电场作用下单气泡行为的数值模拟

为了解电场强化沸腾换热的机理,分析了单气泡在电场作用下的行为特点.通过求解不可压缩流体的连续性方程,加入电场力的动量方程和VOF(volume of fluid)方程,得到了单气泡在电场下从壁面脱离的过程.结果发现,气泡在电场下脱离时间变短,并沿着电场方向伸长.气泡内部流动加剧,形成多个涡.结果表明,电场作用下气泡的行为特点产生显著的变化.     

电场增强镍薄膜的氢气吸附性能研究

用自制的气体吸附测试装置进行了在电场作用下镍薄膜吸附氮气和氢气的实验.氮气吸附实验结果表明,充电吸附和放电解吸过程中的电信号可准确表征气体的吸附情况.氢气吸附实验结果表明,电场可以有效提高镍电极对氢气分子的吸附作用,电场强度越大,氢气吸附量越大.在电场强度不变时,提高氢气压力会对氢气吸附量带来较弱的提高.在电场作用下,氢气分子会被极化,从而使氢气分子更容易被吸附,并且有助于形成氢团簇.     

平行狭缝间荷电硬球流体的平衡结构和剩余吸附

基于经典密度泛函理论,研究了受限于平行狭缝间的荷电硬球流体.计算和分析了无外电场情形下,荷电量对体系的平衡结构和剩余吸附的影响,并进一步研究了有外电场作用时,电场强度对剩余吸附的影响.     

高压气体定容积充放气的特性

针对高压状态下理想气体模型不能较精确描述实际气体特性的问题,基于范德瓦尔方程和气体动力学方程,推导出实际气体节流口质量流量的特性方程,建立高压气体定容积充放气过程的数学模型.在此基础上与理想气体模型进行了比较,气体充放气过程的仿真分析表明,低压情况下二者的仿真结果基本吻合,随着气体压力增加所建立模型的仿真结果更加符合实际.     

任意方向电场作用下电缆方程的研究

在传统电缆方程基础上，增加径向电场的作用，提出了一种能够描述磁场刺激神经轴突兴奋的改进的电缆方程和激活函数，仿真结果验证了其正确性．利用改进的电缆方程计算了磁场刺激的神经轴突膜电压响应，充分表明径向电场在膜电压形成中的作用，改进的电缆方程和激活函数能够比较准确地描述任意方向电场作用下膜电压的响应，更好地描述神经轴突在磁场作用下的兴奋．     

高压电场作用下含蜡原油中带电胶粒与蜡晶作用机制

电场改性是一种新兴的含蜡原油改性方法,带电胶粒(胶质、沥青质)在电场作用下聚集于蜡晶表面是其主要机制。为明确带电胶粒与蜡晶的作用机制,选取电场降黏效果差异显著的两种含蜡原油,测试并分析电场作用前后油样的表观黏度、阻抗以及蜡晶晶胞参数。结果表明：电场作用后降黏效果显著的1#原油阻抗上升,但作用温度下蜡晶晶胞参数不变,再降温至2℃后,蜡晶晶胞参数变化显著;对于无降黏效果的2#原油,电场作用后其阻抗不变,降温后的蜡晶晶胞参数也没有变化;电场作用下含蜡原油中的带电胶粒吸附于蜡晶表面,是电场发挥降黏效果的必要条件;部分含蜡原油中带电胶粒自缔合从而无法在电场作用下吸附于蜡晶表面,是该类原油不具有电场降黏效果的原因。     

Bulk Flow方法分析孔型密封转子动力特性的有效性

基于Kleynhans和Childs的两控制容积等温BF(Bulk Flow)模型,通过增加能量方程和理想气体状态方程,建立了理想气体BF方法的数学模型,来预测和分析孔型密封转子在偏心状态下的静力学和动力学特性.由于转子在密封中心附近做微小涡动,故可通过采用摄动方法使得NS方程的求解过程得到较大的简化,再通过迭代求解简化后的零阶和一阶摄动方程组,就可以求出孔型密封的流场和动力特性系数.以此为依据发展了相关程序,计算出了不同工况条件下孔型密封的转子动力特性系数与激振频率的关系,通过与已有的实验数据和等温BF模型的计算结果进行对比,验证了理想气体BF模型及相关求解方法的有效性.结果表明:理想气体BF模型的预测结果与实验数据吻合良好,且优于等温BF模型的计算结果,证明了该理想气体BF模型的正确性和计算方法的可靠性.该方法可用于孔型密封动力特性的预测.     

