考虑水蒸气压力的平衡水页岩等温吸附

基于改进的容积法等温吸附实验装置,分别测量了甲烷在干燥、平衡水条件下的页岩等温吸附曲线,实验温度为303.15,323.15和353.15 K,实验最高压力达20 MPa,实验数据采用修正的Langmuir方程进行拟合.在开展平衡水页岩吸附实验时,考虑了水蒸气压力,认为实验气体为甲烷与水蒸气混合气体,重新计算了混合气体中甲烷吸附量,并从吸附热力学角度阐述考虑水蒸气压力的意义,最后在地层条件下讨论了水蒸气压力对页岩吸附的影响.结果表明,考虑/未考虑水蒸气压力的平衡水页岩Langmuir最大吸附量分别为0.053和0.039 mmol/g,未考虑水蒸气压力的甲烷吸附量被低估26.4%.干燥页岩的等量吸附热为11.6 k J/mol,考虑与不考虑水蒸气压力的平衡水页岩等量吸附热分别为10.7和12.3 k J/mol,由于水分优先吸附于能量较高的吸附位,在水分存在情况下,平衡水页岩对甲烷的等量吸附热应该小于干燥页岩,因此,经水蒸气压力校正后的等量吸附热更加符合热力学一致性.在地层条件下,水蒸气压力对页岩吸附的影响分为两个阶段:(1)浅埋藏阶段(地层深度小于700 m),此阶段由压力梯度主导,压力梯度越大,水蒸气压力对吸附的影响越大;(2)深埋藏阶段(地层深度大于700 m),此阶段由压力梯度和温度梯度同时控制,压力梯度越大,温度梯度越小,水蒸气压力对吸附的影响越大.     

常温常压下煤对N_2、CO_2气体的吸附实验研究

为更准确地模拟煤储层条件,设计了常温常压下煤吸附气体的实验方案,采用自制吸附反应釜和SP-3400型气相色谱仪,研究大样量(5kg)塔山矿、同忻矿和高海矿煤样吸附N_2和CO_2气体的能力,并计算各煤样不同吸附平衡时间下对此两种气体的吸附量,发现煤样对CO_2气体的吸附量均远远大于对N_2的吸附量,而对同种气体的吸附量虽然有所不同,但差值并不大。最后,根据实验结果分别计算了塔山矿、同忻矿和高海矿1g遗煤可吸附N_2和CO_2气体的量,探讨了将N_2和CO_2注入采空区后实现对CO_2气体封存的可行性。     

纳米尺度下页岩基质中的页岩气渗流及渗吸特征

基于页岩基质的纳米尺度孔隙特征,分析了页岩气在纳米孔隙中渗流的扩散、滑脱和达西渗流等对页岩气流动流量的影响.压差作用下页岩气流量的特征研究表明:达西流动产生的流量与地层压力、压力梯度和渗透率成正比;扩散引发的流量与压力梯度成正比,与平均压力成反比,与渗透率无关;滑脱引发的流量与压力梯度、渗透率成正比,压力梯度和渗透率一定时,滑脱流量为定值,与地层平均压力无关.低压下,气体的扩散效应和滑脱效应明显,扩散产生的流量所占比例较大,高压下渗流以达西流为主;在整个从低压到高压的地层压力区间,在低压下由于扩散作用,总的页岩气有一定的流量,随着地层压力的增大扩散产生的流量减小,到一定值后随着达西流量的进一步增大,总流量随地层压力的增加而增大,说明页岩气生产中存在一个最低效生产的压力区域.水在页岩薄片上吸水过程近似分为三个阶段:(1)水在页岩薄片表面的快速吸附;(2)水在裂缝中较快速度的渗吸;(3)水沿着微裂缝的缓慢渗吸.为页岩气开发中的压裂水的反排特征研究提供了理论基础.     

