高压氢气输运装置物理爆炸状态场特征及灾害效应研究

 由于输运装置突然失效而引发的高压氢气喷射,能够在流场中造成超压和足以引发爆炸的扩散。运用数值计算方法,建立可用于计算的物理和数学模型对发生泄漏后有、无障碍物两种情况下的外部流场进行分析,可得到外部流场中的气体泄漏压力和浓度的分布等值线图。从计算结果可以得出氢气发生爆炸事故后的危险区域,障碍物对氢气的喷射泄漏以及爆炸所产生的影响,从而可为预防和处理氢气爆炸事故提供参考依据。     

氢气比例和点火能量对CH4-H2混合气体爆炸强度影响的实验研究

在20 L标准球形爆炸罐内开展了当量比为1的甲烷-氢气-空气混合气体爆炸实验,通过改变点火能量和氢气体积分数,探讨点火能量和气体比例对其爆炸压力和爆炸强度的影响。研究发现:氢气比例越高,爆炸冲击波传播速度越快,点火能对冲击波传播速度的影响相对较小;点火能量的提高对峰值超压有增强作用,氢气比例低时,此增强作用较显著,氢气比例高时,此增强作用较弱;点火能量对爆炸强度指数KG的影响较小,而氢气比例对爆炸强度指数KG的影响十分明显,氢气比例低于50%时,氢气比例的增加对爆炸强度的增强作用较弱,氢气比例高于50%时,氢气的增加对爆炸强度的激励作用急剧增强。另外发现,相同当量比条件下,氢气的爆炸强度指数近似为甲烷爆炸强度指数的10倍。     

磁场对磁性液体粘度的影响

采用落体法对磁场作用下的异丁醇和正戊醇液体的粘滞系数进行测量,得到异丁醇和正戊醇液体的粘滞系数与磁感应强度之间的数值关系。结果表明:当磁感应强度增大到6.78mT时,异丁醇液体的粘滞系数变小;磁场对正戊醇液体的粘滞系数的影响非常小,其粘滞系数随磁感应强度的变化不明显。     

纳秒脉冲激光对金属丝电爆炸过程的瞬态测量方法研究

金属丝电爆炸是获取金属纳米级粉粒的有效途径,电爆炸的演绎过程直接影响金属粉颗粒的尺度范围。采用纳秒级脉冲激光对爆炸过程的瞬态进行观察,以激光干涉条纹为背景,依据电爆炸过程中,对条纹的扰动获取具有清晰边缘的爆炸区图像;再根据激光穿过爆炸云团的透过率计算出不同时刻粉尘体浓度的三维分布图。测量结果表明:通电后0.5 μs,金属丝直径由0.3 mm扩展为4.7 mm, 直到18 μs时扩展为28 mm,而粒子的最大浓度由3×1021/cm3减小为1.1×1020/cm3。整个扩展过程中,粒子浓度沿径向呈现多个环带的分布形态。     

温度与CO气体耦合作用对瓦斯爆炸界限影响实验

针对煤矿火区封闭过程中常发生的瓦斯爆炸问题,运用20 L爆炸装置,实验研究了不同环境温度(25～200℃)和CO浓度(1%～10%,体积分数)条件下瓦斯的爆炸极限和最大爆炸压力。结果表明:单因素可燃性气体CO体积分数升高,瓦斯爆炸上限、下限均下降,爆炸极限范围变宽;温度升高,爆炸上限升高,下限下降;常压条件下,随着温度升高,爆炸上限与初始温度呈二次函数关系变化,爆炸下限与初始温度呈对数关系变化;瓦斯爆炸上限与下限爆炸压力随着初始温度升高均降低,随着CO体积分数升高均升高。多因素高温与CO气体耦合作用下,瓦斯爆炸上限升高,下限下降,瓦斯爆炸危险性增加;初始温度和CO气体对爆炸极限的耦合影响比单一因素的影响大,对爆炸上限的影响更为显著。     

环境温度对多相混合物爆炸特性影响的实验研究

为了研究环境温度对以铝粉、乙醚、硝基甲烷为原料的气液固多相混合物爆炸特性的影响,利用20 L球型爆炸罐,在不同环境温度(20～50℃)下,实验研究了温度变化对混合物的爆炸超压、最大爆炸压力上升速率和爆炸下限的影响。结果表明:实验工况下,乙醚的爆炸特性参数随温度升高而降低;铝粉的爆炸特性参数受温度影响较小;气液固多相混合物的爆炸压力随温度升高略微下降,最大爆炸压力上升速率先升后降,存在一个最佳浓度配比使爆炸威力最佳;气液固多相混合物的爆炸下限随温度升高而下降,在绝大部分易挥发物质汽化后,混合物下限趋于稳定。     

