我国典型土壤Cr(Ⅵ)固-液分配系数K_(d)值及其在推导保护地下水的土壤环境基准中的应用研究

Cr(Ⅵ)是铬盐、电镀、皮革等行业的特征污染物,极易因土-水迁移造成地下水污染。对于迁移性较强的污染物〔如Cr(Ⅵ)〕,有必要制定保护地下水的土壤环境基准。Cr(Ⅵ)在不同土壤上的吸附和解吸特征参数不同,为获取我国典型土壤Cr(Ⅵ)吸附及解吸过程的固-液分配系数(K_(d)),本研究采用我国黑龙江海伦黑土、河南封丘潮土、海南儋州砖红壤等12种典型土壤,开展了吸附动力学及吸附-解吸平衡实验。动力学研究结果表明,12种土壤均在48 h内达到吸附平衡,与拟一级动力学模型和Elovich动力学模型相比,拟二级动力学模型对Cr(Ⅵ)的土壤吸附动力学过程有更好的拟合效果。吸附平衡实验表明,相较Langmuir等温吸附模型,Freundlich等温吸附模型能够更好地拟合Cr(Ⅵ)在我国典型土壤上的吸附特征。Cr(Ⅵ)土壤吸附过程的固-液分配系数(K_(d)x)非固定值,随着平衡液Cr(Ⅵ)浓度的增大,K_(d)x逐渐减小。解吸平衡实验表明,Cr(Ⅵ)土壤解吸过程的固-液分配系数(K_(d)j)高于吸附过程的对应值。基于三相平衡估算土壤平衡液Cr(Ⅵ)浓度时应采用K_(d)j,且其取值因平衡液Cr(Ⅵ)浓度而异。基于污染土壤与地下水直接接触且不存在地下水稀释的保守假设条件,本研究初步提出了保护地下水的不同土壤的Cr(Ⅵ)环境基准值,研究结果丰富了我国典型土壤Cr(Ⅵ)基础参数数据库,为我国分区制定保护地下水的土壤Cr(Ⅵ)环境基准积累了科学数据。

外电场作用下纳米结构表面的固-液界面传热特性

在固体表面布置纳米结构是一种强化固-液界面传热的简单有效的方法.但是,当固-液界面相互作用较弱时,由于纳米结构并不能被液体浸润,纳米结构的存在反而会弱化固-液界面之间的传热,而外电场的施加则可以解决这一问题.本文基于分子动力学模拟的方法,研究了纳米结构固-液界面在外电场作用下的传热特性.通过在2块平行金属板布置数量相同的正负电荷,产生垂直于板面的均匀电场,并在下层金属板上布置了不同尺寸的纳米结构.结果表明:在外电场作用下,纳米结构处会产生电润湿现象,固-液界面的润湿状态能够从Cassie态变为Wenzel态,界面处的Kapitza热阻长度明显减小,因而热流密度显著增大;当电荷量增至发生电冻结的临界值,液态水会产生电冻结现象,其热导率骤增至1.2 W/(m·K),热流密度也随之发生骤增;继续增加电场强度,由于电冻结现象的发生,固-液界面热阻则基本保持不变.

高温环境因素对固-液混合燃料物理稳定性的影响

固-液混合燃料的物理稳定性对于燃料的质量和安全性均有重要的意义。高温环境引发的易挥发液体组分的气化将对燃料的物理稳定性产生极为复杂的影响。通过自主设计的实验装置模拟、加速燃料物理稳定性改变,并分别从液体燃料析出及密度分布变化趋势,分析高温环境因素的作用。结果表明:自然堆垛状态下燃料的顶部受饱和蒸汽压的改变影响较大,而中部、底部则由于燃料的紧密堆积,形成各自独立的气液平衡。同时,液体燃料于高温环境中对固体的润湿效果随之增强,更有利于液体组分完成对固体颗粒的吸附。在303~333 K的温度条件下,固液体积比为1.25∶1,硝基甲烷占液体组分40%的固-液混合燃料保持最佳的物理稳定性。

钢/铝双金属固-液复合工艺研究

研究冲击射流固-液复合法制备钢/铝复合材料,预先对钢基体表面预处理,在浇铸过程中改变钢基体的移动速度,使得铝液与钢基体产生不同程度强化换热作用。利用SEM、XRD、EDS及导热仪检测分析钢/铝复合层的组织形貌、成分及导热性,用万能力学试验机测量其剪切强度。实验结果表明,随着钢基体移动速度升高,铝液对钢基体冲击射流换热量减小,复合界面由Fe/Al金属间化合物组成,钢基体表面镀锌层起到了润湿、漫流、保护作用,有效提升了钢/铝之间结合强度。在浇铸温度810℃,钢基体移动速度为12 mm/s时,测得结合强度为19.1 MPa,测得最高热导率为88.23 W/(m·K)。