碳酸盐岩油藏酸化施工最优注入条件影响因素分析

碳酸盐岩油藏酸化效果取决于酸蚀岩石生成的溶蚀模式,对于给定的油藏及选定的注入酸来说,溶蚀模式与酸注入地层的速度有关.在最优注入条件下,酸溶蚀岩石形成一些窄且长的蚓孔,这些蚓孔可以穿过井筒周围的污染带,大大地改善甚至是提高近井地带的渗透率.由于技术条件限制,最优注入条件只能通过岩芯尺度的实验或数值模拟得到,而将岩芯尺度的最优注入条件应用到油藏酸化施工中时,需要明确岩芯形状、尺寸比例等参数的影响.本文基于梯形流动单元,使用非结构网格对求解区域进行离散、有限体积方法对控制方程进行离散,数值求解碳酸盐岩酸化反应流模型.定义形状因子和比例因子分别表示岩芯的形状变化和尺寸比例,并研究其对酸化溶蚀模式、最优注入条件等参数的影响.结果表明:以流量表示注入条件时,岩芯形状对最优注入条件没有影响;以最优注入流量将酸液注入不同形状的岩芯得到的蚓孔结构具有相同的分形维数,说明岩芯形状对溶蚀模式没有影响;当比例因子小于1时,最优注入流量随比例因子的增加而增加,当比例因子大于1时,最优注入流量保持不变;径向流对应的比例因子处于最优注入流量保持不变的范围,因此,酸化施工优化设计时的岩芯实验,只需将酸线性地注入岩芯,而不需进行难度更大、成本更高的径向流酸化实验,但实验用到的岩芯截面直径应大于其长度,且将岩芯实验的结果应用于油藏酸化施工时,应使用流量表示最优注入条件.     

基于灰色关联法的褐煤燃烧阶段指标气体分析与优选

为了研究煤矿火灾期间气体的生成规律,从平庄瑞安煤业采集褐煤煤样,对煤样进行了管式炉程序升温实验,得到不同温度下CO、CH_4、CO_2、C_2H_4、C_2H_6、C_2H2、C3H8等气体的体积分数,并采用灰色关联法分析各种气体的体积分数及气体比值与褐煤燃烧温度的关联度,得出以下结论:CO_2/△O_2、C_2H_2/C_3H_8的气体比值及CO的体积分数与褐煤燃烧温度关联度较高,关联度在0.7以上。CO的体积分数在200℃~350℃之间随着温度的升高而增加,350℃~400℃缓慢降低,400℃~438℃明显降低;CO_2/△O_2的比值在200℃~400℃之间随温度的升高而增加,400℃~438℃有所缓慢降低;C_2H_2/C_3H_8的比值随温度的升高而增加。可以把CO_2/△O_2的比值、C_2H_2/C_3H_8的比值、CO的体积分数作为火情监控的最优指标用来反映褐煤燃烧阶段的温度变化情况,从而有利于矿井火区对火情的监控与处理。     

基于数字岩心和LBM的页岩气流固耦合数值模拟

页岩具有很强的压力敏感性,围压和孔压的变化会改变页岩孔隙的大小,从而对页岩气的流动规律产生影响,利用数字岩心结合格子Boltzmann方法(lattice Boltzmann method,LBM)来研究页岩气微观渗流规律得到越来越多学者的重视.本文建立了应力条件下的数字岩心应力应变模型和页岩气渗流LBM模型,研究了应力对页岩气渗流的影响规律.研究结果表明:有机质中的纳米孔隙对应力更加敏感,随应力变化的程度相比矿物骨架孔隙更大,从而影响页岩气在纳米孔隙中的解吸和扩散;孔压对各渗流机理的影响要比围压的影响大,是因为孔压的变化不仅影响了孔隙的尺寸还影响了气体的平均分子自由程;当平均孔压从17 MPa降低到5 MPa时,解吸的气体量和通过扩散流动的气体量占总气体流量的比例不断增加,分别增加了2%和1.9%,而通过滑脱流动的气体量占总气体流量的比例不断减少,减少了3.8%.利用应力条件下的数字岩心和格子Boltzmann方法可以更精确地模拟页岩气在储层中的流动规律,更好地理解页岩气的产出机理.     

