基于气体扩散模型的页岩气体散失规律研究

针对不同页岩损失气量计算方法计算结果差异大的问题,分析了传统单孔扩散模型的特点及不足,建立了耦合更贴近实际的时变气体扩散系数和时变岩芯边界气体浓度的修正单孔扩散模型。研究表明,原始气体浓度、气体扩散系数、岩芯边界气体浓度和岩芯尺寸是影响页岩气体散失的关键参数。当气体扩散系数较大或损失时间过长时,USBM直线法对页岩损失气量的计算不够准确。与分段线性递减相比,岩芯边界气体浓度指数递减模式可能更贴近实际情况。岩芯边界气体浓度递减速率主要控制岩芯内气体扩散完成的总时长,而气体扩散系数变化速率主要影响气体扩散前期的特征。建立的修正单孔扩散模型可较好地从气体扩散角度揭示页岩的气体散失特征,但该模型仍需耦合气体在压差下的流动过程并基于实测数据优化其关键参数,进而提高页岩损失气量的计算精度。     

氧化铝上吸附平衡与动力学的分形特性

在实验测定氧化铝吸附氮气的平衡和动力学过程的基础上,由平衡数据得到分形维数,对动力学结果分别用欧氏几何和分形几何的动力学模型进行处理,比较两种方法得到的扩散系数之间的判别。结果表明：粉状氧化铝的分形维数为2．12;采用分形动力学模型得到的扩散系数同欧氏几何扩散模型的结果不同一样,扩散系数不随浓度的变化而改变;而欧氏几何扩散模型中的扩散系数随浓度变化发生改变,且变化符合Darken关系。     

基于介观分析的HT-PEM燃料电池阴极扩散层传质研究

目的研究高温质子交换膜燃料电池阴极扩散层中传质过程,解决扩散环境因素降低传质扩散效率的问题.方法基于Martini力场原理建立介观力学数学模型,采用Materals Studio软件中Mesocite模块构建气体与扩散层的粗粒化几何模型,通过介观动力学方法分析温度、扩散层孔隙曲折度、孔隙率和气体组分等因素对阴极扩散层中传质过程的影响,并根据均方位移研究不同因素对扩散系数的影响.结果随着温度升高,气体各组分在扩散层中的扩散系数增大;碳纳米管长度变大,氧气分子扩散系数下降,而水分子扩散系数上升;水分子质量分数增大,氧气分子的扩散系数下降,而水分子的扩散系数上升.结论在一定范围内增大扩散层的孔隙率以及降低反应时水分子的质量浓度会有利于反应气体的扩散,提高反应效率.     

超临界CO_2在致密油藏中的扩散前缘预测

国内外大部分学者认为超临界CO_2在致密油藏中的扩散是吞吐提高采收率的关键因素之一。通过设计基质-裂缝模型结合压降法搭建了测定超临界CO_2在饱和油岩芯中扩散系数的实验装置,系统研究了压力、储层物性等油藏条件对超临界CO_2扩散系数及浓度分布的影响规律,建立了超临界CO_2浓度场及扩散前缘的预测方法。实验结果表明,超临界CO_2在致密岩芯(0.06 mD)中的扩散系数为10~(-12) m~2/s数量级,扩散系数随着初始注气压力的升高而增大,最终趋于平缓,但在临界压力点附近出现最大扩散系数;扩散系数随基质渗透率和孔隙度增大而增大,随岩芯迂曲度的增大而快速递减。经过900 d扩散,扩散前缘仅前进了0.095 m,因此,在致密油藏CO_2吞吐现场作业周期内忽略扩散作用是合理的。在扩散后期,CO_2浓度梯度越来越小,扩散速度逐渐降低。     

锌和镍在粉煤灰-粘土介质中扩散系数的测定

介绍了利用一种自制的特殊装置，测定污染物离子在掺人粉煤灰的饱和粘土介质中迁移的扩散系数D和分配系数Kd的方法．通过一系列污染物在粉煤灰-粘土介质中的纯扩散迁移试验，运用一个简单的理论模型，通过拉普拉斯（Laplace）变换方法，对一个单独的试验，可同时推断出扩散系数和分配系数．镍和锌的扩散试验结果表明：粉煤灰对金属离子的阻滞作用是明显的，使离子的扩散系数大大降低，锌离子在掺人10％～20％粉煤灰的粘土介质中的有效扩散系数降幅达20～40倍；但粉煤灰的掺人量不一定越大越好，对镍和锌离子的扩散而言，粉煤灰的掺人量为10％-15％即可．并且，从源浓度求得的扩散系数D和有效扩散系数D^＊值比从土屏障中浓度剖面得出的要大．     

预测混凝土中氯离子扩散的概率密度演化方法

在氯盐环境下,为更加精确地预测混凝土桥梁中的氯离子浓度分布的随机性,将氯离子扩散系数看作服从正态分布的随机变量,通过理论推导建立氯离子浓度分布的概率密度演化方法,并进行变参数分析。结果表明:氯离子浓度概率密度分布的均值随着深度的增加而降低,但其均方差随着深度的增加而增加;氯离子浓度概率密度分布的均值随着扩散时间的增加而增加,但其均方差随着扩散时间的增加而减小;氯离子浓度概率密度分布的均值和均方差均随着扩散系数的均值和均方差而发生一致的变化。     

