Generalized Van der Waals Equation for Liquid-Vapor Equilibria in a Stationary Gravitational Field

The behavior of liquids undergoing phase transition in the gravitational field is studied by considering the generalized Van der Waals equation. Considering the two simple models for liquid-vapor boundary of a pure classical fluid, the generalized Van der Waals equation shows how the three critical parameters (critical temperature, critical volume and critical pressure), suffice to describe the reduced state parameters (reduced temperature, reduced volume and reduced pressure), the concentration profile and the liquid-vapor boundary position, which can be used to observe transition phenomenon. This model shows how the form of the equation can influence the vertical phase separation induced by the stationary gravitational field, and on the gas condensation effects.

空温式汽化器翅片管壁面温度变化特性实测研究

为推动空温式汽化器的应用发展,深入探究空温式汽化器的传热问题本质,开展空温式汽化器翅片管壁面温度变化特性实测研究。以液氮作为实验工质,搭建空温式汽化器翅片管壁面测温实验平台,分析空温式汽化器翅片管壁面温度变化特性。结果表明:空温式汽化器翅片管整体壁面温度随运行时间增加逐渐减低;翅片管壁面温度沿远离汽化器入口方向温度呈升高趋势,当实际汽化量为96 Nm3/h时,第1、7、11和16根翅片管壁面温度衰减率分别为254.0%、91.8%、56.5%和30.3%,当实际汽化量减小时,汽化所需翅片管总长度缩短。

保偏光纤制备及其参数测试原理

为了研制工作波长为1310 nm的保偏光纤,采用改进的化学气相沉积工艺制备了保偏光纤预制捧和应力棒,经加工、拼接、清洗、拉丝工艺后,得到几何尺寸精确的高质量保偏光纤;同时搭建了高效测试系统,采用折射近场法、远场扫描法、视频灰度技术(传输近场),分别测量了预制棒的折射率分布和几何尺寸,保偏光纤模场直径、数值孔径、几何尺寸等关键参数。结果表明,此标准化测试系统操作流程简单、结果精确;模场直径为6.26μm,数值孔径为0.23,包涂直径80μm/135μm/165μm(精度±0.7μm);终检测试合格的光纤成品随机抽样16.25%,高低温老化实验后拍长、串音变化小。所研制的保偏光纤性能稳定,几何尺寸精确、结构均匀、损耗低,具有优良保偏性能,已广泛应用于实际生产中。

栅片式直流接触器开断电弧过程中的重击穿现象及成因研究

为了探究直流接触器产品开断过程中电弧重击穿的物理机理,在考虑非均匀磁场分布的情况下建立磁流体动力学(MHD)模型,发现不同铜蒸气浓度下的2种电弧重击穿现象,即栅片间电弧重击穿和触头间电弧重击穿。触头间电弧重击穿会显著增加电弧燃弧时间,在实际应用中应尽量避免。电弧重击穿现象的发生与灭弧室内的气流漩涡和动静触头间的气体流速差有关。研究结果可为直流接触器灭弧室的设计提供理论指导和定量数据参考。

一步TCVD法制备大面积碳纳米管冷阴极及其场致发射性能研究

本文提出一步热化学气相沉积法(TCVD)热解二茂铁,并直接在硅衬底上制备大面积(1 cm^(2))、高质量碳纳米管(CNTs)场致发射冷阴极阵列的制备工艺.通过调控二茂铁的热解温度(650~1000℃),获得了最佳的二茂铁的碳转化效率以及高结晶度的碳纳米管阵列.研究了不同热解温度下制备的碳纳米管微观形貌及其对场致发射性能的影响机制.场致发射实验测试表明在热解温度850℃条件下制备的碳纳米管冷阴极其开启电场(10μA/cm^(2))和阈值电场(1 mA/cm^(2))分别为1.32 V/μm和2.64 V/μm,最大电流密度为14.51 mA/cm^(2),对应的场增强因子为13267,表现出良好的场发射性能.本文提出的一步制备碳纳米管冷阴极阵列的制备方法无需任何蚀刻气体或光刻图案工艺,该方法安全、经济、可重复性好,在碳纳米管场发射冷阴极领域具有广阔的应用前景.

