冰在淡水还是盐水中熔化得更快?

冰在淡水还是盐水中熔化得更快,可以与温盐环流的驱动机理、新仙女木期全球变冷的成因猜测结合,形成一个物理学科主导的跨学科研究性学习项目.主要以师生对话的形式,介绍课题实施过程,说明每个环节的设计要点,供相关学校和教师参考使用.

基于超声导波的氟化工高温管道壁厚检测技术

基于超声导波无损检测技术,开发了一套应用于氟化工装置高温管道的壁厚检测装备,结合无线传输技术能够实现对高温管道腐蚀状况的长期在线监测,进而降低因腐蚀问题造成的泄漏、破裂等事故的发生频率。采用矩形波导杆作为温度缓冲结构,在超声换能器和高温管道之间实现自然降温,同时还能作为传递非频散水平剪切波的媒介。利用COMSOL Multiphysics多物理场仿真软件对波导杆和高温试件进行热仿真分析和超声波场模拟,对波导杆进行结构优化,并在波导杆上激励和接收了非频散水平剪切波。对常温和高温工况下的不锈钢板进行试验和仿真分析,研究了超声导波的传播特性与机理,测量了不同温度下的钢板厚度,揭示了温度对厚度测量的影响规律。

厨余垃圾水热液化制取生物燃料

以厨余垃圾为原料进行水热液化,考察了反应温度和料液比对产物分布的影响。温度320℃、料液比1:15时,生物油产率最高为16.7%,继续升高温度或降低料液比将促进气体产物生成。与重质原油、常减压渣油相比,生物油氧、氮元素含量较高,热值为32.33~34.82 MJ·kg^(-1),其中汽油和煤柴油馏分超过50%。利用GC-MS、FT-IR和FT-ICR MS对生物油化学组成、官能团和杂原子组成进行了表征。生物油是一种复杂混合物体系,已检测出烃类、酸类、醛类、酮类、酯类、胺类、酚类、醇类和含氮杂环类等多种物质,对其酸性组分进一步分析显示,含氧组分主要是O_2、O_3类化合物,含氮组分主要是N_1O_2、N_1O_3和N_1O_4类化合物。

微藻水热液化生物油化学性质与表征方法综述

微藻水热液化生物油由于性质较差,不能直接作为车载燃料使用,与现代石油炼制工艺结合是一种新的应用途径。综述了微藻生物油的化学性质,包括化学组成、官能团组成与杂原子化合物组成等信息,比较分析了GC-MS、FTIR、NMR和FT-ICR MS等表征方法的异同,简要回顾了微藻水热液化反应机理和精制方法。重点指出微藻水热液化生物油中含氧、含氮化合物含量较高,并具有较高的芳香度和不饱和度,催化加氢精制能够有效脱除杂原子,并增加烷烃含量。微藻基生物燃料的发展,不仅需要精制工艺的提升,也有赖于表征方法的进步。

微藻水热液化生物油物理性质与测量方法综述

微藻水热液化生物油由于性质较差,不能直接作为车载燃料使用,而作为原料油与现代石油炼制工艺相结合是一种新的应用途径。本文综述了微藻水热液化生物油的物理性质,包括密度、黏度、酸性、热值与元素组成、沸程、平均分子量等信息,介绍了常用的测量方法与手段。简要回顾了微藻水热液化生物油的精制研究,分析比较了不同精制方法及其效果。重点指出微藻水热液化生物油与重质原油和常减压渣油等劣质原料油相比,具有密度和黏度相近、酸值较高、氮氧元素含量较高、热值较低、重质组分和大分子含量较高等特点,加氢精制能够有效提升微藻水热液化生物油性质,但受反应器结焦、催化剂成本和氢气消耗等因素制约,至今未有突破性成果。

“自制开尔文滴水起电机”研究性学习案例

从学科知识贯通和学科素养形成的角度分析了研究性学习课题“自制开尔文滴水起电机”的选题意义,详细介绍了课题的实施流程、指导教师和学生在各关键节点应完成的任务,提示了课题实施过程中的注意事项和针对优秀学生的拓展思路,展示了课题最终的评价方法和优秀学生成果.本案例具有较强的可操作性和可移植性,各学校可根据学生情况,在此基础上进行灵活调整.

