金刚石与碳素材料

介绍了碳转变为金刚石机理,对溶剂说进行了充分地阐述.认为影响金刚石生长的决定因素是碳的分散、溶解速度.合理利用无定形碳高溶解速度的特点,无定形碳对金刚石生长是有利的.     

铝电解中氧化铝溶解过程及结壳行为

利用邱氏高温透明槽实验平台的高速温度采集模块结合原位重量分析法研究了冶金级氧化铝在冰晶石电解质中的溶解过程，尤其是结壳的形成与溶解过程，测定了结壳的溶解速率并分析了结壳的主要物理化学性质.通过对氧化铝溶解结壳过程的热量计算，分析了氧化铝加料过程中的热量平衡，以及加料量、氧化铝预热温度、电解液温度、过热度对溶解过程的影响.研究发现，在热平衡重新建立的过程中，氧化铝从体系中吸收的热量，首先由电解液降温来快速补充；当电解质大幅降温仍满足不了氧化铝的热量需求时，便由电解质冷凝放热来提供热量.相对于较高的电解温度、过热度而言，少量、多频次的氧化铝加料能够获得更加稳定的电解条件.     

Fe-Ni-C粉末触媒体系金刚石的合成与表征

利用FeNi粉末触媒在六面顶压机上进行工业金刚石单晶的合成与表征. 结果表明: 在Fe-Ni-C体系合成了优质的六面体、 六-八面体及八面体金刚石单晶; 金刚石{111}晶面的生长属于二维层状生长机制; 金刚石中的包裹体主要由FeNi合金组成.     

碳酸盐岩H2S 平衡体系原位溶蚀模拟实验及其地质意义

利用自主组装的水热金刚石压腔设备, 结合激光拉曼光谱, 原位连续观察封闭条件下碳酸盐岩与H2S 溶液反应的升温(室温→230℃)和降温(230℃→室温)过程。实验结果表明, 从室温升温至140℃, 碳酸盐岩矿物大量沉淀, 继续升温至230℃, 沉淀较少。随着温度、压力的升高, 碳酸盐岩整体趋于沉淀, 且白云石比方解石、白云岩比灰岩更稳定。随着温度、压力的降低, 碳酸盐岩少量溶蚀。根据实验结果推测, 在深部封闭条件下, 随着埋深增加, 碳酸盐岩整体趋于胶结, 原始孔隙度较好的储层经过快速封闭埋藏及缓慢抬升, 有利于形成优质储层。断裂、岩浆热液等活动可能打破封闭体系, 其改造作用需进一步研究。     

铁基粉末触媒合成金刚石

本文利用六种铁基粉末触媒（FeNiNa,n=0,1,2,3,d,5X。代表Fe在触媒中的含量,Xn〉xn-1）在国产六面顶压机上进行了金刚石单晶的合成实验,研究了高温高压条件下（～6GPa,～1600℃）,铁基粉末触媒随铁含量的改变,石墨碳—铁基触媒体系合成金刚石条件的变化规律以及金刚石单晶的生长特性,利用穆斯堡尔谱对金刚石中铁元素形成的包裹体进行了检测．结果表明,随着铁基粉末触媒中铁含量的增加,合成金刚石的压力和温度条件逐渐增高,金刚石生长的“V形区”上移,同时得出了铁基粉末触媒适合高温区（110）和（111）面生长以及金刚石中铁元素以FeNi和FeyC形式存在的结论．     

聚苯乙烯(PS)/CO2发泡过程中气泡生长的非等温模型及预测

以聚苯乙烯(PS)/CO2发泡体系为研究对象,采用细胞模型建立了气泡非等温生长过程的数学模型;通过matlab数值模拟计算,研究了工艺参数对于气泡生长的影响,得到了气泡生长与工艺参数之间的传递函数,并建立了泡孔生长预测模型。结果表明:气泡非等温生长过程中,体系的降温速率越快,气泡的生长速率就越慢;系统压力对于气泡生长的影响最显著;建立的泡孔生长预测模型可用于预测气泡半径及气泡生长最大生长速率。     

高温高压下Fe-Ni-C-B系合成Ⅱb型金刚石单晶

提出了一种在高温高压下利用粉末冶金方法制备的Fe-Ni-C-B系触媒合金生长Ⅱb型金刚石的新方法. 由于硼元素的存在,Ⅱb型金刚石生长所需的温度和压力条件均高于普通的Ⅰb型金刚石,并且合成出的金刚石单晶粒度较粗,晶形稍差,表面结构比较复杂. 通过晶体的颜色、X射线衍射以及Raman光谱可以初步断定合成出的金刚石晶体中确实含有硼元素. 以金刚石在不同温度下的静压强度和冲击韧性以及差热分析和热重分析的结果来表征金刚石的热稳定性. 实验发现,由于硼元素的进入使得Ⅱb型金刚石单晶的热稳定性与采用同种方法合成出的Ⅰb型金刚石相比有了较大程度的提高. 采用自制的夹具通过检测金刚石的电阻温度特性,初步确定了在Fe-Ni-C-B系中生长的Ⅱb型金刚石具有半导体特性. 大量的实验数据充分说明,采用这种方法生产Ⅱb型金刚石具有成本低廉、操作简单、产品质量稳定等优点,具有极高的工业化推广应用的价值.     

