火焰位置可转换的气体燃烧演示器的制作和使用——介绍纯净氢气在氧气或氯气燃烧反应中的有趣实验

通常人们一提起气体的燃烧就自然会想到纯净的氢气、一氧化碳、甲烷、乙烯、乙炔等在空气或氧气中的燃烧。笔者为此设计了一套简易装置,则可用于演示“助燃性”气体在“可燃性”气体中燃烧的实验,它拓展了学生视野,培养了学习兴趣,对帮助学生正确认识“燃烧”起到了较好的作用。     

温度对碳膜内氮、氧渗透分离影响的非平衡模拟

采用双控体积巨正则系综分子动力学(DCV-GCMD)方法, 用二维狭缝代替传统的一维狭缝构建膜孔模型研究了温度对氮氧纯气体及其混合物在碳膜内的渗透特性, 探讨了氮氧分离机理. 提出了一种新的计算二元混合气体中各组分通量和分离系数的方法, 即模拟中引入迭代, 解决了前人忽略低压侧气体组成和压力影响的问题. 试验结果表明: 当氮氧以纯气体的形式分别透过碳膜时, 二者均遵循Knudsen扩散方式, 且低温下氮气具有较大的渗透性质; 而当二者以混合物的形式一起透过碳膜时, 低温下二者之间存在竞争吸附, 孔宽对气体的渗透影响显著, 尤其是膜孔较小的时候, 分子筛效应控制氮氧分离; 高温下吸附影响不显著.     

Pt/C和Pt/CNTs电极的电化学稳定性研究

采用恒电位氧化法研究了Pt/C和Pt/CNTs电极的电化学稳定性. 相同条件下, Pt/C电极的氧化电流大约为Pt/CNTs电极的2倍; 120 h氧化后, Pt/C电极Pt的电化学表面积下降了21.3%, 而Pt/CNTs电极仅下降了7.6%, 表明Pt/CNTs电极性能衰减较慢. X射线光电子能谱(XPS)分析表明, Pt/C的载体碳黑表面氧增加量大于Pt/CNTs中碳纳米管(CNTs)表面氧的增加量, 说明碳黑的被氧化程度较高, 电化学稳定性差; Pt的表面化学状态没有发生变化; 碳纳米管本身的抗电化学氧化性也大于碳黑. 所以, 载体的被氧化程度不同是两种电极性能衰减不同的主要原因之一, 并且排除了Pt表面状态的影响.     

添加CaSO4·2H2O为晶种制备磷石膏半水硫酸钙晶须

以固体废弃物磷石膏为原料,在传统常压醇水热法的基础上添加CaSO₄·2H₂O为晶种制备半水硫酸钙晶须。采用单因素试验法探究了晶种含量、丙三醇含量和磷石膏质量分数对晶须结构和形貌的影响,确定晶须的最佳制备工艺条件。采用SEM和XRD对样品进行表征分析,实验结果表明:添加CaSO₄·2H₂O晶种制备晶须的长径比(49.29)比只添加丙三醇的样品的长径比(30.99)提高了近60%;当丙三醇与水的体积比(V)为1、晶种含量为1%、磷石膏质量分数为5%时制备的晶须的平均直径为0.65 μm,长径比达到了62.15,晶须的尺寸均匀。这说明添加1%CaSO₄·2H₂O晶种、V为1的丙三醇和质量分数为5%的磷石膏在常压下能制备出高长径比和尺寸均匀的半水硫酸钙晶须。     

Y3+/Li+和Y3+/Na+双掺杂氟化钡快响应闪烁晶体

氟化钡(BaF₂)晶体是已知响应最快的闪烁晶体,在高能物理、核物理及核医学等领域有着广泛的应用前景。抑制BaF₂晶体的慢发光成分对其工程应用至关重要。本文利用坩埚下降法制备了高Y³⁺掺杂浓度5%、8%、10%(摩尔分数)的BaF₂晶体,并采用Y³⁺与碱金属离子(Li⁺、Na⁺)共掺杂的方法形成电荷补偿阻止间隙F^-的产生,制备了双掺杂型BaF₂快响应闪烁晶体,进而基于优化的5 ns和2 500 ns时间门宽测试方法,研究了Y³⁺掺杂浓度以及Y³⁺与碱金属离子(Li⁺、Na⁺)共掺杂浓度对BaF₂闪烁晶体快/慢成分比的影响规律。结果表明,生长的高浓度Y³⁺掺杂BaF₂晶体的光学质量优异,在220 nm和300 nm处透过率分别高于90%和92%;随着Y³⁺掺杂浓度由0提高至10%,BaF₂晶体的慢发光成分显著降低,快/慢成分比由0.15提高至1.21;生长的Y³⁺/Li⁺及Y³⁺/Na⁺共掺杂BaF₂晶体的慢发光成分较Y³⁺掺杂BaF₂晶体进一步降低,快/慢成分比最高分别可达1.63和1.61。研制的双掺杂BaF₂快响应闪烁晶体有望应用于高能物理、核物理前沿实验等重要领域。     