静电场对调湿盐溶液-空气界面及粒子作用影响机理

为探索静电场作为强化气液界面能质传递新方法的可行性,研究了静电场强化盐溶液-空气体系能质传递的微观机理.以质量分数为50%的溴化锂溶液为例,运用分子动力学模拟方法定量分析了强度为0~1 V/nm的静电场作用下界面结构特性、粒子间相互作用及输运性质的变化.结果表明,外加静电场可以增加气液界面区域厚度,影响水分子取向,从而增加水分子参与到能质传递过程中的概率;外加静电场还可以减弱粒子间相互作用力,减小表面张力,破坏界面层氢键结构,从而减弱相际能质传递阻力.在多因素共同作用下,气液界面水分子自扩散系数增大,从而强化相际能质传递.因此,外加静电场通过调控界面结构及分子行为,成为调湿盐溶液-空气体系能质强化的新方法.

An easy way to controllably synthesize one-dimensional Sm B_6 topological insulator nanostructures and exploration of their field emission applications

A convenient fabrication technique for samarium hexaboride（SmB6） nanostructures（nanowires and nanopencils） is developed, combining magnetron-sputtering and chemical vapor deposition. Both nanostructures are proven to be single crystals with cubic structure, and they both grow along the [001] direction. Formation of both nanostructures is attributed to the vapor-liquid-solid（VLS） mechanism, and the content of boron vapor is proposed to be the reason for their different morphologies at various evaporation distances. Field emission（FE） measurements show that the maximum current density of both the as-grown nanowires and nanopencils can be several hundred μA/cm^2, and their FN plots deviate only slightly from a straight line. Moreover, we prefer the generalized Schottky-Nordheim（SN） model to comprehend the difference in FE properties between the nanowires and nanopencils. The results reveal that the nonlinearity of FN plots is attributable to the effect of image potential on the FE process, which is almost independent of the morphology of the nanostructures.All the research results suggest that the SmB6 nanostructures would have a more promising future in the FE area if their surface oxide layer was eliminated in advance.

Simple method to rapidly fabricate chain-like carbon nanotube films and its field emission properties

A simple process to fabricate chain-like carbon nanotube （CNT） films by microwave plasma-enhanced chemical vapor deposition （MPCVD） was developed successfully. Prior to deposition, the Ti/Al2O3 substrates were ground with Fe-doped SiO2 powder. The nano-structure of the deposited films was analyzed by scanning electron microscopy （SEM）, transmission electron microscopy （TEM）, and Raman spectroscopy. The field electron emission characteristics of the chain-like carbon nanotube films were measured under the vacuum of 10-5 Pa. The low turn-on field of 0.80 V/μm and the emission current density of 8.5 mA/cm2 at the electric field of 3.0 V/μm are obtained. Based on the above results, chain-like carbon nanotube films probably have important applications in cold cathode materials and electrode materials.

合成石英玻璃炉膛内气流场模拟仿真国内外发展现状

在合成石英玻璃的生产过程中,炉膛的设计以及炉膛内气流场的合理分布和控制会影响合成石英玻璃的均匀性和温度分布,从而进一步影响合成石英玻璃的物理性能和化学成分均匀性,因此炉膛内气流场的稳定性对于提高合成石英玻璃的生产效率具有重要作用。本文介绍了合成石英玻璃的特性及相关应用,针对目前炉膛内气流场温度较高且无法进行测试等问题,结合国内外关于气流场模拟的研究现状,总结了目前气流模拟方法、仿真模型、数值计算技术等方面的研究进展。通过比较和分析多种模拟方法和模型,总结了计算流体力学(CFD)方法在合成石英玻璃制备中的应用前景。此外,文中还提出了多物理场耦合应用的发展方向,这为优化合成石英玻璃的制备流程和产品质量提供了参考。

