中深层地热井换热特性多因素影响规律研究

积极推进中深层地热能供暖技术,是践行国家碳达峰碳中和“双碳”目标的重要举措。中深层同轴套管式换热系统可避免对地下水资源和环境造成损害,且影响要素之间存在着复杂的非线性相互作用。基于中深层同轴套管式换热器的理论分析和数学描述,建立地热井分层换热模型,并验证其可靠性;以陕西关中盆地某中深层地热井为依托,采用数值模拟方法对各项因素影响下的地热井换热性能及连续运行过程的取热能力进行系统分析。结果表明:采用均质模型、分层模型计算地热井出水温度与实测值最大相对误差分别为14.08%、11.50%,平均误差分别为7.29%、6.93%,分层模型较均质模型具有较高的计算精度;影响因素中地热井深度、地温梯度及地层导热系数对取热功率影响最为显著,在一定程度上取热功率与地温梯度、进水温度、内管导热系数基本呈线性关系,且固井材料导热系数对传热过程具有热阻效应;中深层地热井取热量随运行年限的增加而降低,前5个供暖季取热量降幅较大,之后取热量降幅减缓,经过50个供暖季,年平均取热功率下降15.59%,将地温下降值超过1℃视为地温场受到影响,地温场平均受影响半径约为65 m,此外,由于地层的差异性,地热井周围地层温度下降及恢复等值线在地层交界面处出现了“阶梯式”变化,岩石导热系数较大的地层在地层交界面附近造成的温度扰动距离更远。研究成果可应用于中深层地热井取热换热能力的评估,同时为中深层同轴套管式换热系统的设计提供借鉴。

大面积金刚石薄膜的均匀性

金刚石膜具有优异的电学、热学性质,均匀的大面积金刚石膜是其在电子领域工业化应用的前提。利用自行设计微波等离子体化学气相沉积装置在直径51 mm和76 mm硅片上制备金刚石薄膜。用扫描电子显微镜观察所得金刚石膜的表面形貌,用ZC36高阻仪测量金刚石薄膜的电阻率。通过电阻率和形貌的均匀性判断金刚石薄膜的均匀性。结果表明,基片位置的变化引起沉积温度和含碳基团的种类、浓度与原子氢浓度的改变,从而影响了金刚石薄膜的形核和生长过程,最终影响金刚石膜的均匀性。直径51 mm金刚石薄膜表面形貌比直径76 mm的薄膜更均匀,但两种尺寸金刚石膜中间和四周的电阻率数值都接近,达到108Ω.cm,电阻率均匀性好。

CVD金刚石涂层拉拔模的制备

针对拉制铝管用尼龙模具寿命短和硬质合金模具粘铝的问题,采用微波等离子体CVD法在硬质合金拉拔模内孔壁涂覆金刚石薄膜。通过设计一个特殊支撑结构,引导等离子体进入拉拔模内孔,可实现在内孔8mm深度范围一次沉积出金刚石膜。现场拉拔试验表明,金刚石涂层模拉制的铝管光洁度介于尼龙模和硬质合金模之间,可满足使用要求。

梯度硬质合金上金刚石涂层的附着性能评价

采用划痕法与压痕法评价了梯度硬质合金上金刚石涂层的附着情况,压痕法对厚度较大、硬度较高的涂层更优越。作为划痕法与压痕法的补充,新设计了磨蚀试验法评价附着力,可有效、直观地评价金刚石涂层刀具例如铣刀、车刀刀尖涂层的附着情况。结果表明,梯度硬质合金能有效地提高涂层与基体的附着力,是很好的金刚石涂层产品基体材料。

纳米金刚石薄膜涂覆Ti6Al4V合金的改性研究

采用微波等离子体化学气相沉积法,在医用钛合金上沉积金刚石薄膜,其晶粒尺寸40 nm左右,表面粗糙度Ra=39 nm.在SiC球为摩擦副的干摩擦实验中,2N载荷下运转10000转,摩擦系数在0.25左右,并且没有出现任何薄膜破裂或剥落.血液相容性评价显示,动态凝血时间和溶血率比钛合金基体均有较大的提高,接近热解碳膜(LTIC).

