真空渗碳及气体渗碳的物理化学(二)(碳的传递系数和扩散系数)

依据前文提出的“过渡范围”说法和碳势的热重测定法,确定天然气渗碳中碳的传递系数和扩散系数。     

高浓度深层渗碳碳分布数学模型建立与应用

在对高浓度深层渗碳的特点进行分析的基础上，考虑到碳化物的析出与溶解、温度与碳浓度对扩散系数的影响、气氛环境对碳传递系数的影响，提出了高浓度深层渗碳的数学模型，并导出了差分法求解方法。应用该模型实现了高浓度深层渗碳的计算机实时控制。     

平面、圆柱面和球面的气体渗碳数学模型

建立了包括平面、圆柱面和球面在内的统一的气体渗碳数学模型：DC/Dτ=D(D^2C/Dx^2 shape/(x-R0)DC/Dx)，并将碳的扩散系数作为温度和含碳量的函数表示为D=D0.4exp(-Q／RT—Bc(0．4-C))；将碳的传递系数作为温度的函数表示为β=β0exp(-E／RT)；内边界条件为含碳量是固定值；碳势和温度视为时间的线性函数。结合按此模型的模拟计算，讨论了表面形状、扩散系数和传递系数中有关参数对碳浓度分布的影响规律．     

脉冲离子渗碳过程优化算法

针对脉冲离子渗碳过程的模拟计算,提出了两种优化工艺计算方法。采用扩散系数随温度和碳的质量分数而变化的非线性数学模型,提高了计算精度,讨论了优化计算程序实现中的一些环节以及优化方法、扩散系数、碳的质量分数上限、吸碳率对优化结果的影响,并结合实验结果计算了传统的“周期法”渗碳工艺和优化的工艺在同一渗碳条件下的碳的质量分数分布。结果表明：要用优化工艺后,在相同时间内达到的有效渗层深度明显增加,在相同条件     

气—固反应动力学讨论

本文讨论气体—金属固体间多相反应的速度控制环节。对扩散控制和混合控制提出了基本公式和曲线。作为应用举例,讨论了气体渗碳。指出气体渗碳的速度控制应是混合控制,而不是一般所认为的纯扩散控制。介绍了根据这种观点,求扩散系数、传递系数、碳浓度分布曲线、渗碳层深度的方法,最后,初步提出了用活度处理方法,解决实测值和理想公式及其曲线间的偏差。     

电阻法测定碳传递系数的研究

本文根据铁丝在渗碳过程中截面平均碳浓度的变化规律,导出了电阻法测定碳传递系数β新的数学模型。该模型具有计算精度高,β、D可同时测定等优点。     

渗碳数学模型差分算法的条件稳定性和有效性

渗碳扩散方程的差分算法是条件稳定的 ,不是绝对稳定的 ,网格比和空间、时间步长及合适的初边值条件都影响差分算法的稳定性和有效性。网格比和时间、空间步长都有合理的选择范围 ,总误差在某个最优的时间、空间步长时达到最小。扩散方程实际上是一个变系数的偏微分方程 ,扩散系数是碳质量浓度的函数 ,扩散系数取值变化对最终的碳质量浓度计算结果影响较大 ,实际计算时应进行修正     

12Cr2Ni4A钢高温真空低压脉冲渗碳工艺

与传统气氛渗碳相比，高温真空渗碳在提高渗碳效率、产品质量和节约能源方面均表现出明显优势.本文分析了12Cr2Ni4A钢的奥氏体晶粒长大行为、扩散系数及奥氏体饱和碳质量分数等关键参数的影响，结合真空低压脉冲渗碳工艺原理，对高温真空低压脉冲渗碳工艺进行实验验证.结果表明:实验钢在930，950，980℃渗碳温度下，渗碳层的硬度梯度曲线和碳质量分数梯度曲线的实测值与预期值吻合较好.此外，随着渗碳温度的升高，碳的扩散系数和奥氏体饱和碳质量分数增加，高温真空渗碳可显著提高渗碳速率，温度每提高10℃约使渗碳效率提高14%~17%.     

碳传递系数β值的测定及应用

本文采用“钢箔法”测定了煤油＋甲醇，煤油＋空气两种渗碳气氛的碳传递系数，β阐述了实验过程及β值的测定方法，从而获得了大量实验数据，对加快气体渗碳的速度，缩短渗碳时间有重要意义，文中还对产的应用做了探讨     

在气体渗碳过程中T—CP、β、D关系

本文通过对影响渗碳速度的几个主要因素的实验研究,发现了碳势Cp传质系数β、扩散系数D与温度T之间具有一定的规律性关系,即在温度发生变化时碳势Cp、传质系数β、扩散系数D都要按着一定的规律随之变化.作者将上述的规律绘成示意图,即T—Cp、β、D关系图.     

固定床活性炭脱硫动态传质过程分析

对活性炭法烟气脱硫技术中SO2在活性炭催化剂中的传质过程进行分析,提出固定床SO2有效传质速率的概念,并建立相应的数学模型.以微孔扩散动力学方程为依据,对不同类型活性炭的SO2粒内扩散系数和内表面利用率进行了测定.结果表明,微孔型活性炭的SO2粒内扩散系数小于中孔型活性炭;活性炭的SO2粒内扩散系数在水洗脱附条件下降至无水情况时的34%~47%;粒内扩散阻力是活性炭的活性位大量失效的原因;小颗粒活性炭的内表面利用率高于大颗粒活性炭.     

