基于菲克第二定律的再生沥青中新旧沥青扩散融合研究

为了研究不同扩散时间、温度下新旧沥青扩散融合程度,制备了直径为25 mm,厚度为2 mm的老化沥青与新沥青双层沥青试样进行动态剪切流变试验;采用复数剪切模量G*作为双层沥青试样性能的表征参数,基于菲克第二定律理论计算了具有不同融合程度双层试样的G*理论值,从而采用迭代法并根据G*实测值计算出双层沥青试样中新旧沥青的融合程度;利用双因素方差分析评价了时间、温度对扩散融合程度的显著性。结果表明:复数剪切模量可以描述再生沥青中新旧沥青扩散融合且与新沥青掺量具有很好的线性关系,可作为性能变化的表征参数;70#基质沥青与90#基质沥青具有相同量级的扩散速率,均为10^(-7)左右,两种再生沥青的扩散速率随温度变化均呈指数增长;由双因素方差分析看出,扩散时间及温度对新旧沥青扩散融合程度都具有显著影响。

关于菲克第二定律解的适用范围讨论

在冶金和化工中,传质中的扩散现象往往具有很重要的意义。特别是非稳态的扩散,即遵循菲克第二定律的扩散现象,在研究固态中的扩散速度及浓度分布时,被经常利用到。当扩散系数D为与扩散物质浓度C无关的一常数,并且是一维扩散时,菲克第二定律具有下列形式:

TA15合金富氧α层扩散分析及厚度预测

在钛合金产品高温成形过程中,表面会吸附大气氛围中的氧、氮、氢,形成包括富氧α层、氧化层以及防护涂料在内的污染层。污染层会降低材料的抗拉强度、断后伸长率等力学性能,缩短产品的使用寿命。本文利用菲克第二定律对TA15合金在860~950℃下的富氧α层厚度进行研究,并利用恒定温度下求解方法,解得氧元素在TA15合金内扩散的激活能Q为211897.4J/mol,并求得其扩散曲线。最后,提出利用面积求解TA15合金在工艺状态下富氧α层厚度的方法,为后续研究提供思路。

典型油纸绝缘微水扩散特性仿真分析及试验研究

绝缘纸受潮将严重影响变压器的内绝缘特性,变压器油纸绝缘体系中微水含量及微水分布状况是评估变压器绝缘状态的重要依据。基于菲克第二定律建立了油纸绝缘微水扩散的3种典型模型,并采用分离变量法和有限元方法对模型进行了仿真模拟。模拟了有化学反应参与的微水扩散过程,更符合绝缘纸长时间老化的微水扩散过程。搭建了微水随绝缘纸厚度梯度分布时测试实验平台,采用微水测试传感器测量微水含量。结合实验测量数据和微水扩散的有限元模型以及广泛采用的微水扩散系数经验公式,采用遗传算法寻优,获得了优化的微水扩散分布曲面。

基于扩散的蜡染染色模拟

建立由封蜡层、经线层、纬线层构成的三层布料模型。三层布料模型中,封蜡层包裹经线层、纬线层构成封蜡布,经线层与纬线层相互交叉、重叠,构成布料层。根据菲克第二定律建立微分方程表示染料扩散过程,并对该微分方程离散化。扩散方程中考虑的主要因素有染料扩散、供给、吸收,扩散方程中使用孔隙度、弯曲程度、相邻关系等参数。使用椭圆距离模型模拟矩形织纹,并对其在HSV颜色空间中进行模糊处理。实验表明,文中方法可以得到接近实际蜡染布料的视觉效果。算法具有较好的时间复杂度。

实验型气流干燥机的应用评价

为减小卷烟产品研发成本,缩短研发周期,研制出实验型气流干燥机,并将其与500,5 000kg/h的HDT气流干燥机进行对比研究,以考察气流干燥机在卷烟产品生产中的尺寸放大效应。结果表明:实验型气流干燥机在固定气流速度时,气流温度与出口烟丝水分的关系可以用简化后的菲克第二定律的解析解方程来表达;气流干燥机设备尺寸越大,气流比越大,干燥气流温度越低,出口水分越稳定;为保持产品质量的一致,在应用实验型气流干燥机、500kg/h的HDT气流干燥机、5 000kg/h的HDT气流干燥机时气流温度应逐次降低。

