化学与化工——化学与化工学科研究进展

在气体泄漏监测工作中选择合适的示踪剂是非常重要的。近年来，围绕示踪剂的研究开展了大量的工作，为了寻求现有示踪剂的改进，开展了全氟二甲基环丁烷示踪剂在carboxen-569分子筛上的吸附行为研究，考察了温度和采样速度对示踪剂穿透体积和安全采样体积的影响，确定了大气示踪剂样品的采集工艺参数和热解吸条件，为该示踪剂的应用奠定基础。     

有机组分在吸附剂Tenax-TA上的穿透特性

Tenax树脂吸附一热解吸是目前用于空气中挥发性有机物分析的较好方法之一。有机组分含量很低的气体样品，适宜采用Tenax-TA吸附剂吸附采样，对有机组分进行富集，以满足定性、定量分析的需要。为此，借助气相色谱基本原理，研究了有机组分在吸附剂上的穿透特性以获得吸附剂采样的穿透体积和安全采样体积等基本参数。     

纳米氧化铁吸附脱除单质汞的实验研究

在固定床反应器上研究了N_2气氛下纳米氧化铁对单质汞的吸附脱除特性,探讨了吸附剂颗粒尺寸,反应床温度,停留时间及表面羟基基团对纳米氧化铁除汞性能的影响。研究表明,与普通氧化铁颗粒瞬间到达穿透相比,纳米氧化铁具有更强的汞吸附能力,相同条件下其80%穿透时间达到45 min,XPS分析表明,纳米氧化铁表面85%以上均为氧化态的汞。汞在纳米氧化铁上的吸附过程中化学反应起重要作用。在试验温度范围内,随着反应床温度增加,纳米氧化铁对汞的吸附性能提高幅度显著。反应前后样品的红外光谱分析结果表明,纳米氧化铁表面主要是游离态的羟基参与了汞吸附反应。     

固体吸附剂对CO_2的高压吸附性能研究

在高压吸附仪上研究了硅胶、MCM-41、13X、SBA-15四种固体吸附剂对CO_2的高压吸附性能,考察了温度、压力、结构性质和吸附热对吸附剂吸附量的影响.结果表明,高压下四种吸附剂对CO_2的吸附均属于物理吸附,且随着压力增大吸附剂的吸附性能增强。吸附量的大小变化分为两个阶段,不同阶段影响吸附量的因素不同。四种固体吸附剂的高压吸附实验表明,理想吸附剂的选择需要从吸附量、对温度的敏感性以及孔径大小和分布等综合考虑.     

锂（1）／六氟化硫（g）气—液浸没有反应射流和燃烧的数值研究

本文对Ｌｉ（１）／ＳＦ６（ｇ）气－液浸没有反应财流流动和燃烧采用单流体模型及ｋ－ε－ｇ湍流燃烧模型进行了数值研究。针对现有研究的一些不足，本文在物理平面内采用全隐向后积分及乘方格式差分求解了基本方程。得到了速度、温度、密度和气相体积分数等物理量比较合理的详细分布及穿透区形状。从而较深入地揭示了气－液浸没有反应射流流动的流动特征。并由计算结果给出了穿透区长度与其主要影响因素之间的关系式，与相关的一些实验结果是一致的。     

吸附剂吸附特性的实验研究

实验研究了变压吸附系统中不同吸附剂的吸附特性,分析了不同因素对各种吸附剂吸附性能的影响,包括吸附温度、吸附压力和时间。研究发现不同吸附剂的吸附效率在不同的时间段显现出相反情况,提出了吸附剂的选择与运用需要考虑切换时间这一观点。最后得出了本试验装置的最佳压力与温度的变化范围(0.2MPa-0.25MPa,20℃-30℃)。     

功率谱反演大气湍流随机相位屏采样方法的研究

从产生大气湍流随机相位屏的功率谱反演法原理出发,分析了均匀采样造成的随机相位屏大量低频信息泄漏的不足,提出利用非均匀采样方法对功率谱进行滤波产生随机相位屏.建立了非均匀采样模型,并分析比较了两种采样方法覆盖的采样频率范围和单边采样频率区域的湍流功率,理论证明了非均匀采样功率谱反演产生大气湍流随机相位屏的可行性和有效性.针对大气湍流的Kolmogorov谱,分别仿真计算了两种采样模型下功率谱反演生成的大气湍流随机相位屏.仿真结果表明,在不增加采样点和计算量条件下,非均匀采样方法生成的大气湍流随机相位屏具有丰富的低频和高频信息,有效改善了传统功率谱反演大气湍流随机相位屏时低频信息严重不足的缺陷.     

