Breaking of Henry's law for noble gas and CO2 solubility in silicate melt under pressure

Degassing of the Earth is still poorly understood, as is the large scatter in He/Ar ratios observed in mid-ocean ridge basalts. A possible explanation for such observations is that vesiculation occurs at great depths with noble-gas solubilities different from those measured at 1 bar (ref. 1). Here we develop a hard-sphere model for noble-gas solubility and find that, owing to melt compaction, solubility may decrease by several orders of magnitude when pressure increases, an effect subtly overbalanced by the compression of the fluid phase. Our results satisfactorily explain recent experimental data on argon solubility in silicate melts, where argon concentration increases almost linearly with pressure, then levels off at pressures of 50-100 kbar (refs 2-5). We also model vesiculation during magma ascent at ridges and find that noble-gas partitioning between melt and CO2 vesicles at depth differs significantly from that at low pressure. Starting at 10 kbar (approximately 35 km depth), several stages of vesiculation occur followed by vesicle loss, which explains the broad variability of He-Ar concentration data in mid-ocean ridge basalts. 'Popping rocks', exceptional samples with high vesicularity, may represent fully vesiculated ridge magma, whereas common samples would simply have lost such vesicles.     

The Soret effect and isotopic fractionation in high-temperature silicate melts

Diffusion in condensed phases is a ubiquitous but poorly understood phenomenon. For example, chemical diffusion, which is the transport of matter associated with chemical concentration gradients (Fick's law), is treated as a separate process from thermal transport (the Soret effect), which is mass transport induced by temperature gradients. In the past few years, large variations in the proportions of isotopes of Mg, Ca, Fe, Si and O found in silicate melts subject to thermal gradients have been found, but no physical mechanism has been proposed. Here we present a model of diffusion in natural condensed systems that explains both the chemical and isotopic fractionation of Mg, Ca and Fe in high-temperature geochemical melts. Despite the high temperatures associated with these melts (T>1,000 °C), we find that consideration of the quantum-mechanical zero-point energy of diffusing species is essential for understanding diffusion at the isotopic level. Our model explains thermal and chemical mass transport as manifestations of the same underlying diffusion mechanism. This work promises to provide insights into mass-transport phenomena (diffusion and evaporation) and associated isotopic fractionations in a wide range of natural condensed systems, including the atmospheric water cycle, geological and geochemical systems and the early Solar System. This work might also be relevant to studies of mass transport in biological and nanotechnological condensed systems.     

大型低压空分流程精馏提氩过程

利用ASPEN作为平台,针对20000空分装置,拟定全低压分子筛吸附净化、空气增压透平膨胀机制冷、全精馏无氢制氩、氧气外压缩的工艺流程,建立了相关精馏系统的计算模型,进行精馏系统计算,并以提高氧和氩的提取率为目标完成其模拟调试过程.在不增加空气量的基础上,通过精确的模拟计算辅助提高运行设备的氧和氩提取率.使氧的提取率达到99%以上,氩提取率达到80%以上.     

基于中压微波氩等离子体的鞘层时空特性研究

鞘层特性直接影响微波等离子体应用于工业等领域的质量,针对研究其时变的空间分布和电场分布具有一定难度的问题,运用有限元的方法建立了中等气压下耦合麦克斯韦方程的微波氩等离子体三维模型,对鞘层的时空特性进行分析,给出了其二维等效模型.基于对等离子体参数的分析,讨论了鞘层的形成过程及其厚度的变化趋势,对比分析了等离子体电场及微波电场的时空瞬态特征.结果表明:在时间上,由于电子与离子的扩散速度和受力方向不同,鞘层的厚度呈逐渐增大的趋势,并最终形成稳态鞘层;在空间上,鞘层存在于所有与等离子体接触的放电管壁附近,鞘层区域的电场强度始终大于等离子体主体区域,且电场方向始终指向管壁,对微波电场产生阻尼作用.此外,通过量化分析证明了鞘层厚度随压强的增大而逐渐减小.     

高应力破裂岩体地压显现及其控制技术

小官庄铁矿进路开挖以后支护巷道破坏严重,其围岩变形为无收敛变形的情况.为掌握其地压活动规律,应用岩石破裂过程分析系统,并考虑岩石本身的蠕变特性,模拟其采用无底柱分段崩落法进路开挖过程,对进路开挖过程巷道围岩应力变化进行数值分析.结果表明:随着进路开挖,进路会出现片帮、底鼓和顶板下沉等现象;在矿岩接触带出现高应力集中,导致两进路之间的间柱破坏严重,并随着进路开挖应力逐步向新开挖两进路之间的间柱转移;开挖顺序造成边界矿体出现高应力集中,导致边界矿体难采.采用锚网支护技术有效地控制了巷道围岩的变形破坏,确保开采的顺利进行.     

低气压高频氩放电中电子能量分布的研究

由数值求解均匀的波尔兹曼方程，计算出在高频均匀的电场下氩放电中电子的能 量分布。计算适合于从低电子密度到足够高电子密度的广大区域。电场与气体密度的 比值在范围 １０~(－１６)Ｖcm＜Ｅ／Ｎ＜１０~(－１５)Ｖcm2．研究了在不同频率的高频电场下,电 子－电子碰撞对电子能量分布的影响。     

微重力环境及地基的高温熔体润湿特性

经典材料表面与界面的一些实验现象被重力效应覆盖,影响人们对材料本质物理特性的深入了解.因此,微重力对熔体的润湿行为和固/液界面反应的作用机理研究具有重要的意义.本文综合前人对高温熔体特别是高温锡基合金的润湿行为及与基板间的界面反应特性的研究,通过与微重力条件下相关研究及实验结果对比,总结了卫星微重力环境及地基环境下的高温熔体润湿特性,为以后的空间实验及分析提供理论参考.     

