气固反应动力学速率方程理论

针对气固反应的跨尺度计算这一学科前沿方向,该文从介观晶粒层次提出基于第一性原理的速率方程理论,解决原有理论中无法实现尺度关联和反应/扩散相互耦合的难题,构建“原子→晶粒→颗粒”跨尺度的气固反应动力学理论模型,揭示了固体产物在表面的离散岛状生长机制,设计了高效可靠的计算和分析方法,并应用于低能耗CO₂捕集中化学链燃烧的跨尺度氧化/还原反应动力学、新型热化学储热中的表界面反应现象及机理、污染物脱除技术的跨尺度计算、煤焦燃烧的数值模拟、双流化床反应器的设计与优化等技术领域。     

固体孔隙结构随反应进程变化的气-固反应模型

提出了一个描述固体孔隙结构参数随反应进程变化的气-固反应模型,推导出了一级不可逆气-固反应的解析解.在模型中,用实验可测的“扩散因子”建立起有效扩散系数与固体反应进程的关系,表示固体孔隙的变化对反应速率的影响.     

热态气-液-固三相搅拌反应槽的气-液分散特性

在直径为0.476m椭圆底搅拌槽内,以空气-去离子水-玻璃珠为实验物系,选用HEDT+WHU组合桨型,在体系温度为80～82℃时,研究热态体系中固相浓度、搅拌转速、通气流量等操作条件对气-液-固三相体系的功率消耗及气含率的影响规律。研究结果表明：在其它条件相同的情况下,热态的相对功率消耗(K)明显高于常温体系,而固相浓度对K影响不大。热态的气-固-液三相体系的气含率明显小于常温体系,但随着固含率的增加,两者气含率的差异逐渐变小。与常温体系中固体颗粒的存在对气含率基本无影响的规律不同,热态的气含率随固相浓度的增加而增加。     

固气反应制备铁氮化合物

研究了铁氮化合物的制备方法及其结构与性能。利用粒度为２０μｍ铁粉和ＮＨ３／Ｎ２进行固气反应。研究了淬火介质对固气反应产物的结构和性能的影响。结果表明，冰水淬火可获得几乎全是奥氏体的粉末，而干冰和液氮淬火可获得氮马氏体。于１５０℃回火可制备出含Ｆｅ１６Ｎ２的氮化物粉末。于５４０￣５９０℃进行固气反应可获得单质、均匀的Ｆｅ４Ｎ化合物粉末，其磁化强度为１９０Ａｍ＾２／ｋｇ。     

气-液-固自然循环流化床中的流动特性和压降

建立了气-液-固冷模多管自然循环流化床蒸发器,利用CCD图像采集和处理系统,研究了固体颗粒的种类、含率和通气量等操作参数对于固体颗粒的流化和运动形态、分布以及加热管束中液-固两相流压降的影响．结果表明：通气位置对于固体颗粒在加热管柬中的分布影响较大．在上、下管箱中,固体颗粒的运动和流化形态不同．在上管箱中,固体颗粒形成中心上升、四周下降的循环运动,并且随着其密度的降低,固体颗粒在上管箱中的分布逐渐趋向均匀;在下管箱中,固体颗粒在中心轴的两侧形成两个大的旋涡,旋涡的旋转速度随着通气量的增加而增大．当气体从上管箱加入时,加热管束中液-固两相流的压降随着固体颗粒加入量和通气量的增加而增大．利用实验数据建立了加热管束中液-固两相流的压降模型,模型结果与实验数据吻合较好。     

气-固相置换法合成B-ZSM-5型分子筛

B-ZSM-5 molecular sieve was prepared with gas-solid replacement reaction. The parent zeolite, silicalite-Ⅰ was treated by BBr_3 vapour at 550℃. XRD, IR, XPS, and ~(29)Si MAS NMR techniques show that boron is introduced into the framework of silicalite-Ⅰzeolite.     

铝铵矾-氨气固连续反应的研究

文章提出了一种卧式连续气固反应器 ,用于铝铵矾与氨气进行连续反应的研究 ,用正交实验方法对影响气固反应的因素、料层厚度、加料速度、气体流量及氨气浓度进行优化组合 ,用 Powell法归纳得出转化率与诸因素经验关联式 ,该关联式为工业化生产提供技术依据。     

温度对气-固-液三相搅拌反应器内气液分散特性的影响

在直径为0.476m的椭圆底搅拌槽中,采用以半椭圆管盘式涡轮（HEDT）为底桨、上提操作的宽叶翼形桨（WH_U）为中、上层桨的三层组合桨,研究24℃～95℃范围内不同温度下气-液-固体系中搅拌功率、气含率及固体颗粒完全离底悬浮特性。结果表明,体系相对功率需求（通气功率与不通气功率之比）RPD随温度的升高而增大,但随固含率的提高,温度对RPD的影响程度减弱。气含率随温度的升高而明显下降,其下降的幅度也随固含率增加而减小。本文结果及通气功率、气含率关联式对于工业热态通气三相搅拌反应器设计和操作具有一定的参考价值。     

气固法合成氯磺化聚乙烯I.气-固相反应机理

以氯化聚乙烯为原料,氯气和二氧化硫为反应气体,紫外光引发,气固法合成了氯磺化聚乙烯。通过元素分析得出,氯磺化反应中不存在氯化和脱氯的副反应。在釜式反应器内研究了氯磺化反应的气固相反应机理,发现气体的内扩散和本征化学反应是氯磺化反应的控制步骤,升高温度（在30－50℃范围内）使氯磺化反应后期的速率显著提高,这是由氯化聚乙烯的共结晶的熔融引起的。还讨论了氯化聚乙烯的链结构和固态结构对氯磺化反应的影响。     