基于皮卡遗传算法的纳米多孔薄膜辐射特性反问题研究

利用可见光–红外分光仪对实验制备得到的纳米多孔薄膜材料的辐射性能进行了测试,并以实验测试数据为依据,采用皮卡遗传算法,基于辐射传递理论,建立了纳米多孔薄膜材料辐射特性的反问题研究模型。利用该反问题研究模型,对不同物样的Sellmeier方程系数反射率、光学常数、以及厚度参数进行了反向计算,并将反向计算结果与实验测试结果进行对比分析,分析结果显示该反问题研究模型可以准确、快速地计算纳米多孔薄膜材料的各类辐射特性参数。

钢的渗铝工艺技术及性能研究进展

钢材渗铝是通过化学和物理的方法将铝原子渗入钢材表面形成微合金层,改变钢材的表面化学成分和特性的热处理工艺。渗铝处理可以提高钢材耐氧化性能、耐腐蚀性能和硬度,作为一种简单有效的表面化学热处理工艺得到研究者的关注。简要介绍了当前常见的渗铝工艺,如热浸渗铝、热喷涂渗铝、粉末包埋渗铝、料浆渗铝,总结了常见渗铝工艺的特点与不足,随后介绍了研究人员开发出的新型渗铝工艺,如机械辅能助渗铝、电场辅助渗铝、流化床气相沉积渗铝和离子电镀渗铝。论述了渗铝钢的显微结构和渗层的生长机理,对渗铝后的渗铝钢具有耐氧化、耐腐蚀性能的机理进行了讨论说明。最后,对渗铝工艺的发展趋势进行了探讨和展望。

粉末包埋渗铝研究进展

碳钢经过渗铝处理后获得的渗层具有优良的耐氧化、耐腐蚀性。简要介绍了粉末包埋渗铝具有的优势。论述了粉末渗包埋渗铝的基本原理和新方法。最后,展望了粉末包埋渗铝未来的发展方向。

电弧熔丝增材制造综述:物理过程、研究现状、应用情况及发展趋势

介绍了电弧熔丝增材制造(Wire arc additive manufacturing,WAAM)的工艺特点、系统组成和增材制造中发生的物理过程。重点从电弧增材装备系统研发、过程检测与控制、微观组织性能和缺陷、成形工艺与参数分析等四个方面论述了WAAM研究现状。当前研究热点是考察形成件微观组织和力学性能,分析成形件中的残余应力、变形、孔隙、开裂和分层等缺陷问题。另一个研究热点是针对不同的材料体系和不同的焊接工艺,考察影响成形件精度和表面形貌的关键因素。论文对于WAAM国内外的应用情况也作了简要介绍。综述发现,WAAM基础研究较为薄弱,特别是传热传质机理十分缺乏,亟需准确系统的理论和模拟研究促进该技术的发展,为WAAM提供精细化指导。

碳钢表面粉末包埋法渗铝的实验研究

目的解决粉末包埋渗铝过程中渗剂粘结导致渗铝层表面质量差的问题,在无惰性气体保护气氛中,在Q235钢表面制备出耐高温氧化、耐高温硫化和耐腐蚀的渗铝层。方法采用粉末包埋渗铝法,通过改变渗剂中填充剂的成分,解决渗剂粘结导致表面质量变差的问题,研究渗铝温度、保温时间对渗层试样表面质量及渗铝层厚度的影响,确定最佳渗铝条件。使用电子显微镜观察渗铝层表面质量并测定渗铝层厚度,采用能谱仪分析渗铝层主要元素分布,采用X射线衍射仪分析渗铝层物相组成,采用显微硬度计检测渗铝层硬度变化。结果采用成分为15%铝粉+5%氯化铵+75%氧化铝+5%石墨粉的渗剂,在无惰性气体保护下900℃保温4h,获得渗铝层厚度约为370μm的渗铝试样。渗铝层由外向内依次为铝化物层、过渡层和基体,铝化物层主要含有Al、Fe两种元素,原子百分比保持在7:3左右,主要物相为Fe2Al5,硬度达到896HV0.1,远高于基体硬度。结论渗剂中添加适量的石墨粉能够改善渗铝层表面质量,增加渗层厚度,过多的石墨粉反而不利于表面质量改善和渗铝层厚度的增长。渗铝层厚度随渗铝温度的升高先增大后减小,与保温时间呈抛物线关系。

