Fe-C-Mn-Si低合金钢奥氏体分解的热力学/动力学相关性

热力学/动力学相关性是钢铁组织预测和加工工艺确定的必备条件,采用Gleeble热模拟机,研究未变形以及非再结晶区变形20%和40%后Fe-0.2C-1Mn-1Si(质量分数/%)低合金钢奥氏体分解中热力学/动力学相关性规律.结果表明:随冷速增大,奥氏体发生相变的热力学驱动力升高,而相变由动力学能垒较大的扩散型逐渐转变为能垒较小的切变型.非再结晶区变形提高了奥氏体分解的热力学驱动力,同时缺陷的产生降低了扩散型相变的动力学能垒.冷却路径或变形条件的改变通过热力学驱动力和动力学能垒的相关性,导致奥氏体分解中相变组织的不同.

晃动条件下大型液氢舱罐的动力学及热力学特性

大型液氢舱罐在不同海况下会呈现出复杂的动力学响应及热力学响应,并在很大程度上影响舱罐的安全,因此,建立一个数值模型来研究晃动条件下船用大型低温舱罐中液氢的动力学特性及热动力学特性。应用流体体积(VOF)方法捕获晃动过程中自由表面的波动,使用Lee相变模型来描述晃动过程中的蒸发冷凝现象并与已有试验进行对比验证。研究不同充注水平和晃动条件下液氢的自由表面形状和面积变化,舱壁压力变化,舱罐内气液温度变化以及相变引发的降压现象。结果表明:固有频率附近的晃动伴随着射流和破碎液面的产生,会对舱壁产生抨击压力;液面破碎程度越剧烈,液位越高,舱内压力下降速率越快;舱罐内气液温度演化经历了热分层、晃动混合和总体温升等3个阶段。研究结果对进一步理解非等温低温舱罐中流体的晃动动力学及热力学特性具有重要意义。

基于创新创业能力培养的《材料热力学与动力学》课程思政建设

课程思政教育与创新创业教育在育人目标和具体途径上存在相似性,在新时代教育改革的背景下应切实发挥课程思政建设的作用,将课程思政与专业知识教学的各个环节有机融合并产生协同效应,使价值引领和思想政治教育贯穿在专业知识教学的全过程。以《材料热力学与动力学》为例,从课程内容重塑、教学方式改革、思政建设等几方面探讨了课程思政与创新创业教育协同共进的思路与举措,实现了专业核心课程教学环节支撑高水平人才创新创业能力培养的目标,提升了学生的学习兴趣和参与度,提升了课程教学质量,培养出了高素质、创新性的复合型高级工程人才。

热重分析法对废旧电路板热解过程动力学和热力学分析

废旧电路板(SPCB)是一种典型的有机废弃物,可通过热解技术实现其资源化利用。采用热重分析技术(TGA)对其热解特性进行研究,揭示热解过程反应动力学和热力学。实验在氮气气氛下,考察了不同升温速率(5、10、15℃/min)对SPCB热失重特性的影响,结果表明热解过程主要发生在250~400℃温度区间,随着升温速率增大,SPCB热失重(TG)曲线逐渐向高温方向偏移,在对应的热失重速率(DTG)曲线中,存在一个明显的失重峰,且峰值温度不断增加,热滞后现象显著。采用Flynn-Wall-Ozawa(FWO)模型、Kissinger-Akahira-Sunose(KAS)模型和Friedman(FM)模型进行动力学分析,拟合得到平均表观活化能(Ea)分别为168.46、167.31、234.84 kJ/mol,活化能均随转化率增加而相应增大。利用FWO模型对热力学参数进行计算,在相同升温速率下,随着转化率的增大,吉布斯自由能变(ΔG)逐渐降低,对应的焓变(ΔH)和熵变(ΔS)不断增加;在相同转化率时,ΔH和ΔS随升温速率增加稍有降低,而ΔG逐渐增加。

