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工艺参数对镁熔液中氢气泡析出动力学的影响

中国有色金属学报 2016年第2期26卷 296-301页

作者：许四祥侍海东王忍宝张炳刚翟健健安徽工业大学机械工程学院马鞍山243002

针对高温镁熔液中氢气泡析出过程的可监控性难问题,利用建立的镁熔液氢气泡析出动力学模型分析多个因素对气泡析出动态变化的影响。采用传统的单因素法,设定不同初始半径、不同初始高度以及不同镁熔液温度的工艺参数条件,探究氢气泡的... 详细信息

针对高温镁熔液中氢气泡析出过程的可监控性难问题,利用建立的镁熔液氢气泡析出动力学模型分析多个因素对气泡析出动态变化的影响。采用传统的单因素法,设定不同初始半径、不同初始高度以及不同镁熔液温度的工艺参数条件,探究氢气泡的各项特性参数随时间的变化关系。将特定工艺参数下的动力学方程在MATLAB中进行编程计算,得到气泡上浮速度、气泡半径及气泡上浮高度的变化曲线。结果表明:在满足镁熔液-氢气泡相体系条件下,气泡初始形核高度及镁熔液温度对氢气泡析出变化影响较小,气泡初始半径对其析出影响较为显著。相同时刻下,氢气泡初始半径与气泡上浮速度、上浮高度都成正相关;且在一定变化范围内,随着气泡初始半径增大,气泡到达最大上浮速度的时间滞后性更大。

关键词：镁熔液氢气泡工艺参数动力学

基于欧拉多相流模型的光合生物制氢过程氢气泡特性研究

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基于欧拉多相流模型的光合生物制氢过程氢气泡特性研究

作者：王资钢河南农业大学

学位级别：硕士

光合生物制氢是实现秸秆类农业弃物资源化利用和能源产出的重要途径。对于光合生物制氢体系,氢气泡之间的相互作用以及氢气泡与产氢料液之间的相互作用,直接影响着相间传热传质速率与光合细菌的运动、分布和生长代谢,进而决定产氢效果... 详细信息

光合生物制氢是实现秸秆类农业弃物资源化利用和能源产出的重要途径。对于光合生物制氢体系,氢气泡之间的相互作用以及氢气泡与产氢料液之间的相互作用,直接影响着相间传热传质速率与光合细菌的运动、分布和生长代谢,进而决定产氢效果。在氢气的产生过程中,时常伴随碰撞、弹开、挤压、聚并以及破碎等氢气泡的运动行为,对氢气泡特性的充分认知是分析生物制氢体系热值传递过程的基础。因此,本文采用欧拉-欧拉多流体VOF方法,对产氢料液中的氢气泡特性进行数值模拟。首先,建立了光合生物制氢体系中氢气泡上升过程的物理和数学模型。计算过程中分别将连续表面张力模型和描述产氢料液流变性质的幂律模型加入到MVOF方法中,主要考虑浮力、粘性力、表面张力、相间作用力和惯性力的作用。搭建了玉米芯发酵液高速摄像台架,获取了氢气泡上升过程中的实验数据,实验数据与模拟预测具有很好的一致性,确定了模拟过程的可靠性。其次,针对单氢气泡,考察了气泡初始直径、料液流动指数和表面张力等因素对气泡形状、上升速度等气泡运动行为和周围液相流场变化规律的影响。结果表明,随着气泡初始直径的增加,气泡上升速度的最高值也增大,但气泡纵横比会变小。当直径超过8 mm时,氢气泡由于表面不稳定而发生破裂。当流动指数为0.2时,氢气泡上升出现左右摇摆振荡的现象。此外,氢气泡的变形程度还随着表面张力和流动指数的减小而增大,其上升速度的稳定值随着表面张力的减小和流动指数的增大而减小。运动氢气泡周围液相的x和y方向速度分量随初始直径的增加和流动指数的减小而增加。进一步的,针对等尺寸双氢气泡,分别在垂直和平行两种气泡位置关系下,探究了气泡初始间隔、初始直径和产氢料液的流变性质等因素对气泡聚并、破裂行为的影响。结果表明,对于两平行气泡,气泡凝聚的无量纲临界水平间隔,随着初始气泡直径的增大和流动指数的降低而减小;气泡之间的排斥作用主要是气泡间的涡旋产生的推离效应所引起。并且排斥作用随着气泡初始中心间距的减小而增大。对于两垂直气泡,气泡对的中心间距影响领先气泡和尾随气泡之间的相互作用强度。当两个垂直氢气泡相互作用时,尾部气泡的速度呈现出四个阶段的变化,即加速到最大速度—减速—速度小幅上升—减速到合并速度。领先气泡在尾部气泡的推力作用下,速度也有一个短暂的提升。直径为2 mm和4 mm两平行或者垂直氢气泡的聚并作用和降低产氢料液的流动指数均能提高氢气泡的上升速度。此外,当氢气泡从固液界面逸出时,体积迅速减小,上升速度发生跳跃。最后,研究了不等尺寸气泡对的运动行为和相互作用。主要考察了初始直径比例和放置位置对氢气泡上升速度和聚并过程的影响。结果表明,对于两水平放置氢气泡的尺寸相差越大,小氢气泡就越早的处于大氢气泡的尾部,则聚并后上升的速度就越快。对于两垂直放置氢气泡聚并的方式均是直接融合而不需要排液过程。无论哪种尺寸的氢气泡处于领先位置,合并后的氢气泡速度均比大氢气泡对应的同尺寸单氢气泡速度低。

