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关键词： 吸附相变   润湿转变   吸附熵   吸附热   表面张力  

摘要： 气固界面吸附是气体分子在固体表面相对聚集过程,它是一个典型的表面传热传质过程,也是表面科学中一个重要的研究课题。关于平衡态下气固界面吸附特性的研究已经取得丰硕的研究成果,润湿领域也取得了令人惊叹的成就。然而,目前的研究中缺乏从吸附到相变,乃至润湿整个过程中对界面演化特征的系统研究,并且气固界面吸附过程对润湿转变过程影响的物理机制仍不清楚。因此,本文以气固两相界面吸附、相变和润湿转变过程为研究对象,基于Zeta等温吸附理论和吸附熵理论、统计速率理论等,分析了等温参数的物理意义,捕获了吸附质分子团簇的形成及演变规律,确定了吸附相变发生的临界条件,揭示了气固界面从吸附到相变的机制。首先,本文讨论了等温参数α及c的物理意义,并分析了其对等温吸附线的影响。其中,参数α可表征吸附质相之间转变的难易程度,等温参数α的大小与吸附相变所需临界条件的大小相当。参数c可表征吸附质与吸附剂的相互作用强度,主要影响吸附热数值的大小以及等温线类型。基于Zeta等温吸附方程,对蒸气在均匀固体表面的吸附过程进行了理论分析和实验研究,理论分析结果与实验结果吻合良好。Zeta等温吸附方程不仅完整描述了全压比范围内的吸附等温线,同时提供了各分压比下不同类型分子团簇的演变规律,展示了丰富的界面吸附特征。其次,分析了水蒸气在不同吸附剂表面吸附时,吸附质分子团簇随压比的演变规律。结合统计速率理论(SRT),得到了各个分压比区间的吸附动力学曲线,分析了不同压比的吸附速率及达到吸附平衡所需的时间。结果表明,中压比吸附速率相差不大,而高压比区间的速率明显更大,并且达到平衡所需时间也更长,原因在于高压比下气固相间有更大的化学势差,因而有更大的吸附速率。另一方面,本文将Zeta等温吸附方程扩展至近平衡区,基于吸附熵理论,得到了气固界面发生吸附相变的临界条件。结果表明,当压比达到α时,吸附量陡增,吸附量变化速率增加至最大值,此时界面各种类型团簇出现概率相等,团簇类型最多,吸附层内混乱度最大,吸附熵达到极大值,界面吸附层发生一阶相变。结合吸附热方程,捕获了高压比区及近平衡区等量吸附热的变化,以分子团簇的变化规律为分析手段,给出了等量吸附热曲线随压比变化的物理机制。当吸附热的数值接近吸附质潜热时,吸附界面发生了润湿转变。结合吉布斯吸附方程和杨氏方程,展示了气固表面张力随压比的变化情况,得到了零吸附情况下气固界面的表面张力,该参数属于材料的物性参数。对于不同蒸气在同种吸附剂上吸附时,可以使用该参数预测润湿转变所需的临界热力学条件。

