分形生长理论建立了亚微米粒子电凝并过程的分形生长数学模型,再现了凝并体的分形结构,确定了凝并体的分形维数及其对除尘效率的影响.分形维数可定量描述尘粒凝并的难易程度,研究表明,对直径为0.01～1 μ m的球形尘粒,其凝并体具有较大的分形维数2.725432,随着粉尘粒度组成的变化,分形维数也将发生改变.分维数越大,凝并体结构越不规则,向空间扩展生长的能力越强,尘粒越容易聚集凝并,除尘器效率越高.     

成核剂对应力诱导聚乳酸薄膜结晶的影响

为使PLA薄膜的结晶速度进一步加快,提高PLA薄膜的结晶度,提高薄膜的耐热性和力学强度,研究了成核剂对应力诱导PLA薄膜结晶的影响.利用XRD、DSC、FTIR等表征手段,对PLA薄膜拉伸前后的结晶状态进行了表征.研究表明,简单的引入成核剂,并不能实现成核剂和应力诱导促进PLA结晶的协同作用.相反,成核剂的引入会在很大程度上阻碍应力诱导结晶.即使成核剂在与拉伸温度相同的等温冷结晶过程中能够显著的提高PLA结晶速率,但在应力诱导结晶过程中,成核剂的引入使得拉伸后薄膜结晶度较纯PLA体系拉伸后薄膜明显更低.在相对较低的拉伸温度进行实验,成核剂同样起到阻碍应力诱导结晶进行的作用.同时,实验发现相对较低的拉伸温度,更有利于应力诱导结晶的进行,薄膜在较低温度拉伸后结晶度更高且更稳定.     

金属锌电沉积过程的分形研究

对金属锌电沉积过程中的二维枝晶生长进行了研究,分析了外加电压、电解质浓度以及温度等实验条件对电沉积产物形貌及其分形维数的影响.结果表明,随着外加电压的增大,沉积产物形貌的变化趋势为由开放的分枝结晶向较为致密的生长形貌转变;随着硫酸锌浓度的增大,沉积产物具有分叉结构的致密纤维状枝晶簇和较为粗壮的开放型规则的分叉状枝晶,分形维数发生相应的变化;随着温度的升高,沉积产物的枝晶呈均匀化、致密化,沉积产物分形维数呈明显增大的趋势.     

水溶液体系中钐离子(III)对草酸钙结晶过程影响效应的研究

进行了水溶液体系中三价稀土离子(Sm3 )对草酸钙(CaC2O4)结晶过程影响效应的研究.采用微量热法、X射线衍射(XRD)以及扫描电镜(SEM)法,研究了Sm3 对草酸钙结晶过程动力学的影响效应及对草酸钙晶体晶型、形貌、尺寸的调控作用.微量热研究结果表明,Sm3 对草酸钙结晶过程的影响包括对晶体初期成核以及晶体生长过程的影响,在适宜的浓度(约2.50×10-5mol?L-1)下达到对晶体成核与生长的最佳抑制效果;XRD研究结果表明,Sm3 的加入有利于草酸钙二水合物(COD)的生成;SEM形貌研究表明,Sm3 对草酸钙晶体的形态、尺寸产生非常显著的调控作用.     

高磺化度聚苯胺体系中的分形结构研究

通过透射电镜的观察研究发现磺化聚苯胺的胶体聚集体和胶粒内部结构都具有分形体的特征 ,从而将分形的概念及其数学模型引入共轭导电聚合物体系之中 .磺化聚苯胺胶体的聚集体为很不均匀的分支状开放结构 ,其形成过程可用扩散控制集团聚集模型 (DLCA)进行模拟 ,计算机模拟生成的图形及其分形维数都与实验观测结果相当吻合 .胶粒由于是在分散介质所形成的平均化场中生成 ,屏蔽效应减弱 ,是比由它组成的聚集体要致密的球形结构 ,该结构的生成可用随机雨点模型模拟且结果相近 .     