位相差值法测量大气湍流格林伍德频率

为了利用位相差值法实现大气湍流格林伍德频率的准确测量, 研究了位相差值法的有效性、哈特曼探测器采样点数和采样频率的选取方法。首先给出了位相差值法的基本原理和测量噪声去除方法, 然后分析了哈特曼探测器采样点数和格林伍德频率的统计平均次数对测量精度的影响, 结果显示, 当采样点数大于400、统计平均次数大于400时, 可以实现大气湍流格林伍德频率的准确测量。研究了测量噪声的影响, 结果表明:去除噪声后, 测量值的偏离误差从30%降低到0.6%。研究了算法的重复性精度, 得到测量值偏离量的RMS值为1.9 Hz, 占理论值的3%, 说明测量方法非常稳定。依据上述结果, 对8~108 Hz的湍流进行测量和分析, 结果显示, 当不考虑空气扰动时, 测量值与理论值基本一致。最后, 研究了哈特曼探测器采样频率和格林伍德频率之间的关系:哈特曼探测器的采样频率越高, 能够准确测量的格林伍德频率也越高, 并得到了定量的经验公式。上述结果表明, 在满足采样点数、采样频率以及统计平均次数等条件下, 位相差值法可以实现大气湍流格林伍德频率的准确测量。该研究工作为大气湍流的格林伍德频率测量提供了应用依据。     

大气温度分布特性及对折射率结构常数的影响

影响大气湍流运动强弱和时空结构的因子比较复杂,大气中平均流场和大气温度的分布都是不均匀的,特别是沿垂直方向的大气温度分布,决定着垂直方向的热力不稳定性和湍流的强弱。观测事实表明,随着季节和天气条件的不同,大气温度垂直分布有很大的变化。通过对我国安徽合肥地区整层(0～20km)大气温度的观测资料的分析,得到了大气温度的垂直分布廓线和统计特性模式误差廓线;大气折射率结构常数Cn^2是表示大气光学湍流强度的一个重要参量,但大气折射率的测量较为困难,因此通常先测量温度起伏量,再用平均的温度和气压来计算得到Cn^2。通过对温度和气压模式误差的分析,可以计算得到Cn^2结果的误差,重点分析大气温度分布特性及由此带来的模式误差,并讨论其对计算Cn^2的影响。     

基于响应面的铝板表面液滴冻结过程的实验研究

本文以铝板表面上液滴冻结过程为研究对象，研究多因素交互作用在液滴冻结过程中的影响规律。基于响应面实验方法，对不同的冷壁表面温度、空气温度、液滴初始温度及液滴体积的液滴冻结过程展开实验研究。结果表明：冷壁表面温度对液滴的冻结时间影响最大，其次是液滴体积和空气温度，而液滴初始温度对液滴冻结时间影响最小。由方差分析可知，冷壁表面温度和液滴体积之间的交互作用对液滴冻结时间表现显著，其他交互项作用不显著。     

激光雷达测量大气温度的傅里叶分析方法

 在对流层(小于12km），由于大气中气溶胶的存在，传统的利用大气中瑞利散射光谱测量大气温度的方法具有一定的局限性。借助傅里叶分析方法对不同高度的大气后向散射光谱通过碘吸收池所产生的不同透过率曲线进行处理，同时考虑了对流层中气溶胶的影响，可得到对流层中不同高度、不同大气后向散射比条件下的温度轮廓线。     

海底表层沉积物声速的环境因素影响特性

应用声速通用模型开展理论分析,结合温度-压力可控实验测量分析,研究地声反演、海底原位声学测量和采样样品声学测量3种主要的海底表层沉积物声学特性测量方法中,存在的环境因素影响机制和特性.理论计算与实验测量研究具有一致性,揭示温度和静水压力对海底表层沉积物的压缩波声速的影响机制主要是通过影响孔隙海水的密度、黏度、体积弹性模...     

固体吸附管捕集冷原子吸收光谱法测定工作场所空气中汞的研究

建立了工作场所空气中汞及其化合物的高锰酸钾-二氧化锰混合固体吸附管捕集、冷原子吸收测定方法。用高锰酸钾与二氧化锰按质量比1∶1混合后填装玻璃管制成固体吸附管捕集工作场所空气中汞,并以0.90 mol·L-1的硫酸溶液解吸后冷原子吸收光谱法测定,与高锰酸钾-硫酸吸收液法的采样效率、样品稳定性、穿透容量进行了比对。在0.000 2~0.015 0 mg·L-1的浓度范围内线性关系良好,相关系数为0.999 1,空气中汞在0.001~2.820 mg·m-3范围内,平均采样效率为99.9%~100.0%,300 mg吸附剂对汞的穿透容量大于505.4 μg,吸附管对汞的平均加标回收率为96.4%~103.8%,日内、日间精密度分别为3.0%~3.3%,3.5%~5.2%,最低检出浓度为0.001 3 mg·m-3(以采集7.5 L空气样品计)、0.000 6(以96 L空气样品计)。采集后的吸附管在室温下保存30 d,下降率小于0.1%。固体吸附管采样方法简单,适用于工作场所空气中汞及其化合物的短时间、时间加权平均浓度及个体暴露浓度的采样检测。     

