纳米催化剂辅助超稠油氧化改质实验研究

超稠油开发难点在于地下大幅度降低原油黏度,催化氧化改质具有应用潜力,但需要找到兼具活性与注入能力的催化剂,研究其反应机理.通过微乳液法制备并表征了纳米过渡金属催化剂,用以辅助超稠油注空气氧化改质吞吐的对比实验,结果表明氧化改质能够大幅度降低超稠油黏度,降黏率最高达99.86%,纳米金属催化下的改质温度降至240℃,改质速率与产油效果均显著优于微米级粉末催化剂,实验推测了氧化改质反应在不同温度下的四步机理,包括杂元素断链、初步氧化、深度氧化与高温脱羧.与加氢还原改质超稠油相比,纳米催化氧化改质更具有降黏效果好、成本低、易实施的特点,具有一定的工业应用潜力.     

渤海海冰孔隙率对单轴压缩强度影响的实验研究

针对2009～2010年冬季渤海出现的异常冰情,在辽东湾东岸某港区外潮沟采集海冰,加工成冰样;在控温精度0.1℃的条件下,对117个柱状冰冰样沿平行冰面方向加载,测试冰样的单轴压缩强度、密度、盐度.试验温度分别是？4℃,？7℃,？10℃,？13℃和？16℃,加载应变速率在10？6～10？2s？1,覆盖了冰的韧性破坏、韧脆过渡和脆性破坏区域.试验结果支持宽应变率范围内单轴压缩强度随孔隙率的变化曲面.由此得到冰力学行为转折点随孔隙率变化的定量表达;实现了描述单轴压缩强度在不同破坏行为下的统一数学表达式;此外,还推断出2009～2010年渤海异常冰情不会导致渤海海冰单轴压缩强度设计值的调整.     

RPC高温爆裂的微细观孔隙结构与蒸汽压变化机制的研究

活性粉末混凝土(RPC)高温下易发生爆裂破坏,升温时RPC微细观孔隙结构与内部蒸汽压的变化与爆裂密切相关.本文采用压汞和SEM方法测试了素RPC200在室温至350°C七个温度水平下的微细观孔隙结构特征,分析了比孔体积、阀值孔径、最可几孔径等孔隙特征参数随温度变化的规律.通过自行研制的蒸汽压装置量测并分析了温升过程中素RPC200内部蒸汽压的变化机制.采用"薄壁球"模型定量分析了孔隙内部蒸汽压引发RPC爆裂的力学机理,并给出了球壁任意点的应力随饱和蒸汽压q(T)、球壁特征尺寸K变化的力学计算模型.研究表明:随温度升高,素RPC200的比孔体积、平均孔径、阈值孔径、最可几孔径等孔隙特征参数明显增大,200°C是阈值孔径和最可几孔径明显增加的门槛温度.单位质量的RPC孔隙体积增大主要来自于过渡孔与毛细孔的数量与体积增加.由于未形成有利于蒸发水逃逸的孔隙通道,快速达到饱和且难以有效释放的内部蒸汽压是导致RPC高温爆裂的直接原因.作者利用"薄壁球"模型给出了对爆裂起控制作用的壁厚范围.     

干凝胶法制备惯性约束聚变靶用厚壁空心玻璃微球

为实现惯性约束聚变靶用厚壁（5～10μm）空心玻璃微球（Hollow Glass Microsphere,HGM）的干凝胶法制备,从数值模拟和工艺实验两个方面研究了玻璃配方发泡剂种类和含量、炉内载气组分、压力和温度对厚壁HGM制备过程及其壁厚的影响.结果表明,针对厚壁HGM在炉内成球过程中停留时间短的特点,需要对玻璃配方以高表面张力和低高温粘度为目标进行优化设计,需选用分解温度高和分解速率慢的发泡剂,并对发泡剂含量进行精确控制.提高载气中氩气的体积比例有利于增加HGM的厚壁.由于载气压力可调范围有限,提高载气压力不能显著增大HGM的壁厚.升高载气温度将减小HGM的壁厚,但有利于提高HGM的品质和合格率.当载气中氩气的体积分数在80%～95%、载气压力在1.0×105～1.25×105Pa、炉温在1600°C～1800°C时,能制备得到壁厚5～10μm、直径200～300μm的HGM,其球形度、壁厚均匀性和表面光洁度较好,但合格率还有待进一步提高.厚壁HGM的抗压强度、抗张强度和对氘气的渗透系数都随着壁厚的增大而逐渐下降.     