电弧熔丝增材制造综述:物理过程、研究现状、应用情况及发展趋势

介绍了电弧熔丝增材制造(Wire arc additive manufacturing,WAAM)的工艺特点、系统组成和增材制造中发生的物理过程。重点从电弧增材装备系统研发、过程检测与控制、微观组织性能和缺陷、成形工艺与参数分析等四个方面论述了WAAM研究现状。当前研究热点是考察形成件微观组织和力学性能,分析成形件中的残余应力、变形、孔隙、开裂和分层等缺陷问题。另一个研究热点是针对不同的材料体系和不同的焊接工艺,考察影响成形件精度和表面形貌的关键因素。论文对于WAAM国内外的应用情况也作了简要介绍。综述发现,WAAM基础研究较为薄弱,特别是传热传质机理十分缺乏,亟需准确系统的理论和模拟研究促进该技术的发展,为WAAM提供精细化指导。

金属硫化物吸附剂脱除烟气汞研究进展

工业烟气排放的汞严重危害人体健康及生态环境,金属硫化物是一种新型的高效汞吸附剂,受到广泛关注。本文总结了近年来金属硫化物应用于脱除烟气汞的研究进展。归纳了不同金属硫化物的吸附性能,并对影响吸附性能的常见因素进行了梳理,已有研究表明金属硫化物在复杂的反应条件下仍具有优异的脱汞性能;进一步归纳了金属硫化物的汞吸附机理;总结出活性位和比表面积的调控是当前强化金属硫化物汞吸附性能的常见方法;最后对金属硫化物的再生方法进行了介绍。基于当前研究进展,未来的研究应关注如何强化金属硫化物在高温下的脱汞性能,以及如何在低温条件下实现汞的脱附从而避免当前高温热脱附方法对金属硫化物结构的破坏。

疫情背景下过程设备设计线上教学探讨

受新冠肺炎疫情影响,各高校拉开了线上教学的帷幕。如何利用线上教学平台,让在线教学达到与线下课堂教学相同的效果,是值得高校教师深思的问题。文章以过程设备设计课程为例,介绍了如何"以学生为中心"进行在线教学设计,循序渐进地实现多层次教学目标的做法及成效。

基于多元化教学手段的《过程设备设计》教学的探索

《过程设备设计》是过程装备与控制工程专业的特色课程和核心课程之一,也是化学工程与工艺等相关专业学生的必选课程。该课程知识点多,涉及国家标准与规范、材料选择、应力分析、强度设计、典型容器设计等多方面的知识,工程背景强,难度大。为提高学生的学习兴趣,笔者将雨课堂、基于问题的教学方法等多元化教学手段融入传统教学过程中,取得了良好的教学效果。

我国水稻种植机械化发展问题及对策分析

作为我国重要的粮食作物,水稻在我国的农业生产中充当着极为重要的角色。近些年来围绕着水稻种植,我国进行了多次技术改进,机械化水平有了很大提高,从而为现代化的农业生产提供了极为有利的条件。然而,相较于世界上的发达国家,在水稻机械化种植上还有着很大的进步空间。因此,就应加强水稻机械化相关技术的研究和应用,从而为便捷高效的农业生产提供切实的保障。

基于初高中衔接教学的物理课程设计——以“电表专题模块”为例

以“电表专题模块”为例,介绍基于初高中衔接教学的物理课程设计,拓展学生对简单电路的理解,提升学生对复杂电路的分析能力,以期改善初高中物理衔接教学的难度梯度。

关于高中物理中流体问题的讨论

流体问题一直是高中物理教学的难点,特别是在解题过程中采用动量定理、动能定理常得出不一致的结果.本文采用流体力学的分析方法,对高中物理中的典型流体问题进行了求解,在此基础上讨论了常见答案解析中存在的问题,最后给出了关于流体问题的教学建议.

基于电弧-熔池耦合的小孔型等离子弧焊接简化模型

基于电场、磁场、温度场和流场的多物理作用,建立电弧与熔池耦合的等离子弧焊接模型,揭示小孔型模式的焊接熔池形成机制。计算结果表明电弧热流密度和压力均呈现高斯分布形式,并且压力作用范围比热作用范围小一半。发现焊接熔池形成过程具有明显的阶段性,前期增长较快,后期增速变缓,增速下降60%以上。等离子弧受到电磁力压缩作用,能量密度集中,电弧区的电磁力比熔池区高2个数量级。受电弧压力和Marangoni力、曳力等共同作用,熔池底部和顶部边缘分别出现对称分布的环流,熔池横截面逐渐形成"倒喇叭"状的焊缝。进行焊接试验,计算的焊缝熔合线和电弧压力均与试验结果吻合良好。模型能够简便快捷地为等离子弧焊接工程应用提供指导。