抗饱和内模控制的氩氧精炼铬铁合金碳含量控制系统

针对氩氧精炼铬铁合金过程,建立了一种基于抗饱和内模控制的氩氧精炼铬铁合金碳含量控制系统,且依据实际生产数据,构造了供氧速率饱和约束专家系统。通过对受到控制器饱和的内模控制器进行饱和补偿,弥补了系统控制量超出实际工艺水平的缺陷,在保证整个过程中冶炼温度不会超出限制的前提下,发挥出内模控制稳态无误差的特点,准确达到冶炼过程的预期目标。     

不同口模直径下聚合物熔体流变特性试验研究

采用双料筒毛细管流变仪,研究了口模直径从1.5 mm减小到0.5 mm时聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚丙烯(PP)和高密度聚乙烯(HDPE)4种聚合物熔体的流变特性,并讨论了在口模直径为0.5 mm条件下温度对熔体剪切粘度、温度和剪切速率对熔体非牛顿指数的影响.试验结果表明,在剪切速率102～104s-1,4种聚合物熔体的剪切粘度均随剪切速率的提高而减小.PS和PMMA熔体的剪切粘度随着口模直径的减小而增大,PP和HDPE熔体的剪切粘度随着口模直径的减小而减小.随着剪切速率的提高,不同口模直径下熔体剪切粘度的差异逐渐缩小.在口模直径为0.5 mm的条件下,4种聚合物熔体的剪切粘度对温度的依赖性符合Arrhenius方程;熔体的非牛顿指数随着温度的升高而增大,随着剪切速率的提高而减小.     

压力校直下压量计算方法的比较分析

校直下压量是压力校直的主要工艺参数。校直下压量有三种计算方法：基于弹塑性理论基础的解析计算方法,有限元方法和经验公式的计算方法。通过实例计算结果与实验数据比较,证实了计算方法的实用性,对开展校直工艺理论研究和开发设计自动校直机具有一定的指导意义。     

有压瞬变流限压控制反问题的最优控制理论解法

以简单管系统为研究对象,建立了有压瞬变流限压控制反问题的最优控制数学模型.采用δ-摄动法并经过空间离散,将由拟线性偏微分方程控制的有压瞬变流系统转化为时间连续线性系统,从而使有压瞬变流限压控制反问题能应用时间连续系统最优控制理论来求解.     

铝合金冷态流动应力数学模型

采用自制的平面应变压缩试验装置，对生产现场采集的5种铝合金进行了压缩试验，测定了冷变形条件下的流动应力，分析了各种变形条件对流动应力的影响．通过对8种结构形式流动应力数学模型的回归和分析比较，获得了结构简单、计算精度高、适合于现场计算机在线控制的数学模型．     

高压共轨系统高压泵试验台轨压控制方法

针对高压泵性能检测系统对轨压控制精度要求比实际车用系统高得多的情况,分析了共轨高压泵性能检测的要求,采用压力控制阀代替喷油器,避免了喷油器喷油产生的轨压波动和流量脉动对测试精度的影响.建立了试验台轨压控制模型,研究了轨压控制策略,以可驱动压力控制阀的试验控制器代替电控单元(ECU).根据系统的特点设计了以TMS320LF2407 数字信号处理器(DSP)为核心,采用模糊自整定PID控制算法的数字控制器.经试验验证,流量控制阀的电流控制误差小于0.2%,试验台轨压控制误差小于0.4%,满足了高压泵性能检测的要求.     

不同条件下的硅酸盐细菌C6X菌株释钾效果

 针对神东矿区采煤塌陷地土壤亏钾现象,将石英、钾长石和伊利石3 种黏土矿物按不同比例混合,并以此作为供试基质,研究在不同控水条件下,硅酸盐细菌C6X 菌株接种量对不同基质释钾效果的影响,以期找到最佳条件使硅酸盐细菌C6X 菌株能够充分发挥释钾效应,从而使塌陷地土壤亏钾现象得到改善,以便进一步对当地土壤进行有效合理的利用。研究结果表明,接种硅酸盐细菌能增加基质速效钾含量;接种量变化影响基质的释钾效果,不同配比基质最佳接菌量均为10%;4 种配比基质的最佳含水量随着黏土矿物黏性的增强而依次降低,分别为对应基质最大持水量的120%、100%、70%和55%;石英:钾长石:伊利石质量配比为1:1:3 时,硅酸盐细菌C6X 菌株对其释钾效果最优,可达1.44%。因此,土壤在含水量为55%时接种10%的硅酸盐细菌其土壤改良效果最为明显。     

氩气压力对二茂铁催化CaC_2-CHCl_3体系制备碳球的影响

以电石和氯仿为碳源和反应物,以二茂铁为催化剂,研究不同压力对CaC2-CHCl3体系制备碳球的形貌和结构的影响。反应设备是100mL的不锈钢高压釜,充入的氩气压力为0.5~1.5MPa,在350℃进行化学反应并保温3h,制备不同类型的碳球。采用X线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和激光拉曼光谱仪等手段分析碳球的物相、形貌和结构。探讨空心碳结构的CHCl3雾化小液滴生长机理。研究结果表明:CaC2-CHCl3体系制备的碳球主要由无定形炭组成,随着压力增加,结晶程度增大。空心碳球的形成与体系压力相关,当充入压力为0.5MPa时,合成直径为100~260nm的实心无定形碳球,具有向菜花结构转变的趋势;当充入的氩气压力为1.0MPa时,合成4种不同空心碳结构,即空心毛绒碳球、角状空心碳棒、空心光滑碳球或碳棒和多边形化的空心碳球;当充入的氩气压力为1.5MPa时,合成3种不同直径范围的碳球,相同直径的碳球团聚在一起。