基于分子动力学的芳纶/功能化碳纳米管复合材料体系热力学性能模拟

对位芳纶绝缘纸以其优异的介电性能、力学性能在电气绝缘领域得到广泛应用。为探究不同功能化碳纳米管与对位芳纶共掺的复合材料热力学性能,该文通过分子动力学模拟方法建立了对位芳纶分子体系模型、未功能化碳纳米管以及分别接枝羟基、羧基和氨基官能团的芳纶/功能化碳纳米管复合体系模型。在Materials Studio和LAMMPS中计算了复合材料热导率、玻璃化转变温度、力学性能、结构参数及相对介电常数。结果表明,芳纶复合材料体系各项性能均有不同幅度提升。芳纶/羧基化碳纳米管(PPTA/CNT—COOH)的热导率较掺杂前提升了75.4%,玻璃化转变温度提升了43.29 K。芳纶/羟基化碳纳米管(PPTA/CNT—OH)和芳纶/氨基化碳纳米管(PPTA/CNT—NH2)的热导率依次提升70.2%和63.2%。在力学性能上,复合材料比掺杂前的弹性模量平均增强30%以上,剪切模量增强15%以上。通过计算体系结构参数,从均方位移、自由体积占比、氢键数量与结合强度等分子层面阐释了材料性能增强的内在机理,最终发现PPTA/CNT—COOH在热力学性能上较其他掺杂体系提升最为明显,且碳纳米管的掺入未对材料介电常数引起较大改变,所得结果可为对位芳纶复合绝缘材料的掺杂设计、性能调控提供理论支持。

伟晶岩结晶动力学和热力学及稀有金属超常富集成矿机制

本文综述了伟晶岩结晶动力学、热力学和伟晶岩熔体稀有金属元素实现超常富集成矿的机制。结晶动力学涉及成核动力学和晶体生长动力学两个方面。低成核速率和高晶体生长速率是伟晶岩结晶动力学的重要特征,在结晶过程受到水、助溶剂以及过冷条件三个因素共同制约。伟晶岩熔体的相态(超临界态)可能在伟晶岩形成和稀有金属元素超常富集中扮演重要角色。花岗伟晶岩稀有金属超常富集程度受到岩浆源区成分、岩浆结晶分异过程与熔体化学成分等因素的控制。花岗质岩浆高度分异结晶或者变质沉积岩部分熔融直接形成的成矿伟晶岩熔体均需要源岩中稀有金属元素预富集。深熔作用产生的低程度、小体积的伟晶岩熔体具有更高的稀有金属元素成矿潜力。在岩浆分异演化过程中,稀有金属元素的超常富集主要通过超临界熔体/流体、岩浆熔体作用、过冷作用实现。超临界熔体/流体发生熔体-流体不混溶作用使稀有金属元素在熔体相和流体相间再分配和富集;岩浆熔离作用使稀有金属元素选择性分配到富挥发分的熔体中,导致稀有金属元素再次富集;过冷作用降低稀有金属矿物结晶的饱和浓度,促进稀有金属矿物结晶。熔体的化学成分(如挥发分)直接影响熔体的物理、化学性质。例如,挥发分的富集能够降低熔体黏度,促进岩浆分异结晶过程。挥发分和稀有金属元素的亲和性也控制稀有金属元素在不同相熔体中的分配和富集,显著增加稀有金属元素的溶解度和迁移富集能力,有助于伟晶岩中稀有金属超常富集和成矿。

酶法辅助提取人工培育蝉花多糖工艺优化及其动力学、热力学、抗氧化研究

目的:优化酶法辅助提取人工培育蝉花多糖的工艺,考察料液比、酶添加量、酶解温度、提取时间等单因素对多糖得率的影响。方法:借助Box-Behnken设计的四因素三水平法建立了该多糖提取工艺的理论模型,并研究多糖对三种自由基的清除效果,根据Fick第二定律建立了人工培育蝉花提取的动力学模型,并根据速率常数、相对萃余率、活化能等参数,研究其动力学和热力学性质。结果:经响应面分析得到该多糖最佳提取工艺为:料液比1:30 g/mL、酶添加量1.6%、酶解温度67℃、提取时间90 min,在此条件下蝉花多糖的得率可达7.91%,与理论值接近。在该工艺下的人工蝉花粗多糖的DPPH自由基和羟自由基的IC_(50)值分别为0.54和0.60 mg/mL,ORAC值是45.62 Troloxμmol/g,具有良好的体外抗氧化活性。结论:利用酶法辅助提取人工培育蝉花多糖,为该类已商业化的蝉花资源的多糖组分开发提供了理论基础。