溶液间歇结晶过程成核与生长阶段的定量识别

为定量识别溶液间歇结晶过程中的成核和生长阶段,基于晶粒数目和粒度的变化对粒度分布(CSD)的二阶和三阶矩量影响程度的不同,定义并关联了无因次变量K和K^*.添加晶种KNO₃-H₂O溶液结晶过程模拟计算的结果表明,K和K^*值均呈先降后升的变化趋势,成核时单调下降,生长过程中单调上升;且K与K^*值较接近.测定了KNO₃-H₂O溶液自发成核结晶过程中溶液浓度和透光率的变化,用K^*判据定量识别出成核阶段和生长阶段,并与晶体线性生长速率模型检验的结果相吻合.K值的计算依赖于CSD和结晶动力学参数,而K^*作为成核和生长阶段的模型判据,由实验测定的溶液浓度和透光率计算得到.     

茂金属聚乙烯的非等温结晶动力学

对茂金属催化和传统工艺生产的聚乙烯的非等温结晶行为进行了研究,用ＤＳＣ测试了两种聚乙烯的非等温结晶过程,对所得数据分别用Ｏｚａｗａ方程和莫志深方法进行了处理,发现：由于茂金属聚乙烯有着较高的立构规整性．所以虽然它的分子链较长,但结晶速率高于传统聚乙烯,两种聚乙烯非等温结晶过程中的成核和生长机理也不同,茂金属聚乙烯的生长维数高于传统聚乙烯     

煤焦外表面分形维数在燃烧过程中的变化

煤燃烧的化学反应及其物质输运过程均具有非线性动力特征，燃烧过程是孔洞分形体的变化过程，其外表面结构的变化部分的反映出颗粒内部孔结构的变化过程，本文利用分形理论及其相关的图像处理方法对不同煤种，不同燃烧阶段煤焦外表面结构的SEM图像进行研究，研究结果表明，XIE法较适合计算煤焦表面分形维数，在燃烧过程中煤焦的外表面分形数呈现两种变化趋势，通过最小二乘法多项式拟合确定煤焦外表面分形维数与燃尽率之间的关系式，并得到不同煤种的方程参数。     

溶液间歇结晶动力学模型的新型算法

针对溶液间歇结晶过程, 基于粒数衡算理论和ΔL定律, 借助分段归纳的研究方法, 建立了晶体粒度分布函数各阶矩量的关联式. 利用此关联式, 对文献模型中晶体粒度分布函数的二阶矩量进行替换, 并结合计算机程序设计, 可直接拟合得到结晶体系的成核和生长动力学参数, 从而为结晶动力学模型的求解建立了一种新型算法. 通过对文献报道的硝酸钾水溶液和混二甲苯溶液两组结晶数据的模拟计算, 结果发现, 运用该算法求取的结晶成核和生长动力学参数均与传统的矩量变换法的计算结果相近, 但新建算法无需预知结晶体系的总传热系数.     

煤燃烧过程中表面结构变化的SEM图像分析

介绍了SEM图像分析的多种方法,并讨论了各自的描述能力,利用这些方法分析煤在燃烧各阶段SEM图像,通过研究得到煤在燃烧过程中表面分形维数的变化规律,同时可获得表面孔的某些参数变化历程。分析表明,淮南低变质煤在850℃燃烧过程中,煤焦颗粒表面的分维数有一个先变低后变高的过程,煤焦表面分维数在2.2至2.5区间内变化;同时孔径分布由近双曲线分布变化为近正态分布,孔油加权平均形状因子增加,在研究过程中发现,不同的计算方法会对图像的分形维数值产生影响,确定合适的计算方法是分形理论在煤燃烧领域中应用的关键。通过比较发现Xie法较为适合计算煤焦表面SEM图像。     

分形理论在催化剂研究中的应用

介绍了分形和分形维数在催化剂研究中的应用.概述了催化剂研究中常用的分形维数测定方法,包括盒子维法、散射强度法和吸附法.从四个方面分析了近年来催化剂分形研究的方向和进展:分形维数与催化剂评定和筛选,催化剂分形孔结构,分形与反应动力学,模型建立.从分形维数的测量、催化剂分形生长模型以及多重分形研究三个方面对分形在催化剂方面的应用进行了评价和展望.     