Ag对CoPt/Ag纳米复合膜的结构与磁性的影响

采用直流磁控溅射的方法制备了一系列(CoPt/Ag)_n多层膜，然后在不同温度下 进行了退火处理，并对其结构和磁性做了初步的表征，研究了Ag的含量以及薄膜中每一单元 厚度与总厚度对退火后薄膜的结构以及磁性能的影响.结果表明，膜厚较薄时(大约20 nm)有 利于薄膜沿(001)取向生长，Ag的加入不但能够抑制CoPt晶粒的过分长大还可以诱导薄膜的( 001)取向，使退火后的薄膜在垂直于膜面方向上的矫顽力大大增强.对于特定组分为Co ₄₀Pt₄₃Ag₁₇的薄膜，经600℃退火后已经显示了明显的(001) 取向，垂直于膜面方向上的矫顽力为5.6×10⁵ A/m，饱和磁化强度为0.65T, 并 且磁滞回线具有很好的矩形度，剩磁比(s)为0.95. 关键词： 磁记录材料 磁性薄膜 CoPt/Ag纳米复合膜     

基于多种控制机理的湍流爆炸燃烧模型研究

本文针对狭长受限空间油气爆炸燃烧发生、发展过程特点,建立不同控制机理制约不同反应步的分步反应湍流燃烧模型。该燃烧模型的基本思想在于将化学反应分为两步进行,各步的控制机理不同,各步释放的能量也不同．采用分解、混合、反应的分步方式来模拟油气爆炸燃烧过程,通过实验和数值计算结果表明,该模型能较好解决湍流爆炸燃烧过程的数值模拟问题,其结果与实验吻合很好。     

氢气与氮气对硼碳氮纳米管生长的影响

在对不同温度和不同催化剂对硼碳氮(BCN)生长影响研究的基础上，进一步研究了氮气与氢气对高温热解法制备BCN纳米管结构、产量等的影响.实验中发现氮气在制备过程中只对BCN纳米管的产量有微小影响，对所生成的纳米管的结构有一定影响，气流量太小时，乙二胺的转化率低，气流量太大时，会在所生成的BCN纳米管管壁上出现断裂生长现象.与氮气不同的是氢气不仅对所生成的纳米管的结构有很大影响，还对产量有明显影响，当制备过程中没有氢气时，所生成的BCN纳米管有明显的弯曲，甚至出现了急剧的弯折，大部分管壁附着无定形碳，还伴随中 关键词： BCN纳米管 热解 氢气 氮气     

退火对高Co含量Ti1-zCoxO2磁性半导体的影响

利用磁控溅射仪制备了高Co含量的Ti1-xCocO2磁性半导体样品,并对样品分别在200℃,300℃和400℃进行退火研究.使用透射电子显微镜(TEM)对退火前后样品的结构进行表征,并用X射线光电子能谱(XPS)对退火前后样品中Co元素的化学状态进行鉴定.结果表明高Co含量的Ti1-xCoxO2磁性半导体处于一种亚稳状态,300℃以上的温度便使其结构与成分发生巨大变化.利用超导量子干涉磁强计(SQUID)测量退火前后样品的磁特性.结果表明样品的磁性有了明显的变化,这源于磁性产生的不同机理.     

分子动力学模拟压水反应堆中氢气对水的影响

通过分子动力学方法模拟了在常温常压下(1 atm, 298 K)和在压水堆环境下(155 atm, 626 K), 水分子数为256, 氢分子数为0, 25, 50, 75和100等不同数目时, 粒子系统的动力学性质和微观结构, 分析了不同氢气对水中溶解氧的影响. 从模拟结果可知, 在常温常压和压水堆环境下, 当氢粒子数分别为0, 25, 50, 75和100时, 粒子系统的均方位移会随氢分子数增加而增加, 并且常温常压下的增长幅度远小于压水堆环境下的增长幅度, 如压水堆环境下氢分子数为75时系统的均方位移约是常温常压下氢分子数为75时系统的均方位移的6.02倍, 比压水堆环境下氢分子数0时系统的均方位移增加了131.88%. 此外, 粒子系统的微观结构, 从径向分布函数看, 在常温常压下随着氢分子数目的增加而小幅度增加, 这与常温常压下因氢气溶解在水中增大了氧离子周围的粒子密度相符合. 而在压水堆环境下, 氢分子数为75, 50, 25与为0时的水比较, 其径向分布均不会有太大的变化, 而分子数为100时会出现明显增加, 与为0时的水比较其径向分布增加了22.00%. 模拟结果表明, 往压水堆中的水加入氢气能明显地抑制水中的溶解氧.     