吸附制冷中CaCl2-NH3的化学吸附前驱态研究

作为一种化学吸附制冷工质对, 在吸附制冷条件下, CaCl₂-NH₃在发生化学吸附之前, 由于van der Waals力相对于化学反应力作用距离比较长, 所以一般要先发生物理吸附. 这个状态称为化学吸附前驱态. 通过控制氯化钙不同的膨胀、结块现象, 在氨络合物的屏蔽系数作用下实现NH₂气体分子与Ca²⁺之间不同的距离长度, 从而得到了不同的化学吸附前驱态. 结果表明, 吸附剂发生严重膨胀现象而没有发生结块现象时, 由于化学吸附前驱态中NH₃气体分子与Ca²⁺之间距离较长, 吸附过程所需要的活化能增加, 吸附剂在反复的吸附、解吸过程中出现衰减现象. 而在吸附剂发生结块现象时, 由于NH₃气体分子与Ca²⁺之间距离受到有限空间的控制, 从化学吸附前驱态过渡到化学吸附态所需要的活化能相对较小, 其吸附性能不再出现衰减趋势. 利用化学吸附前驱态研究了吸附制冷等压线, 结果也表明, 在Ca²⁺的分布没有对NH₃气体分子的渗透性能产生影响的前提下, 化学吸附前驱态对试验结果起着决定性作用.     

改性白云石制备CO_2吸收剂的活化条件优化

为了确定利用NaNO_3改性白云石制备CO_2吸收剂MgO-CaCO_3的制备工艺,本文利用热重分析仪研究了活化条件对钙镁复盐吸收剂活化程度及活化后所得吸收剂吸收性能的影响.研究结果表明活化温度越高、活化时间越长、活化气氛用空气代替N_2时,NaNO_3改性白云石制备的钙镁复盐在活化过程中的失重量越大.然而活化后所得吸收剂的CO_2吸收性能并不与样品在活化过程中的失重量成正比.结合钙镁复盐MgCO_3-CaCO_3的分解反应机制和熔融的NaNO_3通过离子液体通道促进离子扩散机制,分析了活化条件对吸收剂吸收性能的影响机理.样品活化过程过于剧烈会增大CaCO_3晶粒和MgO晶粒之间的间距,减弱CaCO_3对MgO基吸收剂CO_2吸收能力的促进作用,得到在高温条件下基本无CO_2吸收能力的独立的MgO吸收剂.     

硅离子注入聚合物表面改性的研究

采用MEVVA离子注入机引出的Si离子对聚酯薄膜(PET)进行了改性研究, 原子力显微镜观察表明, 注入后的聚酯膜表面比未注入PET更光滑. 用透射电子显微镜观察了注入聚酯膜的横截面表明, 注入层结构发生了明显的变化. 红外吸收测量揭示了Si-C和C-C的形成. 说明了碳化硅和碳颗粒的形成. 这些颗粒增强了注入层表面强化效果, 改善了表面导电特性. 表面电阻率随注入量的增加而明显地下降. 当硅注入量为2×10¹⁷ cm^-2时, PET表面电阻率小于7.9 W·m. 用纳米硬度计测量显示, Si离子注入可明显地提高聚酯膜表面硬度和杨氏模量. 表面硬度和杨氏模量分别比未注入PET时大12.5和2.45倍. 硅注入表面划痕截面比未注入PET的划痕窄而浅. 说明表面抗磨损特性得到了极大的增强. 最后讨论了Si离子注入聚酯膜改善特性的机理.     

