镁电解过程氯气喷射角及流体流动的水力模拟

Mg熔盐电解过程中,两极产物镁和氯气的分离效果与阳极气泡的运动特征及电解质的循环状况关系密切。本实验采用石英透明电解槽对MgCl_2电解过程中阳极气泡析出的物理过程和氯气喷射角进行观测;并用水力模拟方法研究工艺和结构因数对流体流动状态的影响。高温电解实验观测得氯气喷射角为5°～10°,且不随阳极倾斜发生变化;水力模拟测得氯气喷射角为10°～15°。本研究所揭示的这些物理过程和工艺因数的影响可为镁电解槽结构优化设计提供理论依据。     

铝电解槽阳极形状对气泡排出的影响

铝电解槽阳极气泡行为对工艺参数敏感,因此,采用透明电解槽研究阳极倾斜和阳极倒角对气泡析出行为的影响.结果表明:当阳极倾斜度较小(小于2°)时, 倾角的变化对气泡行为影响较小;当阳极倾斜度大于2°时,阳极倾斜角的增加会明显加速气泡运动速度但减小气泡尺寸和覆盖率;在倾斜阳极上观测到类似“Fortin”气泡;阳极倒角会一定程度减小气泡尺寸和覆盖率,但对加快气泡脱离速度的作用并不显著.     

基于混合热格子Boltzmann方法有限热源加热气泡动力学模拟

为探究不同润湿性表面单气泡动力学特性,通过引入差分方法的单组分多相格子Boltzmann模型,耦合能量方程构成了气液相变模型,模拟了不同润湿性表面单气泡形成过程周围流场与温度场细观,阐述了气泡生长脱离机理;研究了润湿性、过热度、有限热源长度对气泡动力学影响.结果表明,在相同过热度下,疏水壁面气泡生长速度大于亲水壁面.气...     

铝及电解质对热压TiB_2(C)片的润湿性研究

为了探讨工业应用TiB_2阴极材料的途径,本文采用由中温炭还原法制得的TiB_2原料,在配入一定量的石墨成分后,将其热压成TiB_2(C)片,用高温可见光座滴法和X射线座滴法分别研究了1000℃时,铝电解质及电解质熔盐覆盖下的铝液对此种含炭TiB_2热压片润湿性,测得了非极化条件下有熔盐存在时,铝在纯TiB_2热压片上的润湿角近乎零度,铝在TiB_2(C)上的润湿角为10°左右,并讨论了铝对TiB_2(C)试样片的润湿机理。     

低银Sn2.5Ag0.7CuxRE钎料合金的润湿特性

采用润湿平衡法,研究了水洗钎剂条件下Sn2.5Ag0.7CuxRE无铅钎料合金在1206片式元器件和Cu焊盘上的润湿特性.结果表明,添加0.1%(质量分数)稀土的Sn2.5Ag0.7Cu钎料合金在1206表面贴装元器件和Cu焊盘上有最大的润湿力和铺展面积及最小的润湿角,润湿性最好,其润湿力优于商用的Sn3.8Ag0.7Cu钎料合金,满足微电子连接用钎料对润湿性能的要求.     

激光制备润湿性梯度Janus网对水下气泡的单向自发运输

特殊润湿性表面的水下气泡操控因在工业生产中具有潜在的应用而受到极大关注.通过激光烧蚀、表面化学修饰、修饰剂去除、热板退火调控润湿性等工艺制备了润湿性梯度可控的Janus网,并通过监测水下气泡单向自发运输的动态过程,研究了该Janus网表面润湿性及微孔尺寸对水下气泡单向自发运输的影响.结果表明:Janus网上下表面为超疏水/亲水、疏水/亲水或超疏水/疏水时,均具有气泡单向自发输送能力;微孔尺寸越小、上下表面间润湿性梯度越大越有利于气泡单向自发运输.此外,对气泡单向自发运输的物理机制和影响因素进行分析,为梯度润湿性金属网的制备提供了理论依据.     

不同阴阳极圆心距下稀土电解槽的电解特性分析

为了研究稀土熔盐电解槽的电解效率与温度场分布的关系,以15kA大电流稀土电解槽为研究对象,利用COMSOL多物理场耦合软件,计算了不同的阴阳极圆心距的稀土电解槽的温度场分布和电场等参数.得出了电解槽温度场分布随阴阳极圆心距位置变化关系图,并分析了电解槽内温度场分布对整个电解反应过程的影响,为电解槽的结构优化和安装提供了参考依据.     

一氧化钛表面的润湿性能

采用高温座滴法测定了一系列金属及合金在TiO上的接触角.研究结果表明:金属Cu,Fe,Co,Ni及Fe-Cr合金与TiO的润湿性均较差,在熔点温度时其接触角为48°～120°.Cu与TiO属非反应型润湿;Fe,Co,Ni及Fe-Cr合金与TiO属反应型润湿.添加某些表面活性剂能提高其润湿性,向Cu中添加2%以上的Mo2C可明显提高Cu在TiO上的润湿性,由非反应型润湿转变为反应型润湿;向Fe-Cr合金中添加1.5%以上的Mn或Si,可显著提高Fe-Cr合金在TiO上的润湿性,添加Mn不改变润湿类型,而添加Si使反应型润湿转变为非反应型润湿.     

