论溶液中外场对溶质扩散的协同强化作用

从液体似晶结构的“格子”理论出发,推导了有外场存在情况下溶液溶质扩散转移的动力学方程。通过与 Fick 定律形式比较,得到了有外场作用的溶液溶质扩散系数表达式,由此讨论了强化扩散传质过程中外场与化学势场的协同关系,即溶液溶质扩散传质流的大小不仅与各场强度量梯度的大小及系统的物性有关,还与外场同化学势场的配合有关。进一步分析得到:外场的引入之所以能够强化和控制溶液溶质扩散,其本质是外场的引入可对溶液的粘度产生影响,关于这一论点可由文献 [7] 的实验研究所证实,并与本文的理论研究结果一致。

离层充填开采注浆液运移通道与溶质扩散特征研究

基于淮北矿区粉煤灰离层充填开采工程实践,为了查明粉煤灰离层充填体的赋存空间、水平与垂向运移通道、溶质在采动条件下的扩散特征,运用示踪试验和数值分析方法,对离层注浆液的储存位置、运移通道和溶质扩散特征进行了研究,研究发现离层等采动裂隙随工作面的推进而动态演化,粉煤灰浆液主要集中在离层带中,少量浆液通过采动裂隙和构造裂隙进入采掘空间,浆液对地下水的影响范围随时间的变化而逐渐减小,影响程度逐渐减弱。研究结果表明:试验矿井的导水裂隙带达到峰值并逐渐稳定后,顶板63~77 m上部区域出现了大面积的水平离层区,是粉煤灰充填体主要储存空间;粉煤灰浆液受地下水的稀释和净化作用,注浆20年后基本消除浆液对地下水水质的影响。

共晶生长的溶质扩散解

为解决经典共晶生长模型中三相交界线处成分偏离共晶点成分的问题,引入了三相交界线动力学条件,得到了平界面生长条件下化学计量化合物-化学计量化合物(SC-SC)型共晶系溶质扩散方程的精确解.基于平均溶质守恒假设得到了适用于任意凝固条件、共晶系和共晶相图的溶质扩散方程的通解.CuZr-Cu5Zr8共晶系的计算结果证实了溶质扩散方程通解的有效性.

正渗透技术浓缩苹果汁过程中反向溶质扩散的研究

反向渗透扩散(RSF)是正渗透技术中的一大挑战,本实验立足于研究正渗透技术浓缩苹果汁性能以及功能性汲取液(乙酸钠、碳酸氢钠、柠檬酸钠溶液)的溶质扩散规律。首先,利用NaCl溶液为汲取液研究正渗透膜的基础特性,通过改变NaCl溶液浓度、进水流速以及膜操作模式,探究正渗透体系的水通量、反向溶质扩散及截留率,分析对去离子水和苹果汁的浓缩能力及溶质扩散规律;其次,对比不同功能性汲取液对苹果汁浓缩的效果和对RSF的影响,以期达到将RSF化弊为利的目的。结果表明,汲取液浓度和膜操作模式影响浓缩效率和RSF;采用压力延迟渗透(PRO)模式,苹果汁浓缩倍数和RSF均比正渗透(FO)模式高,PRO模式下,5 mol·L^(−1) NaCl汲取液RSF达87.34±6.32 g·m^(−2)·h^(−1);不同种类功能性汲取液浓缩苹果汁的能力不同,汲水能力:碳酸氢钠>氯化钠>乙酸钠>柠檬酸钠。RSF:乙酸钠>碳酸氢钠>氯化钠>柠檬酸钠。2 mol·L^(−1)柠檬酸钠汲取液的RSF为29.61±2.19 g·m^(−2)·h^(−1),仅为同浓度NaCl汲取液的一半,与传统的NaCl汲取液相比,柠檬酸钠汲取液可有效控制RSF。

溶质扩散法在三元晶体生长中之应用

本文对溶质扩散法在三元晶体生长中的应用进行了综述。并着重介绍了Ｃｄ１－ｘＺｎｘＴｅ晶体生长取得的最新实验结果和理论上的处理，指出该理论模型以及生产高Ｘ值的Ｃｄ１－ｘＺｎｘＴｅ晶体的实验仍处于初始阶段。

考虑非线性吸附时溶质在有限厚度粘土中的一维扩散解

在采用非线性分段式吸附等温模式的基础上,建立了溶质在粘土中的一维扩散模型,在考虑有限厚度边界及土中溶质背景浓度的条件下得到了相应的解.模型引入了移动边界以说明当溶质在粘土孔隙水中的浓度达到某一较高值后,阻滞因子将发生显著变化.算例分析表明,该模型和考虑经典非线性吸附等温线得到的结果相差不大,这进一步说明了该模型的合理性.考虑非线性吸附效应对溶质迁移有重要影响.在较高溶质浓度下采用线性吸附等温模式会得到偏不安全的结果.该解相对较简单,并可用于验证各种数值模型、拟合试验数据等.

