镁熔液中氢气泡析出动力学模型

针对镁熔液中氢气泡的析出过程,分析氢气泡析出的动力学特性。考虑多种因素对氢气泡析出影响,对镁熔液中氢气泡上浮运动进行受力分析,利用牛顿第二定律得出氢气泡上浮运动过程中的瞬时加速度方程,并结合气体状态方程、传质边界层方程及流函数等相关性质,推导出镁熔液中氢气泡在析出过程中气泡速度、气泡半径、气泡上浮高度与时间变化关系的动力学模型。采用龙格库塔算法将模型方程在MATLAB中进行编程计算,得到气泡传质速率与时间及气泡半径与时间的关系曲线。研究结果表明:氢气泡形核后析出,随着上浮高度的增加,气泡速度与半径都随之变大,加速度先增大后减小;临近界面处,气泡趋于某一速度值析出并破裂。此模型为镁熔液中氢气泡的形成机理提供了一定的理论基础,对镁合金液态质量控制具有重要意义。     

射频溅射功率和掺杂氢对硅氢薄膜结构的影响

采用SEM和Raman谱对射频磁控溅射法制备的硅氢薄膜结构进行了研究,讨论了在100～400 W范围内溅射功率和氢气分压对硅氢薄膜结构的影响.结果表明,制备的硅氢薄膜为致密的颗粒膜,添加氢气后,颗粒状的硅氢薄膜出现了粒径更为细小的纳米级小颗粒亚结构;随着氢气分压的增加,其直径先增加后减小,平均直径在氢气分压为50%时达到最大;随着溅射功率的增加,硅氢薄膜的颗粒平均直径增加,当溅射功率达到400 W时,颗粒的平均直径为104 nm.拉曼光谱分析结果显示硅氢薄膜为非晶态.     

电沉积铅电极的制备及用于电还原CO_2制甲酸

为增加电极的活性面积,采用两步电沉积制备具有高活性面积的铅电极.先以铜棒为基质恒电位氢气泡模板法沉积多孔铜层,再以多孔铜层为基质电沉积铅.X射线衍射(XRD)结果表明铅为立方结构,扫描电镜(SEM)显示四方柱状铅粒均匀沉积在多孔铜层的孔壁上,呈现三维多孔形貌.电沉积铅电极用于CO2电还原反应,循环伏安(CV)测试结果表明,其比普通铅片电极具有更正的起峰电位和更高的电流密度.在施加电位为-1.7,V(相对饱和甘汞电极)、KHCO3电解液浓度为0.3,mol/L时,生成甲酸的最高电流效率达到92%.对CO2电还原过程影响因素的研究表明:在低电流密度区,随电流密度的增加,生成甲酸的电流效率和速率都增加;在高电流密度区,随电流密度增加,生成甲酸的速率增加,而生成甲酸电流效率逐渐降低.时长为1 h的CO2电还原反应中,产物甲酸的电流效率逐渐降低,对比反应前后电沉积铅电极的XRD谱图和SEM图发现,铅仍为立方结构,而形貌发生显著变化,铅由四方柱状变为层状覆盖在多孔铜层颗粒的表面.电极的活性面积减小是甲酸电流效率降低的主要原因.     

硫化矿物浮选体系中外控电位电极与矿物颗粒间的电偶腐蚀作用及其浮选

硫化矿物浮选电化学研究中,控制电位的方式有两种：氧化还原药剂调控和外加电场电位调控。在外控电位浮选体系中,由于外控电位电极与硫化矿物的腐蚀电位差异,电极与硫化矿物碰撞接触时形成电偶腐蚀。从腐蚀电化学理论出发,研究了电极与硫化矿物形成的电偶腐蚀对硫化矿物浮选过程的影响,指出所形成的电偶腐蚀对硫化矿物浮选过程的影响与电极极性、电极材料、矿物的浮选特征等有关。当浮选过程需要发生硫化矿物颗粒表面的氧化时,工作电极应为阳极,电极材料应有较高的腐蚀电位;当浮选过程需要发生硫化矿物颗粒表面的还原反应时,工作电极应为阴极,电极材料应有较矿物颗粒低的腐蚀电位;要消除电极与矿物颗粒之间的电偶腐蚀作用,外控电位电极材料的腐蚀电位与目的矿物颗粒的腐蚀电位应相等或相近。研究结果可为实现硫化矿物浮选过程中外控电位方式、电极材料和电极极性的选择提供依据。     