降温过程中组织工程用真皮成纤维细胞膜水分渗透特性的实验研究

在优化组织工程化真皮的低温保存程序时, 有必要了解体外培养的真皮成纤维细胞的低温保存特性, 如细胞膜的水分渗透系数和相应的表观活化能等. 以组织工程用真皮成纤维细胞为实验材料, 通过添加少量冰核细菌诱导形成胞外冰, 应用DSC对在降温速率为5℃·min^-1的条件下细胞悬液样品在相变过程中释放的热流量进行了测量. 对所测得的热流曲线计算得出了降温过程中成纤维细胞体积随温度的变化趋势, 并以Karlsson提出的细胞水分渗透模型为理论基础, 对获得的细胞体积变化数据进行了非线性回归的最小二乘优化, 得出了细胞膜的水分渗透率: 参照温度下(0℃)细胞膜对水分的渗透系数L_pg = 5.87×10⁴ μm·min^-1·Pa^-1, 表观活化能E_LP = 308.8 kJ·mol^-1. 将上述参数代入水分渗透模 型, 对在不同的降温速率下(0.01~50℃·min^-1), 冻存过程中成纤维细胞的水分渗透情况进行了模拟, 预测水分渗透过程结束后细胞内未渗透水的数量及保存成纤维细胞时应采取的最佳降温速率.     

热汽泡驱动无阀微泵操作特性的数值模拟

本文使用CFD软件FLUENT，研究了一种新型电加热方法产生热力汽泡驱动的无阀微泵．得出了不同加热壁面过热度下泵流量和泵压与驱动频率的关系．无阀微泵200μm深，驱动腔为直径1mm的圆腔，一对最窄为30μm最宽为271μm、张角7°的微扩管被分别连接到驱动腔，工质为甲醇，采用层流模型．研究表明不同加热壁面过热度有不同的最大流量驱动频率，在过热度为△T=15℃时，最大体积流量为9．02μL／min，最大的泵压为680Pa．随着壁面过热度增加，包含汽泡生长和冷凝周期的时间会变长，导致泵送的流量受到显著影响；不同的壁面过热度有不同的最佳驱动频率，过热度增加，最大的泵送流量和压力会增加而且有相似的变化趋势，最佳驱动频率会降低；供液期较泵送期长．     

新型矩阵式微射流热沉性能分析

设计一种带有回流结构的矩阵式微射流热沉,采用实验和数值模拟方法对热沉性能进行了研究.在稳态条件下,获得了不同运行和结构参数时被冷却表面的温度分布、流体的速度场以及系统压损.结果表明:冲击距离对热沉性能影响较大,其值越小,平均努赛尔数越大,被冷却表面的平均温度越低,换热均匀性越好;被冷却表面平均温度与气体体积流量成反比;系统压损随着射流雷诺数的增大不断增大,雷诺数大于5500以后,压损急剧增加;换热均匀性与气体体积流量成反比,气体体积流量越大,换热均匀性越好.     

聚合物胶体晶模板技术制备三维有序铟锡氧化物大孔材料

以单分散性聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微球自组装形成的有序胶体晶体结构为模板, 制备了铟锡氧化物(ITO)有序大孔材料. 以扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)以及低温N2吸附/脱附等方法对ITO大孔材料的形态及其比表面积进行了表征. 结果表明, 烧结温度在500℃时, 能够得到较为完善的三维ITO大孔材料, 空间排布高度有序, 其有序结构与模板中PMMA微球自组装方式完全相同. 孔径大小均匀(~450 nm), 较之PMMA微球有所收缩, BET比表面积为389 m² · g^-1, 孔容为0.36 cm³ · g^-1. 此外, 发现Sn掺杂率物质的量比为5%时, 在真空中退火, ITO大孔材料的导电性能最好, 电阻率为8.2×10^-3 W · cm, 初步讨论了ITO大孔材料的导电机制, 认为氧缺位是获得较好电性能的主要原因.     