环境温度对燃气轮机功热并供装置及联合循环变工况性能的影响

采用动力机械变工况性能解析分析方法,研究了大气温度变化对燃气轮机功热并供和联合循环装置性能影响．指出燃气轮机在带有余热利用的条件下,大气温度的影响明显减弱,并对不同燃气轮机设计参数和蒸汽设计参数影响做了分析比较。     

改性红壤对水中磷的去除

用三氯化铁改性的红壤作为吸附剂对水中的磷进行吸附,考察了吸附剂吸附过程中时间和温度对吸附的影响。实验结果表明,改性红壤对磷的吸附是一个准二级反应过程;整个吸附过程符合Freundlich等温线,25℃时对磷的最大吸附容量为428.4mg.g-1。     

中红外甲烷检测仪稳定性实验及温度补偿研究

利用甲烷分子在中红外3.31μm波段的吸收特性,设计并研制了一种便携式甲烷检测仪。为了研究仪器的稳定性,对其在体积分数为0×10-6气体下的输出电压信号做了长时间测试,结果显示,由于环境温度发生变化,半导体电子元件和光学元件参数以及甲烷分子吸收系数均发生漂移,使检测仪输出电压信号的相对漂移达1%。为了抑制温度变化对仪器检测性能的影响,进一步实验研究了仪器输出电压随温度的变化关系,并根据这一关系,对温度漂移造成的信号偏差进行了补偿。引入温度补偿后的实验结果显示,针对体积分数为0×10-6的样品气体,仪器输出电压每周相对波动从1%降至0.46%,体积分数波动范围从86×10-6降至37×10-6。针对体积分数为3250×10-6的样品气体,计算了仪器的阿伦方差曲线,当采样时间大于500s时,阿伦方差几乎趋于定值,其标准差小于10×10-6。因此,通过温度补偿,在一定程度上消除了环境温度的影响,从而改善了仪器的稳定性。     

活性炭/沸石层状床氢气纯化穿透曲线热效应

应用变压吸附技术对氢气混合气进行分离提纯是制取高纯度氢气的有效途径。本文主要研究多组分气体在活性炭/沸石层状床中穿透曲线的热效应影响,基于多物理场仿真平台Comsol,建立了多组分气体在多孔介质中的吸附、传热与传质模型。并将模拟值与实验数据进行验证分析,探索吸附过程伴随的热效应对穿透曲线的影响机理。最后针对变压吸附氢气纯化系统运行参数研究了环境温度、吸附条件和活性炭与沸石层高度比等对穿透曲线的影响。     

大口径光束波前采样器(孔栅)的研制

应用平面波角谱理论，分析了采样器对光波场采样和分光的基本原理以及对空间采样频率的选择规则，描述了实际研制的大口径采样器的结构设计，并通过数值方法和高能激光大气传输实验研究了高能激光经采样器前／后的远场光斑分布关系。结果表明：利用光束波前采样器能高保真地实现对高能激光束的分光。     

用穿透场测量高Tc超导体样品有效钉扎势方法研究

在不同温度下测量了不同磁场扫描速率所对应的样品磁滞回线，据此定出样品的穿透场，利用穿透场与磁场扫描速率的关系得出了样品有效钉扎势，相对于其它方法而言，我们的方法具有数据处理的特点，用穿透场测量样品有效钉扎势，可能成为研究高温超导体的又一新方法。     

瑞利激光雷达探测南京上空平流层大气温度

为了解平流层大气温度变化规律,利用瑞利-拉曼-米散射激光雷达对南京上空平流层温度进行长期观测,对观测数据的分析表明:夜晚平流层温度受到重力波的影响,重力波破碎会导致局部温度升高,温度相对变化可以达到12%;在季节变化的过渡月份(4月和10月),平流层中低层温度会有所升高,对应的平流层高层温度降低;平流层温度月变化方面,除局部由于行星星际波的影响外,各月份平流层温度整体上相对比较稳定,激光雷达所测大气温度与大气模式温度具有一定的差别。最后,利用平流层温度廓线提取了重力波信息。