水分在中药原料中的扩散行为研究

目的:研究中药原料在不同温湿度条件下的吸湿行为。方法:应用膜扩散传质模型和菲克第二定律传质模型模拟和分析水分在中药原料中的扩散行为。结果:在25℃,相对湿度为50%时研究的13种中药原料的扩散系数最大,且扩散符合膜扩散传质过程。在其他温湿度环境下可能同时存在两种扩散机制。结论:水分在中药原料中的扩散可能存在多种扩散机制,并受环境因素影响明显。

水泥基材料中氯离子表观扩散系数计算方法

通过试验研究了文献中报道的几种依据菲克第二定律的氯离子表观扩散系数计算方法.试验结果表明:不同的计算方法所求的D值有很大差异;北欧标准NT Build443中采用最小二乘法计算表观氯离子扩散系数并不合适,在有些情况下会产生很大的误差;在这几种方法中,将表面氯离子浓度C s值直接求出,每个深度计算出一个表观扩散系数值D i,然后取平均值计算表观扩散系数D的计算方法更适宜计算氯离子表观扩散系数;而在C s和D作为常数考虑的情况下,几种计算方法绘制的氯离子浓度分布曲线都与试验数据有一定程度的差异.因此,菲克第二定律在描述氯离子在混凝土中的迁移时,不宜将C s和D作为常量考虑.

编写《金属学原理》的体会

怎样编好既适应我国经济建设需要,又能反映现代科技水平的《金属学原理》(以下简称《原理》)教科书?我们根据自己多年的教学实践经验,进行了多方面的努力和探索。现将体会总结如下:

高压交联电缆副产物释放过程研究

交联副产物释放过程的定量分析和去气工艺研究是高压交联电缆领域的技术难题,本文基于菲克第二定律和顶空气相色谱,采用数学建模和试验验证的方法,研究了影响副产物释放的各种因素,计算了高压交联电缆的去气时间。结果表明:副产物热释放过程主要取决于初始浓度、绝缘厚度、位置分布、去气时间和扩散系数,提高去气温度可以促进副产物的释放,采用低脱气绝缘料可有效缩短去气时间,绝缘厚度对去气时间的影响显著,采用顶空气相色谱法可验证实际去气效果。

金属扩散数学模型在化学热处理中的应用

本文讨论了金属扩散数学模型在化学热处理中的应用.在阐述扩散数学模型处于气体渗碳实际边界和初始条件下的理论求解的基础上,指出了利用扩散方程中规律的一种新的化学热处理方法——即在渗碳、碳氮共渗时,采用首先提高工件表面和表层溶入原子的浓度梯度,以提高渗速.生产实践证明,用这种工艺方法进行化学热处理,能够取得节能省时的经济效益.

竹束单板层积材的吸湿性能

采用慈竹经帚化后的竹束单板,制备了不同密度的竹束单板层积材(BLVL);对板材进行不同温度的水浸处理,利用菲克定律分析了水浸泡温度及板材密度对竹束单板层积材吸湿行为的影响。结果表明:采用菲克第二定律扩散模型预测竹束单板层积材的长期吸湿行为具有一定的可行性,但在高温条件下(63℃以上)模型预测结果存在一定的偏差;温度对竹束单板层积材的吸湿行为影响显著,随着水浸泡温度的升高,板材的吸湿速率加快,平衡时的吸湿质量增加率及厚度膨胀率增大;密度对竹束单板层积材的吸湿行为影响较大,竹束单板层积材密度较大时,吸湿膨胀变形较小,板材的尺寸稳定性较好。

海水环境下钢筋混凝土结构使用寿命的预测

以菲克 (Fick)第二扩散定律为基础 ,以氯离子侵蚀为主因 ,提出了海水侵蚀情况下钢筋混凝土结构物使用耐久寿命的预测方法 ,并经过算例验证说明该预测方法对于以氯盐侵蚀破坏为主的钢筋混凝土结构物有一定意义 .

950℃时渗碳钢中碳溶解度、合金化因子及最大碳溶解度

一、导言气体渗碳是在渗碳钢表面建立一定含碳量的一种易於调节和控制的工艺方法。主要用石油气或天然气燃烧而制得的气相的碳活度是很容易控制的。同样,纯铁或仅含少量合金元素的钢中的含碳量也是很容易测定和控制的。对于Si,Mn,Cr,Mo诸合金元素和Ni对渗碳动力学及平衡状态下碳含量的影响则不甚清楚。

一起热压三通开裂失效机理研究

本文利用OM(光学显微镜)、SEM(扫描电子显微镜)、EDS(能谱分析)、有限元等多种手段对石化装置中失效的三通进行分析,通过菲克第二定律结合高斯误差函数计算脱碳层碳含量.结果表明:裂纹附近硬度偏低,金相组织仅剩大量铁素体,珠光体含量极少,判断该三通制造时产生脱碳;通过菲克第二定律结合高斯误差函数计算证明该处碳含量极低,造成硬度偏低;通过有限元计算,裂纹附近受力最大;裂纹附近覆盖一层均匀的氧化物,证明裂纹在制造阶段早期即开裂,在后续热处理过程中脱碳并氧化.