pH对无机陶瓷膜微滤中药水提液膜过程的影响研究

目的研究中药水提液pH的变化对无机陶瓷膜微滤中药水提液膜过程的影响。方法调节甘草水提液的pH值为2、3、4、5、6、7、8，在温度、压力、膜面流速恒定的条件下分别过0.2μmAl2O3无机陶瓷膜，测定不同pH的甘草水提液的膜稳定通量及指标性成分甘草酸的转移率。结果不同pH条件下的甘草水提液的膜稳定通量及指标性成分甘草酸的转移率随着pH的增大有逐渐增大的趋势.在pH=4左右显著增加，pH=7时膜稳定通量最大，甘草酸的含量最高，pH=8的甘草酸转移率最高。结论pH值对无机陶瓷膜微滤甘草水提液的膜过程有很大的影响。     

低温保护剂微液滴在液氮表面冷冻过程中的结晶度及其影响因素分析

借助非等温结晶动力学理论模型,较为系统地研究了低温保护剂微液滴在液氮表面冷冻过程中的温度和结晶度分布.研究结果表明,微液滴在经历相变温区时,呈现出表面区域结晶度最高,中间次之,中心区域最低的变化规律;且浓度越高,温度和结晶度分布越不均匀,如50%甘油微滴表面区域与中心区域温差为8K,但前者的结晶度大约是后者的41倍,而对于微水滴,两个区域的温差为1.10K,结晶度则相差6倍;微液滴体积对低浓度溶液的最终结晶度没有影响,只是延长了其冻结相变持续时间,如2和8μL20%甘油的相变时间分别约为14.48和19.82s;而对于高浓度溶液,没有明显的冻结相变温区,但呈现出体积越大,结晶度越高的变化规律,如2和8μL50%甘油的结晶度分别约为0.29×10~(-6)和0.80×10~(-6);随着低温保护剂浓度的增大,其相变温度会明显降低(水为273K,20%甘油为250K,50%甘油为225K,Vs55为158K),其最终结晶度也会显著降低,如20%和50%甘油溶液的最终结晶度分别为1和5.61×10~(-7),而Vs55仅有5.70×10~(-16).     

毛细力驱动海水淡化

报道了一种新型毛细力驱动海水淡化系统.系统类似打开的环路热管,以毛细芯提供的毛细力为驱动力,抽取海水进入毛细芯发生汽液相变,产生的蒸汽进入冷凝器冷凝成淡水.实验结果表明,使用有效受热面积为50.24 cm2的蒸发器,在壁面温度为40℃时,淡水产量91.8 g/h,产水含盐约30 mg/L,水质超过饮用水标准.毛细芯中的弯液面可以自适应外界热源,在33℃~56℃间都能正常运行(产水温度30℃).由于广泛的温度适应性,特别是低温下的海水淡化和物质提纯能力,使得该方法在低品位余热利用等领域具有很大的优势和潜力.     

8-mol%钇稳定氧化锆放电等离子烧结体的电学特性研究

采用等离子烧结技术, 在1350℃10 min所烧结的8-mol%钇稳氧化锆样品(SPS)与常规1450℃4 h烧结样品(CS)相比, SPS样品致密度已达到99％. 通过X射线衍射(XRD)对两种样品分析其结构均为立方体(F_m3m), 根据XRD谱(111)峰算得SPS样品的晶粒大小D₁₁₁为154 nm, CS样品的D₁₁₁大于1 μm. 用ZVIEW软件对不同测试温度下所得交流阻抗测试结果进行了拟合处理, 研究结果表明: SPS样品的离子电导率不同于CS样品; 在400～800℃温度范围内, 放电等离子烧结样品的活化能为91 kJ·mol^−1, 与常规烧结样品的96 kJ·mol^−1相一致, 这说明SPS烧结体的导电机理与常规烧结体基本一致.     

锂硼合金反应合成机制研究

提出了锂硼合金反应合成的物理模型, 反应过程中有两次放热反应, 第1次放热反应可以分成3个阶段, 第1阶段是Li与B粒在界面(~330℃)的瞬时反应, 此放热量与B粒的半径成反比关系. 第2阶段是Li液通过B粒表面反应生成的LiB₃向内扩散并与内核的B反应, 此过程可用固体反应中的Johnston模型来描述. 其反应速率常数与B粒的半径平方成反比. 第3阶段是在425℃以上LiB₃溶解到Li液体之中, 但与此同时, 第2次放热反应也开始进行. 第2次放热反应通过Li-B化合物的形核和长大来完成, 它可以分成形核孕育和爆发反应两个阶段. 有足够形核数目时, 产生爆发性反应. 温度越低, 产生爆发性反应所需时间越长. 运用该模型解释了合成实验中出现的相关现象.     

