多孔介质中溶质有效扩散系数预测的分形模型

依据分形理论和方法,探索溶质在多孔介质中的有效扩散系数的替代预测方法。在多孔介质溶质扩散的弯曲毛细管束模型的基础上,以分形维数作为介质的基本几何特性参数,建立了多孔介质中溶质扩散的分形毛细管束模型,推导出了溶质有效扩散系数与介质孔隙度之间的幂定律关系式,幂指数是介质孔隙分维和表面分维的函数,反映了介质孔隙体积的层次分布与孔隙通道曲折程度对扩散的影响。对粘性土的分形维数测定数据和有效扩散系数试验测定数据的分析表明,利用该关系式预测多孔介质中溶质的有效扩散系数是较为准确可靠的。

苯酚在活性炭粒内有效扩散系数的测定研究

测定了水溶液中苯酚在活性炭上的吸附等温式，根据实验得到平衡接近率随时间变化的关系，应用ｐａｔｅｒｓｏｎ热传导近似公式，用计算机求解超越方程，得到了苯酚在活性炭粒内的有效扩散系数．

采用微电极测定溶解氧有效扩散系数的研究

生物载体内部溶解氧的传质是影响载体同步硝化反硝化性能的重要因素.介绍了一种以溶解氧微电极为测试工具,获得球形生物载体内部溶解氧扩散系数的方法.采用自制的溶解氧微电极检测沿载体半径方向上的溶解氧分布,结合扩散-反应方程拟合获得载体内部的溶解氧有效扩散系数.结果表明,在载体填充率为25%的情况下,连续流球形载体反应器可实现同步硝化反硝化,对有机物的去除负荷达到5.6kg/(m3.d).沿载体半径方向里层1/2区域范围内溶解氧消耗为零,载体内能够形成明显的缺氧/厌氧区.溶解氧分布曲线的拟合结果表明,载体内部溶解氧有效扩散系数为0.0172m2/d,传质过程以紊动传质为主.

用傅里叶数与优化法分析污泥过热蒸汽干燥有效扩散系数

为进一步研究污泥薄层在过热蒸汽干燥中湿分扩散机理与有效扩散系数,根据干燥法测定有效扩散系数计算时往往忽略物料湿含量变化对有效扩散系影响,该文采用傅里叶数法和优化法分别计算2、4、6和10 mm厚度污泥薄层,在120-280℃过热蒸汽温度下的有效扩散系数,分析有效扩散系数与过热蒸汽温度、薄层厚度之间的关系。计算分析结果表明：采用傅里叶数法和优化法得出的有效扩散系数数值基本一致,能更为精确反应污泥薄层过热蒸汽干燥有效扩散系数值及变化特性;傅里叶数法和优化法算得4 mm厚度污泥在120-280℃过热蒸汽干燥有效扩散系数分别为2.52×10^-10-2.93×10^-9 m^2/s与2.75×10^-10-3.32×10^-9 m^2/s;2、4、6和10 mm厚度污泥在160℃过热蒸汽干燥时2种方法计算的有效扩散系数分别为3.84×10^-10-2.28×10^-9 m^2/s与4.40×10^-10-2.72×10^-9 m^2/s;有效扩散系数随着过热蒸汽温度、薄层厚度增大而逐渐增大,并成线性关系。通过多元线性回归得到2种方法计算的有效扩散系数与干燥温度、薄层厚度简化的表达式,决定系数分别为0.9982、0.9956。计算结果可为污泥薄层过热蒸汽干燥湿分扩散过程与有效扩散系数的变化分析提供参考。

煤在燃烧过程中灰层有效扩散系数的实验研究与应用

搭建了大颗粒热重实验台,通过测量焦炭反应速率得出有效扩散系数的变化规律.将有效扩散系数的实验拟合表达式应用于整体层燃模型,得到改进的层燃模型,并对改进前后层燃模型的预测结果与实炉测量结果进行了比较.结果表明:不同煤种的有效扩散系数均随着反应的进行而减小,且与灰层厚度之间符合指数关系;煤种和温度是有效扩散系数的重要影响因素,无烟煤的初始有效扩散系数比烟煤的小,有效扩散系数的下降速率比烟煤快;反应温度高于灰熔点时会引起烧结现象,使有效扩散系数减小;考虑灰层生长对有效扩散系数影响的模型可以更准确地预测床层燃烧的气体产物分布和燃烧速率.