基于传热反问题的固体材料热扩散系数测算方法

对固体材料热扩散系数测算方法进行了研究。以流动的高温水作为对流换热介质,与平板状固体试样构成第三类边界条件下的非稳态传热模型,进而利用共轭梯度法研究了固体材料热扩散系数估计的反问题。参数灵敏度分析表明对热扩散系数参数估计具有可行性,然后通过数值模拟计算,讨论了待估计参数初始猜测值、对流换热系数条件、测量误差等因素对估计结果的影响。结果表明,本文提出的方法准确性和抗不适定性较好,在初始值设定与真实值差别较大、测量温度存在明显误差时,仍能保证足够的参数反演精度（相对误差<10%）,而对流换热系数条件对热扩散系数反演估计结果影响也不明显。     

非灰气体的宽带吸收系数模型

建立了以宽带模型为基础的关联k模型和重新排列的吸收系数模型,并用它们产生了H2O和CO2的吸收系数,为进一步计算气体介质参与的辐射换热问题提供辐射特性数据·将这两种模型计算所得的有效带宽与Edwards的指数宽带模型进行了比较,结果表明这两种模型都可用于实际的工程计算,当路径长度较小时,关联k模型的结果较准确,而当路径长度较大时,重新排列的宽带吸收系数模型较为准确     

采用微电极测定球形填料结构对传质过程的影响

为优化球形生物填料结构设计,研究通心多孔柱体结构对SNPTM型悬浮型球形生物填料传质过程的影响。制备溶解氧微电极,检测沿填料半径方向上的溶解氧分布情况。通过径向溶解氧分布曲线,结合扩散-反应方程拟合获得填料内部溶解氧有效扩散系数。拟合结果表明,填料内部的溶解氧传质属于紊流扩散;在外界条件相同的情况下,堵上通心多孔柱体后溶解氧有效扩散系数降低至原来的65%。通心多孔柱体对传质过程的影响主要体现在沿填料半径方向的内层区域范围内。     

采用微电极测定球形填料结构对传质过程的影响

为优化球形生物填料结构设计,研究通心多孔柱体结构对SNPTM型悬浮型球形生物填料传质过程的影响。制备溶解氧微电极,检测沿填料半径方向上的溶解氧分布情况。通过径向溶解氧分布曲线,结合扩散-反应方程拟合获得填料内部溶解氧有效扩散系数。拟合结果表明:填料内部的溶解氧传质属于紊流扩散;在外界条件相同的情况下,堵上通心多孔柱体后溶解氧有效扩散系数降低至原来的65%。通心多孔柱体对传质过程的影响主要体现在沿填料半径方向的内层区域范围内。     

混凝土的热湿传导耦合分析

为研究混凝土体的温度和湿度变形及开裂,根据多相体系非连续介质中的热质耦合传导理论对混凝土的热湿状态和耦合传导进行了研究。应用简化的热湿耦合方程,提出对混凝土中温度场和湿度场进行数值计算的方法,并根据多孔介质微观物理模型和利用测量混凝土内湿度的简便方法提供数据来确定计算格式中的质扩散系数和热质扩散系数。计算结果与实验结果吻合良好。这说明该算法可用于碾压混凝土拱坝表面和堆石面板坝的结构设计。     

Mass transfer of phosphorus in high-phosphorus hot-metal refining

Mass transfer of phosphorus in high-phosphorus hot-metal refining was investigated using CaO-Fe_tO-SiO₂ slags at 1623 K. Based on a two-film theory kinetic model and experimental results, it was found that the overall mass transfer coefficient, which includes the effects of mass transfer in both the slag phase and metal phase, is in the range of 0.0047 to 0.0240 cm/s. With the addition of a small amount of fluxing agents Al₂O₃ or Na₂O into the slag, the overall mass transfer coefficient has an obvious increase. Silicon content in the hot metal also influences the overall mass transfer coefficient. The overall mass transfer coefficient in the lower[Si] heat is much higher than that in the higher[Si] heat. It is concluded that both fluxing agents and lower[Si] hot metal facilitate mass transfer of phosphorus in liquid phases. Furthermore, the addition of Na₂O could also prevent rephosphorization at the end of the experiment.     

多组分物系传质过程扩散系数及其计算

扩散系数是传质过程的一个重要参数。描述多组分物系传质过程的基本方程是Maxwell-Stefan(MS）方程，其定义的扩散系数表征物系中组分间的分子间相互作用力。传统上应用的Fick扩散系数，包括了分子间相互作用和热力学非理想性两种因素的影响，要准确计算比较困难。文中讨论多组分物系扩散传质过程MS扩散系数、Fick扩散系数的意义，以及两者的关系和计算方法。     

氮分子相互作用势及输运性质的理论计算

作者利用Tang-Tonnies(TT)势模型，计算了N2-N2相互作用势，并在此基础上计算了热传导系数和粘滞系数，其结果与公认的理论值符合较好，说明TT势模型对于计算氮分子系统是可行的．     

持续强降雨天气下地质危险区灾害特征提取

采用当前方法在持续强降雨环境下提取地质危险区的灾害特征时,不能准确的计算特征因子对应的权重,提取到的特征精准度较低。基于此,提出持续强降雨天气下地质危险区灾害特征提取方法,选取坡度、起伏度、地表切割密度、地表切割深度、河网密度、植被因子和降雨因子作为持续强降雨天气下地质危险区的灾害特征因子。基于专家权重系数通过群组AHP聚类分析法计算个体差异系数和群体一致度系数,采用线性加权法结合个体差异系数和群体一致度系数获得特征因子对应的最终权重,选取权重较高的特征因子作为地质危险区的灾害特征,实现持续强降雨天气下地质危险区灾害特征的提取。实验结果表明,所提方法可准确的计算特征因子对应的权重,特征提取精准度高。