CVD金刚石薄膜中内应力张／压性质预测的研究

对大量实验测量出的甲烷浓度和衬底温度分别在单因素变化时,金刚石薄膜内应力的变化规律进行了归纳。在此基础上,利用材料科学与相图的思想,对任意给定的甲烷浓度和衬底温度条件下制备的金刚石膜中内应力处于张应力还是压应力的情况进行了分析,绘制出金刚石膜的“内应力状态图”。结果表明：利用“内应力状态图”可以预测内应力的张／压性质,预测分析结果与实验结果一致。     

金刚石压砧径向X射线衍射技术的评述

与金刚石压砧传统轴向X射线衍射技术相比,采用金刚石压砧径向X射线衍射技术更方便,且实验压力更高（大于100Gea）,获取的信息更多．以c-BC2N样品的高压原位同步辐射径向X射线衍射实验为例,说明了金刚石压砧径向X射线衍射技术的优越性．     

衬底温度对合成金刚石薄膜的影响

本文利用热丝化学气相沉积方法对不同温度下生长的金刚石薄膜样品进行了表征分析。通过扫描电镜照片分析,从成核理论方面得出了金刚石薄膜生长的最优化温度。     

Modeling and Simulation of a Gas-Liquid Coupling Excitation-Induced Cavitation Bubble

A gas-liquid coupling excitation mode is proposed and the gas-liquid excitation experimental system is developed. Air from pulse generator is mixed with liquid,through which the generated cavitation bubbles can strip contaminants adhered to the pipe inner wall rapidly. The kinematics equation of the bubble inside the hydraulic oil is established and the numerical simulations are carried out. The influential factors such as gas pressure, excitation frequency,initial bubble radius and fluid viscosity are analyzed.The results show that the cavitation will evolve from steady state to transient state with the increasing gas pressure and initial bubble radius. The pulse generator frequency has a slightly effect on the growth of the bubble radius,and the breakup time of the bubble is shortened with the rising frequency. Similarly, the increasing viscosity of liquid has minimal impact on cavitation effect,which can weaken the growth and the collapse of the bubble. Moreover,the temperature inside the cavitation bubble is investigated,indicating that the instantaneous temperature inside the bubble increases with the rising gas pressure. Once the gas pressure is raised to a certain value greater than the fluid static pressure, the instantaneous temperature inside the bubble will rise sharply. So, it can be concluded that the gas-liquid coupling excitation-induced cavitation process is controllable, and some theoretical basis of the new excitation mode is presented,which is expected to be applied in the online cleaning of the complex hydraulic system.     

超声场中双气泡非线性动力学参数

从气泡动力学出发,建立了双气泡在外加声场作用下的运动方程,对气泡间的相互作用力进行了研究.研究结果表明：考虑到气泡之间相互作用后,气泡的运动方程、谐振频率、谐振时半径的变化情况明显与单个气泡不同,这些参数不只与气泡各自的初始半径,外加声压强度,液体的黏滞性等因素有关,还与它们之间距离和相对另一气泡的初始半径有关.研究发现：气泡的谐振频率与它们之间距离有关,随着气泡之间距离的增大,其谐振频率在不断减小.但当它们之间的距离增大到某一值时,其谐振频率趋于一定值.这也可以理解为当气泡相对较远时它们之间的相互作用对其影响可以忽略,此时的谐振频率即为单泡的谐振频率.对于谐振时它们的半径变化而言,两气泡之间的作用是相互抑制的,但气泡的初始半径的不同,这种抑制作用的强、弱不同.气泡初始半径相同的气泡,相互抑制作用较弱,数值计算表现出半径相同时其谐振半径的变化幅度要大于半径不同时的结果.     

电磁搅拌钢包内气泡聚并破裂行为

结合气液两相流欧拉模型与考虑气泡破碎聚并的颗粒群平衡模型,研究了电磁搅拌下底吹钢包内流场分布及气泡尺寸分布.结果表明:搅拌器向上搅拌时钢包内形成一个大循环流场,而向下搅拌时钢包内形成了一个大的回流区和一个小的回流区.钢包内气泡分布为气液两相区中心区域气泡直径最大,气液两相区边界处直径较小,且从气液两相区中心到气液边界气泡直径逐渐减小.电流越大,气液两相区域在垂直方向上偏转程度越大,而且电流越大,气液两相区中心大气泡分布区域也越大.电磁搅拌器向下搅拌时气液两相中心区域大气泡直径分布区域小于向上搅拌.大气泡偏转程度小于小气泡,大气泡偏向钢包中心轴线一侧.     