聚合物纳米球结晶机理的计算机模拟

本文基于位置有序参数(SOP)分析了利用图形处理器(GPU)加速的分子动力学程序GMD模拟含有4.5万和36万个CH2联合原子的聚乙烯纳米球的分子动力学结晶过程中结晶度的变化,并使用Avrami方程得到了不同温度下的结晶指数.与一般实验结果相同,该指数n不为整数.我们提出了二元混合模型,认为纳米线团的结晶行为由两种机理按一定比例组成.当结晶温度升高时,两种尺寸的纳米线团的Avrami指数均升高并接近4,结晶机理趋向三维生长和均相成核.当温度低时,晶核多在接近纳米球的表面生成,Avrami指数趋近于1.我们对体系结晶成核阶段结束时晶核沿纳米球的径向分布进行了分析.结果表明Tn=0.60时晶核的生成位置接近表面,而Tn=0.68时晶核出现一个接近纳米球内部的峰.该结果与二元混合模型的Avrami指数的分析结果相吻合.     

基于转化率法研究冰粉生成乙烯水合物的动力学及THF非常规抑制作用

利用压缩因子Z修正理想气体状态方程,得到冰粉生成乙烯水合物过程中冰体积的转化率,并结合Avrami方程与Arrhenius方程研究温度、压力及四氢呋喃等可控因素对冰粉生成乙烯水合物的影响规律和动力学行为.结果表明,乙烯与冰粉反应生成水合物时不存在诱导期,乙烯在冰粉表面快速成核并在一维方向上等速生长.在乙烯初始压力为4.90 MPa,温度在260.05~269.75 K范围内,冰粉合成乙烯水合物活化能E_a=21.28 kJ/mol,温度为269.75 K时,冰粉的最终转化率达19.20%.随着压力(1.98~4.90 MPa)和温度(250.46~269.75 K)升高,冰粉转化率也增加.THF降低了冰粉转化率和转化效率,分子尺寸效应表明THF在冰粉生成乙烯水合物过程中存在非常规抑制作用.     

金属铜电沉积过程分形研究

对金属铜电沉积过程中的二维枝晶生长现象进行了研究,测定了沉积时间和电流之间的关系曲线,分析了外加电压、电解质浓度以及实验温度等实验条件对电沉积产物形貌及其分形维数的影响.分形维数随外加电压的改变呈现不规则的变动,随电解质浓度的增大而增大,随着电沉积温度的升高,沉积产物的分形维数先呈现上升趋势,当温度达到某一数值后,沉积产物的分形维数则在某一温度范围内呈现在波动现象,随着电沉积温度的进一步上升,沉积产物的分形维数呈现出下降的趋势.     

电沉积纳米锥镍的生长机理及其性能的研究

本文通过恒电流沉积法在柔性覆铜基板上制备了具有纳米锥阵列结构的黑色镍层,制备的纳米锥镍的底部约为200 nm, 高度约为1 μm,且大小均一,分布致密。本文探讨了镍电沉积中电流密度和主盐浓度对纳米锥镍结构形貌的影响,结果表明低电流密度和高主盐浓度有利于纳米锥镍的形成。电沉积过程中保持镍离子的供应充足是锥镍结构产生的关键因素之一, 而高电流密度会影响镍离子浓度的浓差极化,从而影响锥镍的成核过程。温度、主盐浓度以及结晶调整剂的变化会导致镍颗粒的形貌发生圆包状和针锥状结构的相互转化。温度升高具有一定的细化晶粒作用,锥镍结构需要在大于50 ^oC的条件下生成。结晶调整剂能够改变沉积过程中的晶面择优生长,且可以调控镍晶粒的形貌,使得生成的锥结构分布均匀, 颗粒细致。结果表明,在4.0 mol·L^-1 NH₄Cl和1.68 mol·L^-1 NiCl₂·6H₂O体系中沉积出分布均匀的纳米锥镍阵列结构。本文利用氯化铵作为纳米锥镍的晶体改性剂,通过分子动力学模拟理论上分析了NH₄⁺在镍表面的吸附过程。计算结果表明镍不同晶面上NH₄⁺吸附能的差异引起各晶面镍沉积速率的差异, 从而导致纳米锥镍阵列的形成。本文呢进一步结合形貌表征,提出了纳米锥镍阵列的电沉积生长的两步生长机理,包括前期的成核生长和后期的核生长过程,前期成核过程为优势生长,生成大量的晶核, 为锥镍的生长提供了生长位点,而后期的核生长过程表现为锥状镍核的择优生长, 最终形成完整均匀的锥镍阵列结构。本文制备的纳米锥镍结构还具有优异的亲水性和良好的吸光效果, 对于近紫外和可见光的吸收率大于95%, 具有较好的应用前景。