裂隙岩体非饱和带温度场和湿度场分布特征及其生态学意义

矿产资源开发及交通设施建设导致大量山体破坏,形成的高陡岩质边坡引发严重的地质安全隐患及生态功能退化等问题,高陡岩质边坡的生态修复势在必行。边坡生态修复的重点在于植被的重建,目前尚存在修复理论缺乏、重建条件不明等诸多难题。为了阐明岩质边坡内温度场和湿度场与边坡植物生长之间的关系,在山东省章丘市小东山建立试验场,开展了多期次边坡温度和相对湿度监测试验,研究了岩质边坡温度场和湿度场的分布特征,并深入分析了其生态学意义。研究表明:(1)大气温度造成了各季节监测孔内温度变化的差异性,冬季裂隙岩体非饱和带内热量从岩体深层传递到岩体表面,春季、夏季则相反,岩体内变温带的深度范围是0~467 cm,恒温带的深度大于467 cm;(2)冬季边坡内的相对湿度随着深度的增加先升高再降低,春季、夏季边坡内的相对湿度随着深度的增加逐渐升高;(3)冬季岩体内20 cm深度附近会出现水汽饱和带,夏季在20~40 cm深度处开始出现水汽饱和带并往更深处延伸;(4)岩体内温度和湿度适宜植物生长,将植物在春季种于20 cm深度附近更易于存活。研究结果对于指导岩质边坡生态修复工作具有重要的理论意义与应用价值。

Field Electron-Emission from a-CN_x:H Films Formed on Al Films Using Supermagnetron Plasma CVD

Hydrogenated amorphous carbon nitride (a-CNx:H) films were formed on p-Si, Al films deposited on n-Si (Al/n-Si) and glass (SiO2) (Al/glass) substrates, using pulsed rf supermagnetron plasma chemical vapor deposition (CVD) with N2/i-C4H10 mixed gases. The rf powers (13.56 MHz) of both the upper and lower electrodes were modulated by a 2.5-kHz pulse at a duty ratio of 12.5%. N2 gas concentration was controlled at 70%. The optical band gap of a-CNx:H films was about 0.75 eV. The a-CNx:H films deposited on substrates of p-Si, Al/n-Si and Al/glass showed low threshold emission electric fields (ETH) of 10, 13 and 12 V/μm, respectively. The a-CNx:H film deposited on low-cost Al film (Al/glass) showed a sufficiently low ETH of 12 V/μm, eliminating the need for high-cost p-Si substrates.

Effect of nitrogen on deposition and field emission properties of boron-doped micro-and nano-crystalline diamond films

In this paper,we report the effect of nitrogen on the deposition and properties of boron doped diamond films synthesized by hot filament chemical vapor deposition.The diamond films consisting of micro-grains(nano-grains) were realized with low(high) boron source flow rate during the growth processes.The transition of micro-grains to nano-grains is speculated to be strongly(weekly) related with the boron(nitrogen) flow rate.The grain size and Raman spectral feature vary insignificantly as a function of the nitrogen introduction at a certain boron flow rate.The variation of electron field emission characteristics dependent on nitrogen is different between microcrystalline and nanocrystalline boron doped diamond samples,which are related to the combined phase composition,boron doping level and texture structure.There is an optimum nitrogen proportion to improve the field emission properties of the boron-doped films.

Morphology and Field Emission of ZnO Nanomaterials at Different Positions

By simply adjusting the temperature and the number of materials, rod-like ZnO with different morphology, such as ZnO nanoneedles, were synthesized by a flexible thermal evaporation method. The ZnO nanorod array has the lowest turn-on field, the highest current density, and the highest emission efficiency due to its good contact with the substrate and relatively weak field shielding effect. Experiments show that the morphology and orientation of one-dimensional ZnO nanomaterials have a great influence on its conduction field and emission current density, and the nanoarrays also contribute to electron emission. The research results have a certain reference value for the application of ZnO nanorod arrays as cathode materials for field emission devices.