采用微波等离子体平整金刚石薄膜的实验研究

金刚石薄膜的表面平整是金刚石薄膜应用于光学、电学等领域的关键。采用氧气作气源,研究了微波等离子体工艺参数如微波功率、基台位置、氧气流量对平整金刚石薄膜效果的影响。处理后的样品用SEM、AFM观察表面形貌、测试了表面粗糙度。实验表明微波等离子体工艺参数对金刚石薄膜的表面平整效果有显著影响,并且这些参数是相互关联的。在适宜的条件下,金刚石薄膜的表面粗糙度明显降低,约为处理前的一半。该法可对金刚石薄膜进行原位处理,方便有效。

双U型地埋管换热器换热性能试验研究

双U型地埋管换热器(DUBTHE)在实际应用中易出现管路交叉,引起热短路,造成换热性能降低,直接影响浅层地源热泵系统的运行效率。以西安某浅层地源热泵项目为工程背景,基于无限长线热源理论和斜率法,通过现场岩土热响应试验、不同测温法测温试验,研究了岩土初始平均温度、导热系数和体积热容,及管卡间距对DUBTHE换热性能的影响。结果表明:多点式测温线缆测得的岩土初始平均温度为17.08℃,更接近实际地层温度。该地层的岩土综合导热系数和综合体积热容分别为1.65 W/(m·K)、2.81×10^(6 )J/(m^(3)·K)。DN25 DUBTHE的夏、冬季单位延米换热量随着管卡间距减小而增加,且增速随管卡间距的减小先增大后减小。当管卡间距分别为1、2、3、4 m时,DN25 DUBTHE的夏季单位延米换热量较无管卡分别提高了21.03%、19.48%、15.16%、3.92%;DN25 DUBTHE的冬季单位延米换热量较无管卡分别提高了20.83%、19.48%、14.94%、3.79%。工程中最优的管卡布置方式为2 m或3 m管卡间距的DN25 DUBTHE。研究结果可为关中地区浅层地源热泵系统的优化设计提供经验借鉴与数据支撑。

等离子体刻蚀处理大面积金刚石薄膜

平整均匀的大面积金刚石膜是其在电子领域工业化应用的前提。采用微波等离子体化学气相沉积装置,分别用氢气、氮气加空气、氧气对大面积金刚石膜进行了等离子体处理,通过表面形貌和电阻率的均匀性表征金刚石膜的均匀性,用电阻率的大小表征绝缘性,并采用原子力显微镜测量膜的表面粗糙度。用氮气加空气处理后,金刚石膜的电阻率提高了5个数量级,达到了1013Ω.cm,更好地满足了电子器件对绝缘性的要求,且均匀性较好,表面粗糙度Ra为90 nm^111 nm,但平整性仍须改进。

亲水金和憎水二氧化硅纳米颗粒对葡萄糖生物传感器响应灵敏度的增强作用

用亲水金、憎水二氧化硅纳米颗粒固定葡萄糖氧化酶 (GOD) ,采用聚乙烯醇缩丁醛 (PVB)为辅助固酶膜基质来制备葡萄糖生物传感器 ,并考察了亲水金、憎水二氧化硅纳米颗粒对酶电极电流响应的影响 .实验表明 ,引入纳米粒子可显著增强电极响应灵敏度 .并对两种不同性质纳米颗粒所起作用的可能机理进行讨论 ,从理论和实验上证明了纳米颗粒对固定酶的作用 .为制备有实用价值的葡萄糖生物传感器提供了可供参考的实验和理论依据 .

超声波/纳米铁粉协同脱氯降解四氯化碳

采用超声波/纳米铁粉协同脱氯降解四氯化碳,探讨了纳米Fe粉用量、反应液的初始pH值、CCl4初始浓度对脱氯降解效果的影响。结果表明:纳米铁粉用量为0.5g/100mL时,脱氯率最高;反应液的初始pH值为2.0时,可获得较高的脱氯率;CCl4的初始浓度越高,其脱氯率越低。

壳聚糖溶液的制备和壳聚糖降解性的研究

研究了壳聚糖溶解过程工艺参数 (溶剂、壳聚糖粒度、反应温度、反应时间 )对所制壳聚糖溶液的粘度和酸度的影响，发现在溶解过程中既有壳聚糖的溶解，又有溶解了的壳聚糖品质降解。研究了壳聚糖溶液在存放过程中，存放温度和存放时间对壳聚糖降解的影响。探讨了壳聚糖及其溶解在溶解和存放过程中的降解规律，为制备在固定化酶等多方面应用所需性能的壳聚糖溶液提供了依据。

壳聚糖凝胶材料固定葡萄糖氧化酶制电极的研究

以壳聚糖为载体研究凝胶法固定葡萄糖氧化酶制电极。试验研究了载体壳聚糖的降解性；交联剂戊二醛的浓度、用量；电极的载酶量等固定化条件对所组建的传感器性能的影响。通过影响规律的分析、优化固定化条件的研究，找出了根据壳聚糖溶液粘度适当调整交联剂戊二醛的用量和铂丝在酶膜母液中浸涂时间，克服壳聚糖的降解性对酶电极性能的影响，建立了制备性能相近的ＧＯＤ传感器的方法。