一类气固反应的时间最优控制问题

以文献[1]中讨论的气-固反应数学模型为基础,研究另一类最优控制问顾—时间最优控制问题,在更一般的条件下,讨论了方程解的存在唯一性,证明了时间最优边界控制的存在性。     

气－固反应实验装置中填隙原子数的计算及程序

讨论了用单质双原子分子气体作填充气时,气─固反应实验装置中填隙原子数的计算方法以及计算程序的实现．实践证明：按本文方法计算出的结果与实验吻合较好．     

基于固/气反应的氧化石墨烯水热还原研究

【目的】对氧化石墨烯的水热还原过程进行系统研究。【方法】采用改进的水热装置,以乙醇为还原剂,通过固/气反应成功实现了水热条件下氧化石墨烯的还原,制备得到石墨烯。通过透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、X射线近边吸收谱(XANES)和热重分析(TGA)对石墨烯材料的结构和性质进行了测试,探讨水热条件下乙醇蒸汽对氧化石墨烯的还原效果。【结果】研究结果表明,水热环境下的固/气反应还原能够有效地去除氧化石墨烯上的含氧基团,石墨烯的π网格结构得到很好的恢复。还原后的石墨烯材料比氧化石墨烯具有更为优异的热稳定性。【结论】该方法低成本、高效、环保,可用于石墨烯的大规模制备。     

稠密气固流动中的格子-确定性轨道模型

为模拟稠密两相流动中颗粒间真实碰撞过程及降低计算量,提出了格子-确定性颗粒轨道模型.模型用Lagrangian轨道法求解颗粒运动,并通过空间格子划分减少碰撞判断的次数.利用该模型成功模拟了二维稠密气固两相流动中的颗粒聚集现象.结果表明,模型能在合理误差范围内极大降低计算量,例如计算量降低为原模型1/99时,相对误差为17%,为模拟大尺度和复杂工况稠密两相流动奠定了基础.     

燃气透平气固双向耦合湍流场中叶片冲蚀的数值模拟

在对双级跨音速燃气透平三元黏性湍流场进行数值模拟的基础上,采用颗粒随机轨道模型和气固双向耦合的PSIC法求解了10万个颗粒直径分布为5~50 mm (体积分数为4.19×10-5 %)的运动轨迹,以冲蚀率统计模型分析了叶片冲蚀率分布、冲蚀率数值及影响因素等,计算结果比较符合叶片的实际冲蚀情况.     

固-液反应的界面反应模型——瞬间不可逆反应

本文提出固－液反应的新数学模型—界面反应模型．该模型假定反应集中在固液界面上进 行，概念简洁、数学形式简单，并便于动力学区的划分和判别．本文证明该模型在描述瞬间不可 逆反应上达到相当精确的程度，同时发现，液体向浸入其中的旋转圆柱固体表面传质的传质系数 同Ｒｅ存在线性关系，在涉及的Ｒｅ范围ｊＤ因子值几乎不随Ｒｅ改变．     

硼铁矿石固相还原动力学

用热重法研究了硼铁矿石氢气还原动力学。氢气流量600ml/min,温度600～1000℃。实验结果表明,矿石结构、孔隙度和颗粒的大小对还原率有明显的影响。单一方向还原实验表明,气体在产物层孔隙的扩散对还原速度影响显著,是还原的控制步骤。将实验数据用TURK-DOGAN内扩散速度方程处理,求出H_2-H_2O气体在产物层孔隙中有效扩散系数D_o值随还原温度下降而明显减小。     

气-固界面波的激光热弹激励

采用积分变换技术求解热弹体运动方程和热传导方程耦合问题, 得到脉冲激光线源热弹激励时气-固界面波法向位移解的积分表达式. 解析计算被积函数极点留数, 并采用FFT技术得到气-固界面波声场的瞬态位移波形. 实验在脉冲激光器与激光干涉仪等组成的激光超声系统上进行. 将脉冲激光聚焦成线源激励空气-铁界面, 采用激光干涉仪成功检测到气-固界面Leaky Rayleigh波和Scholte波. 数值与实验结果有很好的一致性.     

单片扩散反应器测定气-固催化反应中的有效扩散系数——Ⅱ.催化剂片中心反应物浓度的测定

设计了一个能同时测定体相反应速率和催化剂片中心浓度的单片扩散反应器,研究了Pd/HM型轻质烷烃异构化催化剂上的正已烷异构化反应。根据Thiele-Zeldovich模型,从动力学实验中算得的有效扩散系数,和同一催化剂片上物理过程测得的有效扩散系数基本相等。     

考虑吸附-解吸效应的气固耦合模型

在研究煤层气单井抽采模型时,首先根据有效应力和渗透率建立相关联系的方法,确立了煤层气固耦合理论方程,然后根据理论分析、数值模拟与常规理论实践规律相结合的方法,考虑了地应力对煤层气解吸、煤层渗透率和孔隙度的相互影响,建立了煤层气运移的数值模型,并观测抽采产量的变化.另外通过理论公式及数值模拟讨论吸附-解吸效应和Langmuir常量对气体压力、渗透率和抽采产量的影响,从而提高抽采产量和生产效率.研究结果表明:(1)煤层气开采过程中,有效应力和吸附-解吸效应都影响着孔隙通道直径的变化,两者存在竞争关系,导致煤层基质产生膨胀或收缩,进而影响渗透率的变化;(2)吸附-解吸效应能够显著提高抽采效率和产量.