失神经对大鼠骨折愈合及FGFR3表达的作用机制研究

目的通过检测大鼠骨折端成纤维细胞生长因子受体3(FGFR3)的表达量,探讨失神经在骨折愈合过程中对FGFR3表达的作用机制。方法将96只成年健康雌性wistar大鼠随机分为实验组和对照组。实验组建立T10脊髓离断下的胫骨骨折模型,对照组行单纯胫骨骨折模型,分别于术后第3、5、7、14、21、28天取标本(每个时间点=8只),经固定、脱钙处理后,与骨折端上下5 mm处修剪标本,石蜡包埋,切成6μm切片。切片应用HE染色、原位杂交及masson三色染色。术后第7、14、21、28天拍X片。结果脊髓神经离断后骨折愈合加速,各时间点实验组FGFR3的表达量均高于对照组,差异具有统计学意义(P0.05),并具有时间分布特点,第3天时较少,第5天时开始升高,第7天达到高峰,随后逐渐降低,并在第28天FGFR3mRNA细胞数趋于0。结论 FGFR3是骨折愈合过程中的一种膜蛋白,其表达受神经因素的调节。脊髓离断后,可通过调节FGFR3的表达量来加速骨折的愈合。     

MD 模拟研究带静电ACF 对甲醇的吸附

为了探索静电荷在极性分子的物理吸附过程中的控制作用, 对甲醇在带静电荷的活性炭纤维(ACF)纳米孔中的吸/脱附情况进行了分子动力学(MD)模拟研究. 在引入静电荷的中孔ACF/甲醇吸附系统中, 从模拟结果可以观测到孔内的甲醇分子扩散到吸附位的时间缩短、吸附冷凝的准液态甲醇密度增大、甲醇分子的空间排列有取向性、达到吸附平衡时系统能量显著降低等特殊现象, 表明了静电荷增强了中孔ACF 对甲醇分子的吸附作用, 使吸附强度、稳定性和有序性有所提高, 能够提高吸附容量和加快吸附速率. 系统达到吸附平衡后再消除静电荷, 升温至60℃左右进行模拟, 可以观察到比较明显的脱附趋势.     

ZnO纳米柱的可控生长及其光学性质

以高分子聚合物聚乙烯醇（PVA）为软模板,通过PVA与乙酸锌（Zn（CH3COO）2．2H2O）之间发生的离子络合反应,在PVA亚浓溶液所提供的空间位阻力作用下,经过烧结,获得了直径在15—50nm之间的呈放射状簇形排列的ZnO纳米柱．X射线衍射（XRD）表明,所得产物结晶良好,呈六方纤锌矿晶体结构．利用扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）分析了不同热处理温度对产物形貌的影响,结果显示,随温度从400℃增加到700℃,ZnO纳米柱生长趋势总体趋于明显,同时产物形貌的规整性也明显变好．采用室温下光致发光（PL）光谱对制得的ZnO纳米柱的光学性能研究表明,随着温度升高,ZnO发光性能在逐渐改善,除在384nm处出现了较常见的紫外发射外,PL光谱曲线在354nm处还出现了少见报道的较强的紫外发射峰,显示出良好的紫外发光性能．     

在线焊接管道设计压力的影响因素

提出了预测在线焊接管道设计压力及烧穿的方法. 运用有限元法对不同参数下在线焊接时的温度场进行了数值模拟, 内部介质流动对焊接温度场的影响通过确定介质与管壁间的换热系数来考虑, 并根据温度计算结果, 获得了管道的剩余强度因子和设计压力, 进而判定管壁是否烧穿. 研究表明: 在线焊接管道的设计压力随着焊接热输入的增大而降低, 当热输入增大到一定程度时, 曲线趋于平缓; 随着流速的增大, 在线焊接管道的剩余强度因子及所能承受的设计压力呈上升趋势, 且在一定范围内增大明显, 故应充分利用该流速变化范围的特点以确定最佳施工条件; 剩余强度因子随着壁厚的增加而升高, 当壁厚增大到一定程度时, 在线焊接管道的剩余强度因子增大速度减缓, 此后继续增加壁厚, 则对材料的利用率有所下降. 根据设计压力与各参数的关系曲线可以获得安全操作条件.     