关键词：光合生物制氢氢气泡上升行为相互作用数值模拟

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镁熔液中氢气泡运动特性的数值模拟

铸造 2015年第7期64卷 643-646页

作者：侍海东许四祥张炳刚徐起兵安徽工业大学机械工程学院安徽马鞍山243002

针对镁熔液中氢气泡的析出过程,采用FLUENT对氢气泡析出的动态变化进行了模拟仿真,得到了单个氢气泡在镁熔液中析出的运动变化规律,并对不同初始半径、不同初始位置的氢气泡析出过程进行比较,分析了其对氢气泡形状及运动的影响。结果表... 详细信息

针对镁熔液中氢气泡的析出过程,采用FLUENT对氢气泡析出的动态变化进行了模拟仿真,得到了单个氢气泡在镁熔液中析出的运动变化规律,并对不同初始半径、不同初始位置的氢气泡析出过程进行比较,分析了其对氢气泡形状及运动的影响。结果表明,初始半径越大,氢气泡形状变化越明显,氢气泡在析出时总是呈现出无规则的上升运动且有向中心靠拢的运动趋势。同时,利用回归方法对氢气泡瞬时速度、瞬时当量半径、瞬时位置进行了量化计算,得到的瞬时回归方程高度显著。

关键词：镁熔液氢气泡数值模拟 FLUENT 回归

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镁熔液氢气泡析出行为及DSP检测系统开发

镁熔液氢气泡析出行为及DSP检测系统开发

作者：侍海东安徽工业大学

学位级别：硕士

本文在依托于国家自然科学基金“基于实时图像处理的镁熔液含氢量自动检测方法与实验研究”(51374007),以衍生于第一气泡法含氢量检测原理为基础,进行了镁合金在熔炼过程中氢气泡析出运动特性的数学建模,分析了工艺参数对氢气泡析出动... 详细信息