关键词： 动态氢气泡模板法   气泡行为   表面张力   电铸模具   3D多孔镍  

摘要： 动态氢气泡模板法是一种电沉积制备多孔金属材料的高效方法,利用该方法制备的多孔镍材料具有微米级的二维孔结构,可应用于催化和传感等方面。本文探究了该方法中不同条件下气泡的演化行为,通过控制溶液成份和沉积条件,实现了气泡的可控生长,制备了一种具有毫米级锥孔结构的镍层,可用于真空吸附成型模具的制造,具有很高的应用价值。从锥孔研究中气泡行为的特点出发,进一步研究了气泡的析出和合并方式,首次制备出了具有微米级合并孔结构的三维多孔镍层,探究了其催化析氢的性能。主要内容如下:(1)首先确定了沉积层中在基孔位置形成锥孔的关键因素为溶液的表面张力,探究了锥孔的形成机制,确定了溶液的最优组成,并成功在多孔金属板(基孔直径为200μm)上制备了具有锥孔结构的镍层,锥孔轮廓角度最高可达50°。利用十二烷基硫酸钠(SDS)调整溶液表面张力,发现当SDS的含量为0.005 g/L时(表面张力为50.2 m N/m),不仅能在基孔位置形成锥孔,而且能减少镍层表面的针孔缺陷。SDS的含量更低时,沉积层在基孔的位置上都能成孔,但其余部位有大量针孔缺陷,SDS的含量高于0.005 g/L时,沉积层中不能出现锥孔。沉积层中锥孔的形貌受到溶液中H浓度、溶液搅拌速度和电流密度的影响:添加氨基磺酸后,析氢反应得到增强,但气泡生长过快易脱附,不利于锥孔形成;溶液搅拌速度和电流密度的增加均可增加锥孔轮廓角度。基孔的距离对锥孔形貌也有影响,基孔距离过小时,气泡生长竞争,导致沉积层中锥孔变小。(2)采用高低电流密度结合的方法控制氢气的演化过程。低电流密度时电沉积产生的气泡会一直附着在沉积层表面;高电流密度时,沉积层中出现密集的气体生成活性位点,气泡不断溢出使得沉积层为密集孔状结构。以氨基磺酸镍(Ni(NHSO)·4HO)为主盐,氯化铵(NHCl)为氢源,当NHCl的浓度为3 M时,先以1.000 A/cm的电流密度沉积120s;再以0.025 A/cm的电流密度沉积10 h,能够得到良好的合并孔结构的3D多孔镍层,上层孔尺寸约400μm。制备的3D多孔镍层相比于二维多孔镍层在碱性条件下对析氢反应的催化效果有明显提高。

关键词： 岩石地球化学   流体包裹体地球化学   S-Pb同位素   沉淀机制   金厂河多金属矿床   云南保山  

摘要： 金厂河铁铜铅锌多金属矿床位于云南保山地块北部,是“三江”特提斯域南段已知的大型矽卡岩型多金属矿床,具有较高经济价值和重要科研意义。本文以详细野外地质调查和岩相学为基础,从地质特征、岩石地球化学、流体包裹体地球化学和稳定同位素等方面入手对该矿床进行了研究。查明了成矿流体和成矿物质来源及演化过程,揭示了矿质运移方式与沉淀机制,进一步探讨了矿床成因类型。本次取得的主要成果如下:(1)通过详细的野外及岩相学观察,理清了矿床具有水平方向从东至西、垂直方向由深至浅依次为含Fe黑柱石阳起石矽卡岩、含Cu石榴子石阳起石矽卡岩、含Pb-Zn阳起石矽卡岩的矿化蚀变特征,对应的成矿流体从下往上、从东向西远距离运移。(2)岩石地球化学方面,根据岩(矿)石主量元素含量随标高的变化趋势和微量及稀土元素的配分特征,确定成矿物质来源于Eu亏损的深部岩浆,而与成矿有关的岩浆岩体位于地下深部。(3)不同阶段石英内流体包裹体显微测温结果表明,从退化蚀变阶段至碳酸盐阶段流体的均一温度逐渐降低,盐度先升高,再降低。其中,石英-硫化物阶段均一温度为151～266℃,WL型包体盐度为1.9～18.9wt.%Na Cl,S型包体盐度为31.9～33.5wt.%Na Cl,盐度具有2个区间。单个包裹体激光拉曼光谱分析显示,成矿流体主要成分为HO和极少量N,在子矿物中新发现了斑铜矿。成矿流体属HO-Na Cl体系。(4)硫化物的S、Pb同位素特征显示,硫源为深部幔源岩浆硫和地层硫构成的混合硫,各成矿阶段内硫同位素分馏已达平衡状态;硫化物富铀铅、略亏损钍铅,呈造山带铅特征,铅源为上地壳铅和少量深部壳源乃至幔源岩浆铅的混合。(5)根据上述研究成果,重塑了流体来源及其在成矿过程中的演化特征,推演成矿流体携带的成矿金属元素主要以稳定络合物形式运移,成矿物质经历流体沸腾、水-岩反应及氧化-还原环境的改变发生沉淀。推断与成矿有关的中酸性岩体隐伏于地下深处,矿床为层控矽卡岩型铁铜铅锌多金属矿床。