倾斜圆管内超临界压力CO_2流动换热数值分析

对超临界压力CO_2在内径为10 mm、加热长度为2000 mm、倾斜角度α=45°的倾斜光管内向上和向下两个方向的流动与传热行为进行数值计算.采用SST k-ω低雷诺数湍流模型,通过超临界压力CO_2在垂直光管内向上流动传热的实验数据验证了计算模型的可靠性和准确性,分析了倾斜圆管内壁温度T_(w,i)和对流换热系数h沿圆管轴向和周向的变化规律.基于超临界压力CO_2在类临界温度T_(pc)处发生类气-类液"相变"的"类沸腾"假设,研究了超临界CO_2在倾斜圆管内不同方向流动时顶母线壁温分布产生差异的原因,通过获取圆管横截面内速度分布、物性分布和湍流分布等详细信息,重点分析了产生这一差异的传热机理.计算结果确定了类气膜厚度、轴向速度u、湍动能k和黏性底层厚度δ_(y+=5)是影响不同流动方向时顶母线壁温分布差异的主要因素.     

江西生态经济系统的能值分析及其指标动态研究

能值(emergy)作为价值的一种测度方法,被用于评价维持包括人类经济活动在内的生物圈的能量与资源的流动。本文运用能值理论与方法,对江西省1995~2000年的净能值产出率、环境负荷率、可持续发展指数等指标及其变化趋势进行分析,并与其它国家和地区的有关指标进行比较研究。分析结果为(1)1995~2000年江西的净能值产出率变化曲线呈先下降后上升趋势,大小在2·63~2·93之间,表明江西是一个资源输出型的生态经济区域;(2)可持续发展指数变化曲线与净能值产出率变化曲线的趋势一致,也呈先下降后上升趋势,大小在1·05~1·21之间,表明江西经济有较大的发展潜力;(3)环境负荷率的变化曲线呈上升趋势,这与江西经济发展过程中对资源的利用和进口资源及劳务能值量增加有关。     

垂直喷淋式MOCVD反应器中射流影响的研究

针对垂直喷淋式MOCVD反应器的射流现象进行数值模拟研究.通过改变反应腔高度、喷口间距、喷口速度、托盘转速等,对反应器内的流场、温度场、浓度场随上述参数的变化进行详细探讨,进一步探索MOCVD反应器中射流影响的规律.通过模拟发现:(1)在喷口下方的反应腔空间,射流速度、温度和浓度均存在周期性波动,此波动由衬底中心到衬底边缘逐渐衰减;(2)衬底中心处的垂直射流速度大于周边的速度,中心浓度高于边缘浓度,中心温度低于边缘温度;(3)增加反应腔高度,减小喷口间距,减小喷口速度、增加衬底转速,均有利于衬底上方轴向速度和反应前体浓度沿径向分布的平缓.     

应力腐蚀和压力溶解对双重孔隙岩体中THM耦合影响的有限元分析

引入裂隙开度的应力腐蚀和压力溶解模型,针对一个假设的位于非饱和双重孔隙-裂隙岩体中的高放废物地质处置库,拟定2种计算工况：（i）裂隙开度随应力腐蚀和压力溶解而变化（基岩的孔隙率亦是应力的函数）;（ii）裂隙开度和基岩的孔隙率均为常数,进行热-水-应力耦合的二维有限元分析,考察了岩体中的温度、裂隙开度的闭合速率、闭合量、孔（裂）隙水压力、地下水流速和应力的变化、分布等情况.结果主要显示：应力腐蚀引起的闭合速率要高于压力溶解引起的闭合速率6个数量级,且2种因素产生的闭合速率随时间先增加后减少,并趋于稳定;随着时间的推移裂隙开度由初始值下降并趋于残余值,而粗糙面接触率亦由初始值上升并趋于其名义值;当考虑应力腐蚀和压力溶解时,近场的负裂隙水压力上升很高;2种工况的岩体中的应力量值及分布差别很小.     