橡椀单宁提取工艺优化及其动力学和热力学研究

以橡椀壳粉为原料,采用工业纤维素复合酶辅助提取橡椀单宁,在单因素试验基础上通过响应面法优化提取工艺,进一步研究水酶法提取过程中对应的动力学和热力学模型。研究结果表明:橡椀单宁的最佳提取溶液pH值5.0、1.00 g橡椀壳粉、料液比1∶50(g∶mL)、提取时间27.7 min、提取温度55℃、酶用量为橡椀壳粉质量的1.9%,此条件下单宁提取率为97.56%。在该优化工艺条件下,原料质量放大至90 g时,单宁提取率仍达到97.3%,且提取物中单宁质量分数为55.0%、总多糖质量分数为5.16%、总黄酮质量分数为2.95%。动力学和热力学研究表明:单宁提取过程符合Fick第二定律,293~353 K范围内,速率常数(k)为0.1220~0.2596 min^(-1),表观活化能(E_(a))为10.683 kJ/mol,指前因子(A)为9.6,提取过程的焓变(ΔH)为28.584 kJ/mol、熵变(ΔS)为110.576 J/(mol·K)、吉布斯自由能变(ΔG)为-8.652~-4.074 kJ/mol,表明该提取过程可自发进行,升高温度有利于橡椀单宁的提取。

基于ThermaKin模型的环氧树脂热解反应动力学与热力学研究

为评估环氧树脂涂层材料的火灾危险性,提出了一种借助ThermaKin模型解析腰果酚改性胺固化的环氧树脂(EP-PAA)材料热解特性的方法。该方法通过对热重分析(TGA)试验结果进行数值反演,获取EP-PAA材料的热解反应动力学参量,并通过对差示扫描量热分析(DSC)试验结果进行数值反演,求取EP-PAA材料的固相反应物与生成物的比热容及热解反应热,建立完整的热解反应模型。结果表明:EP-PAA材料的热失重主要集中于550~800K温度区间,且其质量损失速率峰呈双峰分布;通过由两步连续一级反应(均为吸热反应)组成的热解反应模型实现了对TGA和DSC试验结果的准确预测;不同升温速率条件下该热解反应模型的残碳值和质量损失速率峰值预测结果与TGA试验结果的误差分别小于5%和8%,该研究结果进一步验证了本模型的可靠性和准确性。

大孔树脂纯化信阳绿茶中多酚的热力学及动力学研究

以信阳绿茶为原料,优化大孔树脂对茶多酚的纯化工艺。通过比较10种大孔树脂对茶多酚的静态吸附-解吸性能,筛选出CAD-40型大孔树脂为纯化树脂。热力学研究表明,该吸附为放热、熵减的自发物理吸附过程,低温有利于吸附的进行。动力学研究表明,吸附符合一级动力学模型,吸附饱和时间为300 min。最佳纯化工艺为茶多酚质量浓度11 mg/mL、pH 7.0、上样体积40 mL(2 g树脂)、上样速度2.0 BV/h;最佳洗脱剂为体积分数80%乙醇、pH 5.0、洗脱剂用量6.0 BV、洗脱速度3.0 BV/h。茶多酚纯度由24.7%提高到76.8%,RSD为2.73%。

儿科急诊高热惊厥患儿就医行为与家庭动力学的相关性及影响因素研究

目的探究儿科急诊高热惊厥患儿就医行为与家庭动力学的相关性及影响因素。方法采用便利抽样法选择医院急诊科2020年6月-2022年5月收治的150例高热惊厥患儿家属为研究对象,使用一般资料问卷调查患儿及家属的相关信息,采用患儿父母就医行为量表、系统家庭动力学自评问卷面向患儿家属开展调查。结果结果显示,患儿家属的就医行为问卷总分为(30.49±12.52)分,就医行为差的患儿共31例(20.67%);系统家庭动力学自评问卷总分为(108.40±18.08)分;Pearson相关性分析结果显示,儿科急诊高热惊厥患儿就医行为问卷总分、维度评分与家庭动力自问卷总分、维度评分呈负相关(r=-0.332~-0.168,P<0.05);多因素logistic回归分析结果显示,儿科急诊高热惊厥患儿就医行为独立影响因素包括患儿是否独生子女、患儿近期发热有无症状、患儿居住地、患儿家属与患儿关系、患儿家属学历、周围有无相关病例、家属是否接受相关宣教、患儿家属是否具有急救素养、患儿家属家庭动力水平(P<0.05)。结论不同特征的儿科急诊高热惊厥患儿就医行为表现存在差异,患儿就医行为与家庭动力学有相关性,且就医行为影响因素复杂,临床应加强护理干预。