3kA钕电解槽温度分布研究

通过设计实验装置在高温电解过程中实际测量了Nd2O3-NdF3-LiF熔盐电解槽内的温度分布,并对电解槽内温度分布特征及其形成的原因进行了分析。研究结果表明:电解槽内温度纵向分布是从上到下先升高再下降,横向分布是从阴极到阳极先下降再升高,电解过程中电化学反应主要集中在电解槽的中部。根据研究结果,可以设计一种能够更耐阳极消耗、降低生产成本的石墨阳极。     

用于解水锁的气润湿反转剂的合成与性能评价

使用不同摩尔比的含氟丙烯酸酯单体和丙烯酸单体合成含氟丙烯酸酯聚合物,通过接触角测量法、自吸吸入法和Owens二液法评价了含氟丙烯酸酯聚合物对岩心表面气润湿反转程度,并考察了处理浓度、无机盐浓度、p H值以及温度对岩心气润湿性的影响。研究发现,当含氟丙烯酸酯单体与丙烯酸的摩尔比为1∶2时,合成的含氟丙烯酸酯聚合物FP-2具有良好的润湿反转能力。质量分数为1%的FP-2可将水相和油相在岩心表面的接触角由未处理时的23°和0°反转为137°和57°,岩心表面自由能由67.52 m N/m降至1.66 m N/m,岩心表面的润湿性由液润湿性反转为中性气润湿。自吸实验结果表明,处理后岩心液相饱和度明显降低,岩心的含水饱和度相比含油饱和度的减小程度更为显著。当无机盐质量浓度达到10 000 mg/L、温度达到120℃、p H值为5~7时,岩心表面仍能够保持中性气湿。     

稀土对Sn-0.7Cu-0.075Al无铅焊料组织和可焊性的影响

针对Sn-Al体系不易混熔的难点,通过粉末压片与真空电弧熔炼相结合的方法,成功制备了添加稀土的Sn-Cu-Al无铅焊料,并研究了添加微量单一稀土Ce、La和混合稀土RE对其显微组织和可焊性(熔化特性、润湿性)的影响。实验结果表明,不同稀土的添加均能使Sn-0.7Cu-0.075Al合金的组织均匀细化,单一稀土Ce、La的添加对基体合金的细化效果优于混合稀土RE的。单一稀土Ce、La的添加使基体合金的熔点从229.82℃分别降低到227.06℃和227.38℃,而混合稀土RE的添加对基体合金熔点影响不大,不同微量稀土的添加均略微降低了基体合金的熔程。不同微量稀土的添加均改善了基体合金的润湿性能。其中,单一稀土Ce的改善作用最明显,使基体合金铺展率从68.61%提升至73.88%,润湿角从34.6°下降到26.6°。     

质子交换膜电解池内氧气泡输运过程特性

研究了质子交换膜电解池(proton exchange membrane electrolysis cell,PEMEC)阳极流场内的氧气泡运动特性,采用VOF(volume of fluid)方法分析了多孔输运层(porous transport layer,PTL)表面接触角、液态水流速、氧气产生速率及PTL孔径对氧气泡在流道中运动特性的影响.结果表明:PTL处理为亲水性有利于气泡脱离,降低表面气体覆盖率,促进液态水到达催化层;高的液态水流速会减小气泡脱离时间及脱离体积,降低PTL表面气体覆盖率及容积含气率,促进气泡从流道中排出;气体生成速率增大会提高流道容积含气率和PTL表面气体覆盖率,不利于电解池的运行;随PTL孔径增大,气泡脱离体积增大,脱离时间先减小后增加.     

建筑用玻璃与可伐合金润湿规律

为实现建筑用玻璃与可伐合金的可靠激光封接,本文针对影响封接质量的主要因素(温度、时间、粗糙度及氧化层)对两者润湿性能的影响开展了研究.当保温温度由800℃提高至900℃,液态玻璃黏度降低致使其在可伐合金表面的流动性增强,润湿角由69.5°降低至31.1°.在850℃下延长保温时间(5~40 min),液态玻璃在低黏度条件下有充分的时间铺展,润湿角降幅为30%.随着可伐合金表面粗糙度的提高,液态玻璃向四周扩散需要克服的势垒增加,当粗糙度值Ra由0.186μm升至0.563μm时,润湿角由46.9°升至69.5°.由于可伐合金表面氧化层可与液体玻璃发生扩散而形成较强离子键,使得两者润湿性能显著提高,润湿角降低幅度达到23.6%.因此,在实际激光封接过程中,增加保温温度和时间、降低钢板表面粗糙度及钢板预氧化处理将有效地提高玻璃与钢板的润湿性能.     