电解法产生微气泡的实验研究

鉴于微气泡具有良好的工业应用价值,因此开展微气泡制备方法的研究具有重要意义。对电解法制备微气泡开展了详细的实验研究,电解介质分别选用自来水和氯化钠溶液。使用单反相机,详细研究了电极直径、电解电压和氯化钠浓度对微气泡直径和微气泡数目的影响情况。实验研究表明,电极直径、电解电压和氯化钠的浓度对生成微气泡的直径和数目具有重要的影响;当生成微气泡的数量增加时,微气泡的直径就会减小。     

气泡在不同液体中上升速度的实验研究

为了推断中子慢化剂液氢中气化氢气泡的上升速度及影响因素，选取合适的工质进行了含气率的模拟实验。采用和液氢层厚度相同的方形有机玻璃管作为可视化实验段，在其中加入蒸馏水、无水乙醇及氟里昂113作为液体介质，通过在实验段的下部喷入空气产生空气气泡进行不同液体介质中空气气泡的上升速度实验，以研究液相的物性如表面张力、密度、粘度等对气泡上升速度的影响。实验证明，对于半径为1～3mm的空气气泡，液相表面张力与密度的比值是决定气泡上升速度快慢的主要因素，该比值越大，气泡上升得越快。对照液氢的相关物性预测出了半径为1～3mm的气化氢气泡要比Rll3中空气气泡的上升速度快，因此可以用R113进行两相氢循环中含气率的模拟实验。     

外控电位浮选设备中电极过程的电压分布

通过对电控浮选设备和冶金电化学反应设备电极反应过程的对比分析,得到了外控电位浮选设备中电极间的槽电压分布规律。由于电控浮选设备中必须为矿物颗粒的浮选提供合适的气泡和通道,提高电挖浮选设备的效率只能通过选择合适的电极材料来实现,这也是外加电位控制远远大于理论要求的矿浆电位控制值的原因。     

浮选三相流中气泡运动特性的数值模拟

为获取浮选气泡在矿浆中的运动规律及三相流中浮选气泡的最佳尺寸,运用欧拉模型模拟不同初始直径的气泡在不同密度矿浆中的运动过程.结果表明：在给定的初始条件下,同一浓度的矿浆中,单个浮选气泡所能捕获的矿物量以直径4 mm的气泡最多,气泡尺寸增大或减小后,其矿物捕获量都有所减少.当矿浆中固相质量分数在20%~40%之间变化时,矿物捕获量最多的气泡尺寸变化不大,并且随着矿浆中固相质量分数的增大,单个气泡的捕获量增大,矿物粒子回收率增加.在实际生产中,直径为3.5~4 mm的中等大小气泡在运动过程中变形程度小,气泡水平偏移及浮升速度适中,对矿物粒子的捕获率及运载能力和浮升能力较强,有利于提高浮选产量和质量.     

连铸结晶器内气泡运动行为及影响因素

为了研究连铸结晶内气泡的运动行为及影响因素,采用了改进的数学模型对气泡在钢液内的运动行为进行了模拟.数学模型考虑气泡的弹开、聚合以及破碎行为,分析了不同拉速和浸入深度对气泡分布范围、含气率以及气泡平均直径的影响.研究结果表明:初始直径较小的氩气泡在水口内的运动过程中会发生碰撞聚合,生成大气泡.相同拉速下,气泡的分布范围和含气率随着水口浸入深度的增加而增大,气泡平均直径随浸入深度的增大而减小.相同浸入深度下,气泡的分布范围和含气率随着拉速的增加而增大,气泡平均直径随拉速的增大而减小.拉速对气泡直径的影响大于浸入深度的影响.     

气泡碰撞极端湿润性表面的行为特性

为提高极端润湿性表面的功能性,制备了超亲水、超疏水高粘附、超疏水低粘附3类极端湿润性表面,利用高速摄像机对不同上升高度下的气泡碰撞极端湿润性表面进行了行为特性研究,所用气泡当量直径分别为2.16、2.59、3.32 mm.研究发现,表面湿润性、气泡上升高度(L)和气泡当量直径(D)对气泡行为特性有着重要影响,表面微观结构和表面张力是影响气泡在表面稳定状态的最为关键的因素.当气泡碰撞超疏水低粘附表面时,先振荡或弹跳,最后在表面铺展成一层气膜;碰撞超亲水、超疏水高粘附表面时,气泡先振荡或弹跳,最后以球缺状的形式静止在表面上.气泡碰撞表面速度较大时,气泡在3类表面上都会发生弹跳行为,其初次弹跳高度(h_1)随着L增大先增大后减小,在L为13.6 mm时均达到极值,分别为6.05、5.53、4.37 mm.对超疏水低粘附表面而言,随着气泡直径的增大,气泡在碰撞过程中的能量耗散增加,因此h_1逐渐下降,气泡发生铺展的时间逐渐缩短.