多孔介质中的溶质扩散与浮重关系研究

考虑到多孔介质中的溶质扩散过程与浮重存在一一对应的关系,建立了一维情况下,反映溶质扩散与浮重关系的数学模型,并用有限体积方法获得模型的数值解。实例计算表明,当多孔介质中的溶质浓度高于周围流体中的溶质浓度时,溶质由孔隙向主流体中扩散,随着扩散进程的进行,多孔介质的浮重逐渐减小,并且浮重减小速率逐渐降低,从孔隙内部到孔隙出口,溶质浓度和溶液密度都逐渐降低。随着扩散系数或者孔隙率的增大,多孔介质的浮重减小速率增加,孔隙中的溶质浓度和溶液密度降低。随着周围流体中溶质浓度的增加,多孔介质的浮重减小,并且减小速率降低,孔隙中的溶质浓度和溶液密度增加。当主流体中的溶质浓度大于孔隙中的溶质浓度时,随着时间的增加,溶质由主流体逐渐向孔隙内扩散,多孔介质的浮重逐渐增加,并且浮重增加的速率逐渐降低,从孔隙内部到孔隙出口,溶质浓度和溶液密度逐渐增加。

捕获溶质扩散层边界法优化二维枝晶生长的相场法模拟

在枝晶生长相场法模拟中,提出了捕获溶质扩散层边界法进行算法的优化。即不必每一步对计算区域内所有网格进行计算,以通过减少计算循环次数来节省模拟计算时间。在二维网格x和y方向上捕获离晶体中心最远溶质扩散层边界,计算时只对边界范围以内的网格进行计算。通过该方法可减少相场模型的计算时间,模拟二维枝晶生长的形貌和溶质场分布与优化前基本一致。

氯接触池内水流运动和溶质扩散的大涡模拟

采用大涡模拟(LES)方法数值计算了氯接触池内水流运动和溶质输移扩散,其中由亚格子尺度涡运动引起的亚格子应力通过Smagorinsky-Lilly亚网格模型模拟,计算溶质涡扩散系数的施密特数(Sc)取值0.5。溶质输运方程中对流项的差分格式为QUICK格式。模拟结果与物模实验结果以及标准k-ε湍流模型计算结果相比较,呈现了良好的预测效果,表明建立的数学模型及求解方法在氯接触池水流和溶质输运模拟中的可行性。

PLIF方法在溶质输移扩散特性研究中的应用

PLIF(Planar Laser-induced Fluorescence)是利用激光片光照射含有荧光示踪染料的测量区域从而获得二维或三维浓度场的一种浓度测量方法.本文将对其原理、测量系统、目前的应用现状和发展趋势进行介绍.

过共晶Al-18%Si合金受控扩散凝固组织与行为

采用受控扩散凝固(CDS)技术制备过共晶Al-18%Si合金,研究其凝固组织随低温母合金温度变化的演变规律和凝固行为本质。结果表明:受控扩散凝固能抑制初生硅相的过度各向异性生长,有效改善合金凝固组织结构。采用适当温度的Al-25%Si合金(800℃)和纯Al(580℃)混合进行受控扩散凝固时,凝固组织中初生硅相分布均匀,无宏观偏析,且其平均尺寸达到42.85μm。当纯Al温度偏低时,凝固组织中初生硅相偏聚严重;当纯Al温度较高时,凝固组织中初生硅相尺寸偏大。分析表明:在受控扩散凝固过程中,固-液界面前沿形成了较小的"成分过冷",初生硅相在过冷区内趋于平界面生长。溶质原子扩散距离的平方与平衡温度成对数关系,温度愈高,扩散愈充分,宏观偏析愈少。

超高压作用下ZA27合金溶质Al的分布规律

ZA合金在凝固过程中存在偏析严重的特点,为了得到偏析少、组织均匀的ZA合金,通过对高压凝固ZA合金样品的分析,研究了超高压作用下溶质Al的分布规律和运动特征.试验结果表明,随着压力在1～5 GPa范围内的增加,溶质分布也经历了大块聚集状态→小块聚集状态→固溶于基体等3种状态.5 GPa时溶质Al分布接近于均匀,表明压力大大抑制了溶质偏析,其原因可通过溶质再分配、溶质扩散和粘度系数在超高压作用下的变化特征予以解释.