关键词： 假塑性流体   错位六弯叶桨   洞穴   表观粘度   切应力  

摘要： 以假塑性流体为搅拌介质的生产操作在食品、生化、聚合物以及医药等工业领域中应用广泛。通常来说,此类流体相对其他流体会呈现出较为复杂的流变性,其中以出现剪切稀化行为和初始屈服应力为主要流变特征。在搅拌过程中,通常会在叶轮附近区域的流体混合比较充分,形成“洞穴”区域,而槽内非“洞穴”区域内的流体,一般都会处于缓慢流动状态,甚至是达到停滞状态,这将严重阻碍和降低传热、传质效率,对流体的搅拌混合过程极为不利。因此,本文以六弯叶桨和错位六弯叶桨两种不同的径流式搅拌桨作为研究对象,采用两个实验使其分别与CFD数值模拟结果进行双重结合验证的方法,对典型的假塑性流体之一的黄原胶水溶液的流场洞穴大小及其触壁前后的洞穴轴向扩展演化规律特征进行深入的分析和研究,为强化高效流体搅拌装置的优化研究提供参考和假塑性流体的高效混合应用提供理论依据。本文首先通过采用流变仪等实验设备的方式测定了黄原胶水溶液的相关流变参数,继而利用流场PIV实验设备对6PBT搅拌桨的流场特性进行了测试,并利用流场搅拌设备进行了搅拌功耗的实验研究,结果表明,在所研究质量分数范围内的黄原胶水溶液的流变特性与Herschel-Bulkley模型两者是相符合的,进而通过后处理软件Origin 2018将所得的实验数据进行处理,获取模型中所需的各项参数,为后续所建立的数值模型等相关条件和参数等提供相应的数据支撑。为了验证所建模型的正确性,对流场搅拌功耗和速度矢量结构两个方面进行分析,其中,主要通过数值模拟结果以及实验数据两个方面进行比较判断。结果表明,在这两方面的CFD模拟结果与实验数据均有较高程度的吻合,进而表明本文所建层流模型是准确的,通过该模型所模拟的结果是具有可靠性的。通过研究不同流变性和不同搅拌转速下的黄原胶水溶液流场洞穴在搅拌槽内轴向演化规律,发现同种工况下,搅拌流场洞穴高度与黄原胶水溶液质量分数成反比例关系,且6PBT桨的搅拌洞穴高度高于6BT桨;洞穴触壁前,洞穴的轴向高度与搅拌转速成正比例关系,洞穴触壁后,随着搅拌转速的继续增加,洞穴轴向高度先增大后保持不变,且溶液质量分数越大,洞穴轴向高度的最大值越小,表明了当转速增加到一定程度时,继续增加并不能很好地改善搅拌槽内切应力分布。基于所建立的计算模型,对表观雷诺数高达1204.22的流场洞穴进行研究,发现在径向位置为-100 mm-100 mm和轴向位置为-70 mm-80 mm的区域范围内,表观粘度的梯度变化较小且具有完整的速度矢量线包裹,洞穴内部实际处于湍流状态。继而建立湍流模型,对洞穴内部的真实流动特征进行研究,发现在处于湍流状态的洞穴内部,随着搅拌转速的提升,对整个洞穴内部的速度分布以及整体切应力分布变化并不明显,而桨叶背液面的湍动能分布却有明显的提升,说明湍流状态下继续增大转速,所输入的能耗多数消耗在桨叶背液面处。本文研究在以下方面体现出较好的创新性:(1)基于假塑性流体特有的剪切稀化流变性,建立了能够反映假塑性流体搅拌流场的计算模型,并探究了两种桨(6BT桨和6PBT桨)的搅拌流场洞穴轴向扩展规律。(2)基于边界粘度法,确定了合理的洞穴边界研究范围,明确指出了洞穴内部假塑性流体的流动特征。

摘要： 表面张力形成水滴我们轻轻拧水龙头,水会缓慢地流出来,在出水口聚积下垂,最后脱离,形成水滴.水之所以能形成水滴,是因为水会产生表面张力.表面张力是让表面尽可能缩小的力.体积相同的不同物体,表面积最小的是球形,一般情况下,液体都存在变成球形的趋势,例如变成水滴.