多孔氧化铝中气体的有效扩散系数

在两种氧化铝中 ,分别采用C2 H4 、Ar和CO2 进行了两组分和三组分的Wicke -Kallenbach定态扩散实验 .由尘气模型和Stefan -Maxwell方程建立起的扩散通量方程 ,对实验结果加以处理 ,得到了两组分扩散的有效扩散系数及三组分扩散的虚拟两组分有效扩散系数 .同时 ,针对过渡区扩散推出了等温下两组分扩散的有效扩散系数为常数应满足的基本条件 ,所得结论和实验结果相吻合 .而对三组分扩散中的虚拟两组分有效扩散系数不能按照常数处理 .此外 ,无论是两组分或三组分扩散 ,对每一种氧化铝而言 ,有着相近的曲折因子 。

吸附制冷工质对的有效扩散系数测定及其分析

采用非稳态热重法测定了吸附制冷工质对 13X H2 O的有效扩散系数。测量范围是 :温度 5 0～ 2 5 0℃ ,压力0 6～ 3.5kPa。实验数据表明 ,压力和吸附量在测量范围内对有效扩散系数的影响很小 ,可近似折算于有效扩散系数与温度的依赖关系———Arrhenius方程中。水分子的表面扩散是颗粒内扩散的主要控制因素。

C/N对生物膜同步硝化反硝化效果及膜内DO有效扩散系数的影响

DO是影响污水脱氮处理系统同步硝化反硝化(SND)效果的重要因素,在系统中的扩散能力采用DO的有效扩散系数(D_e,m^2/s)来表征。运用DO微电极系统检测序批式生物膜反应器中正方体载体内部生物膜DO分布情况,结合扩散方程拟合求得生物膜内部的D_e,研究处理工艺在不同C/N下对SND效果及膜内D_e的影响。结果表明,当C/N为6～12时,D_e随着C/N的增加而缓慢增加,当C/N为12时,系统的SND效果最好,氨氮与TN去除率均为98%左右,对应的一级反应速率常数与D_e也达到最大,分别为0.004 50s^(-1)和2.30×10^(-9) m^2/s。

大颗粒煤反应过程中灰层有效扩散系数的研究

在大颗粒煤燃烧或者气化过程中,气体穿过灰层的有效扩散系数是非常重要的参数.对有效扩散系数的研究主要有两种思路:一方面,灰层本质上是多孔介质,因此在研究有效扩散系数时,沿用气体在多孔介质中扩散的研究思路;另一方面,焦炭的燃烧或者气化本质上是气固反应,气体在灰层也即产物层中的扩散是气固反应的重要影响因素,因此应用气固反应的理论对有效扩散系数进行研究.根据以上两种思路综述了有效扩散系数的实验和模型的研究现状,并对今后的研究重点进行了展望.

低渗透岩土有效扩散系数的室内测定与分析

低渗透岩土是水文地质及环境地质研究的重点关注对象,有效扩散系数是研究低渗透岩土的关键参数之一。文章以原状黏土和粉砂质黏土为例,以Cl^-为示踪剂,利用自主研发的室内径向扩散实验装置,建立Cl^-径向运移模型,模拟其扩散运移过程。以实验模型为初始条件和边界条件,利用COMSOL软件模拟溶质理论浓度随时间变化的曲线,与实验数据进行拟合,利用绝对残差平均值进行理论浓度与实测值拟合优度统计,提取试样的有效扩散系数。结果表明:试样塘沽G1孔101.2~101.5 m、苏北SY1孔147.1~147.3 m、170.48~170.68 m的有效扩散系数分别为6.0×10^(-10)m^2/s、4.5×10^(-10)m^2/s、3.9×10^(-10)m^2/s时,理论浓度的绝对残差平均值最小,且孔隙度和有效扩散系数高度相关,进一步证明了该实验方法的可行性。同时,利用Archie定律有效孔隙度与有效扩散系数的关系,取常量n=1.9,预测了试验样品的有效孔隙度,分别为0.26,0.19,0.16。