不同水底介质对有限域中装药沉底爆炸特性的影响

通过开展装药沉底爆炸原理性实验研究,得到了不同水底条件对装药沉底爆炸气泡运动和冲击波压力的影响规律:沉底装药水下爆炸气泡通常呈半球形,依附在水底并同时急剧膨胀达到最大半径,随后气泡做收缩运动并连带水底介质颗粒迅速上浮,同时形状发生显著变化,如在石底和泥底时气泡在水底射流的作用下呈蘑菇状上浮,砂底时气泡则呈现出柱状上浮、未出现明显脉动运动即已坍塌破裂;沉底爆炸与水底介质发生强烈耦合作用而形成不同程度的反射波,通常水下石底的反射冲击波较泥底和砂底更强烈,且一般迭加后的冲击波峰值压力高于入射波阵面压力;不同水底介质条件下,装药与水底发生的强烈耦合作用均对水底造成强冲击破坏。     

热分层对蒸汽爆炸过程影响的实验研究

本文针对液化石油气受热侵袭时出现的热分层及其对蒸汽爆炸的影响进行了模拟实验研究。在不同充装度(85％和45％)下的热响应实验证明,当储罐受到外部热源的侵袭时,在气液相区均存在着热分层。通过两种不同的加热形式,分别得到了分层度ξ>1和ξ=1的液化石油气。在此基础上进行了模拟蒸汽爆炸的泄压实验。通过实验数据的比较发现,由于分层区的存在,减小了液化石油气能量和压力泄放过程中的压力反弹,减小了蒸汽爆炸发生的可能。     

镉取代对纳米镍铁氧体结构和磁性的影响

采用湿化学共沉淀法合成了Ni_1-xCd_xFe₂O₄ (0≤x≤0.5)的混合铁氧体,利用X射线衍射对其结构和晶相进行表征．结果表明：随着镉Cd浓度的增加晶格参数逐渐增大．扫描电子显微镜研究微观结构,TG/DTA研究了硫酸共沉淀物．揭示了在650 oC合成铁氧体同时进行分解．测量了纳米粒子的磁化强度和交流磁化率．结果表明,Ni_1-xCd_xFe₂O₄混合铁氧体的磁化率、居里温度和有效磁矩随着镉含量的增加下降。     

强磁场对不同厚度Fe-Ni纳米多晶薄膜的生长过程及磁性能的影响

有无6 T强磁场条件下, 利用分子束气相沉积方法制备了21 nm和235 nm厚的Fe-Ni纳米多晶薄膜. 研究发现, 0 T时, 21 nm厚的薄膜是晶粒堆叠而成, 晶粒尺寸为6–7 nm; 6 T时, 21 nm厚的薄膜首先在基片表面形成了晶粒相互连接的5 nm平坦层, 晶粒沿基片表面拉长, 随后以6–7 nm尺寸的晶粒堆叠而成; 0 T时, 235 nm厚度的薄膜生长初期平均晶粒尺寸为3.6 nm, 生长中期平均晶粒尺寸为5.6 nm, 生长末期薄膜近似柱状方式生长, 晶粒沿生长方向拉长; 6 T时, 235 nm厚度的薄膜在基片表面也形成了晶粒相互连接的5 nm平坦层, 晶粒沿基片表面拉长, 随后以尺寸均匀的6.1 nm晶粒堆叠而成; 而且, 6 T强磁场使得不同厚度薄膜的面外与面内矫顽力都降低.     

氢化镁储氢型乳化炸药的爆炸特性研究

 通过理论计算和水下爆炸实验,初步研究了MgH₂敏化储氢型乳化炸药的爆炸特性和爆轰反应机理。结果表明：与玻璃微球敏化的乳化炸药相比,MgH₂敏化的乳化炸药水下爆炸的冲击波超压、比冲量、比冲击波能、比气泡能及水下爆炸比总能量显著增加,其中冲击波超压和水下爆炸总能量分别增加了20.5%和31.0%。MgH₂储氢型乳化炸药的爆轰机理与玻璃微球敏化乳化炸药不同,MgH₂在乳化炸药中起到了敏化剂和含能材料的双重作用,即MgH₂在乳化基质中水解产生均匀分布的氢气泡,起到了敏化作用,同时氢气参与爆炸反应,提高了炸药的爆炸能量和做功能力。     

GGA+U方法研究不同浓度Cr掺杂对TiO2的磁性和光学性质的影响

本文采用基于第一性原理的GGA+U方法,计算研究了本征态锐钛矿TiO2和不同浓度Cr掺杂锐钛矿TiO2(1/8、1/16、1/32)的电子结构、磁性及光学性质。计算结果表明：所有掺杂体系中Ti0.9375Cr0.0625O2的结合能最小,因此Ti0.9375Cr0.0625O2体系的稳定性要高于Ti0.875Cr0.125O2、Ti0.96875Cr0.03125O2体系;Cr元素的掺入导致掺杂后体系发生晶格畸变,这有利于光生空穴和电子对的分离,提高其光催化性能;同时,由于Cr-3d和O-2p电子相互作用,使得掺杂体系呈现出铁磁性质,并且随着掺杂浓度的增加会使体系具有更好的铁磁性质;掺杂体系与本征TiO2相比,掺杂后吸收带边均发生红移,光谱响应范围变大;并且随掺杂浓度的增加,光响应范围也在增大,从而有效增强了体系对于可见光的吸收能力。