陶瓷材料的SHS超快速致密化技术

自蔓延高温合成(self-propagating high-temperature synthesis,SHS)是一种在数秒～几十秒内即可完成的合成技术,但是直接产物是多孔状的.在SHS产物还处于高温软化状态时立即快速加压(quick pressing,QP),可以一步实现合成和致密化获得致密材料,这一技术被称为SHS/QP技术.传统的高温烧结的致密化过程主要靠原子扩散实现,SHS/QP过程如此之快,其致密化机理尚不明确.为此,探讨了SHS/OP技术制备金属陶瓷和复相陶瓷的致密化机理.研究了SHS/OP技术制备金属陶瓷、复相陶瓷和叠层复合材料的结构和工艺过程,并制备了密实材料.结果表明:基于塑性变形机理,SHS/QP技术能制备出密实、晶粒基本不长大的纳米陶瓷.     

自蔓延高温合成层状Ti3SiC2陶瓷的显微组织演变

本文采用燃烧波前沿淬熄法研究了层状Ti3SiC2陶瓷在自蔓延高温合成(SHS)过程中的显微组织转变过程。用扫描电子显微镜观察了SHS反应中其显微组织的转变过程,用能谱仪分析了各微区的成分变化,测量了燃烧温度TC,并通过XRD分析了燃烧产物的相组成。研究结果表明,层状Ti3SiC2陶瓷自蔓延高温合成(SHS)的反应机理为溶解—析出机制,Ti粉与Si粉的固态扩散导致低熔点Ti-Si溶液形成,Ti、Si、C粉粒逐渐向Ti-Si溶液中溶解,当溶液中的Ti、Si、C浓度饱和时,从中析出TiC、SiC颗粒。最后TiC和SiC与剩余的熔融Ti通过固—液反应转化生成最终产物Ti3SiC2。     

SHS转炉补炉料的物相组成及显微结构特征

利用自蔓延高温合成(SHS)原理,选择工业铝粉作为发热剂,菱镁矿为供氧剂,通过铝热反应,研制出了一种以镁砂为骨料,以镁铝尖晶石和炭质材料作为结合相的新型SHS转炉补炉料.对不同环境温度下补炉料的物相组成及显微结构进行了研究,并对合成尖晶石的固相反应原理及SHS产物相的烧结机制进行了探讨.结果表明补炉料中颗粒状的骨料方镁石与SHS反应产物尖晶石、非晶质碳、少量刚玉相和硅酸盐玻璃相共同构成含有气孔的交织结构,形成尖晶石、碳桥和陶瓷相与方镁石骨料的多重结合;SHS反应过程分碳酸盐矿物的分解反应、铝热氧化还原反应(即SHS反应)和合成尖晶石的固相烧结反应三步进行,其烧结受扩散机理控制.     

高层建筑火灾时烟气温度扩散的数值模拟

分析了高层建筑火灾期间疏散通道内烟气温度场分布的变化规律.通过建立热平衡差分方程,分析烟气与建筑物墙体的传热过程;建立烟气与空气混合的数学模型,分析烟气在高层建筑横向通道内的扩散过程.通过算例分析了烟气温度与扩散时间和疏散通道长度的变化规律,在烟气扩散过程中烟气温度变化受火源烟气发生量的影响较大,而受建筑墙体与烟气热交换的影响较小.     

液态金属在环管进口段的传热以及轴向导热的影响

从一般控制方程出发,根据环管热进口段传热特点,结合优化选择影响传热的诸如速度分布、湍流热量扩散率和动量扩散率等半经验关系式,建立能借助计算机理论求解的计算模型,并在进一步简化条件下计算、分析了轴向导热对进口段传热的影响。     

流态化强化功能纤维回收贵金属过程的传质传热

针对氧化还原功能纤维回收贵金属过程为扩散、传质控制的事实,提出用传质传热速率高的流态化技术强化该过程。初步考察了流态化强化功能纤维回收贵金属的过程机制,阐述了功能纤维流态化过程系统的特点,在此基础上,研究了分析了该过程系统的传质和传热行为,为建立了相关的数学模型,为该过程实际应用提供依据。     

多物理场中热扩散效应对传热传质的影响

为了便于消除或控制室内挥发性有机化合物(VOCs),分析了VOCs在室内环境中的扩散规律。基于不可逆过程热力学原理,在考虑交叉耦合扩散效应的基础上,建立了3个物理量的梯度驱动下封闭空间内自然对流传热传质的数学模型。采用数值方法研究了室内环境中同时存在温度梯度、湿度梯度和VOCs浓度梯度时的自然对流传热传质现象,并着重考察了多物理量的梯度耦合作用下热附加扩散效应对传热传质的影响,展示了流场、温度场和浓度场等热附加扩散准则数STC的变化状况,研究结果表明,多物理场中热附加扩散效应对传热传质具有一定的影响,且具有复杂多解性。     

利用扩散模型设计长交流换热器

本文根据对描述非理想流动的流体十分有效的简单轴向扩散模型,论述了长填充床交流换热器的特性。这种模型是通过联系高斯分布表征扩散现象,而不是试图用严密或半严密的分析方法确定研究温度面的形式,虽然这种方法是近似的,但它能够解释有助于温度面扩散的各种因素:气体的轴向扩散,膜传热和颗粒传热。 热量回收的效率可直接用于如下各种过程的这一模型计算:利用冷热气体流量相等或不相等的一次通过、间歇并流或间歇逆流,这种方法还能给出最佳的切换时间、适宜的接触形式,并且显示如何通过变化设计参数来影响热量回收效率,并举例来说明这种设计方法。 实际上,所有过去对换热器的分析都假设膜传热是导致换热器性能降低的主要机理。但是,所举的例题显示这种假设是错误的,它表明,所有三种扩展机理的作用都应该考虑。     

化工过程设计(二)多组分冷凝器的计算

<正> 多组分混合物冷凝冷却过程的计算主要有两大类:一类通过对传质速率的研究来解决冷凝冷却过程的计算;一类则设法分离传热过程和传质过程,先解得一条冷凝曲线,而不需用扩散模型。本文基本采纳后一类的做法,认为冷凝过程中的浓度扩散可用相平衡来近似,并且在考虑数学模型时,还着重考虑了以下几点因素:     

容器内自蔓延高温合成固化过程的热力学数值模拟

自蔓延高温合成固化是一种利用氧化还原反应放热处理高放废物煅烧灰、污染土壤等固体放射性废物的方法,在密封容器内对放射性废物采用自蔓延高温合成固化技术可有效提高产物的致密度并控制有害气溶胶的扩散。通过分析自蔓延化学反应机理和过程,建立容器内自蔓延高温合成固化数值模拟模型,对固化过程容器内温度-压力变化特征进行分析。利用COMSOL有限元分析软件,确定模型尺寸、单元类型和边界条件,计算得到点火后7200 s的容器内温度和压力随时间变化曲线。与相同条件的容器内SHS固化实验测量结果对比分析,数值模拟与实测情况一致性较强,能够较好反映SHS固化过程点火、燃烧、熄火、保温的四阶段性特征;模拟结果可作为容器安全性设计的参考数据。