微轧制下高碳马氏体钢的超延展性与尺度效应

高碳淬火钢难以在室温下发生塑性变形,人们曾将此现象归因于成分(碳含量过高)和组织(马氏体塑性差),未考虑几何尺寸的影响.为此,本研究在室温下对厚度为400?m的9Si Cr淬火马氏体钢进行微轧制实验,发现微轧制下实验钢的塑性良好,延展率达200%以上,且硬度比淬火态提高了39%.本文对此新发现进行了研究.首先,负辊缝轧制使横向压应力增大,同时由于单位体积的接触表面积变大,而引起纵向压应力和垂直方向压应力同时增大,因而静水压力增加.这些因素有利于抑制轧件边裂、头部劈裂以及轧件内部缺陷生成和扩展,致使塑性改善.这一现象可以用传统理论进行解释,属于第一类尺度效应.其次,由于位错和孔洞一旦到达试样表面就会释放和消失,所以轧件的比表面积越大对提高塑性越有利.因此,比表面积充分大的薄轧件已不能视为均匀连续、各向同性的理想材料,其表面效应属于第二类尺度效应.实验结果表明:长期以来认为高碳马氏体组织塑性差的认识在薄轧件轧制中受到挑战,需要同时考虑两种尺度效应,才能深入认识其力学表现和物理本质.     

CO_2固定-甲烷蒸汽重整一体化制氢：不同吸附剂的比较

针对固定床CO2固定-甲烷蒸汽重整一体化制氢过程建立二维非等温、非等压的气固异相模型,结合实验数据,比较了Li4SiO4,CaO,Li2ZrO3和水滑石（HTC）4种CO2吸收剂在重整过程中的作用,探讨了温度、压力、水碳比（S/C）对促进制氢效率的影响.模拟结果表明,在常压及550°C温度下,以Li4SiO4,CaO,HTC为吸收剂得到高于94%的H2浓度（干燥基）;500°C～600°C的温度范围内,初始CO2吸收速率：HTC〉CaO〉Li4SiO4〉Li2ZrO3;饱和速率：HTC〉CaO〉Li4SiO4〉Li2ZrO3;提高反应温度,CaO的吸收容量和吸收速率均增加,而Li4SiO4的吸收速率增加,容量变化不大.在550°C温度下,提高反应压力,＂预穿透＂阶段Li4SiO4,HTC,Li2ZrO3的促进效率增加.在S/C=2～4.5之间存在一个最佳值,此时Li4SiO4,CaO,Li2ZrO3和水滑石（HTC）的促进效率最大.     

光悬浮微粒子旋转特性研究

悬浮光机械系统将微粒子悬浮在空中,较好地隔绝了环境噪声,在诸多精密测量及量子科学领域都发挥着重要作用.利用圆偏振激光驱动微粒子自旋,可以进行扭矩测量、气体辨识及真空摩擦等方面的研究.本文基于光悬浮微粒子旋转动力学模型,搭建了真空光悬浮及旋转实验装置,对悬浮粒子的平均转速和转速波动进行了研究.结果表明,影响光力矩的激光功率越强,激光偏振态越接近圆偏振光,粒子的平均转速则越大.但影响粒子平均转速的主要因素是阻尼力矩,通过降低环境气压以减小粒子的旋转阻尼,其平均转速可大幅提升.通过调控这些实验参数,约4μm直径的球霰石微球在环境气压为0.1 Pa时被驱动至3.93 MHz转速.但在低气压环境下,微粒子的热运动也变得明显,从而导致悬浮粒子的等效激光功率随着热运动而变化,进而使得粒子的转速波动也随着气压的下降而增大.本文首创性地对比了相同气压不同转速下的转速波动,进一步说明了粒子热运动对转速波动的影响规律.此外,本文还研究了不同气压下转速相对波动的变化规律,这为光悬浮转子在陀螺仪领域的潜在应用奠定了基础.这些研究结果对于提升光悬浮系统已有应用以及开拓新领域均有重要意义.     