煤粒瓦斯解吸实验中的初始有效扩散系数

为研究煤体瓦斯解吸过程瓦斯初始扩散规律,采用理论分析煤粒瓦斯解吸扩散过程,根据扩散方程解析得到瓦斯初始有效扩散系数和扩散动力学参数的近似解计算方法.对振兴二矿煤样进行不同粒径煤样、不同温度条件和不同吸附平衡压力条件下的煤粒瓦斯解吸扩散实验,并计算各种实验状态下的瓦斯初始有效扩散系数和扩散动力学参数.研究结果表明:初始有效扩散系数与吸附平衡压力、温度和煤样粒径呈正相关.不同粒径的煤粒,在压力和温度相同的平衡条件下,煤粒的粒径越大,初始有效扩散系数越大.同一粒径条件下,初始有效扩散系数随温度和吸附平衡压力的升高而增大.而动力学扩散参数则基本随着粒径的减小而增大,随吸附平衡压力和温度的升高而增大.

重量法研究大豆水分吸附速率和有效扩散系数

在5种温度（10~35℃）、3个湿度（RH 65%、86%及100%）组合环境中,以称重法测定了初始低水分（4.33%~5.85%）、正常水分（11.74%~12.65%）、高水分（17.58%~17.89%）两个大豆品种“中黄37”和“澄豆”含水率随时间的变化,并采用修正的扩散方程描述水分吸附/解吸速率变化规律,对径向对称的球形大豆籽粒采用斜率方法分析计算水分扩散系数和活化能。在RH 65%~100%范围内,大豆初始水分越低,10~35℃条件的水分吸附速率越大,且温度较高,吸附速率较大。同样的初始水分条件,暴露的相对湿度越高,大豆的水分吸附/解吸速率越大。正常水分的大豆样品20~35℃水分吸附速率均在72 h内快速降低,而10℃水分吸附速率在96 h内缓慢降低。测定的两个大豆品种正常含水率样品10~35℃吸附过程中,水分有效扩散系数为1.920×10-8~5.253×10-8m2·h-1,活化能为10.711~23.358 k J·mol-1。对相同初始水分样品,随着温度增加,大豆籽粒水分扩散系数增加;随着相对湿度增加,籽粒活化能呈现增加趋势。随着进样初始水分增加,同一大豆品种籽粒水分扩散系数和活化能呈现增加趋势。

不同含水量细砂介质中挥发苯的有效扩散系数研究

挥发性有机污染物在土壤多孔介质中的有效扩散系数是土壤气相抽提(soil vapor extraction,SVE)传质过程中的一个重要参数。笔者以苯为研究对象,采用土柱扩散试验,对不同含水量条件下挥发苯在细砂介质中的有效扩散系数和扩散规律进行研究。结果表明,对于吸附型矿物含量少的细砂介质,含水量大小在一定程度上影响了挥发苯的扩散过程。含水量在50g.kg-1时,扩散最快;低于50g.kg-1时,随含水量增大扩散能力增强;高于50g.kg-1时,扩散能力则随含水量增大而减弱。同一扩散柱中,随着扩散距离增加,挥发苯的有效扩散系数增大,这可能与其蒸汽分压降低有关。

反应条件下多孔催化剂上有效扩散系数及曲节因子的分析计算

采用 CDS- 810微反系统 ,在实验条件为 :常压、氢苯比 3.0～ 8.0、温度 36 3.15 K～ 45 3.15 K时 ,进行了在四种不同粒度 Ni/ Al2 O3催化剂上的气相苯加氢反应。利用实验数据计算了不同反应组成、不同反应速率时苯的有效扩散系数、反应死区及催化剂的曲节因子。计算结果表明 :有效扩散系数不随反应速率改变 ,多孔催化剂的曲节因子可以看作多孔催化剂的结构参数 ,不随反应条件变化。

