氧化铝颗粒在传质机制控制下的溶解模拟

铝电解过程中氧化铝的溶解过程是非常复杂的物理化学反应过程,为深入研究氧化铝颗粒溶解过程,本文建立了氧化铝颗粒溶解的传质控制模型以及收缩核模型,并基于OPENFOAM开源软件平台通过自编程开发氧化铝颗粒溶解计算模块,对50μm、100μm和200μm三种粒径氧化铝颗粒溶解计算并进行比较验证。模拟结果表明:氧化铝颗粒质量溶解速率随颗粒粒径的减小而减小,对于1mm结块氧化铝颗粒,其在20s左右溶解了50%的质量,在60s左右溶解了90%的质量,剩余10%的质量直到126s才全部溶解。     

300 kA铝电解槽中氧化铝颗粒的溶解模拟

在铝电解下料过程中,氧化铝颗粒吸热、结块、溶解并受到传热与传质溶解机制的综合作用。基于Open FOAM计算平台,有效区分主导颗粒溶解的控制机制,考虑气泡作用和下料后的电解质温度响应,开发铝电解槽中氧化铝颗粒传热、传质耦合溶解计算模型;利用Rosin-Rammler分布函数计算下料后电解质中氧化铝颗粒粒径分布,对实际300 k A铝电解槽中氧化铝溶解过程进行数值模拟。结果表明:前18 s氧化铝溶解50%(质量分数),属于快速溶解阶段;一个下料周期144 s结束后,剩余约1.5%(质量分数)的氧化铝未溶解,未溶解颗粒聚集,并在电解槽底部形成沉淀;仅考虑氧化铝溶解吸热的情况下,下料区位置电解质温度在前1 s快速下降,随后,电解质温度快速回升并在60 s之后呈现震荡趋势。     

基于传热传质的氧化铝溶解过程分析和建模（英文）

基于铝电解槽熔体内氧化铝溶解过程动力学机理,提出了综合的传热传质控制模型,以描述未结块和结块氧化铝颗粒的溶解过程。基于相关商业软件和自定义算法,并结合颗粒收缩核模型,采用合适的差分求解方法,对氧化铝颗粒溶解速率、溶解时间和溶解质量进行计算,探讨若干对流和热条件参数对氧化铝溶解过程的影响。结果表明:降低氧化铝浓度和增大氧化铝扩散速率可以增大未结块颗粒溶解速率,减少未结块颗粒溶解时间;提高电解质过热度和氧化铝预热温度可以增大结块颗粒溶解速率,减少结块颗粒溶解时间。对某300 k A铝电解槽内氧化铝溶解过程进行计算分析,得到的氧化铝溶解质量比例曲线数据与文献结果比较接近;氧化铝溶解过程主要分为两个阶段:未结块颗粒的快速溶解和结块颗粒的缓慢溶解,溶解时间数量级大小分别大约为10和100 s;结块颗粒是影响整个氧化铝溶解过程的最主要因素。     

超音速电弧喷射雾化Cu-10Ag合金熔滴的快速凝固

采用超音速电弧喷射雾化制备了Cu-10Ag合金粉末,井用SEM和X-射线衍射等对合金液滴的凝固行为进行了研究；对凝固机制进行了分析。结果表明，粉末为球形颗粒,粒径分布主要集中在15～70μm之间,平均直径为45μm；液滴初始冷却速率为10^5～10^7K／s；凝固组织是由约含7％的Ag的富Cu晶胞和约含50％～60％的Ag的晶胞壁构成的胞状晶组织,随粉末颗粒直径由80μm减小到15μm，晶胞平均尺寸由约2μm减小为约1μm。     

高温高压烧结金刚石-铜复合材料的研究

采用高温高压烧结工艺制备了金刚石体积分数为80%的金刚石-铜复合材料。研究了金刚石颗粒大小、烧结温度、烧结时间等因素对复合材料成分、界面状态和热导率的影响。结果表明:金刚石颗粒直径为80μm时,在高温高压条件下可获得热导率高达639 W.m-1.K-1的金刚石-铜复合材料。当金刚石体积分数一定时,存在一临界粒径,随金刚石颗粒直径增大复合材料热导率先增大后减小。恰当的烧结温度和时间有助于获得黏结良好的界面和高热导率。     