实际气体的玻尔兹曼因子方程

将玻尔兹曼分布律应用于实际气体紧靠容器壁处,厚度为气体分子有效作用距离s的边界区域保守力场中,用边界区域界面自由能作为状态参量之一,推导出实际气体的玻尔兹曼因子方程。进而应用该方程导出了理想气体物态方程、非理想气体物态方程、气体体系边界区域热力学函数和焦耳-汤姆逊效应的新解析。用与著名的范德瓦尓斯方程、维里方程对比分析的方式进一步论证了:玻尔兹曼因子方程不仅形式简单、物理意义明确,而且比范氏方程、维里方程更能如实地描写实际气体在各种压强条件下的自然状态、更具合理性与普遍性。     

邻甲氧基苯胺修饰超高交联吸附树脂的合成及其性能

用甲氧基和氨基共同修饰制备了超高交联吸附树脂(HPAMMA),研究了其对水体系中苯胺和苯的静态吸附行为,考察了双官能团修饰对超高交联吸附树脂吸附能力的影响.结果表明:HPAMMA对苯胺的吸附量明显大于对苯的吸附量,树脂对苯胺的吸附是物理吸附和氢键吸附共同作用的,而对苯的吸附以物理吸附为主.在相同条件下,双官能团修饰的树脂氢键吸附辅助作用明显大于单官能团修饰的树脂.Langmuir方程能较好地描述苯胺的吸附过程,而苯和苯胺在HPAMMA上的吸附等温线均符合Freundlich方程.所有等温吸附方程的相关因子均大于0.98,拟合方程中的指数因子n1,对苯和苯胺的吸附均属于优惠吸附.HPAMMA对苯胺的吸附选择性系数随吸附质初始质量浓度的增加呈先减小后趋于定值的趋势,而随温度增加呈逐渐减小的趋势.     

玉米芯基活性炭吸附去除水中重金属的实验及机理研究

运用农作物废弃物玉米芯为原料,通过马弗炉在不同工艺条件下碳化制备玉米芯基活性炭,考察了其对锌、锰和铅三种重金属的吸附性能,并利用傅里叶红外光谱、扫描电镜(SEM及EDS)等手段研究了其吸附重金属锌的机理,并对吸附后的吸附剂进行解吸实验.实验结果表明,合适工艺下生产的玉米芯基活性炭对水中锌离子有极高的吸附率,吸附动力学行为符合准二级动力学方程;对玉米芯基活性炭的解吸,酸解吸法比电场干预解吸法能取得更好的效果.初步判断玉米芯基活性炭可用于吸附重金属,是一种低成本吸附剂.     

电场对煤瓦斯吸附渗流特性的影响

为了探讨地电场对包含在煤层中的瓦斯气体的储存、运移的作用以及如何利用电场采促进煤层气的渗流从而达到提高中国低压低渗煤层的煤层气抽放率等问题,研究了电场对煤瓦斯吸附渗流特性的影响．研究表明：静电场对煤瓦斯吸附特性的影响关键在于静电场的焦耳热效应使煤瓦斯系统温度升高和静电场增加煤表面吸附势阱的深度2种因素竞争的结果,当静电场增加煤表面吸附势阱深度占主导地位时,静电场使煤对瓦斯的吸附量增加,当静电场的焦耳热效应逐渐占主导地位时,静电场使煤对瓦斯的吸附量减少;外加静电场促使煤中瓦斯的渗流;交变电场作用使煤对瓦斯的吸附量减少;交变电场作用促使煤中瓦斯的渗流．     

地球物理场对煤吸附瓦斯特性的影响

研究含瓦斯煤层所处的地球物理场对煤瓦斯吸附特性的影响,对煤矿安全开采、煤瓦斯的抽放利用以及煤瓦斯突出的预测预报具有重要意义。笔者总结了地球物理场对煤吸附瓦斯特性的影响,认为地电磁场对煤瓦斯吸附作用机理还有待进一步的研究。并重点探讨了在交变电场作用下煤的吸附特性。利用容量法对3种不同煤样在交变电场作用下的吸附特性进行了实验研究。结果表明：交变电场的作用,并没有改变煤表面的化学性质和物质成分,煤地吸附和解吸仍很好地遵从Langmuir方程和二常数经验公式,并且由于交变电场作用使煤的表面势能增大和焦耳热效应使煤体温度增高,从而减弱了煤的吸附能力,减缓了解吸过程。     

间歇注气抽采煤层气井注气量与采收率分析研究

水力压裂煤层、注气提高煤层气采收率等生产工艺过程中,煤层中流体的运动是多相多组分流体的扩散渗流。假定煤层为孔隙裂隙二重介质,孔隙中只存在吸附状态气相,裂隙是气、水共存空间,孔隙与裂隙之间气体的交换量是渗流场中的质量源。试验研究了质量源与时间和煤层结构的关系,测定了吸附置换速率的衰减系数。应用多孔介质中扩散渗流理论,再运用质量连续方程,导出了多相多组分流体的扩散渗流微分方程。忽略占煤层中气体总量百分比很小的游离状态气体在微分方程中随时间变化,从而求出了单井间歇注气抽采煤层气井在注气过程注气量的近似表达式。分析解表明注入气体流量与注入气体压力和煤层气初始压力之差、竞争吸附置换速率成正比;煤层渗透率越大、煤层气和注入气体的混合粘性越小,吸附竞争置换速率越小和注气抽采煤层气效果越差;注气抽采煤层气工艺适合低透气性煤层。     