云母基高强度可切削微晶玻璃的研究

着重研究了以钙氟金云母为主相的可切削微晶玻璃的组成、结构和性能。 XRD和 EDS的分析结果表明 ,微晶玻璃以钙氟金云母、t- Zr O2 为主相 ,另有 Kx Ca( 1 - x) /2 Mg2 Si4 O1 0 F2 和 m- Zr O2 存在。微晶玻璃强度达 2 35MPa,比目前临床用同类材料强度提高近一倍 ;断裂韧性最高为 2 .17MPa· m1 /2 ;显微结构对材料性能影响尤为显著。理论分析和实验结果表明 ,具有大量细小晶粒的材料 ,其强度较高。

金属与非金属纳米颗粒增强葡萄糖生物传感器

为了提高葡萄糖传感器的灵敏度和抗干扰性,利用纳米增强效应,以Au、Ag、Pt、SiO2纳米颗粒及金属-无机复合纳米颗粒与聚乙烯醇缩丁醛(PVB)构成复合固定酶膜基质,采用溶胶-凝胶法固定葡萄糖氧化酶(GOD),组成葡萄糖生物传感器.研究表明,纳米颗粒可以大幅度地提高固定化酶的催化活性,增加电极的电流响应灵敏度,改进生物传感器的抗干扰性能,使信噪比提高了32倍.

树脂镜片抗磨加硬膜层的研究进展

树脂光学镜片以其优异的性能逐步取代玻璃镜片,占据了国内外大部分市场,但由于硬度低,耐磨损性差,所以使用寿命较短。研究发现在其表面镀制抗磨加硬膜可显著提高耐磨损性。综述了国内外近年来在树脂镜片上涂镀有机硅、石英等抗磨加硬膜的制备方法和性能研究进展,并介绍了在树脂镜片上沉积新型类金刚石(DLC)抗磨加硬膜的研究现状及发展前景。

CaO-MgO-Al_2O_3-SiO_2-F系可切削微晶玻璃的晶化机理研究

在CaO MgO Al2 O3 SiO2 F系可切削微晶玻璃体系中 ,本研究分析了K2 O和ZrO2 对玻璃析晶和显微结构的影响 ,探讨了晶化机理。K+ 促使云母相的生成和球晶的形成 ;晶化过程中 ,云母和顽辉石互为外延生长 ,使球晶中条状晶解离为片状晶。ZrO2 与F- 一起促使玻璃晶化后形成棒状云母晶粒 ,并具有晶粒长径比大。

以钙云母为主相的可切削微晶玻璃的显微结构和性能

研究根据提高云母层间结合强度的构想 ,研制以钙云母为主相可切削微晶玻璃。以钙云母和氧化锆为主相的微晶玻璃 ,具有棒状、长径比大、相互交错的晶粒 ;强度 184MPa ,断裂韧性 2 .17MPa·m1/ 2 ,比目前临床用VITA提高了一倍 ,切削性能优良 ;材料的断裂和加工断口主要是云母层间的解理断裂和准解理断裂 ;故切削面光滑 ,易于保证加工的精度。

纳米级铁粉脱氯降解四氯化碳

四氯化碳的生产和使用,给人类带来了较大危害。为此,采用纳米铁粉这一新方法对其进行脱氯处理。试验以纳米级铁粉对四氯化碳的脱氯率为考察指标,选用L25(56)正交试验方案,考察了降解介质的初始pH值、纳米铁粉的质量、降解温度、摇床转速和脱氯时间5个影响因素。结果表明,pH值这一因素有极显著影响;在得出的纳米铁粉对四氯化碳脱氯的最佳工艺条件下,获得了99.5%的脱氯率,为有机氯化物脱氯开辟了一条新途径。

医用可切削微晶玻璃的研究进展

主要阐述了医用可切削微晶玻离的形成。

聚碳酸酯镜片表面沉积类金刚石耐磨涂层

采用射频辉光放电等离子体化学气相沉积(RF-PCVD)法在聚碳酸酯(PC)表面沉积类金刚石(DLC)薄膜.研究了功率、气体浓度和沉积时间等条件对薄膜性能的影响,优化了工艺条件;用X射线光电子能谱测定了薄膜的组成;评价了薄膜的耐磨性能和附着性能.结果表明:PC镜片表面沉积附着性好的DLC薄膜能提高材料表面的耐磨性能.