锂离子电池Li_xC_6扩散性质的分子动力学模拟

采用分子动力学方法,模拟充电过程中锂离子在石墨层间的扩散行为.研究了300 K温度下石墨阳极材料的锂离子扩散性质;计算了Einstein关系下LiC_6,LiC_(12)和LiC_(18)的扩散系数,得到了Li_xC_6扩散系数与锂离子浓度的关系曲线.结果表明,在充电过程中锂离子电池的扩散系数随嵌锂浓度的变化而变化.在阶段和一阶段,扩散系数分别随浓度的增大而减小,而在LiC_(12)附近,扩散系数由于结构相变而发生较大变化.此外,通过分子动力学可视化图像显示了Li_xC_6晶体的微观结构.实验结果为锂离子电池电极变形的连续尺度模型研究提供了基础数据.     

k-ε模型中紊动扩散系数的修改及验证

本文用环境水力学方法推求污染带内的紊动扩散系数，代替标准k-ε紊流模型中的紊动扩散系数Г=vt/σt，试图克服k-ε紊流模型中紊动扩散系数假定为各向同性的缺陷．用两种方法确定的紊动扩散系数分别代入扩散方程进行数值模拟，并与实测资料进行了比较．结果表明．环境水力学方法所确定的紊动扩散系数更符合实测资料．     

硫化氢环境下氢扩散的影响因素

采用典型的电化学渗氢装置,对材料的化学成分、焊接和环境中CO2和NH4 的质量浓度、溶液的pH值对硫化氢应力腐蚀开裂中氢扩散行为的影响进行了研究.结果表明:金属中夹杂物数量、焊缝金属中空位和焊接缺陷使得氢扩散系数增加;在硫化氢环境中,氢扩散稳态电流随pH值的增加而降低,随着NH4 的质量浓度的增加而增加,且增加幅度随着pH值的增加而加大;CO2的质量浓度对氢稳态扩散电流的影响是随着pH值的变化而起着不同的作用,在低pH值条件下氢稳态扩散电流随着CO2的质量浓度增加而增加,在较高的pH值中氢稳态扩散电流随着CO2的质量浓度增加而减小.     

用最优化方法确定干燥方程中的质扩散系数

用最优化方法确定了干燥扩散方程中的质扩散系数。结果表明，该方法是一种确定物性参数的可靠、实用、简单的方法。     

介孔材料-酸性红12染料分子体系动力学模型的建立和模拟

以酸性红12作为多苯环长链发色有机物的代表,通过对有效扩散系数的测定,确定其在介孔材料颗粒体上的吸附等温式和平衡接近率随时间变化的关系.利用非稳态扩散传质与非稳态热传导过程类比速率方程相似的特点,应用Peterson的热传导近似公式,用计算机求解超越方程,得到了酸性红12在介孔复合材料颗粒内的有效扩散系数并进行了拟合验证,得出该传质过程的主要作用力类型.     

细颗粒湍动流化床气固流动及混合规律的研究

在内径１９０ｍｍ、高５５００ｍｍ的流化床实验装置上,采用方便可靠的点源示踪技术测定气体的浓度分布,进而探讨气固流动特性及混合规律;依据气泡粉碎机理表征湍动流态化的基本流型结构,以揭示床中总体上的表观均一性,从而建立拟均相扩散模型,线性回归得到气体的轴向、径向扩散系数。结果表明,床中存在着明显的混合,且发现流化气速是影响混合的主要因素;模型计算表明轴向及径向扩散系数皆随气速而增大。     

激光实时全息干涉法测量精氨酸在PAM水溶液中的扩散系数

非牛顿流体是普遍存在的,而目前扩散理论的研究仅限于牛顿流体。为进一步对非牛顿流体中的扩散行为进行研究,利用激光实时全息干涉技术,测量了298.15 K时精氨酸在0.05%(质量分率)PAM水溶液中的扩散系数。测量结果表明,随精氨酸浓度的增大,扩散系数减小,接近线性变化;且与精氨酸在水溶液中扩散系数的变化趋势一致,但也表现出了PAM溶液的非牛顿流体特性。     