不同铝颗粒和钨颗粒粒径对W-PTFE-Al复合材料热学特性和动态响应的影响研究

通过调控金属颗粒的粒径可以显著改变W-PTFE-Al复合材料的热学特性和动态力学响应。燃烧性能测试结果表明W(7μm)-PTFE(40μm)-Al(1μm)复合材料在氩气气氛下的能量为4570.2J/g, 在氧气气氛下能量为9848.1J/g。这表明减小铝粉粒径和增大钨颗粒粒径有助于W-PTFE-Al材料能量值的提高。在冲击条件下, 四种W-PTFE-Al复合材料燃烧时间均超过500μs。随着铝粉粒径的减少,反应临界吸收功降低14%,“钝感”特性呈现下降趋势。随着钨粉粒径的减少,反应临界吸收功升高34.8%,“钝感”特性呈现上升趋势。动态压缩试验结果表明随着铝粉粒径从10μm降至1μm, W-PTFE-Al材料的抗压强度提高8.0%; 随着钨粉粒径从7μm降至100nm, W-PTFE-Al材料的抗压强度降低10.2%。     

紧耦合气雾化制备Al基合金非晶粉末的研究

研究了紧耦合气雾化制粉过程中AlNiY合金熔滴的冷却行为以及非晶颗粒的形成机制.结果表明：（1）AlNiY合金非晶化的临界冷却速率大致为10^3K/s;（2）熔滴的冷却速率与直径成反比,当直径小于25 μm时,熔滴达到临界冷却速率实现非晶化.当直径大于25μm时,熔滴无法获得非晶化临界冷却速率,只能发生形核结晶;（3）熔滴的非晶化还与雾化过程相关,由于熔滴破碎时的位置和温度不同,获得的冷却速率将不同,出现了相同直径（小于25 μm）的颗粒存在非晶和结晶两种状态.     

真空冷喷涂铜颗粒加速特性数值研究

基于Fluent气固两相流数值模拟,研究真空冷喷涂铜颗粒的加速特性,分析了环境压力、喷涂距离、入口总温和颗粒粒径等参数对真空环境下颗粒撞击速度的影响。结果表明:环境压力是决定颗粒撞击速度的关键因素,随环境压力的变化,小直径颗粒(dp≤1μm)撞击速度的变化曲线呈抛物线状态,但大直径颗粒无显著变化;采用合适的喷涂距离,才能获得最大的颗粒撞击速度;增加入口总温可提高小直径颗粒的撞击速度,但对大直径颗粒无明显加速效果;真空冷喷涂颗粒的尺寸可从微米级减小至亚微米级,但过小的颗粒仍难达到足够高的撞击速度。     

原位生成法制备Cu/Al2O3复合材料中Al(NO3)3分解温度的探讨

为更好地控制铜基氧化铝弥散材料中氧化铝的粒度,本文在不加铜粉和加铜粉的两种条件下,通过研究Al(NO3)3在不同温度下的分解情况及原位生成时弥散相氧化铝的粒径变化,发现Al(NO3)3分解得到的氧化铝颗粒的粒径随温度的升高而变大,其分解产生细小均匀的Al2O3颗粒的最佳温度为550～600 ℃.     

铝粉和钨粉粒径对W-PTFE-Al复合材料燃烧特性和动态响应的影响（英文）

通过调控金属粉末的粒径可以显著改变W-PTFE-Al复合材料的燃烧特性和动态响应。燃烧性能测试结果表明,随着铝粉粒径从10μm降至1μm,钨粉粒径从0.1μm升至7μm,W(7μm)-PTFE(40μm)-Al(1μm)复合材料在氩气气氛下的反应能量为4570.2 J/g,在氧气气氛下反应能量为9848.1 J/g。这表明减小铝粉粒径和增大钨粉粒径有助于W-PTFE-Al复合材料反应能量值的提高。在冲击条件下,4种W-PTFE-Al复合材料燃烧时间均超过500μs。随着铝粉粒径的减小,反应临界吸收功降低14%,"钝感"特性呈现下降趋势。随着钨粉粒径的减小,反应临界吸收功升高34.8%,"钝感"特性呈现上升趋势。动态压缩试验结果表明,随着铝粉粒径从10μm降至1μm,W-PTFE-Al复合材料的抗压强度提高8.0%;随着钨粉粒径从7μm降至100 nm,W-PTFE-Al复合材料的抗压强度降低10.2%。     