本文在依托于国家自然科学基金“基于实时图像处理的镁熔液含氢量自动检测方法与实验研究”(51374007),以衍生于第一气泡法含氢量检测原理为基础,进行了镁合金在熔炼过程中氢气泡析出运动特性的数学建模,分析了工艺参数对氢气泡析出动力学的影响,并开发了一套基于DM642为核心处理器的机器视觉检测平台,为后续工业现场镁熔液含氢量的实时检测奠定了基础,同时对镁合金液态质量控制具有深远意义。研究了镁熔液中氢气泡形核析出过程,利用牛顿第二定律,并结合气体状态方程、传质边界层方程及流函数等相关性质,推导出了镁熔液中氢气泡析出过程的动力学模型。在Matlab工具的帮助下,对不同初始半径、不同初始位置以及不同镁熔液温度的工艺参数条件进行了编程计算仿真,得到了若干镁熔液氢气泡在析出过程中的特性规律。同时,使用FLUENT进行了镁熔液-氢气泡的两相流动态模拟仿真,观察并分析了气泡在析出过程中运动状态的变化。对于工业现场镁熔液含氢量检测的实时性问题,本文利用DM642开发了一个机器视觉检测平台,主要包括图像输入模块、图像处理模块、图像输出模块三部分,介绍了DM642在图像检测方面的独特优势以及片上资源的开发特点。同时,将可行的镁熔液第一气泡检测算法进行C语言编程,通过CCS3.3控制算法程序的调试、优化、移植等,并烧写到VPM642板块的快速缓存中进行处理,实验结果表明基于DM642的视觉检测平台可以用于镁熔液弱小气泡的检测。DSP在镁熔液弱小目标检测上的可行性应用,对工业现场镁熔液含氢量的实时检测具有巨大的推动作用,不仅克服了Matlab无法在工业现场实施应用的工程技术难题,而且对镁熔液含氢量的实时、准确、高效地检测提供了一种新思路,为下一步利用DSP进行工业现场的镁熔液含氢量实时检测打下基础。

关键词：镁熔液氢气泡动力学模型 FLUENT DSP开发

Al-Ni合金中金属间化合物和氢气泡行为的同步辐射成像研究

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Al-Ni合金中金属间化合物和氢气泡行为的同步辐射成像研究

作者：孙思宇上海交通大学

学位级别：硕士

本文借助同步辐射成像技术对Al-Ni过共晶合金的定向凝固进行了研究,分析了AlNi金属间化合物和氢气泡的生长行为以及它们之间的相互作用。实验结果表明,AlNi金属间化合物主要以两种形貌生长——I型以及V型,由于具有较低的能量密度和较小... 详细信息

本文借助同步辐射成像技术对Al-Ni过共晶合金的定向凝固进行了研究,分析了AlNi金属间化合物和氢气泡的生长行为以及它们之间的相互作用。实验结果表明,AlNi金属间化合物主要以两种形貌生长——I型以及V型,由于具有较低的能量密度和较小的比表面积,I型AlNi的生长速率较快,其生长速率的大小主要由过冷度和Ni浓度所决定;此外,随着凝固的进行AlNi金属间化合物还可能发生从V型到M型的形貌转变。AlNi金属间化合物的尺寸受合金成分和抽拉速率等因素的影响,合金成分越接近于共晶成分、抽拉速率越大,则析出的AlNi越细小;此外,随着定向凝固的进行,AlNi金属间化合物也将逐渐细化。影响气泡生长的主要因素包括氢的浓度、与金属间化合物的相互作用、气泡的内压以及气泡尺寸。气泡的生长主要分为三个阶段:第一阶段气泡在Al-Ni合金熔体中随机生长,且其生长速率主要由气泡周围氢的浓度所决定;第二阶段气泡由于受到了金属间化合物的挤压而发生局部变形,且气-液界面的氢浓度和浓度梯度均不断增大,从而导致气泡加速生长;第三阶段氢在气-液界面的浓度梯度方向发生变化,气泡逐渐缩小,同时气泡内压随着气泡与金属间化合物之间接触角的增大而增大,使得氢在周围熔体中的溶解度也持续增大,从而促进氢的溶解。气泡尺寸越小,其形状越接近于球形。

关键词：同步辐射成像技术金属间化合物氢气泡定向凝固铝镍合金

电极表面结构对电浮选中氢气气泡物理特征的影响

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矿产保护与利用 2020年第5期40卷 96-102页

作者：张洲朋赵伟李振屈进州周安宁西安科技大学化学与化工学院陕西西安710054 自然资源部煤炭资源勘查与综合利用重点实验室陕西西安710021

研究了电浮选中多孔镍阴极的微观结构及润湿性变化对氢气泡特征的影响。通过酸法刻蚀及氟硅烷表面改性处理,考察处理前后多孔镍阴极表面微观结构及润湿性变化对氢气泡尺寸、浓度和上升速度的影响。结果表明,酸法刻蚀可提高多孔镍阴极材... 详细信息

