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。

基于VTK的Fick第二定律动态扩散过程模拟

Fick第二定律是固体物理学中关于非稳态条件下的扩散宏观理论基础,动态扩散过程的可视化模拟将有助于研究人员直观快捷地了解和掌握物质扩散对周围物质和环境的影响.使用VTK实现了Fick第二定律在一维条件下动态扩散过程的可视化模拟,为研究人员应用Fick第二定律以及迅速地直观了解扩散结果提供了有益的参考和方法.

用Fick第二定律描述混凝土中氯离子浓度分布的适用性

结合室内试验及现场试验所测得的氯离子浓度分布,与Fick第二定律给出的氯离子浓度分布曲线进行比较,分析了不同侵蚀环境下氯离子浓度分布的特点并计算了其与Fick分布两者间的相关性。结果表明,Fick第二定律适用于室内试验环境、现场盐雾作用环境和海水浸泡环境,经适当修正后,还可适用于有碳化或硫酸根影响的环境,但不适用于海水反复淋溅作用下的环境。

多孔固体表面扩散问题中Fick定律交叉项扩散系数的确定

对多孔固体表面扩散二元系统给出Fick定律交叉项扩散系数矩阵形式的计算式,并将其推广到三元及多元扩散系统,得到Fick定律交叉项扩散系数普遍化的计算式。

Fick第二定律的应用研究现状与展望

Fick第二定律通常被用来描述氯离子在混凝土中的扩散性质,对于Fick第二定律在钢筋混凝土结构寿命预测的应用,已经有许多学者对其进行了研究。本文总结了他们的研究成果,分别从Fick第二定律公式中的各个影响参数出发,对公式进行讨论,并且根据公式中各个参数的不确定性,提出了Fick第二定律应用发展方向,即应用随机微分方程理论建立随机模型。

Fick第二定律的应用讨论

本文简要介绍了Fick第二定律和前人所做的一些改进工作，然后提出表面氯离子浓度是关于时间的周期性函数的问题。

基于侵蚀扩散模型的混凝土硫酸根离子传输模拟

探讨盐湖、盐渍土地区混凝土内硫酸根离子(SO_(4)^(2-))侵蚀问题,基于Fick第二定律,考虑扩散系数随混凝土孔隙率及曲折度变化,建立受侵蚀混凝土硫酸根离子侵蚀扩散模型,结合COMSOL Multiphysics软件仿真分析不同溶度SO_(4)^(2-)溶液浸泡条件下混凝土内SO_(4)^(2-)与铝酸钙类物质(CA)分布演化规律。结果表明:受侵蚀混凝土内SO_(4)^(2-)分布数值结果与试验值吻合较好;溶液浓度越高SO_(4)^(2-)扩散速度越快;相同侵蚀时间下SO_(4)^(2-)浓度与侵蚀深度呈负指数关系,CA含量由表及里变化,侵蚀表面CA含量最少;相同侵蚀深度下SO_(4)^(2-)浓度随侵蚀时间增加呈S型增长趋势,而CA含量则显著减小。

基于Fick扩散理论的气相腐蚀环境氯离子传感器

根据海洋气相盐雾腐蚀微液膜环境特征,提出了一种基于Fick扩散理论的全固态叉指状氯离子传感器。通过测量电极过渡时间来间接测量微液膜氯离子浓度,并给出了氯离子传感器叉指电极设计规则。该型传感器依次通过溅射、光刻、化学镀膜以及电镀法镀膜等多种工艺制作而成,在0. 1~1 mol/L氯化钠微液膜范围内的校准曲线线性度约为0. 972 5,灵敏度达到2. 38 s1/2/(mol/L),72 h内氯离子浓度测量误差小于4. 2%,呈现良好的稳定性和感知能力。pH值干扰实验结果显示:传感器在pH值2~9范围内测量误差小于7%,表明:该传感器具有较强的抗干扰能力。

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。

甲烷及二氧化碳在不同煤阶煤内部的吸附扩散行为

采用容量法确定吸附量的方法,基于Fick第二定律,在吸附平衡压力约为1.4 MPa,温度为35～65℃的实验条件下,研究了甲烷(CH4)和二氧化碳(CO2)在不同煤阶煤内部的吸附扩散行为。研究结果表明:Fick第二定律能够很好地描述CH4及CO2在不同煤阶煤内部的扩散行为;CH4和CO2有效扩散系数随着吸附温度的升高而增大,同时有效扩散系数和煤阶(利用镜质组最大反射率Ro,max表征)之间呈现"U"形关系;相同条件下,同种煤样的CO2有效扩散系数高于CH4;CH4和CO2在不同煤阶煤内部的扩散主要受微孔内部的表面扩散控制。