煤层气分子成泡的微观过程研究

运用化学理论对煤层气分子(主要成分为甲烷)在地层水的溶解和成泡过程进行了描述,对成泡过程的受力与做功进行分析,并结合生产实际讨论了温度、生产压差、地层水矿化度、压力降和孔隙介质的大小对甲烷分子成泡规律的影响.研究表明:甲烷分子在水中成泡包括甲烷分子在水中的溶解、局部聚集成核、成泡与气泡的破裂和气泡的生长与稳定4个过程.上覆压力越小,开发的压力降越大越有利于甲烷分子脱附后形成稳定的气泡;在煤层气开发初期,甲烷以扩散方式运移,低温和低矿化度有利于气泡的生成.     

气泡生长及脱离过程中下边缘的迁移行为

基于高速摄像技术记录静止液体中气泡生长及脱离过程,并采用Image-Pro Plus 6.0软件进行后处理,研究了两种管径下气泡生长过程的形状变化.实验结果表明:由于不同管径下气泡生长过程中起主导的作用力不同,导致小管径生成气泡的高宽比随时间变化呈先陡后缓的上升趋势,大管径生成气泡的高宽比随时间变化呈先缓后陡的上升趋势;由于生长前期不满足脱离条件,小管径生成的气泡会出现下边缘向液体侧迁移的现象;大管径生成的气泡在气液面与固液面夹角小于接触角时即达到脱离条件,因此不会出现迁移;3.80 mm气泡脱离上浮的临界高宽比稍大于9.28 mm气泡相应值.     

温度对氨吹脱工艺中氨扩散传质的影响

研究低气速下的氨吹脱系统,建立了定量的氨扩散传质动力学模型,分析系统温度对氨扩散传质的影响。结果表明,氨吹脱过程中,在废水pH值大于12的条件下,氨分子大部分通过气泡扩散,只有极少量通过液相表面扩散;氨的气液传质阻力主要来自于气膜;随着系统温度的升高,气泡直径略微减小,气泡上升时间基本稳定,液相总传质系数迅速增大,气液传质阻力大幅降低。     

单泡空化振动系统的动力学数值模拟

根据微气泡的动力学方程,用数值计算的方法,采用改进的初始半径对单泡超声空化现象进行了研究。分析表明：气泡的振动对初始半径这个参量很敏感;气泡崩溃速率随气泡初始半径的增加而增大,在一定范围内能保证空化泡稳定的振动,在初始半径为1.6μm处空化程度最强,如果继续增大初始半径则空化程度减弱甚至消失、同时,将分析结果与前人的实验数据比较,发现在考虑液体的可压缩性以后对单泡最佳空化区域有很大的改进。     

连铸结晶器内气泡群粒径分布的实验研究

为了获得结晶器内的气泡粒径及其分布规律,建立了一套水模型实验系统.为模拟真实上水口的吹氩过程,采用莫来石制作水模型的环状吹气装置,利用激光片光源和高速摄像机捕捉气泡的瞬时分布,并采用Image J软件分析和计算气泡的粒径.结果发现:气泡平均粒径随水流量、水口插入深度的增加而增大,随吹气量、水口倾角的增大而减小;莫来石弥散砖产生的气泡初始粒径较小且分布均匀.气泡粒径在结晶器宽面一侧水平方向上呈先增大后减小的趋势.随水流量的增大,气泡分布更加分散;随吹气量的增加,气泡分布规律无明显区别,但粒径增大.     

基于FTM的不同初始形状同轴双气泡上升直接数值模拟

多气泡运动在各个工程领域广泛存在。为更好的研究不同形状的多气泡上升过程,采用界面追踪法（FTM, Front Tracking method）对四种具有不同初始形状的双气泡上升情形进行二维数值模拟。模拟结果表明,两竖直分布的气泡上升时,上部气泡的尾流会使下部气泡的速度更快;气泡的初始形状对气泡上升的速度和变形都有影响,圆形气泡相较于椭圆形气泡,上升速度更小;下部气泡为椭圆形时,上部气泡的变形更大。     

自适应网格在鼓泡塔内气液两相流仿真的应用及实验验证

研究了一种鼓泡塔反应器,气体从鼓泡塔边壁注入与鼓泡塔内的液相发生反应。为准确展现鼓泡塔内气泡形状和分析近壁效应,运用试验和仿真两种方法深入研究鼓泡塔内气液两相流动。试验结果验证了多相流仿真模型的可行性;同时证实了自适应网格的优越性。相比于多面体网格、裁剪网格、结构网格,自适应网格通过自动加密气泡周围的网格提高仿真精度,改善气液两相流中气泡形状(橄榄状),细化气泡直径范围(1~40 mm),准确地捕捉近壁效应区间(6 cm)。可以为同类别研究提供参考依据。