关键词： 双子表面活性剂   蒙脱土   表面张力   插层改性   吸附  

摘要： 现代工业技术的稳步发展为我们带来巨大经济增长的同时,也导致了许多环境问题,人们开始对资源利用和生态平衡大量关注,其中,有机污染废水是目前环境污染治理中的重要研究课题。吸附技术近年来逐渐成为废水处理的主要方式之一。低成本储量丰富的天然蒙脱土具有良好的理化特性,所以受到高度重视,常作为催化剂的载体或者吸附剂使用。相比于其它传统的表面活性剂,双子型表面活性剂有着更好的物理化学性能并且自身的结构具有可塑性,所以成为了蒙脱土的新型改性剂,可以进一步提升其吸附能力。为了缓解环境压力和充分利用环境资源,探索被新型改性剂改性的蒙脱土可扩充吸附剂的种类并为实际开发提供理论依据,所以具有重要意义。本论文从分子结构与物质功能的角度进行考虑,设计合成了含有四羟基的双烷基二乙醇溴化胺功能型双子表面活性剂(m-3-m(OH),m=12,16),资源丰富,制备工艺简单。之后探究了它的物化性能,并以该系列双子表面活性剂作为改性剂改性蒙脱土(Na-Mt)制备了有机蒙脱土(DG-Mt和HG-Mt),表征了其结构特性,研究了它对有机污染物的吸附性能和吸附机理,主要工作如下:1、自制双子表面活性剂m-3-m(OH)的合成及其物化性能的测试。(1)通过两步反应,先以溴代烷、二乙醇胺为原料合成中间体产物m-烷基二乙醇胺(DTA-m),探究了反应的温度、物料配比、反应时间以及相关催化剂的使用对中间体m-烷基二乙醇胺收率的影响,然后将中间体产物DTA-m和1,3-二溴丙烷一起制得m-3-m(OH),并且通过FTIR和HNMR表征结果确立该产品的结构。结果表明,中间体DTA-m最理想的反应条件为:物料配比在n(二乙醇胺)∶n(1-溴代十二烷)=1.3∶1,分5次1h完成加料,温度为81℃,时间20 h,并且添加KCO作为催化缚酸剂。此条件下中间体十二烷基二乙醇胺(DTA-12)和十六烷基二乙醇胺(DTA-16)的最大产率可达89.12%,91.08%。反应物摩尔比为n(DTA-m)∶n(1,3-二溴丙烷)=2.2∶1,反应溶剂为正丙醇,反应温度为98℃,反应时间为48h,制得最终产品12-3-12(OH)和16-3-16(OH),收率分别为36.24%和29.67%。(2)探讨了制得的m-3-m(OH)样品作为表面活性剂的性质。从表面活性、泡沫性能、乳化性能几个方面分析了该系列表面活性剂的物化性能,发现m-3-m(OH)具有优秀的泡沫性能和乳化性能,并且随着疏水碳链的增长其性能更好。疏水链的增加导致m-3-m(OH)的临界胶束浓度(cmc)变小,对应的表面张力(γ)也变小,在25℃时,12-3-12(OH)和16-3-16(OH)的cmc值分别为0.39 mmol/L和0.26 mmol/L,对应的γ分别为34.67 m N/m和31.21m N/m。2、有机蒙脱土的制备和表征。以自制的12-3-12(OH)和16-3-16(OH)双子表面活性剂作为改性剂成功的改性蒙脱土,分别得到DG-Mt和HG-Mt。通过FTIR、XRD、TG-DTG、BET、SEM以及水接触角测对改性前的Na-Mt和改性后的DG-Mt和HG-Mt进行表征。发现经过改性后的DG-Mt和HG-Mt相比于改性前的Na-Mt层间距变大,改性剂的用量为1.0CEC时达到饱和,此时层间距不再变大。改性剂在层间呈现出横向排列,假三分子层,石蜡型排列以及假三分子层和石蜡型排列共存的排列聚集形式。改性后的有机蒙脱土的比表面积和孔体积要都要小于改性之前,处于介孔结构,并且由规整平坦的形态转变为松散破损的形态。相比于原始的Na-Mt改性后的蒙脱土的热稳定性变差。接触角测试表明随着改性剂用量的增加蒙脱土的疏水性呈现为先增大后略微下降的情况。3、研究了DG-Mt和HG-Mt对邻苯二酚(CT)的吸附,DG-Mt对甲基橙(MO)和刚果红(CR)的吸附。综合考虑温度、p H、改性剂用量、溶液的初始浓度、吸附剂的用量和成本等各种因素得到理想吸附条件:对CT吸附时,采用0.1 g吸附剂,初始浓度100 mg/L的CT溶液,p H=10,25℃下吸附180 min;对MO和CR吸附时,吸附剂0.04 g,初始浓度100 mg/L的染料溶液,自然p H值,25℃下吸附180min,改性剂用量均为1.0CEC。实验数据表明DG-Mt和HG-Mt对CT、MO和CR的吸附过程都可用拟二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型来解释,并且是一个自发吸热的过程。在25℃时,DG-Mt和HG-Mt对CT的最大吸附量分别为:69.68 mg/g和132.10 mg/g;DG-Mt对MO和CR的最大吸附量分别为:304.89 mg/g和248.14 mg/g。通过与其它吸附剂比较发现邻苯二酚中的羟基,甲基橙和刚果红中的-N=N-键与m-3-m(OH)中的羟

