不同变质程度煤自燃特征参数实验研究

为确定煤自燃及由火灾引发的瓦斯爆炸数值模拟所需的基础参数,利用热重实验研究了4种不同变质程度煤样放热量、质量变化规律,确定了4种煤样低温氧化阶段温度范围.根据热重实验确定的低温氧化阶段,利用管式炉程序升温和色谱仪进行生成气体成分分析实验,得到不同温度下管式炉出口O2、CO、CO2气体体积分数,计算得出了耗氧速率、CO与CO2生成速率、放热强度随温度变化规律.研究结果表明:变质程度越高的煤,着火温度越高,低温氧化阶段温度范围越大;相同温度下,变质程度越低的煤,耗氧速率、CO与CO2生成速率、放热强度越大,越易自燃;CO生成速率大于CO2生成速率;耗氧速率、CO与CO2生成速率、放热强度随温度增加呈指数关系增加;随着耗氧速率增加放热强度呈线性关系增加.该研究可为煤自燃过程模拟计算与火区瓦斯爆炸危险性预测提供关键性基础参数.     

采用前向多层神经网络预测煤的自然发火期

煤自燃是煤氧复合的结果,在不同温度下煤氧复合的耗氧速率及CO、CO2产生率与煤的实验自然发火期之间存在复杂的对应关系,采用S型函数的前向多层人工神经网络来描述这种对应关系,用煤自然发火实验测定的数十个煤样的自然发火期及不同温度下耗氧速率及CO、CO2产生率作为训练样本,用BP算法对网络进行训练,得到了神经元间的联结强度.通过少量煤样程序升温氧化实验得到不同温度下煤样的耗氧速率及CO、CO2产生率,将其代入此人工神经网络程序就可以确定煤的实验自然发火期.该方法实验时间短、用煤量少得多,结果与实际吻合.     

不同自燃性煤氧化阶段的表征差异

对3种不同自燃倾向性煤样进行低温氧化实验,利用CO体积分数与煤体温度间变化的计算模型,求解出活化能和煤氧化过程发生转变的特征温度,同时结合热重-差示扫描量热(TGDSC,theremogravimetric analysis-differential scanning calorimetry)实验结果,分析了不同自燃性煤氧化特性和活化能的低温表征规律。结果表明:1)低温氧化阶段,CO生成量、耗氧量和耗氧速率随着煤自燃倾向性增强而增大;不同煤样在实验过程中出现同样的CO生成量和耗氧速率急剧上升的温度拐点,且煤的自燃性越强,该拐点温度越低,同时CO体积分数的变化具有明显的阶段性。2)不同自燃性煤氧化阶段活化能变化规律存在显著差异,当各煤样的温度到达活性温度时,活化能快速减少,且活化能变化点对应于煤氧化过程发生转变的特征温度点。3)根据煤特征温度和活化能的变化规律,把煤低温氧化进程分为4个阶段,分别为表面氧化、氧化自热、加速氧化和深度氧化。     

煤自然发火过程中的放热特性实验研究

根据煤氧复合理论,煤自燃是由于煤和氧接触发生氧化反应放出热量引起煤温度升高达到煤的自燃点而发生的。故煤的氧化放热特性反应了煤自燃能力的强弱。为测定煤的放热能力大小本文设计了煤的氧化升温实验,并采集薛村煤矿2#煤层、4#煤层、6#煤层三组煤样进行了实验研究。实验中对低温条件下不同温度时煤样对氧气的消耗速率、CO的生成速率及CO2的生成速率进行了测定,并根据其测量值对煤样的放热强度进行了计算,绘制放热强度与温度关系的散点图。然后运用回归分析方法,分析了煤氧化升温过程中放热强度与温度的关系。在低温阶段临界温度前后煤的放热强度与温度都呈线性关系。在临界温度之前煤的放热强度较低,而达到临界温度后煤的放热强度会急剧增加。研究结果对煤自然发火的防治具有重要意义。     

TC4钛合金板带高温成形性能研究

以TC4钛合金板带为研究对象,重点对其高温下的强度和热导率以及表面氧化皮等进行试验研究和分析.TC4钛合金的屈服强度和抗拉强度以及屈强比均随温度的升高而降低.所测合金的比热容范围为0.61~1.14 J/（kg·K）,热辐射系数为0.58.TC4合金表面氧化缺陷层主要由外侧含氧量较高的氧化皮和内侧的富氧层组成.随加热温度的升高和保温时间的延长,富氧层会向合金基体延伸使其氧化层厚度增加.在较高的应变速率和较低的变形温度下,TC4合金的变形抗力增加明显.应力-应变曲线随应变速率的降低由加工硬化型向动态再结晶型转变,变形温度越高其发生动态再结晶的临界变形量越小.     