高压管汇三通冲蚀磨损特性研究

目的 研究在页岩气开采过程中,含砂压裂液对高压管汇三通冲蚀磨损的影响规律及主要影响因素.方法 基于两相流颗粒冲蚀理论建立三通冲蚀数值计算模型,预测三通在使用过程中易发生冲蚀磨损的部位,研究三通方位夹角,压裂液入口流量、固相颗粒体积分数、颗粒直径和压裂液密度对三通冲蚀速率的影响.结果 Y型三通和歧型三通冲蚀最严重的部位均在支管与主管的相贯线上.在控制单因素变量的前提下,随着方位夹角从30°增加到150°时,Y型三通的最大冲蚀速率增大了12.7倍.而随着方位夹角从30°增加到90°时,歧型三通的最大冲蚀速率增大了1.85倍,并且最大值出现在60°附近.随着压裂液入口流量从0.5 m3/min增加到2.5 m3/min,Y型三通的最大冲蚀速率增大了232.5倍;随着压裂液入口流量从1 m3/min增加到4 m3/min,歧型三通的最大冲蚀速率增大了7.5倍.同时随着固相颗粒体积分数从2％增加到10％,粒径从200μm增加到600μm,密度从1000 kg/m3增加到1400 kg/m3,Y型三通的最大冲蚀速率分别增大了4.4倍、0.63倍、1.3倍,而歧型三通的最大冲蚀速率分别提高了4.4倍、0.58倍、1.06倍.结论 两种三通的最大冲蚀速率均随着入口流量、固相颗粒体积分数的增加而变大,随粒径的增加而减小.Y型三通的最大冲蚀速率随空间夹角、压裂液密度的增加而变大,但歧型三通的空间夹角为60°时冲蚀最严重,且压裂液密度对其影响较小.     

焊接规范对药芯焊丝烟尘气溶胶粒径分布的影响

利用LOW PRESSURE IMPACTOR(气溶胶颗粒采样仅)对不同熔滴过渡条件下所产生的焊接烟尘粉粒径进行收集,根据10-2μm、10-1μm和10μm尺度级别气溶胶形成机制的不同,以及试验结果中不同粒径下收集到的气溶胶量占总量的比例变化,分析了影响气溶胶粒径分布的因素.     

高压环境雾化钐铁液滴冷却过程的研究

通过建立高压环境下雾化液滴传热与冷却的理论模型,分析了钐铁合金液滴雾化凝固过程中的冷却阶段,重点讨论了环境压力和液滴尺寸对冷却行为的影响。分析结果表明,冷却过程中对流传热系数随环境压力的升高而增大,随液滴尺寸的减小而增大,尺寸越小,传热系数变化越明显;环境压力升高可使雾化液滴在0.000 2 s或更短的时间内以更大的对流传热系数进行热量传递;随环境压力的升高,液滴的冷却速率增大,形核过冷度也有缓慢增大的趋势,直径50μm以内的液滴的冷却速率达106K/s,形核过冷度达200℃以上。在实际的雾化过程中,环境压力通过减小液滴尺寸显著提高冷却速度,增大形核过冷度。     

铝热剂反应燃烧合成Al2O3—TiC陶瓷的径向显微组织变化

研究了压坯直径对燃烧合成Al2O3－TiC陶瓷的燃烧速度和温度的影响以及圆柱试样的径向微观组织变化。燃烧合成的圆柱试样轴心区直径1．5μm～5.5μm的圆形颗粒为TiC,具有熔化特征的边长10μm～20μm的多边形为含有少量TiC的刚玉;在二分之一半径处,TiC颗粒和刚玉块的尺寸分别减小为0．1μm～3μm和5μm～15μm;但在靠近合成试样圆周及其圆柱表面,刚玉变成为了晶须,TiC则是0．1μm－0．5μm的微小颗粒组成的团聚体。这是因为试样在燃烧合成过程中沿周向和径向均有热量传递,燃烧过程中径向不同位置温度的显著变化导致了微观组织的变化。     

原位自生TiB_2颗粒对纯铝微观结构和超塑性性能的影响

对TiB_2/Al复合材料的高应变速率超塑性进行了研究。结果表明:材料组织内部生成了尺寸为0.1~2μm,呈六面体形和多边状的TiB_2增强颗粒。搅拌摩擦处理后TiB_2增强颗粒得到细化并且分布均匀。在相同温度下,流变应力对应变速率的变化影响不明显。TiB_2/Al复合材料的伸长率随颗粒体积分数的增大而减小,最大伸长率170%。     

Al—Li单晶体锯齿流变的形态特征

研究了Ａｌ－Ｌｉ单晶体在不同温度和应变速率范围内产生的锯齿流变及其形态特征。开始产生锯齿流变的临界应升高先减小再增加。锯齿的频率和应力变化幅度受温度和应变速率的影响，但不随应变单调变化。     