关键词： 准噶尔盆地   芦草沟组   非常规储层   混积岩   孔隙演化   流体可动性   储层评价  

摘要： 我国陆相页岩油的勘探仍处于起步阶段,研究程度较低,但资源潜力巨大;实现页岩油的规模快速发展,将对提高国内石油生产能力、保障国家能源安全具有重要意义。本文以我国首个国家级陆相页岩油示范区—准噶尔盆地吉木萨尔凹陷芦草沟组混积岩为研究对象,综合利用X射线荧光光谱(XRF)、薄片观察、矿物定量评价系统(QEMSCAN)、扫描电镜(SEM)、纳米CT等观测手段,岩石热解、总有机碳(TOC)测定、X射线衍射(XRD)矿物分析、成岩物理模拟、物性测定、低温液氮吸附、高压压汞、核磁共振、地层水离子测定等分析方法,重建芦草沟组沉积古环境,明确岩石学与储层性质,探索地层条件下芦草沟组孔隙演化特征,明确储层内流体流动性能差异,并预测有利储层发育区。主要成果如下:1.准噶尔盆地吉木萨尔凹陷芦草沟组混积岩沉积环境较为复杂,可分为3个沉积单元;发育波状、平行、水平纹层结构和均匀块状结构,不同纹层结构矿物组成差异明显,其中波状纹层结构及长英质-白云石-方解石-黏土矿物组合类储层为优质储层。2.芦草沟组混积岩储层孔隙度主体介于0.64%-20.15%,渗透率主体介于0.001-0.01 m D,孔隙类型主要为晶间孔、晶内溶孔、粒内溶孔、粒间孔、粒间溶孔。成岩物理模拟实验结果表明,研究区页岩非黏土矿物和有机酸溶蚀主要对直径介于18-50 nm的孔隙产生影响;黏土矿物转化主要对直径小于18 nm和大于50 nm的孔隙产生影响;有机质热演化过程对整个孔径范围内的孔隙均有影响,孔隙总体上呈“三段式”增长规律。3.芦草沟组混积岩储层可动流体饱和度与储层物性正相关。可动水饱和度为18.4%-37.2%,主要集中在直径为0.05-0.23μm的孔喉范围内,可动油饱和度为65.8%-71.9%,主要集中在直径大于0.05μm的孔喉范围内。4.结合研究区混积岩储层物性及含油性特征划分了三类储层,并据此将研究区划分为三类有利区带,其中上甜点以Ⅰ类区和Ⅱ类区为主,主要分布在研究区中部及东南部地区;下甜点以Ⅱ类区为主,主要分布在研究区中部、南部及东南部地区。本文取得的相关认识,明确了吉木萨尔凹陷芦草沟组混积岩储层发育的地质条件与勘探潜力,为研究区“甜点区”评价优选与工业性勘探开发提供了科学指导和技术支持。