粗糙金属电极的原位电化学拉曼光谱法在固-液界面分析中的进展

原位电化学拉曼光谱利用入射光诱导物质分子的散射现象,通过测定拉曼光谱信号与电极电位或电流强度的变化关系,来表征电极表面(界面)的分子微观结构。该技术能够获取电化学界面上的分子振动信息以及与化学反应相关的结构信息,并进行实时监测,因此在物质界面表征领域得到了广泛应用。本文从原位电化学拉曼光谱的原理出发,综合叙述了基于粗糙金属电极的原位电化学拉曼光谱在固-液界面分析的进展,包括分子吸附、析氧反应、析氢反应和氧还原反应;同时,探讨了界面结构、反应过程以及催化中间体与拉曼信号强度的关系,介绍了催化过程反应机理和催化物质的催化机理,最后,对下一阶段原位电化学拉曼光谱法在固-液界面分析中存在的科学问题进行展望。

固-液两相内流激励下悬臂输流管道稳定性特征研究

对输送介质为固-液两相流的悬臂输流管道模型进行了数值研究.首先,采用能量法以及哈密顿变分原理建立了固-液两相内流激励下悬臂输流管道的动力学方程.随后,用Galerkin方法对方程进行离散,将偏微分方程转化为一系列常微分方程构成的方程组.最后,利用特征值法以及Newton-Raphson迭代法对管道的稳定性特征展开了数值求解.对4种不同无量纲端部质量块下无量纲细长比、无量纲重力系数、以及无量纲固相比这几个重要参数对临界速度的影响展开了研究.研究结果表明,当内流速度小于临界速度时,系统特征频率虚部均为正数,结构振动形式表现为衰减振动;当内流速度超过临界速度时,系统的某阶特征频率虚部会出现负数,结构振动形式表现为颤振失稳.此外,端部质量对临界速度的影响随着重力系数的增加呈下降趋势;当重力系数增加到一定值时,临界速度值基本不受端部质量影响.当细长比和固相比较小时,随着端部集中质量块质量的增加,临界速度均呈下降趋势;当细长比和固相比较大时,临界速度不再呈单调变化趋势,而是呈现出较为复杂的变化趋势.该研究对悬臂输流管道早期的合理设计,以及服役期的安全工作均有着重要的理论和工程价值.

基于固-液摩擦纳米发电机的海洋红外对射自供能发电胶囊

为了实现海上电子围栏中红外对射装置的自供能,同时降低供电成本和简化安装,设计了一种基于固-液摩擦纳米发电机的海洋红外对射自供能发电胶囊。对摩擦纳米发电机发电胶囊(PC-TENG)进行仿真电学分析与0.02~2.00 Hz工况下的实验,验证了PC-TENG可以将波浪能转换为电能。仿真模拟的最大电势为3.2 V,基于去离子水的PC-TENG最大短路电流和开路电压分别为27.38μA和2.84 V。为了提高装置的实用性和输出性能,采用更接近海水的摩尔分数4%的氯化钠溶液作为液体摩擦材料进行对比实验,最大短路电流和开路电压分别为21.62μA和2.08 V,验证了使用海水作为液体摩擦材料的可行性。最后,进行了耐久性测试,基于去离子水的PC-TENG短路电流和开路电压分别衰减了5.5%~6%和3%~4%,基于摩尔分数4%的氯化钠溶液的PC-TENG短路电流和开路电压均衰减了6%~7%,验证了发电的耐久性,为海上电子围栏供能提供了新的参考和思路。

复杂固-液介质的速度应力方程三角形单元间断伽辽金地震波模拟算法

间断伽辽金法可用于存在复杂边界条件的模型,同时具有高阶精度和易于并行计算的优点,因此近年来在地震波传播模拟研究中得到了快速发展.数值通量是间断伽辽金法的关键组成部分之一.相比于其他通量,基于Rankine-Hugoniot跳跃条件的通量(RH-condition通量)在固体和液体介质边界具有更宽的稳定性,可以使用更大的时间步长,尤其是液体和固体之间的波阻抗差异较大时.它已被用于基于四边形网格和速度-应变方程的间断伽辽金地震波固液介质模拟.本文为了模拟陆地自然水体等存在复杂固-液界面形状的地震波传播,并在未来与其他数值方法耦合,发展了基于三角形网格的RH-condition通量间断伽辽金方法,使用一阶速度-压力声波和一阶速度-应力弹性波方程模拟复杂固-液介质中地震波的传播.通过水平层状和sin型起伏固-液模型,验证了该方法模拟结果的准确性.通过数值模拟展示了所提出的间断伽辽金法在不同网格大小和阶数下的准确性和效率.最后通过一个复杂模型的例子表明存在复杂固-液界面时该方法可以准确施加固-液边界条件.