基于TMVOC的有机污染场地热强化气相抽提修复效果模拟

热强化气相抽提技术因其修复周期短、二次污染可控以及对土壤质地和污染物性质适应性较强等优势,被广泛应用于有机污染场地修复,但目前国内外关于该技术的数值模拟研究较少. TMVOC模型可模拟多孔介质的热量传递及污染物的运移、去除过程.为建立系统化、精准化的有机污染场地热强化气相抽提修复模型,探究有机污染场地热强化气相抽提修复过程,提高热强化气相抽提技术的治理精度,以天津某试剂厂中试场地为研究对象,采用TMVOC模型模拟原位热传导(TCH)强化气相抽提过程中场地的温度变化及目标污染物氯苯的去除效果,结合中试数据进一步阐明场地升温过程及氯苯的去除规律,并验证TMVOC模型的可信度.结果表明:(1)模拟加热7周后,TCH-A区的平均温度为99.4℃,维持该温度1周后平均温度降为95.0℃,升温过程温度监测数据模拟值与试验值的拟合优度R为0.995.(2)模拟加热7周后,TCH-B区的平均温度为84.8℃,维持该温度1周后平均温度升至88.0℃,升温过程温度监测数据模拟值与试验值的拟合优度R为0.989.(3)模拟热强化气相抽提修复8周后,氯苯的去除率达97.3%,第1周的去除速率最慢,第4周最快,修复后氯苯浓度模拟值与试验值的拟合优度R为0.910.研究显示,TMVOC模型可有效模拟热强化气相抽提过程中场地温度和污染物的变化规律,为有机污染场地热强化气相抽提技术的精准化修复提供支撑.

川中地区含硫气田水闪蒸气脱硫除臭工艺应用现状与优化建议

含硫天然气田开发中产出的气田水逸散出的闪蒸气含有硫化氢、有机硫等恶臭污染物,影响站场周边环境空气质量,危害现场人员健康。因此,对含硫气田水逸散闪蒸气的有效治理是含硫气田开发安全、清洁生产的要求。文章结合当前国家大气污染防治政策和中国石油温室气体控排要求,对川中含硫气田水闪蒸气采取的脱硫除臭措施的适宜性进行分析,指出不同气田、不同阶段采用的脱硫除臭工艺的局限性。建议针对气田生产特点对含硫气田水闪蒸气治理工艺进行深入研究,在满足安全生产、避免公众环境投诉的条件下,积极落实国家节能提效、低碳排放政策,在新改扩建项目中因地制宜做出调整。

高温退火Cu(111)衬底上生长高质量厘米尺寸单晶石墨烯

二维(2D)石墨烯具有原子层厚度,在电子器件中展示出突破摩尔定律限制的巨大潜力。目前,化学气相沉积(CVD)是一种广泛应用于石墨烯生长的方法,满足低成本、大面积生产和易于控制层数的需求。然而,由于催化金属(例如Cu)衬底一般为多晶特性,导致CVD法生长的石墨烯晶体质量相对较差。为此,通过高温退火工艺制备了Cu(111)单晶衬底,使石墨烯的初始成核过程得到了很好的控制,从而实现了厘米尺寸的高质量单晶石墨烯的制备。根据二者的晶格匹配关系,Cu(111)衬底为石墨烯生长提供了唯一的成核取向,相邻石墨烯成核岛的边界能够缝合到一起。单晶石墨烯具有高电导率,相较于原始多晶Cu上生长的石墨烯(1415.7Ω·sq^(-1)),其平均薄层电阻低至607.5Ω·sq^(-1)。高温退火能够清洁铜箔,从而获得表面粗糙度较低的洁净石墨烯。将石墨烯用于场效应晶体管(FET),器件的最大开关比为145.5,载流子迁移率为2.31×10^(3)cm^(2)·V^(-1)·s^(-1)。基于以上结果,相信本工作中的单晶石墨烯还满足其他高性能电子器件的制备。