盐雾环境下氯离子在混凝土中的扩散

通过模拟滨海盐雾环境,采用不同配合比的混凝土试样,进行盐雾环境下的腐蚀试验,研究盐雾氯离子在混凝土中的扩散模型.研究发现,盐雾氯离子在混凝土中的扩散与Fick第二定律的解析解存在一定差距.实验引入环境系数概念,提出经修正的Fick第二定律,推导出修正后的解析解.实验结果显示,实测数据和修正的Fick第二定律符合很好.在实际滨海环境下,选取两处有代表性的钢筋混凝土结构,在典型部位抽取芯样,考察了实际盐雾氯离子对混凝土结构的作用,结合当地环境特征,通过拟合数据点,确定环境系数,验证了环境系数在实际混凝土结构中的应用及其评价意义.

CO2在原油中的扩散规律及变扩散系数计算方法

通过室内实验与理论计算相结合建立CO_2在体相及多孔介质中变扩散系数的计算模型,得到不同黏度原油在多孔介质中的变扩散系数,并结合文献中的常扩散系数计算模型,利用MATLAB进行数据拟合与编程,对比分析两种计算方法下的平均扩散系数以及CO_2在溶液中的传质扩散行为。结果表明:原油黏度越大,扩散系数越小,扩散平衡时间越长;采用变扩散系数可以更好地解释扩散过程中的非稳定阶段与稳定阶段,其扩散行为更符合实际条件下的扩散规律。

黔北旦坪铝土矿床胶体包粒成因及其形成时间估算

世界大多数铝土矿床中均发育有同心层状的颗粒结构,其生长过程记录了铝土矿成矿相关信息,具备重建铝土矿成矿环境的潜力。区别于碳酸盐岩鲕粒,对铝土矿床中这种类似鲕粒的多圈层包粒结构的研究还不够深入,其基本的定义、成因与生长时限均不明确,亟待进一步研究。针对这一问题,结合现代热带氧化土剖面中淀积黏化层产出包粒结构这一特点,对黔北务川—正安—道真(务正道)地区旦坪矿区下二叠统铝土矿开展了相关研究,提出将铝土矿同心层状结构命名为“胶体包粒结构”。本研究在对旦坪铝土矿床典型含矿岩系剖面地质特征研究基础上,重点对其中的胶体包粒开展了研究。旦坪铝土矿中的胶体包粒由不同类型的核心及周围交替出现的铝赤铁矿、勃姆石圈层组成。采用二分值法对包粒圆度进行了统计,分析结果显示其圆度以圆形、近圆形为主。归一化处理包粒圈层范围为11.2~319.5μm。对胶体包粒圈层数目的统计发现,其层数以1~3层为主。基于以上统计数据,研究使用Fick第一定律及其拓展式对铝土矿胶体包粒生长时间进行估算,并尝试构建其扩散生长模型。胶体包粒生长时间计算结果表明:胶体包粒内铝赤铁矿圈层的形成时间为0.1~96.9年,勃姆石圈层的形成时间为0.2~143.6年。微观尺度胶体包粒(粒径0.1~0.4 mm)的形成时间约为0.6~481.2年;手标本尺度胶体包粒(粒径2.0~5.0 mm)的形成时间为1178~7364年。预估铝土矿中各尺度胶体包粒(粒径0.1~5.0 mm)的形成时间为0.6~7364年。以上研究结果表明,胶体包粒结构与铝土矿形成过程中淋滤作用之间存在较为复杂的联系:互层状圈层的形成指示了旦坪地区含铝土矿地层中胶体包粒的周期性凝聚作用,从微观上刻画了周期性的成矿节律。胶体包粒形成过程中铝的地球化学行为可能是主导因素,其行为特征主要受到风化剖面中有机酸浓度、氧化还原条件、圈层矿物表面电荷属性等关键控制条件对羟基铝和交换铝的吸附富集过程的影响。

大宛齐油田溶解气扩散特征及其扩散量的计算

通过对库车坳陷大宛齐油田第四系和上第三系康村组的油田溶解气组成在深度上的分布特征分析,认为大约在埋深450m以内的上部油层溶解气扩散作用强烈,不仅致使甲烷含量降低,乙烷、丙烷等组分百分含量相对升高,而且也降低了气油比,扩大了油藏的地饱压差。根据Fick第二扩散定律模拟计算油层的溶解气中甲烷浓度,从上新世中期到第四纪末期,油田上部的散失比例为54％,埋藏深度较大的下部油层的扩散作用较弱,散失比例为13％。图1表3参3（陈义才摘）