水泥固化淤泥中重金属扩散的试验研究

对不同重金属和水泥添加量的淤泥进行了固化处理,主要通过一维动态浸出试验获得固化淤泥中重金属的扩散系数,由压汞试验分析固化淤泥的微观孔隙结构,并从微观分析重金属扩散特性.试验结果表明,通过氯离子的扩散试验求得的固化淤泥的表观弯曲因子,随着水泥掺量的增加而降低.随着水泥掺量的增加,固化淤泥主要孔隙直径由0.1~1μm变为0.01~0.1μm.当干土中铅离子的初始质量分数为2%、4%时,固化淤泥中铅离子表观扩散系数变化范围为10~(-16)~10~(-14)m~2/s数量级,其随着水泥掺量的增加而降低,随铅离子初始浓度的增大而增大.增加水泥掺量后,含铅固化淤泥主要孔隙直径由0.1~1μm变为0.01~0.1μm,表明水化产物对铅离子的物理包裹吸附作用不容忽视.当干土中铅的初始质量分数为2%时,含铅、氯离子的固化淤泥孔隙结构相似,而铅离子表观扩散系数比氯离子小4~6个数量级,表明水泥对铅离子的化学稳定作用也至关重要,固化淤泥对铅离子的阻滞系数随水泥掺量的增加而增大.固化淤泥中铜离子的表观扩散系数比铅离子小4~6个数量级,而含铜固化淤泥孔隙直径以0.1~1μm为主,增加水泥掺量不能有效降低其孔径大小.因此,铜与水泥熟料反应形成沉淀,降低铜离子的扩散能力,同时也抑制了水化产物的生成.     

近化学计量比和同成分铌酸锂晶体中质子交换扩散系数的比较

利用不同条件下进行的质子交换和退火技术,在Z切近化学计量比和同成分铌酸锂晶体上制作了一系列平面光波导,并计算了相应的交换和退火扩散系数.实验结果表明,近化学计量比晶片中的退火扩散系数始终比同成分晶片中的值小,而两种材料中交换扩散系数的大小关系要根据交换液质量分数和交换温度而定.在交换液质量分数为0%、3%时,交换扩散系数随着温度的增加呈现增加的趋势;在交换温度225℃时,当交换液质量分数逐渐增大时,交换扩散系数迅速减小.通过对比近化学计量比和同成分晶片中交换和退火扩散系数的大小关系,总结出两种扩散机制:交换扩散机制和退火扩散机制.交换扩散机制工作原理是氢离子从外界溶液中不断进入晶体内部,同时锂离子则源源不断地从晶体向溶液中逸出,让出来Li空位逐渐被氢离子占据.退火扩散机制工作原理是没有离子进入或逸出晶体的情况,氢离子只是从晶体表面往内部扩散,与典型的铌酸锂晶体中的钛扩散过程相似,氢离子的运行需要借助Li空位.质子交换过程是这两种扩散机制共同作用下的结果.本文工作为制作高质量的周期性极化铌酸锂波导开辟了一条新的路径.     

不锈钢电化学诱导退火过程中的氢及其扩散系数测定

文中用排油集气法确定了EIA相变中氢扩散的存在,用显微硬度分布法按一维非稳态扩散模型计算出在80℃下的EIA处理中氢的扩散系数D=0.43×10_-13m²s^-1。该结果与理论推测的相符,也与用其他方法测得的充氢的扩散系数一致,表明该方法可以用于EIA处理的氢扩散系数测定。     

马尾松木材干燥过程中水分的非稳态扩散

影响木材干燥速率的两个主要因素是反映木材内部水分移动阻力的扩散系数和反映外部水分移动阻力的表面扩散系数。笔者根据非稳态扩散的理论，讨论了马尾松木材中水分沿径向扩散的规律，结果表明：扩散系数随木材含水率的降低而降低，随木材厚度的增加而增加；用一组不同厚度的配套试样可以解出木材的表面扩散系数。     

湍动流化床中的气体返混

在内径２００ｍｍ，高５５００ｍｍ的流化床实验装置上，用氧气，点源示踪、均时取样的方法，对湍动流化床中的气体返混进行了测定。实验结果表明湍动床存在着明显的轴向返混，轴向扩散系数与气速有关。用拟均相一维扩散模型进行处理，线性回归法求取模型参数，并将轴向扩散系数进行关联，可得到相应的关联式。     

铜在铍晶体中扩散系数和浓度分布的理论研究

惯性约束聚变实验中铜在铍晶体中的扩散是影响靶丸性能的重要因素. 采用分子动力学方法研究了铜在铍晶体中的扩散系数,并分析了铜在铍晶体中扩散浓度和深度的关系. 研究结果表明在低温区域铜掺杂浓度较大的体系中扩散系数明显较大. 当铜掺杂浓度为1.0 at%时其扩散系数与实验符合很好. 在靶丸热解条件下使用扩散方程得到铜原子扩散浓度和深度分别为0.06 at%和6.2 um. 10 um厚的0.5 at%铜掺杂层可以降低铜在铍晶体中扩散的深度. 这些研究能为制备性能更高的靶丸提供有用的帮助.     

混凝土氧气扩散系数试验研究

为了确定混凝土材料氧气扩散系数和混凝土水灰比、环境相对湿度及环境温度的关系,根据Fick扩散定律的基本原理,研制了混凝土氧气扩散系数测试装置.利用该装置,进行了上述3种因素对混凝土氧气扩散系数影响效果的正交试验研究.结果表明,环境相对湿度对混凝土氧气扩散系数影响最明显,混凝土水灰比次之,环境温度的影响最后.根据试验结果,利用SPSS统计分析软件得到了混凝土氧气扩散系数和混凝土水灰比、环境相对湿度和环境温度相互关系的预计模型,为钢筋锈蚀的定量评价中合理确定混凝土氧气扩散系数提供了科学依据.