气固两相流饲料输送管道结构优化研究

目的 针对饲料输送管道气固两相流对弯管壁面冲蚀磨损严重的问题,提出一种在弯管外侧加设辅助气流的新型结构.方法 运用计算流体力学方法,采用离散相模型(Discrete Phase Model,DPM)研究普通和新型弯管的冲蚀磨损情况,模型的有效性通过普通弯管压降梯度实验加以验证.通过分析两种弯管的流场分布情况,进一步研究空气进口速度、颗粒质量流量和颗粒粒径等因素对弯管冲蚀磨损的影响.结果 随着空气进口速度的增加,弯管的平均冲蚀磨损速率先减小、后增大,但新型弯管的平均冲蚀磨损速率降低了7.1％～8.5％,且当空气进口速度为35 m/s时,平均冲蚀磨损速率最小.当颗粒质量流量增加时,弯管平均冲蚀磨损速率基本呈线性增长,但新型弯管平均冲蚀磨损速率的增长速率略小于普通弯管,且平均冲蚀磨损速率降低了8.2％～9.7％.当颗粒粒径增加时,弯管的平均冲蚀磨损速率先急剧增大、后平缓变化,但新型弯管平均冲蚀磨损速率降低了8.2％～17％.结论 通过研究发现,弯管外侧均存在冲蚀磨损,但新型结构均能有效减小弯管的冲蚀磨损.颗粒质量流量对弯管冲蚀磨损的影响最大,且颗粒质量流量越大,平均冲蚀磨损速率越大.颗粒粒径对降低弯管冲蚀磨损的效果最好,且颗粒粒径越小,效果越佳.     

球形氧化铝颗粒及其生产方法

一种生产圆形氧化铝颗粒的方法，包括在1，000～1，600℃下加热含有至少一种平均粒径大于35μm的电熔氧化铝和烧结氧化铝，和选自卤素化合物、硼化合物和氧化铝水合物的至少一种物质的组合物，以及粉碎该组合物。     

醋酸钾型除冰液薄液膜厚度对飞机用4130钢腐蚀行为的影响

搭建了薄液膜腐蚀试验装置,使用膨体聚四氟乙烯(E-PTFE)防水透气膜准确控制了薄液膜厚度。利用电化学方法研究了质量分数为5%的醋酸钾型除冰液薄液膜厚度对飞机用4130基材钢腐蚀行为的影响。结果表明:该体系腐蚀过程主要受阴极氧扩散控制,薄液膜下腐蚀产物的溶解与扩散过程对腐蚀速率有较大影响;不同液膜厚度下腐蚀体系的阻抗谱均只有一个时间常数,且溶液电阻随液膜厚度增大而减小。当液膜厚度很薄(30μm左右)时,腐蚀速率很低;随液膜变厚,腐蚀速率先缓慢升高,然后迅速上升;在液膜厚度200μm左右达到极值,然后快速下降;当膜厚进一步增大,接近全浸状态,腐蚀速率又逐渐升高,并趋于稳定。     

高速固体颗粒冲击下30CrMo钢的冲蚀机理测试研究

目的 随着中国西北部地区油气勘探开发难度不断增加,钻井井控装置的节流管汇面临日益严重的高速颗粒冲蚀磨损问题,为有效支撑节流管汇的冲蚀预测、结构优化以及防冲蚀措施制定等工作的开展。方法 依据标准ASTM-G76,采用气-固喷嘴冲蚀试验法,使用空气射流冲蚀试验机,开展了节流管汇材料30CrMo钢的冲蚀试验,并利用三维显微镜、扫描电镜（SEM）等设备,对试验结果进行了失重分析、三维轮廓分析和微观形貌分析。结果 冲蚀速率随冲击角（15°～90°）增加而减小,随颗粒冲击速度（107～149 m/s）增加而增大;冲蚀面积随冲击角增加而减小,几乎不随颗粒冲击速度变化;冲蚀深度随冲击角增加而先增大后减小（在60°冲击角附近最大）,随颗粒冲击速度增加而增大;30CrMo钢的冲蚀机制受冲击角影响,不受颗粒冲击速度影响;在低冲击角（15°、30°）下以犁削机制为主,在中等冲击角（45°）下以犁削、压实与开裂的混合机制为主,在高冲击角（60°、90°）下则以压实与开裂机制为主。结论 高速固体颗粒冲击下30CrMo钢的材料移除过程为典型的塑性材料冲蚀行为;冲击角通过冲蚀机制影响冲蚀速率,颗粒冲击速度通过颗粒冲击...