基于分子马达集体运行机制的骨骼肌收缩动态力学模型——基于分子马达运行机制的骨骼肌生物力学原理（Ⅰ）

骨骼肌收缩过程中的生物力学原理尚未有效揭示清楚,本文从神经元触发的动作电位入手,针对骨骼肌微观的激活与收缩过程,利用统计力学方法分析分子马达集体运行机制,建立动作电位与肌小节收缩力之间动态关系;并结合肌小节串并联特征从微观到宏观构建骨骼肌力学模型,该模型揭示了骨骼肌收缩的力学原理,反映了骨骼肌从激活到收缩整个过程的动态力学特性.数值模拟结果表明,随着动作电位频率的增加,肌浆中钙离子浓度先线性上升并逐渐趋于饱和,主动收缩力出现融合并跟随钙离子浓度变化趋势,当动作电位处于最大频率时肌肉强直收缩;在定负载情况下,收缩速度和输出功率随频率的变化趋势与收缩力类似,但在负载力逐渐增大时,收缩速度会逐渐减小,而功率在某一负载下存在最大值.上述特性与骨骼肌力学实验研究结果一致,从而证明了该理论建模方法的正确性.     

钴离子注入硅化钴的形成和微波功率管制备的特性

用大束流密度的钴金属离子注入硅能够直接合成性能良好的薄层硅化物. 束流密度为0.25~1.25 A/m², 注入量为5 × 10¹⁷ cm^-2. 用透射电子显微镜(TEM)和电子衍射(XRD)分析了注入层结构. 结果表明随束流密度的增加, 硅化钴相生长, 薄层硅化物的方块电阻R_S明显下降. 当束流密度为0.75 A/m²时, R_S明显地下降, 说明连续的硅化物已经形成. 当束流密度为1.25 A/m²时, 该值达到最小值3.1 W. XRD分析表明, 注入层中形成了3种硅化钴Co₂Si, CoSi和CoSi₂. 经过退火后, R_S进一步地下降, RS最小可降至2.3 W, 说明硅化钴薄层质量得到了进一步的改善. 大束流密度注入和退火后, 硅化钴相进一步生长, Co₂Si相消失. TEM对注入样品横截面观察表明, 连续硅化物层厚度为90~133 nm. 最优的钴注入量和束流密度分别为5 × 10¹⁷ cm^-2和0.50 mA/cm². 最佳退火温度和退火时间分别为900℃和10 s. 高温退火(1200℃)仍然具有很低的薄层电阻, 这充分说明硅化钴具有很好的热稳定性. 用离子注入Co所形成的硅化钴制备了微波功率器件Ohm接触电极, 当工作频率为590~610 MHz, 输出功率为18~20 W时, 同常规工艺相比, 发射极接触电阻下降到0.13~0.2倍, 结果器件的噪声明显地下降, 器件质量有了明显的提高.     

定向凝固速率跃迁下平界面处液相溶质浓度变化及界面失稳

单相合金定向凝固时，固液界面处液相溶质浓度会受抽拉速率的跃迁变化而发生较大的改变．理论分析和数值计算结果表明：当抽拉速率从V0跃迁变化到V时，定向凝固系统并不能立即达到抽拉速率V,而是经过一个非稳态凝固过程才能达到矿跃迁加速中，界面处液相溶质浓度呈现小大小的不对称分布，且刚开始时，界面处液相的溶质浓度随抽拉速率跃迁比V/V0，原始抽拉速率V0和温度梯度GL增加而增大，相应的溶质扩散长度随V/V0和GL增加而减小．对于跃迁减速过程，变化情形刚好相反．另外在跃迁加速中，即使合金跃迁变化的抽拉速率仍处于平界面临界失稳速率范围之内，如果固液界面处液相溶质浓度过大，也会使合金凝固的平界面发生失稳现象．上述分析结果在Al-2％Cu合金的数值计算中得到了验证．