Crank公式估算豌豆水分扩散系数可靠性分析

水分扩散系数对研究豌豆的干燥和储藏过程具有重要意义,很多文献都直接运用Crank公式来估算水分扩散系数,鲜见关于该公式估算结果是否准确的相关理论分析。本文建立了1个遵循菲克第二扩散定律的热风对流干燥模型。估算结果显示,由于Crank公式是在忽略外部水分迁移阻力条件下的数值解,不能正确地表达物料和热空气间的边界条件;因此,水分扩散系数估算值和理论值之间存在很大的偏差。当热空气速度较大,物料初始干基含水率和热空气相对湿度较低时,由Crank公式估算的水分扩散系数就会越接近其真实值;所以,需要进一步优化Crank公式。

电容型湿度传感器模型计算与分析

以菲克第二扩散定律为基础,建立湿度传感器器件三明治结构模型,对聚酰亚胺电容型湿度传感器进行全面数值模拟,分析其电场分布、升降湿的动态过程及响应时间,并与实验结果进行对比分析。引入了自由体积理论对湿度传感器升、降湿过程的影响,使模拟过程更加符合实际情况,结果显示模拟结果和实验数据吻合良好,并根据对模拟结果分析,发现电极宽度是制约传感器性能的关键参数。该模型能够较准确预测制备的电容型湿度传感器性能,以此来指导高性能湿度传感器研究。

磷在脱磷渣中2CaO·SiO_2固相颗粒内的扩散速率

中国铁矿磷含量偏高,提高脱磷效率、降低渣料的消耗量对钢铁企业至关重要。1 400℃下,将2CaO·SiO_2颗粒插入到含P2O5为14%(质量分数)的渣中,并保温20、30、60和100s,研究磷在2CaO·SiO_2颗粒中的扩散速率。用SEM-EDS对磷在渣和2CaO·SiO_2颗粒中的分布进行了测量,并用菲克第二定律计算了磷在2CaO·SiO_2颗粒中的扩散系数。结果显示:磷在2CaO·SiO_2中的扩散可视为一维半无限扩散。1 400℃时,磷在2CaO·SiO_2颗粒中的扩散系数为6.417×10^(-12) m^2/s,如果脱磷时间为15~20min,则2CaO·SiO_2颗粒不宜大于653μm。

稀土Dy在等离子W-Mo-Dy共渗中的动力学行为

采用等离子渗金属技术在碳钢表面形成W-Mo共渗层和W-Mo-Dy共渗层,利用origin数值软件、菲克第二定律、阿累尼乌兹公式分析W、Mo、Dy在共渗中的动力学行为。结果表明：在表面0~5μm处,由于稀土Dy的加入使W、Mo原子的扩散系数分别提高了0.94倍和0.62倍,在80μm处,W-Mo-Dy共渗较W-Mo共渗W、Mo原子的扩散速度分别提高了2.87倍和1.07倍;稀土Dy的加入使表面5μm处的W、Mo原子的扩散激活能分别降低7.13和5.19k J/mol,使得90μm处W、Mo原子的扩散激活能分别降低32.20和10.83 k J/mol。在相同工艺条件下,W-Mo-Dy共渗表层控制扩散的主要因素是空位浓度,在次表面稀土Dy可降低W、Mo的扩散激活能。

75Cr1钢加热炉内表面脱碳分析

在实验室模拟现场加热炉加热过程,在CO_2、O_2、H_2O、N_2体积分数分别为16.5%、0.8%、13%、69.7%的混合气氛下对75Cr1钢加热保温。通过正交实验研究了加热温度(975、1 050、1 125、1 200℃)和保温时间(10、20、30、40min)对75Cr1钢脱碳的影响规律。并与菲克第二定律的计算结果进行了对比。实验结果表明:脱碳层深度随着加热温度和保温时间的增加而增加,并且当温度为1 200℃时,增幅明显变大;975℃时的实测值接近理论值,1 050、1 125、1 200℃时,实测值远小于理论值;扩散系数修正后计算值与实测值基本保持一致。