双扩散对流理论简介及国外研究现状

双扩散对流理论是近30年来由海洋学家流体力学家发展起来的一门流体力学分支理论,主要考察具有两种扩散机制(如热扩散和溶质扩散)的流体力学稳定性、对流的发生及对流模式.本文简要地介绍了这一理论的基本内容、其发展历史和研究现状.

强透水层上均质土壤中溶质浓度分布的解析解

从溶质输移扩散方程出发 ,针对强透水层上均质土壤的液体饱和状态 ,在顶层含有大量饱和溶质 (如养分等 )维持着渗透扩散的条件下 ,进行严密的数学推证 ,给出均质土壤中溶质浓度分布的解析解。分析了解的合理性 ,讨论了解的正确性。此解对土壤改良等类似问题具有实际应用价值 。

海水入侵和地下水水溶质运移规律的定性研究

本文通过对沿海地区海岸带淡，盐水按触带，海水入侵范围和地下水含水层中溶质运移之间的内在联系，以及溶质运移的运动规律和途径的定性分析，从理论上为沿海地区予测海水入侵范围及淡水咸化提供根据，并通过一维地下水流的微分方程的研究。为进一步推导不同边界条件下的海水入侵范围提供研究方向。

不透水层上均质土壤中溶质浓度分布的解析解

从溶质扩散方程出发 ,针对不透水层上均质土壤的液体饱和状态 ,在顶层含有大量饱和溶质 (如养分等 )维持着扩散的条件下 ,进行严密的数学推证 ,给出均质土壤中溶质浓度分布的解析解 ,并分析了解的合理性 ,讨论了解的正确性。此解对土壤改良等类似问题具有实际应用价值 。

Ti44Al合金胞/枝晶转变及其生长过程的数值模拟

采用基于溶质扩散控制模型CA方法对Ti44Al合金定向凝固初始阶段变速冷却过程中胞/枝晶转变过程进行了数值模拟．模拟结果表明,在胞/枝转变过程中,存在胞-枝混合生长区,在一些胞晶相邻面无二次枝晶生长．在给定的冷却速率下,枝晶臂间距大于胞晶臂间距；而在过渡区,枝晶间距达到最大．另外,晶核数量对柱状晶问距产生影响,随着植入晶核数量的增加,柱状晶间距非均匀化程度明显减小．出现过渡区的原因与枝晶生长所引起固/液界面前沿成分波动有关,模拟与实验结果吻合较好．

显微偏析数值模拟的微观模型和数值方法

研究显微偏析数值模拟中的微观模型和数值方法,在微观模型中考虑了树枝晶粗化、固相溶质逆扩散、枝晶尖端过冷、随温度变化的溶质扩散系数等影响显微偏析形成的动力学因素。数值方法中采用变网格技术跟踪移动界面,通过迭代求解溶质扩散方程和溶质守恒方程计算显微偏析参数。并给出了微观计算流程图,这种数值方法可以方便地与宏观计算、相图计算相耦合。模拟算例表明模拟结果与实验结果吻合较好。

元胞自动机法模拟铝合金三维枝晶生长

以元胞自动机模型为基础,基于晶粒形核和生长的物理过程及热质传输过程,建立了铝合金凝固过程微观组织形成及枝晶形貌演化的三维元胞自动机模型。与传统的元胞自动机不同,该模型不仅考虑了温度场扩散而且考虑了固液相中的溶质扩散、曲率过冷等重要因素。枝晶尖端生长速度与局部过冷度的关系采用KGT(Kurz-Giovanola-Trivedi)模型,温度场和浓度场计算采用有限差分法。使用该模型模拟了单晶生长和多晶生长。模拟结果表明,所建立的模型能够合理反映质点形核、单晶粒生长和多晶粒生长,微观组织形貌的模拟计算结果合理。