炼钢过程反应热力学与动力学及其在数值模拟仿真的应用研究进展

炼钢过程需要完成钢液的脱碳、脱硫、脱磷、脱氧等一系列操作,是一个复杂的多因素控制过程,反应器内温度高且不均匀,多相化学反应同时发生,相际之间质量、动量和热量传输相互耦合,准确预报和控制炼钢过程一直是钢铁冶炼的难点和冶金工作者的研究热点.本论文总结了近年来炼钢过程反应热力学和动力学以及其在数值模拟仿真方面的研究进展.在反应热力学方面,钢液活度计算模型主要有Wagner相互作用系数模型、统一相互作用系数模型和缔合物模型,在现阶段,Wagner相互作用系数模型仍是应用最为广泛的钢液活度计算模型,但随着新钢种的开发,这一模型的普适性遇到了挑战,钢液活度的计算亟需开发新模型、补充新数据;熔渣活度计算模型主要有分子理论模型、离子理论模型、正规离子溶液模型、修正的准化学模型和共存理论模型.通过反应动力学模型,炼钢过程钢液、渣和非金属夹杂物随时间的变化能够被较为准确的预报出来,如多组分耦合反应模型、有效平衡反应区模型和未反应核模型等,但反应动力学模型中的传质系数多是通过经验公式确定,无法准确表征不同反应器内的动力学.通过将反应动力学与三维数值模拟仿真相耦合,揭示了Kambara reactor铁水预处理脱硫过程和Ruhrstah-Hereaeus精炼钢液脱碳过程反应器内钢液成分的三维分布及其随时间演变,但综合考虑钢、渣、夹杂物、耐火材料、合金等多相多元反应的三维数值模拟仿真尚没有较为成熟的模型,仍需要进一步深入研究.

纤维素酶辅助提取石榴籽饼粕多糖工艺优化及其动力学、热力学研究

目的优化纤维素酶辅助提取石榴籽饼粕多糖工艺,并考察其动力学、热力学。方法在单因素试验基础上,以加酶量、介质pH、提取温度、提取时间为影响因素,多糖得率为评价指标,Box-Behnken响应面法优化提取工艺,计算动力学、热力学参数。结果最佳条件为加酶量0.9%,介质pH 4,提取温度49℃(322 K),提取时间2.6 h,多糖得率为5.89%。温度为322 K时,实验组k为0.0191 min^(-1),D s为4.843×10^(-6)cm^(2)/min,高于对照组。在307~317 K的提取过程中,焓ΔH为156.378 kJ/mol,熵ΔS为520.1904 J/(mol·K),为吸热熵增加;在327~337 K的提取过程中,焓ΔH为-147.931 kJ/mol,熵ΔS为-428.5784 J/(mol·K),为放热熵减小;自由能ΔG值均小于0,为自发过程。结论该方法稳定可靠,可用于纤维素酶辅助提取石榴籽饼粕多糖的工程放大和优化控制。

油酸根离子在氟磷灰石和白云石表面吸附动力学与吸附热力学研究

采用TOC测量以及分子模拟方法研究了油酸根离子在氟磷灰石和白云石表面的吸附动力学以及吸附热力学。吸附动力学研究结果表明,以HEDP为抑制剂时,油酸根离子在氟磷灰石和白云石表面的吸附符合准二级动力学模型,油酸根离子在氟磷灰石表面的吸附速率大于在白云石表面的吸附速率。吸附热力学研究结果表明,油酸根离子在氟磷灰石和白云石孔径内和氟磷灰石(001)面以及白云石(104)面的吸附都接近Langmuir模型。相同比表面积条件下,油酸根离子在白云石表面的吸附量高于在氟磷灰石表面的吸附量,表明单位表面积内,白云石表面比氟磷灰石表面具有更多的活性位点。

理论化学方法阐明化学反应热力学控制与动力学控制的概念——推荐一个Diels-Alder反应的计算化学实验

设计了一个适用于化学专业高年级本科生的综合计算化学实验。该实验通过量子化学计算,研究了有机化学教材中一个典型的Diels-Alder反应,给出了反应过程的微观物理图像以及反应的热力学和动力学性质的定量信息,阐明了化学反应中热力学控制和动力学控制的基本概念。该实验旨在培养学生使用计算化学方法研究化学问题的基本技能,加深其对物质结构与性能之间关系的理解。该实验也是对学生进行辩证唯物主义世界观和方法论教育的一个具体实例,着重引导学生充分认识矛盾的普遍性,擅于用联系观和发展观分析和解决化学实际问题。