城市燃气管网泄漏蒸气云爆炸事故风险评估

为解决城市燃气管网泄漏蒸气云爆炸事故的风险定量评估问题,提出一种网格化的风险评估方法。首先,综合分析管道故障的影响因素和管道泄漏蒸气云爆炸的后果损失类型,并计算管道的失效概率和管道某一点泄漏导致蒸气云爆炸后在一个网格内的后果损失货币量化值,两者相乘得到该网格中心点的风险值。然后,利用叠加场的原理,将对网格中心点有影响的管段各点风险值耦合叠加,得出各网格中心点的总风险值,进而绘制出评估区域的风险等值线。最后,应用于实例,绘制出某地区燃气管网泄漏蒸气云爆炸的风险等值线,根据风险可接受准则,评价区域划分为特别、重点和一般防护区,并得到相应的防护区域范围。结果表明:网格化的风险评估方法能够准确评估城市燃气管网泄漏蒸气云爆炸事故风险,并使区域风险划分相比传统方法更加精细和形象,有助于提高社会安全防护物资利用率。

直流磁场作用下铜蒸气对电弧特性的影响

为研究直流纵向磁场作用下金属蒸气对熔化极气体保护焊(gas metal arc welding,GMAW)电弧特性的影响,将钨铜复合材料制成特殊钨极代替熔化极产生铜蒸气,利用高速摄像法、光谱测温法以及小孔探测法对其进行了测试研究.结果表明,铜蒸气进入电弧等离子体后,电弧出现分层,随铜蒸气含量的增加,弧芯外围区域半径随之增加,弧芯区的尺寸减小.当铜含量为0%时,外加直流磁场后,电弧在阴极区收缩阳极区扩张,其轴向最高温度明显上升;电弧压力峰值偏离轴线,在外加磁场强度为0.015 T时呈现双峰分布,电流密度与电弧压力分布趋势相似;随着铜蒸气的介入,弧芯区电弧表现为阴极区收缩,阳极区扩张,弧芯周围的铜蒸气则明显收缩,电弧轴向最高温度上升的幅度明显降低.随着铜含量的增加,电弧的导电面积增加,环向电磁力作用减弱,电弧中心压力下降幅度显著降低,阳极电流密度的分布趋势逐渐趋于扁平化.

小孔流道内容积交变空化流场特性分析

目的基于容积交变空化原理,研究小孔流道内容积交变空化流场的演变规律,以及容积交变频率和容积变化量等关键工艺参数对流场特性的影响,为容积交变空化抛光小孔内表面提供指导。方法首先,建立小孔流道内容积交变空化流场的三维瞬态仿真模型。其次,采用标准k-epsilon模型、Zwart-Gerber-Belamri模型模拟不同容积交变频率和容积变化量下容积交变空化流场含气率和湍流强度,并与高速摄像结果进行比较分析。最后,对机械加工的Al1060和T2 Cu小孔内表面进行抛光,验证容积交变空化抛光小孔内表面的可行性。结果在一个周期内,当容积变化量为20mm,容积交变频率分别为90、100、110、120Hz时,小孔流道内容积交变空化流场含气率和湍流强度均随容积交变频率的增大而增大,含气率最高可达0.6648;当容积交变频率为120 Hz,容积变化量分别为10、15、20、25 mm时,小孔流道内容积交变空化流场含气率和湍流强度均随容积变化量的增大而增大,含气率最高可达0.7068。随着活塞的拉伸和压缩,湍流强度也由两边强、中间弱逐渐转变为两边弱、中间强,并在周期末达到最大。实验研究表明,经过容积交变空化抛光后,Al 1060小孔内表面的粗糙度由0.7044μm降低到0.3247μm,T2 Cu小孔内表面的粗糙度由0.7214μm降低到0.3573μm,小孔内表面粗糙度明显降低。结论容积交变空化抛光小孔内表面具有可行性。可通过提高容积交变频率和容积变化量来提高小孔流道内容积交变空化流场含气率和湍流强度,进而提高容积交变空化抛光小孔内表面的抛光效率。

小型核磁共振陀螺无磁加热线圈设计与仿真

针对小型核磁共振陀螺原子气室加热与剩磁抑制要求,设计了一种用于毫米级原子气室的无磁加热线圈。利用热-磁仿真分析了加热线圈结构参数和加热电流对原子气室温度和剩磁的影响规律。针对给定的原子气室加热方案,开展了加热线圈结构和电流参数优化。设计结果表明:原子气室内部最大直流剩磁<0.3 nT,所设计的加热线圈和方案满足样机气室无磁加热要求。