钢筋存在对氯离子扩散阻滞影响的有限元分析

一般认为,氯离子主要通过扩散方式侵入钢筋混凝土结构从而导致其中钢筋发生腐蚀破坏。目前应用广泛的Fick第二定律并没有考虑混凝土结构由于钢筋存在改变了氯离子浓度在时间、空间上的分布,而将混凝土结构/构件当成无加筋的素混凝土对待。事实上,氯离子不能透过钢筋输移,使得距离混凝土表面最近的钢筋周围氯离子集聚速度加快,进而导致氯离子侵蚀混凝土中钢筋开始发生腐蚀的时间大大提前。所以以往没有考虑钢筋存在阻滞影响的Fick第二扩散定律的预测结果偏于危险,本文通过大量有限元计算,分析了钢筋存在对氯离子在混凝土中扩散阻滞影响的规律性。可将改进的Fick第二扩散定律解析解应用于混凝土中钢筋开始发生锈蚀时间的预测。

油纸绝缘微水扩散的暂态分布模型

用费克(Fick)第二扩散定律推导油纸绝缘中微水扩散的方程,通过分析边界条件并用数值分析法求解该偏微分方程,得到不同时刻绝缘纸中微水浓度随厚度变化的分布曲线,通过对这些分布曲线的积分计算获得绝缘纸中平均微水浓度随时间的变化曲线,数学分析和实验结果都表明该曲线符合指数函数,但该指数函数的平衡时间受温度、油纸绝缘中微水的稳态浓度、绝缘纸的厚度和透水方式等因素的影响,计算机仿真表明这几种因素对平衡时间的影响是互相独立的。最后通过求取所有单个因素下的平衡时间计算式,综合得到多个因素下的平衡时间的计算方程式。

植物油纸绝缘的微水扩散特性

植物油纸绝缘的微水扩散特性研究,是采用植物绝缘油作为绝缘材料的高压电气设备内部微水质量分数监测与危险性评估的基础。为此,采用费克第二扩散定律一维模型,推导出菜籽绝缘油浸纸微水扩散方程;设计了菜籽绝缘油浸纸微水扩散实验系统及实验方法,根据实验结果拟合出菜籽绝缘油浸纸中微水扩散系数;根据定解条件并采用分离变量法求解,得出菜籽绝缘油浸纸中微水质量分数分布计算公式,并对菜籽绝缘油浸纸微水质量分数动态分布进行了仿真计算,并与矿物绝缘油浸纸微水质量分数分布计算结果进行对比分析。研究结果表明,由于菜籽绝缘油能通过界面粘滞力、亲水性和氢键作用等方式,对微水从菜籽绝缘油向绝缘纸中的扩散具有明显的抑制作用。

煤屑瓦斯扩散规律研究

为深入探讨煤屑瓦斯扩散规律，基于Fick定律，建立了煤屑瓦斯球向流动微分方程，并运用分离变量法对其进行解算，得出了煤屑瓦斯扩散规律的无穷级数解；通过理论分析及模拟计算，对无穷级数解进行了简化，获得了其近似解。研究表明：在B值为6．5797×10～～6．5797×10（-3）s（-1）范围内，凡=135，K=O．92时，理论分析结果与煤屑瓦斯实际扩散过程相符，B值标志着瓦斯扩散的快慢程度及衰减程度，可作为煤屑瓦斯扩散特征指标；煤屑瓦斯扩散速度在扩散瞬间达到峰值，此后随时间的延长逐渐衰减，最终无限趋近于0，扩散速度曲线存在一条水平渐近线p=0，但少数学者提出的铅直渐近线并不存在；在同一时刻，吸附平衡压力越大，则煤屑累计瓦斯涌出量越大，瓦斯扩散速度也越快。

持续荷载下混凝土的氯离子扩散性能研究

基于实际海洋环境暴露条件,研究了力学荷载作用下混凝土中的氯离子扩散性能。以Fick第二定律理论为基础,用误差函数对混凝土中随深度变化的氯离子含量分布进行了曲线拟合,从而得到氯离子表观扩散系数,并以此表征氯离子在混凝土中的传输性。分析了氯离子的扩散系数与原材料、配合比、暴露环境以及力学荷载间的关系。结果表明,力学荷载对海洋环境下混凝土中的氯离子传输性能有显著影响,在利用氯离子扩散模型预测暴露海洋环境下混凝土结构的使用寿命时,需要考虑荷载因素的影响。

吐哈盆地红南-连木沁油田溶解气扩散特征及其扩散量计算

通过对吐哈盆地台北凹陷红南-连木沁油田的中、上侏罗统和白垩系油藏溶解气组成在纵向上的分布特征分析,认为大约在埋深小于1 450 m的白垩系油藏溶解气扩散作用强烈,不仅使甲烷含量显著降低,乙烷、丙烷等组分含量相对升高,而且也降低了溶解气油比,扩大了油藏的地饱压差。根据Fick第二扩散定律,模拟计算白垩系油藏溶解气中甲烷从中新世后期到第四纪末期扩散作用的累计散失率为82%。