秸秆类生物质成型燃料氧化过程特性

对玉米秸秆颗粒在不同升温速率和不同氧体积分数下进行热重实验和对照实验,了解外界因素对玉米秸杆颗粒表观质量增加的影响程度以及分析颗粒质量增加的主要原因,同时对不同升温速率和不同氧体积分数下玉米秸秆颗粒氧化反应特征温度的变化规律进行分析。研究结果表明:生物质颗粒与氧的吸附作用是导致颗粒质量增加的主导因素;随着升温速率的增大,玉米秸秆颗粒氧化反应总区间延长,干燥峰值温度θ1、临界温度θ2、着火温度θ4和最大质量损失峰值温度θ5逐渐增大,吸附峰值温度θ3逐渐减小;随着氧体积分数的提高,玉米秸秆颗粒氧化反应总区间缩短,干燥峰值温度θ1保持不变,临界温度θ2先降低再保持不变,吸附峰值温度θ3先降低再上升,着火温度θ4和最大质量损失峰峰值温度θ5随氧体积分数的增加而降低。     

固体氧化物电解质膜反应器中甲烷氧化偶合反应动力学

研究了固体氧化物电解质膜反应器 ( Ag| YSZ| Ag)中甲烷氧化偶合动力学和外加电流对反应结果的影响 ,提出了该反应系统中甲烷偶合反应网络。用幂指数拟合实验数据 ,得出甲烷总消耗速率、生成 C2 烃和深度氧化速率的动力学方程式 ,并估算了动力学参数。用固体电解质电势分析法监测了反应过程中 Ag催化剂电极表面氧活度 ,结果表明 ,反应室中气相氧与 Ag催化剂电极上的氧并未形成热力学平衡 ,氧的吸附速率小于或接近催化剂电极上氧消耗速率。本实验条件下 ,外加电流 (电压 )并未显著影响甲烷的氧化偶合反应     

煤快速氧化过程耗氧速率单一与分段模型比较

煤的耗氧速率是反映煤低温氧化能力的一个重要指标,也是预测煤最短自然发火期的重要参数之一。基于辅助热源恒热流加热方式搭建煤快速氧化实验台,快速模拟煤低温氧化升温过程,研究煤在快速氧化条件下的耗氧速率关联模型。根据所测定的煤快速氧化过程氧浓度变化,拟合出由单一活化能确定的耗氧速率计算模型;然后根据氧化速率的差异,使用双活化能分段确定出耗氧速率计算模型;最后基于煤氧复合机理,建立以恒热流方式加热的煤快速氧化升温数学模型。通过与所测煤温与氧浓度值的对比可知,基于单一活化能与双活化能分段描述的耗氧速率所获得的计算结果均表现出与煤快速氧化实验结果较好的一致性。     

埋氧层对SOI/玻璃键合的影响及其键合工艺的改进

运用阳极键合技术,对绝缘体上硅(SOI)/玻璃进行阳极键合实验,发现当埋氧层厚度超过500nm时,键合很难成功.分析了SOI埋氧层厚度对耗尽层电压降及键合静电力的影响,得出由于埋氧层的分压作用,耗尽层的压降减小,键合静电力减弱,导致键合失败.通过设计高压直流和高压脉冲两种输出方式的电源系统,提高氧负离子的迁移速率从而提高键合速度.从平板式阳极引一根探针电极到SOI器件层表面,使键合电压直接加在耗尽层上,避免埋氧层厚度对键合的影响,提高键合静电力.实验表明,通过改进的键合设备能实现不同氧化层厚度的SOI片与玻璃间的键合,该设备还适用于其他异质材料间的阳极键合.     