基于DLVO理论的低矿化度水驱对岩石润湿性的影响

为明确润湿性改变机制的主控因素,基于胶体稳定性(DLVO)理论和扩散双电层理论,建立表征岩石-水膜-原油系统界面间相互作用的分离压力数学模型,从微观受力角度对水驱矿化度与离子价型等分离压力影响因素进行敏感性分析;结合Young-Laplace方程和相互作用势能理论,计算不同水驱矿化度与离子价型下的稳定水膜厚度和岩石润湿角。结果表明:水驱离子价型是影响岩石润湿性的主控因素,少量二价阳离子即可产生极负的分离压力,形成厚度为0.375 nm的较薄水膜,水相润湿角维持在约20°;采用一价阳离子水驱时,随着矿化度的降低,分离压力逐渐增大并产生较高的正峰值,形成厚度为5.334 nm的较厚水膜,岩石润湿性转变为完全水湿(水相润湿角为0°),原油最终脱离岩石表面;在油田注水开发过程中,采用一价阳离子的低矿化度水驱在提高采收率上具有更高的潜能。     

气泡在含障碍物微通道内的特性研究

采用气液两相流格子Boltzmann方法研究含障碍物的微通道内气泡在浮力作用下上升的特性,主要研究了障碍物润湿性对气泡的变形、分裂、合并等行为的影响.研究发现当障碍物表面亲气时,气泡穿过障碍物时会发生严重变形,并有部分气泡吸附在障碍物表面.因此,气泡会发生分裂.部分留在障碍物表面形成一层均匀的气膜,部分可以顺利穿过障碍物,而障碍物吸附的气泡质量和壁面润湿性相关.当障碍物表面亲水时,尽管气泡在障碍物的挤压下发生严重变形,但在气泡通过障碍物的过程中,气泡和障碍物之间仍然有4个左右网格的距离,因此,全部质量的气泡可以顺利通过障碍物.此外,研究结果还表明障碍物表面亲气程度越强,气泡变形越严重.     

碳酸盐岩油藏智能水驱规律与机制

基于伊拉克Missan油田Mishrif组孔隙型碳酸盐岩油藏开展长岩心驱替试验、润湿角测定和界面张力测定试验,研究碳酸盐岩油藏智能水驱作用规律与机制.结果表明:碳酸盐岩油藏智能水驱中岩石表面润湿性改善与油水相互作用改变协同作用提高采收率,其中润湿性改善影响较大.关键离子类型及质量浓度对润湿性及界面张力影响明显.其中Mg...     

基于COMSOL软件的稀土电解过程数值模拟

利用硫酸铜电解工艺冷模稀土熔盐电解工艺过程,实验测定了电解过程的电场分布;并用COMSOL软件电场模型模拟该工艺的电场分布;同时将实验和模拟所得到的结果进行对比,发现模拟结果与实验相符,证明该软件能很好地模拟实际电解过程。应用该电场模型对稀土电解槽内电场进行模拟,发现模拟结果与电解槽实际运行工况测试结果相符;进而为稀土电解过程中运用COMSOL软件进行数值模拟,提供了正确性依据,为稀土电解槽的优化与改进提供理论参考。     

KCl和RECl_3-KCl熔体在石墨、金属钨、钼上润湿性的研究

本文研究了混合稀土氯化物与氯化钾体系在石墨、金属钨、钼上的润湿性,采用光学座滴法测定了它们之间的湿润角(θ°)。并对所得数据步行了分析与探讨。为电解RECl_3-KCl熔盐制取稀土金属提供了基础数据。     

同轴式微通道壁面润湿性对微细气泡生成特性的影响规律

微细气泡的生成时间和大小对污水处理的效率具有重要影响。为探究微通道壁面润湿性对微细气泡生成特性的影响,采用两相流水平集的方法模拟研究不同接触角下微细气泡的生成过程。以接触角为主变量,液体流量、气体压强和气体类型为次变量,探究次变量对微细气泡生成时间和脱离体积的影响。设计并制造了同轴式微流控芯片,开展微细气泡生成特性的试验。结果表明接触角在0-180°递增时,微细气泡的生成时间总体呈下降趋势,脱离体积先增加后减小,其中90°接触角为生成时间的分界点和脱离体积的峰值点。此外,三个次变量中液体流量的变化对微细气泡生成特性的影响尤为显著,液体流量越大,其生成时间和脱离体积越小。实测值与仿真值的偏差在正负百分之十以内,验证了微通道壁面润湿性对微细气泡生成特性的影响规律。     

CO2地质封存中储层岩石润湿性测量研究进展

多孔介质的润湿性是CO₂地质封存过程中的重要参数。基于润湿性测量方法和光学成像技术综述了CO₂封存条件下不同尺度的多孔介质润湿性测量技术，并分析了相关润湿现象。目前，岩石润湿性的测量主要分为：实验室尺度的表面润湿性测定、孔隙尺度的内部壁面接触角测定，以及宏观尺度的岩心整体润湿性评价。孔隙结构、矿物组成成分和表面粗糙度是孔隙尺度接触角的关键影响因素，它们会影响多孔介质的混合润湿特性并造成润湿滞后现象。根据不同局部驱替事件(如排水、渗吸)的接触角分布建立了孔隙尺度与连续尺度的岩石润湿性关系。最新研究发现，随着驱替的发展，岩石润湿性在排水和渗吸过程中发生了显著改变，但不同尺度的岩石润湿性的关系及润湿转变机理仍需要进一步研究。