4343/3003/4343铝合金钎焊板固-液-固铸轧复合制备工艺研究

基于双辊铸轧复合技术,提出了4343/3003/4343铝合金钎焊板的固-液-固双辊铸轧复合工艺,并实现了3.65 mm厚铸轧复合板在实验室条件下的制备,随后将其冷轧至目标厚度0.5 mm,对铸轧复合板的微观组织进行了SEM和能谱分析(EDS)研究,对轧制成品复合带的包覆率与拉伸性能进行了测试。结果表明:铸轧复合铝板的界面平整,无空隙、杂质缺陷存在,芯材与覆层之间存在1.4μm的扩散层,两者的结合为冶金结合。复合带的包覆率为9.97%,偏差为±0.15%,抗拉强度为234.8MPa,伸长率为3.74%,满足国家标准要求。采用固-液-固固铸轧复合工艺能够快速实现芯材与覆层的冶金结合,同时铸轧出口厚度较小,轧制到成品所需道次少,具有生产效率高、能耗低、成本低等优势。

立式搅拌釜中固-液混合特性模拟研究

研究固-液混合特性对生产效率、能耗等指标的优化具有重要意义,实际生产中立式搅拌釜应用较多,本文采用CFD方法和DEM方法从颗粒密度、粒径、搅拌速度和初始液面高度等4个方面对立式搅拌釜的颗粒混合特性进行了数值模拟研究,并且从速度场、湍动能分布和颗粒混合度3个维度来评判颗粒的混合特性。结果表明,在这些影响因素中,颗粒密度和搅拌速度对混合特性的影响最大,特别是当颗粒密度为1200 kg/m3时,相对标准差值达到0.5左右,说明混合程度较好;搅拌速度越大,混合性能越好;颗粒粒径对混合性能的影响较小,但粒径越小,越容易悬浮,粒径增大,混合程度降低;初始液面高度的改变导致固含率的改变,但是对固液混合性能基本不产生影响。

三层复合铝板固-液-固铸轧复合工艺变形特性及层厚比调控

本文以三层复合铝板固-液-固铸轧复合工艺作为研究对象,基于MSC.Marc生死单元法建立了二维热-力耦合模型并通过实验验证模型的可靠性;依据该模型获得铸轧区组元金属的变形特性及层厚比随工艺参数变化规律,并构建层厚比预测模型。结果表明:覆层在KISS点附近开始发生塑性变形,变形程度取决于KISS点高度。覆层厚度、铸轧速度对覆层层厚比的影响最为明显。基于该模型构建的层厚比预测模型具有较高的准确性,其最大相对误差仅为2.77%。最后,根据该预测模型,提出层厚比调控策略,即应先确定覆层厚度,随后匹配铸轧速度,最后调整浇铸温度与预热温度。

不同分子结构聚酰亚胺固-液复合摩擦学行为与润滑机理研究

设计合成了一种新型热固性聚酰亚胺(TPI)材料,利用DMA242C型动态热机械分析仪、万能试验机以及接触角测量仪等对其机械性能、热学性能以及表面基础油PAO10的润湿性能进行表征,并与商业化的热塑性聚酰亚胺YS-20作对比,考察了两种不同分子结构的聚酰亚胺(PI)在PAO10润滑下的摩擦学行为.球-盘摩擦试验结果表明,无论是在模拟的多次“启-停”往复运动,还是模拟一次“启-停”的旋转接触运动,TPI与PAO10的固-液复合体系均具有优异的抗磨减摩性能,主要归因于TPI与PAO10之间较好的润湿性与物理吸附作用.通过分子动力学模拟的方法,进一步验证了空间化学交联TPI的空间化学交联结构增强了其表面与PAO10之间的物理吸附作用,有助于提高边界膜的构筑速度与承载能力,进而改善了两者复合体系的摩擦学行为.

固-液旋流器结构优化研究进展

固-液旋流器具有结构简单、效率高及可连续操作等优点,在环保、能源等领域的固体浓缩、固体杂质脱除过程中得到了广泛应用,其分离性能受多种因素影响,其中结构参数是主要的影响因素之一,是技术改进的重点研究方向。基于固-液旋流分离原理,从入口结构、溢流管、底流管、柱体段、锥体段及内构件优化等方面总结了最近30余年固-液旋流器结构参数优化的技术研究成果,对未来可行的结构优化方向进行了展望。可为固-液旋流器的选择和结构优化提供指导。