热泵干燥条件下刺参有效扩散系数的研究

有效扩散系数D_(eff)是干燥传质研究的重要基础数据之一,现有D_(eff)研究大多侧重于考虑干燥温度t而忽视干基含水率X、收缩变形的影响。本文建立了刺参干燥有限元模型和D_(eff)计算模型,以X数据的模拟值与实验值之差最小为优化目标,计算得到D_(eff),对比分析了收缩变形、t和X对刺参D_(eff)的影响。研究表明:收缩变形、t及X均对D_(eff)影响较大,同时考虑上述3个影响因素得到的D_(eff)比仅考虑t及X影响时小3.9%～14.6%,而考虑收缩变形和t影响得到的D_(eff)比仅考虑t影响时小8.7%～14.5%,且刺参D_(eff)均随t和X的升高而增加。考虑收缩变形、t和X等对D_(eff)的影响后,刺参干燥模型模拟得到的X与实验值吻合最好,相关系数高于0.994。模拟得到的刺参内部D_(eff)按由内向外逐渐降低的规律分布,干燥从1 h进行至15 h,内外D_(eff)差值由6.4×10^(-10) m^2/s降至0.9×10^(-10) m^2/s,中心处D_(eff)则由14.6×10^(-10) m^2/s降至8.9×10^(-10) m^2/s。

莴笋渗透脱水有效扩散系数研究

以葡萄糖溶液浓度(10%～40%)和温度(35～65℃)为影响因素,研究了莴笋渗透脱水的动力学过程。分别使用Azuara模型和Fick第二扩散定律计算出了平衡时刻的失水率、固形物增加率以及相应的水分和固形物有效扩散系数。设计了均匀实验,通过曲面拟合的方法得到了水分、固形物有效扩散系数与因素的回归方程。结果表明:失水率随着葡萄糖溶液浓度增加而增大,但随着温度的升高而降低;固形物增加率随着溶液浓度和温度的增加而增加。Azuara模型可用来预测失水率和固形物增加率,通过曲面拟合得到的有效扩散系数回归方程拟合性较高。有效扩散系数反映了失水率和固形物增加率达到平衡时刻的快慢程度。

KD306型耐硫甲烷化催化剂有效扩散系数的测定

基于开发的计算机取样系统，采用ＳＰＳＲ法脉冲动态测试ＫＤ３０６型耐硫甲烷化催化剂的有效扩散系数。线性化和参数估值的结果吻合较好，证实：线性化简化是合理的；参数估值可用于确定有效扩散系数。ＫＤ３０６型耐硫甲烷化催化剂的曲折因子为７．２。

多孔介质中有效孔扩散系数的试验测量

提出了通过实时测量扩散过程中多孔介质浮重变化,直接测定有效扩散系数的方法.首先建立了联系有效扩散系数和试件浮重变化的数学模型,并求出了该模型的解析解;利用非线性超定方程组优化求解的方法,结合问题的解析解和实测数据,反求出模型中的参数,有效扩散系数和边界层传质系数.用上述参数预测的试件浮重变化与实测浮重变化相差很小.表明该方法的实用性和可靠性.

冷冻处理氢氧化铝污泥干燥过程水分有效扩散系数

实验测定了有无进行冷冻处理的工业铝厂氢氧化铝污泥在恒温降速干燥阶段的干燥速率曲线 ,并分别给出了它们在降速干燥过程中水分的有效扩散系数及其经验关联式 ,最后对二者进行了比较和分析。显然 ,冷冻后水分有效扩散系数比冷冻前大约增加了 4 3倍 ,系由于冷冻使污泥粒子粗大化和多孔化所造成的结果。

固定化细胞内组分有效扩散系数测定时无反应发生条件的确定

在无反应发生条件下进行固定化细胞内组分有效扩散系数测定时,常常要使细胞失去活性。本文通过显微形态观察及重量变化测定,分析了常用的几种失活细胞的方法对细胞本身的影响。测定了由各种不同方式得到的无活性固定化细胞内葡萄糖与乙醇的有效扩散系数,并与有活性固定化细胞内组分的有效扩散系数进行了比较。提出了一种便于使用,既可保护底物不被消耗,又可以测得更接近实际值的有效扩散系数的无反应发生条件:苯甲酸处理法。