松散煤低温耗氧速率的多因素作用特征及模型

为给采空区煤自然发火的实际探测及数值分析提供理论支持,研究氧体积分数(φi)、粒度(D)和温度(T)复合作用条件下的松散煤低温氧化的耗氧速率(v0)模型。设计松散煤在氧体积分数相同、粒度不同和粒度相同、氧体积分数不同2种方式下煤的程序升温实验,应用气相色谱仪分析特定温度下的出口气体氧体积分数并对松散煤的耗氧速率进行计算,比较不同氧体积分数、粒度条件下煤样在不同温度点的耗氧速率,得出单一变量条件下的v0-φi,v0-D和v0-T曲线。研究结果表明:耗氧速率与煤样温度基本呈指数关系,与氧体积分数呈对数关系,与松散煤样粒径呈负指数关系;在低温条件下,温度、粒径和氧体积分数3个因素对松散煤耗氧速率的作用相对独立。最后,在实验分析的基础上建立以耗氧速率为因变量,温度、氧体积分数、粒度为自变量的松散煤低温耗氧速率复合作用模型。     

煤样两次程序升温自燃特性对比实验研究

为了掌握煤经多次氧化的自燃特性指标参数,对气肥煤、1/3焦煤、贫煤和无烟煤4种不同变质程度煤的煤样进行预处理,即将原煤样经过升温氧化后利用氮气冷却至常温,得其氧化煤样。采用煤质分析实验、物理吸附实验和煤自燃程序升温实验,对两次氧化过程中的耗氧速率、放热强度、CO产生率和特征温度等自燃特性参数进行对比实验研究。结果表明,2次程序升温过程中,煤样的自燃特性参数都随煤温呈指数变化规律。氧化煤样的耗氧速率、放热强度和CO产生率均表现出在氧化反应前期大于原煤样,氧化反应后期小于原煤样;自然发火的特征温度低于原煤样,说明氧化煤样更容易发生自燃,危险性较大。     

以氧指标划分采空区自燃“三带”的实验研究

用煤升温氧化实验装置测定不同供氧浓度下煤样尾气中的Ｏ２，ＣＯ，Ｃ２Ｈ２等组份，绘出氧体特性曲线，由曲线标示的激烈氧化温度开始升高、激烈氧化速率开始降低作为判断煤氧化供氧是否充分的标准，划分不自燃带和可能自燃带的合理氧指标为１８％；以激烈氧化阶段不在煤着火温度以下出现作为判断氧化窒熄的标准，划分不自燃带和可能自燃带的合理氧指标为５％或６％。     

富氧燃烧气氛中钢坯的氧化过程

为了研究在冶金轧钢加热炉富氧燃烧条件下炉内钢坯的氧化状况,自行设计搭建了可控气氛钢坯传热传质过程实验平台,研究富氧燃烧气氛对钢坯氧化传质的影响规律及不同温度下氧化层的形貌特征。结果表明：钢坯的氧化过程可以分为快速氧化阶段和慢速氧化阶段。在高温环境中,随着氧化温度的提高,CO2和H2 O的浓度变化对钢坯氧化的影响逐渐加强,随着CO2和H2 O浓度的提高,钢坯的氧化烧损程度也变得越来越严重。钢坯氧化层主要是由Fe3 O4和FeO组成。     

CO_2对煤低温氧化反应过程的影响实验研究

为了深入研究CO2对煤低温氧化反应的影响,利用程序升温油浴实验装置,研究在不同CO2浓度下煤样的自燃特性。采集南屯矿煤样,破碎并筛分出混合平均粒径为4.18 mm的煤样,向试验管煤样中通入不同配比的混合气体,实验控制升温速度为0.3℃/min,供气量为190 mL/min.测定在6种不同浓度CO2气氛下的煤样低温氧化特性,实验结果表明:CO2浓度越高,煤样耗氧速率越小,CO产生率降低。在起始阶耗氧速率相差不大,煤氧复合作用以物理吸附和化学吸附为主,后期阶段以化学反应为主,变化明显。相比于空气气氛下,CO2气氛下煤样活化能有所提高,在40~100℃的温度范围内煤氧作用的活化能值由17.85 kJ/mol升高至22.71 kJ/mol,氧化反应速率降低,表明CO2的加入降低了煤的氧化反应速率,抑制了煤的氧化反应。     

氧和水蒸气浓度及升温速率对生物质燃烧的影响

采用热重实验法,实验研究了升温速率、氧浓度和水分浓度对生物质燃烧的影响.研究结果表明,升温速率过大时会发生热滞后现象,着火倾向发生在颗粒表面,对燃烧特征温度、失重速率和剩余质量百分数均有影响;当氧浓度较大时,氧向固体层的质量传递作用加强,使得挥发分与固体层同时发生燃烧,燃烧速率明显增大而燃烬温度降低;水分浓度影响了生物质的燃烧,湿空气燃烧不稳定的原因是水分的凝结与蒸发,湿空气燃烧会造成炉膛热负荷波动.     