Thermodynamic analysis of adsorption process at a non-equilibrium steady state

By using the non-equilibrium thermodynamic approach, the possibility of the existence of a steady state for non-equilibrium ad-sorption with a temperature difference between body gas and adsorbed gas was confirmed and the steady state was determined. The chemical potential difference between body gas and adsorbed gas was obtained and equations for evaluating the adsorption entropy and the isosteric heat of adsorption were derived. The changes of the adsorption entropy and the isosteric heat of adsorption at the non-equilibrium steady state relative to those at the equilibrium state were calculated and the results were compared with those obtained using the traditional equilibrium thermodynamic method. The comparison suggests that the changes of the adsorption entropy and the isosteric heat of adsorption obtained using the non-equilibrium thermodynamic approach are related with not only temperature but also adsorptive state, while those obtained using the equilibrium thermodynamic method are only a function of temperature. The main reason is that the present study treats the adsorption and gas temperature change as an integrated process and considers their interaction, whereas the equilibrium thermodynamic approach separates the adsorption and gas temperature change as two independent processes and neglects their interaction.     

氩对四针状氧化锌场发射性能的影响

氧化锌是一种宽带半导体材料,由于其具有负电子亲和势,高的机械强度和良好的化学稳定性等特性,也被认为是一种很有发展潜力的场发射阴极材料。但是由于阴极材料在纳米量级,纳米材料的一些效应使其对工作的环境气体非常敏感。氩是采用薄膜型吸气剂的电真空器件中常见的残余气体成份。采用充气实验法研究了氩对氧化锌场发射的影响,得出其对氧化锌的场发射电流具有增强作用。由于氩的引入在一定程度上对系统起到了清洗的作用,系统内对氧化锌具有衰减作用的气体减少从而使得氧化锌发射电流在相同外加电压下增加。     

基于吸附势理论的页岩对甲烷吸附特性

 页岩气藏的甲烷吸附性能是页岩气藏开发的前提和基础,对页岩气资源预测、产能评价等有重要影响。根据不同温度下实测的页岩等温吸附数据,以吸附势理论为基础,对等温吸附数据进行处理分析得到ε-ω吸附特性曲线及其数学表达式。研究结果表明,页岩吸附甲烷的ε-ω吸附特性曲线是唯一的且与温度无关,可预测不同温度下甲烷吸附量,得到页岩吸附甲烷的吸附等温线;吸附相密度计算对ε-ω吸附特性曲线预测甲烷吸附量有重要的影响,吸附相密度经验公式与预测甲烷吸附量准确度有关,需进一步研究甲烷吸附相密度计算方法。     

考虑吸附和扩散的页岩视渗透率及其与温度、压力之关系

页岩纳米级孔隙中气体渗流存在吸附、扩散和滑脱效应,为了表征其渗流能力,并分析温度和压力对它的影响,利用Polanyi吸附理论和Langmuir等温吸附方程并结合纳米孔中气体扩散和渗流方程得到了考虑吸附、扩散和滑脱效应的页岩视渗透率的计算模型.计算发现:甲烷吸附层厚度随压力的降低而减小,随温度的降低而增加,并且压力越低温度的影响越大;考虑吸附、扩散和滑脱的页岩视渗透率虽然同仅考虑扩散和滑脱的视渗透率一样都随温度的下降而减小,但整体要低于后者,且下降幅度更大;考虑吸附、扩散和滑脱的页岩视渗透率与仅考虑扩散和滑脱时的视渗透率之间的差异随着压力的降低而逐渐减小;考虑吸附、扩散和滑脱的视渗透率与达西渗透率的比值随压力的降低先减小后增加,最终趋近于仅考虑扩散和滑脱时的情况.     

含瓦斯煤岩导电特性研究综述

随着中国煤炭开采及瓦斯抽采向更深层开发,对含瓦斯煤岩的导电特性评价技术要求更高,尤其是利用导电性预测深部高瓦斯煤层。系统梳理了近年来国内外含瓦斯煤岩导电性研究的相关文献,着重分析了应力变化、孔隙特征、变质程度以及煤岩吸附和解吸瓦斯过程中煤电阻率的变化机理,得出主控因素有：导电方式、残余形变、水-气置换等。为了实现从定性划分瓦斯带分布到定量计算瓦斯含量、煤矿安全开采过程中高瓦斯带预警以及瓦斯抽采过程中瓦斯含量精准预测,应从地球物理测井角度出发,深入剖析煤岩瓦斯含量与电阻率变化量间的定量关系,明确含瓦斯煤岩的导电机理,将是未来该领域的研究方向和发展趋势。