双势阱铁电体的场致应变效应

基于德文希尔-朗道的唯象理论,用统计方法研究了四方相双势阱铁电体在电场作用下偶极子的极化和90°翻转产生的电滞回线和电致伸缩效应,用数值模拟的方法探讨了材料参量、偶极子耦合系数和温度对电滞回线和电致伸缩的影响规律,得到了有意义的结论:材料参量α_0/β越大,电滞回线的高度越高及蝶形回线电致伸缩的底部越宽;偶极子间的交换耦合系数越大,应变的蝶形回线越宽;温度越接近居里点,应变的两条回线在交点处分离得越开,证明了经验规律:电致伸缩系数与居里-外斯常数C的乘积为常数;上述规律能够合理地解释电致伸缩的相关实验结果.     

高温应变下的亚晶界湮没与位错旋转机制的晶体相场模拟

采用先进的晶体相场模型,分别模拟了不同高温条件下的小角对称倾侧晶界,在施加应变下的晶界分解和亚晶界湮没的过程.研究表明:对于不靠近固-液共存温度的高温(T1)预熔化样品,施加应变下的晶界位错发生滑移运动,生成亚晶界和新的晶粒.随后,具有相反Burgers矢量的位错亚晶界相向运动,新晶粒不断吞噬旧晶粒而长大,最后发生亚晶界相遇湮没,亚晶界和预熔化区域消失,双晶转变为完整单晶.对于靠近固-液共存温度的高温(T2)预熔化样品,在应变作用下,生成的亚晶界相向运动,当接近到一定距离时,形成位错对偶极子,发生亚晶界位错结构二次转换,之后亚晶界运动反向,往回迁移运动,最后与另一列返回的亚晶界相向靠近,相互作用转变成"之"字形的亚晶界,然后湮没消失,整个体系转变为单晶.对于高温T2预熔化亚晶界,在应变作用下,形成位错对偶极子的过程中,偶极子的2个位错对的预熔化区域开始扩张、连通,形成近似棒状区域.这一过程的实质是高温预熔化区内部的原子晶格变软,使得在应变作用下,原子排列可以较容易的发生滑移和扭转变形,发生了不同类型的位错相互作用,出现了位错萌生、形核和增殖,位错分解和湮没等一系列位错反应,由此引起了位错的Burgers矢量方向的改变和亚晶界位错类型交换.     

无溶剂微波辅助-液相微萃取测定土壤中的滴滴涕

建立了一种快速、有效、环境友好的样品前处理方法，即无溶剂微波辅助-液相微萃取技术，并结合高效液相色谱法对土壤中的滴滴涕残留进行了测定分析，同时对影响萃取效率的相关因素，如萃取溶剂的种类、微波辐射功率、萃取时间和pH等因素进行了优化。最终确定最佳优化条件为：萃取溶剂为正庚烷，微波辐射功率为120w，萃取时间为1rain，pH为5。在最优条件下，滴滴涕的检出限（S／N=3）为0．18μg／kg，定量限（S／N=10）为0．59μg／kg，实际土壤加标回收率87．34％～96．41％之间，相对标准偏差RSDs在5．75％～6．72％之间。理论分析和实验结果表明，该方法具有操作简便，节省溶剂，快速，高效，选择性好等特点。     

粉煤灰混凝剂与传统混凝剂对乳品废水中COD和SS去除效果的比较研究

以乳品废水为处理对象,自制粉煤灰混凝剂、硫酸铝、聚合氯化铝(PAC)为实验药剂,研究了不同pH值、温度和投加量下,COD和SS的去除效果.结果 表明:在弱酸性和中性pH值下,各混凝剂的处理效果较好,且粉煤灰混凝剂的处理效果最好;水温在12～29℃时,PAC和粉煤灰混凝剂受温度影响很小,其中对粉煤灰的影响最小;各混凝剂均存在最佳投加量(1×10-3mol/L),在相同投量下,自制粉煤灰的混凝效果好于传统混凝剂.因此,粉煤灰混凝剂可以替代传统混凝剂来处理乳品废水.