氧在Ti-1100高温钛合金氧化中的扩散规律

测量了Ti-1100合金在600～750℃氧化100 h后氧化层的厚度和氧化层\固溶体界面处的氧浓度以及基体富氧层的深度、显微硬度的变化.合金在该温度区间的氧化增重由氧化物的增长和富氧固溶体的形成两部分组成,它们均呈抛物线规律变化.利用扩散方程和氧化物\固溶体界面处"有效氧浓度"计算出氧在氧化物中的扩散系数是氧在固溶体中的3～6倍.根据富氧层的深度所计算的氧在固溶体中的扩散激活能与扩散系数的线性回归结果具有相当好的一致性.     

(ZrB_2+ZrC)/Zr_3[Al(Si)]_4C_6复相陶瓷在1000～1300℃空气中的恒温氧化行为

对原位热压烧结制备的(ZrB2+ZrC)/Zr3[Al(Si)]4C6复相陶瓷在1 000~1 300℃空气中的恒温氧化行为进行研究。结果表明:随着氧化温度的升高和氧化时间的延长,复相陶瓷的氧化增量和氧化速率均逐渐增大,材料的氧化过程遵循抛物线规律。ZrB2+ZrC的引入降低了材料的抗氧化性能,复相陶瓷的氧化层表面主要由m-ZrO2、少量t-ZrO2和莫来石组成,疏松多孔,未能形成有效阻止氧扩散的致密氧化膜。在相同氧化温度和氧化时间下,(ZrB2+ZrC)/Zr3[Al(Si)]4C6复相陶瓷的单位面积氧化增量、氧化速率以及氧化层厚度均大于单相Zr3[Al(Si)]4C6陶瓷。     

煤样粒径对煤低温氧化影响的实验研究

基于测试耗氧速率和氧化动力学参数研究煤样粒径对煤低温氧化的影响。利用煤低温氧化测试系统,测算在供应气体流量、氧含量等给定条件下四类不同粒径范围煤样升温氧化耗氧速率,同时依据基于耗氧量建立的数学模型来测算煤低温氧化时不同粒径煤样活化能和指前因子等动力学参数,结果表明不同粒径煤样低温氧化耗氧速率变化分为缓慢耗氧、浅度耗氧和深度耗氧等三个阶段,在实验条件下煤样粒径小于0.198mm的煤样更适合煤低温氧化。     

冷轧钢板的氧化还原动力学研究

在还原气氛和450～550 ℃温度范围内,将氧化后的冷轧板试样还原.研究了冷轧钢板的氧化动力学以及还原温度对氧化铁还原速率的影响,结果表明:冷轧钢板的氧化层的质量随时间增长服从抛物线规律;还原温度对还原速率常数有很大影响,呈指数关系增长,还原温度越高,还原速率越大.     

射频电感耦合闭式等离子体产生与光谱诊断的实验

设计了一种闭式等离子体发生装置,采用射频电感耦合方式,以氩气为工作气体,在封闭式腔体低气压环境下进行放电实验。利用发射光谱法,测量了密闭腔体侧面方向的Ar谱线数据,研究了等离子体电子激发温度和电子密度随空间位置的分布规律以及不同射频功率对电子激发温度和电子密度的影响。等离子体中电子激发温度的变化通过玻尔兹曼斜率法进行分析,电子密度的变化则通过分析Ar原子750.4nm谱线强度变化获得。实验结果表明,该发生装置能够产生均匀持续的等离子体层,等离子体中电子激发温度约为9 500K。等离子体电子密度和电子激发温度随着输入射频功率的增加而增大,但变化幅度在减弱;当足够的输入功率时,等离子体层参数随位置的变化幅度较小。