固-液铸轧异形双金属线截面形状预测模型

为研究短流程异形截面双金属线制备工艺,本文提出了非圆孔型固-液铸轧复合异形截面双金属线制备工艺,并以铜包钢线为研究对象,利用Deform有限元软件对非圆孔型固-液铸轧复合双金属线的截面形状进行研究,建立了异形截面双金属线的截面形状预测模型。本文利用铸轧实验机成功制备了不同截面形状的双金属线,其截面形状与预测模型相符,预测模型的准确性在98%以上;基于截面形状预测模型,系统性地分析了设计参数对双金属线截面形状的影响。

铜包钢棒三辊固-液铸轧复合工艺侧耳产生原因及调控策略

融合固-液铸轧复合技术和多辊孔型轧制技术,提出了金属包覆材料的三辊固-液铸轧复合工艺,为了解决封闭孔型内覆层金属变形过程中产生的边部侧耳问题,以铜包钢棒为研究对象,基于DEFORM软件建立了三维有限元仿真模型,分析了间隙类型和凝固点对边部侧耳的影响规律。结果表明,边部侧耳的产生根源是铸轧区的配合间隙,并且受凝固点影响显著;间隙类型为组合间隙时,变形区内的连续挤压区是形成大量连续边部侧耳的主要原因,通过提高设备装配精度和调控凝固点位置可以有效抑制边部侧耳的形成。此外,利用铸轧辊系和仿形侧封构建组合孔型可以实现边部侧耳几何结构的精细调控,有望将其作为翅片结构起到强化作用,用于制备热交换纵翅复合管。

固-液金属界面上金属间化合物的非平衡生长

The growth characteristic of intermetallics during the reaction of solid (Cu,Ag,Au,Fe,Co,Ni,etc) with liquid (Sn,Sb,Bi,Zn) within a very short time of 1～ 2 s at different temperatures has been studied by metallographic method for explaining the process in the fillet during soldering. It is indicated that the incongruent compourds often grow up as bamboo shoot form. But congruent compounds grow up basically just by spreading out as a layer along the solid border. Base on these facts,the influence of intermetallics in the fillet during soldering has been discussed.

固-液反应包膜尿素膜的微结构与红外光谱特征及氮素释放特性研究

应用扫描电镜和红外光谱仪对2种固-液反应型包膜尿素的膜结构及成膜机理进行分析,并结合水中氮素溶出特性探讨了膜的结构特征与控释性能的关系。结果表明,固-液反应型包膜尿素膜由固体颗粒间的紧密排列并通过液体胶联的多层叠加构成,叠加层间和单层固体颗粒间排列的紧密程度决定膜的孔隙度和孔径大小,且与包膜材料特性有关。对膜谱学特征研究表明,固、液2种包膜材料在复合成膜过程中固体粉末表面的O-H与液体包膜材料的双键位置有键合作用,这种键合作用是膜形成和保证膜强度的基础。2种包膜尿素氮素释放速度有较大差别,且与膜结构密切相关,膜的孔隙度和孔径大小是决定氮素溶出速率的关键因素。

固-液萃取法研究1-苯基-3-甲基-4-苯甲酰基吡唑酮-[5]对钍、钪的萃取及钪的分析应用

本文以固体石蜡为溶剂,1-苯基-3-甲基-4-苯甲酰基吡唑酮-[5](HPMBP)为萃取剂,研究了钍、钪的萃取及反萃取条件。斜率比法示明石蜡中配合物组成分别为Th(PMBP)_4,Sc(PMBP)_3,人工合成钢铁样品的分析结果Sc^(3+)的回收率分别为99.6％和100％。

多晶硅定向凝固过程中固-液界面特性研究

通过真空感应熔炼炉以不同拉锭速率制备了多晶硅铸锭,通过对铸锭的金相组织及少子寿命随凝固高度的变化及径向分布的分析,研究了多晶硅定向凝固过程中的固-液界面特性。结果表明:少子寿命随生长高度的增加先增加后减少,其径向分布与固-液界面相对应。由少子寿命分布图可以看出,固-液界面的曲率随拉锭速率的减小而减小,固-液界面形貌为胞状界面。计算分析表明,胞状的固-液界面造成Fe杂质的有效分凝系数增加了3个量级以上。

土壤及沉积物中25种芳香胺的固-液-液萃取及气相色谱-质谱测定方法初步研究

建立了土壤及沉积物中25种芳香胺的固-液-液萃取及气相色谱-质谱（GC-MS）测定方法。样品中的25种芳香胺在碱性条件下用水-甲基叔丁基醚共同萃取,并考察了碱液浓度对萃取效率的影响。结果表明,优化条件下方法的精密度（RSD）小于18%（n=6）,25种芳香胺的回收率有16种在50%以上,方法检出限（LOD,3σ）为0.11~1.90μg/kg。