分子动力学模拟研究水/乙醇二元体系的热力学性质

采用分子动力学模拟方法研究了常温常压下水/乙醇体系的热力学性质,得到了不同浓度下二元体系的密度、自扩散系数、超额摩尔体积和径向分布函数。结果表明:随着乙醇摩尔分数的增加,二元体系的密度呈递减趋势,超额摩尔体积则先减小后增大且存在最小值,而乙醇的自扩散系数增大;结合径向分布函数分析可知,在乙醇低浓度时,水分子间的氢键网络结构较强,乙醇分子分散于其中,而随着乙醇浓度的增加,乙醇-乙醇分子之间的关联性增强,形成自己的氢键网络,而水分子仍倾向于自聚集,两种氢键网络相互交错。

金属镍内典型晶界的迁移热力学分子动力学模拟

为进一步揭示温度对晶界迁移行为的复杂影响,本研究基于分子动力学模拟探究了Ni 36.9˚ {310}001对称倾斜晶界在100~1000 K范围内的迁移热力学、迁移率和剪切耦合迁移等内容。结果表明,在100~600 K时晶界启动迁移所需临界驱动力将随温度升高而逐渐降低,但在600~1000 K时则保持稳定,因而晶界迁移的热力学行为将从热激活模式转变为无热激活。在所探究的温度范围内,晶界迁移率随温度的变化趋势与临界驱动力对应趋势并不相反或相同,因而认为较难启动迁移的晶界会具有相对较低迁移率的已有观点并不正确。该晶界沿晶界面法向迁移的同时还在晶界面内发生剪切运动,也即呈现剪切耦合迁移的特征,在100~800 K时的耦合强度最高,随后因晶界结构改变而导致耦合强度持续降低。

有机-无机杂化材料动力学与热力学转化以及荧光信息防伪应用研究——介绍一个综合化学实验

有机-无机杂化发光材料易于调控的空间结构和发光性质,在发光防伪领域备受青睐。本实验基于Sb(Ⅲ)掺杂Bi(Ⅲ)基零维有机-无机杂化金属卤化物,利用不同的晶体生长方式实现动力学产物(化合物1)向热力学产物(化合物2)的转变,采用X-射线粉末衍射和荧光光度法分别对其进行了物相表征和光学性能测试,二者表现出截然不同的物相与光物理性质。化合物2在蒸馏水的作用下实现荧光淬灭,而且具有很强的反水性。基于化合物2出色的发光变色性质,制作了简易的可水写荧光信息防伪板/纸。本实验充分体现了“结构决定性质”的专业理论、“学以致用”的教学理念。该实验设计与实践旨在培养学生创新思维,提高其分析和解决实际问题的能力。

碳酸乙烯酯合成过程热力学分析与动力学模拟

由环氧乙烷(EO)和二氧化碳(CO_(2))酯化加成生产碳酸乙烯酯(EC)是一条优选的“绿色化学”生产路线,可以为新能源汽车动力电池提供优良溶剂,更能开辟一条CO_(2)捕集利用与封存的绿色路线。为了研究此反应发生的可能性和反应程度,通过热力学公式对反应过程进行了热力学分析,同时建立了主反应宏观动力学模型,以指导工业反应器的设计。结果表明:除EC水解副反应为吸热反应外,主反应和其他副反应均为强放热反应;所有副反应均可以自发进行,而主反应受温度影响较大,当温度大于100℃时不能自发进行;通过对试验数据回归得到了该反应的动力学参数,并用工业数据进行了验证;通过动力学模型预测了反应器组合后的产物浓度,双釜串联反应器出口EC摩尔分数为98.91%,模型计算值与工业试验值误差小于0.12%。

黑果枸杞花色苷染色羊毛织物的热力学和动力学分析

为了实现黑果枸杞花色苷对羊毛织物的染色和功能性整理,分别使用80%乙醇/水混合溶液和蒸馏水提取黑果枸杞中的花色苷,并对2种提取液进行傅里叶红外光谱表征。用提取液对羊毛织物进行染色,并通过吸附反应模型研究黑果枸杞花色苷对羊毛织物的吸附机制。实验结果表明:黑果枸杞提取液中的主要化学成分是花色苷类化合物,不同溶剂提取的花色苷结构存在微小差别。吸附热力学和动力学的研究结果发现,黑果枸杞花色苷对羊毛织物的染色过程符合Langmuir和Freundlich等温吸附模型以及准二级动力学模型。