填充比对三角晶格等离子体光子晶体色散关系的影响

采用有限单元法,分别对TE模式、TM模式下三角晶格等离子体光子晶体的色散关系进行了理论计算,分析了等离子体填充比对能带位置和禁带宽度的影响.结果 表明:TM模式下等离子体光子晶体在M-F、X-M两个方向上存在不完全带隙,随填充比的增加,带隙位置向高频移动,禁带宽度增大直至达到一稳定值.TE模式下等离子体光子晶体不仅存在禁带结构,还在低频处形成了表面等离子体波的平带结构.随填充比的增大,TE模式等离子体光子晶体由X-M单一方向的不完全带隙形成了完全带隙,带隙宽度随填充比的增大而增大.本文提供了一种可调谐等离子体光子晶体的有效方法,有望应用于微波、THz波的可调性控制.     

结构冲击畸变问题的直接相似方法研究

结构受冲击时由不同材料引起比例模型与全尺寸原型的畸变,通常通过修正比例模型的速度或密度进行补偿.然而传统的修正方法,存在需预先测试结构响应、依赖特殊本构方程、不能反映动态过程的缺陷,因而限制了相似理论在比例模型试验中的直接应用.本文提出了一种不同材料畸变问题的直接相似方法.它通过建立应变率区间上比例模型预测的流动屈服应力与原型流动屈服应力的最佳逼近关系,直接获得了修正速度或修正密度的比例因子,完成了比例模型与原型的动态相似关系.基于Norton-Hoff, Cowper-Symonds, Johnson-Cook三种经典的本构模型,研究了材料应变率敏感性特征参数、参考应变率、屈服应力、密度在动态相似关系中的作用.并通过受质量冲击的折板结构算例,验证了直接相似方法的有效性.分析表明,本文提出的直接相似方法不需要预先测试结构的响应,不依赖特殊的本构方程、强调动态相似特性,具有直接、高效、通用的特点.此外,动态相似关系的最佳逼近效果,受材料应变率敏感性特征参数控制,屈服应力、密度和参考应变率影响不大;当比例模型应变率敏感性特征参数与原型相近,可获得最佳逼近.     

内部爆炸薄圆板的变形及有效载荷

为了研究内爆炸薄圆板的失效与作用载荷特性,在双圆筒装置内开展了铝质、钢质薄圆板内爆炸实验,分析了圆板破坏模式及比冲量载荷特性,并基于相同变形下载荷相等原理,得到了钢质圆板极限变形下的有效比冲量及作用时间,提出了该工况下圆板变形的预估模型。结果表明:在内爆炸载荷作用下,薄圆板的夹持边界和几何中心是应力集中区,产生了塑性大变形、拉伸撕裂、剪切断裂3种破坏模式;圆板的比冲量载荷由初始的波浪式增长逐渐转化为线性增长,30～80 g某温压装药使1 mm厚钢质圆板产生极限变形的有效比冲量作用时间在2.26～2.93 ms之间,经验证,圆钢板变形预估模型得到的装药质量与实验装药质量偏差小于13.3%。     

基于简单碰撞理论煤粉燃烧动力学模型的研究-PART Ⅲ:氧气可达比表面积

根据不同温度下氧分子平均自由程的大小,比较了小孔、中孔和大孔中三种扩散速率与煤焦表面燃烧速度的大小.研究表明2000 K以内,颗粒表面分子扩散速率比氧化反应速率大1个数量级以上,过度扩散速率不小于氧化速率.温度小于1200K时,燃烧速率比Knudsen扩散速率小1～5个数量级,扩散孔径小于15～28 nm,反应主要在内外表面进行;1200～1600K时,燃烧速率与Knudsen扩散速率相当,扩散临界孔径28～38 nm,反应在外表面及浅层内表面进行;温度1600K以上时,Knudsen扩散速率比燃烧速率小1个数量级,孔径38～50 nm以下内表面上碳的氧化速度受扩散控制.煤焦的氧化主要发生在Knudsen扩散临界孔径10～50 nm以上的氧气可达表面上.     

抛物面式太阳能聚能系统聚光特性模拟

结合集热器的光学特性,本文应用蒙特卡罗法对理想的槽型和碟型两种抛物面集热器在不同焦距、不同边缘角时焦面上的热流密度进行了计算,获得了焦距、边缘角和聚光比之间的关系。在考虑太阳不平行度、跟踪指向误差、镜面的反射误差条件下,对碟型抛物面太阳能聚能系统的辐射特性进行了数值模拟分析,获得了吸收器壁面热流分布以及边缘角对焦面热流分布的影响,为太阳能聚能系统的设计和安装提供参考依据。