摘要： 你知道表面张力吗?用彩虹气泡蛇的实验来学习一下吧。You will need An empty water bottle一个空水瓶An old sock一只旧袜子A small bowl一个小碗Liquid food coloring液体食用色素Scissors剪刀Water水Liquid dish soap洗洁精What to do 1. Use the scissors to cut the bottom off of a water bottle.

关键词： FeP非晶合金   NN   DFT   EAM   P偏析   相分离  

摘要： 在过去几十年内,由于非晶合金的结构的复杂性及其在现有实验条件下的局限性,人们对于非晶的认知还远远不足。因此,往往依赖于计算模拟的方法来研究非晶合金的结构和性质。计算机的高速发展,为计算模拟提供了理论研究条件,密度泛函理论(Density functional theory,DFT)、分子动力学模拟(Molecular dynamics simulation,MD),相继地为非晶合金的理论研究提供了巨大的帮助。对于DFT其计算精度高但计算速度缓慢,而MD计算速度快,但精度略显不足。本文提出一种神经网络(Neural network,NN)的方法,创造性地通过神经网络构建了一种精度高、速度快的势函数,并对Fe P非晶合金性质进行了详细研究。1.本文基于实证研究方法,通过相应的DFT计算收集了12390个参考数据集,进而搭建了一个含有隐藏层为两层的90 20 20 1的神经网络模型。从而通过L-BFGS算法训练得到了一个均方根误差为1.0596825 me V/atom Fe P非晶合金的NN势函数。2.本文以DFT精度为基准,对NN势函数和传统的EAM势函数进行了分析比较。通过对晶体结构的状态方程拟合、非晶结构与原子受力分析、势函数的误差与相图的分析等三个方面的验证比较,最终发现NN势函数在精度上要优于EAM势函数,其精度接近DFT。3.本文将计算获取的NN势函数与EAM势函数分别研究了2000个原子体系的Fe P非晶合金的性质。通过径向分布函数、Voronoi多面体方法研究了FeP非晶合金在300 K、1000K、1600 K、2000 K的结构性质,发现了FeP非晶合金具有一个P的偏析行为。随后,研究了0%～30%不同P浓度的调幅分解行为,发现其混合焓二阶导数为正,表明Fe P非晶合金在P浓度含量为30%以下不会发生相分离。

关键词： Bubble characteristics   electrostatic imaging   electrostatic sensor array   fluidized bed   optical imaging system  

摘要： Fluidized beds are widely applied in many industrial processes. In order to control and optimize the operation of a fluidized bed, it is necessary to develop reliable methods for the measurement of bubble characteristics to monitor the status of the bed. Electrostatic sensing methods based on the detection of charges on particles have been applied to characterize the particle motion in a fluidized bed. However, there is limited research on the measurement of bubble characteristics using the electrostatic methods due to complex electrostatic phenomena around the bubbles. In this article, an imaging method using a two-dimensional electrostatic sensor array is employed for the experimental investigations into the bubble behaviors in a two-dimensional fluidized bed. The bubble size, shape, rising velocity, and generation frequency are measured. Moreover, an optical imaging system is employed to obtain reference information to evaluate the performance of the electrostatic imaging method. Experimental results show that the bubble characteristics measured from the electrostatic sensor array have a good agreement with the results from the optical imaging system. The relative root mean square error between the bubble shapes measured from the electrostatic sensor array and from the optical system is 0.239 with a standard deviation within 4.7%.