研究了电浮选中多孔镍阴极的微观结构及润湿性变化对氢气泡特征的影响。通过酸法刻蚀及氟硅烷表面改性处理,考察处理前后多孔镍阴极表面微观结构及润湿性变化对氢气泡尺寸、浓度和上升速度的影响。结果表明,酸法刻蚀可提高多孔镍阴极材料表面的粗糙度,增加电极的裂纹、裂隙及溶出粒子间的孔隙;经酸法刻蚀处理后,电极的亲水性显著提高,并且随着刻蚀时间的增加,多孔镍阴极表面亲水性增强;氟硅烷改性可使多孔镍阴极表面疏水化,且其表面经刻蚀粗糙化处理后,氟硅烷的改性效果更显著;多孔镍阴极表面亲水性越强,电解产生的氢气泡尺寸越小,气泡浓度或气泡生成量越高,反之亦然;在电解氢气泡的尺度范围内,气泡上升速度与尺寸呈线性相关,气泡尺寸越大,上升速度越快。

关键词：电浮选电极表面结构润湿性氢气泡物理特征

十六烷基三甲基溴化铵对氢气泡模板法电沉积多孔铜薄膜的影响

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电镀与涂饰 2012年第4期31卷 1-3页

作者：谭盛春江文世西昌学院轻化工程学院四川西昌615013

以阴极析出的氢气泡为模板电沉积制得三维多孔铜薄膜,电解液的组成和工艺条件为:CuSO450g/L,H2SO4147g/L,Na2SO470.2g/L,HCHO30g/L,HCl0.25mL/L,聚乙二醇0.25mL/L,十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)0～9.75g/L,温度25°C,电流密度3A/cm2,时间10～20s。研究了电沉积时间及CTAB用量对薄膜结构的影响。结果表明,随沉积时间的延长,镀层的主孔径增大,孔壁变厚。镀液中CTAB的存在会影响铜离子的沉积和结晶取向,随着镀液中CTAB质量浓度的增大,多孔铜薄膜的孔径先减小后增大。

关键词：多孔铜膜电沉积氢气泡模板十六烷基三甲基溴化铵

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钨基材料中氢的滞留及氢气泡的形成

钨基材料中氢的滞留及氢气泡的形成

第二届中国氚科学与技术学术交流会

作者：何志海何海燕潘必才中国科学技术大学物理系

钨(W)被认为是未来聚变堆最有前景的面向等离子材料。然而,氢(H)及其同位素在W体内缺陷处的聚集及氢气泡的形成严重制约着W作为面向等离子材料的使用寿命。基于第一性原理方法,我们研究了H在W的小角度晶界处的滞留行为。通过对H原子在... 详细信息

钨(W)被认为是未来聚变堆最有前景的面向等离子材料。然而,氢(H)及其同位素在W体内缺陷处的聚集及氢气泡的形成严重制约着W作为面向等离子材料的使用寿命。基于第一性原理方法,我们研究了H在W的小角度晶界处的滞留行为。通过对H原子在晶界处的溶解及迁移行为进行计算,我们发现小角度晶界可以作为H的捕获中心,吸引周围H原子的聚集。随着晶界处H滞留量的增加,晶界的缺陷区域逐渐被撕开(如图1),形成氢气泡,且有H分子形成。此外,我们还发现铍原子与W体内的缺陷(如空位、晶界)复合后会显著降低H在缺陷处的滞留量。

关键词：钨小角度晶界氢滞留氢气泡铍

来源： cnki会议评论

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质子辐照不锈钢中氢气泡产生和演化研究

原子核物理评论 2006年第2期23卷 164-166页

作者：郑永男周冬梅袁大庆左翼杜恩鹏胡跃明段晓王朝晖刘猛李永朱升云中国原子能科学研究院中国原子能科学研究院北京102413

采用质子辐照模拟方法和正电子湮没寿命测量方法研究了质子辐照在国产改进型316L不锈钢中产生的氢气泡及其随辐照质子注量的演化过程。5×1012,5×1013,5×1014/cm2质子辐照的实验结果表明,辐照在不锈钢中产生氢气泡的尺度随辐照质子注... 详细信息

采用质子辐照模拟方法和正电子湮没寿命测量方法研究了质子辐照在国产改进型316L不锈钢中产生的氢气泡及其随辐照质子注量的演化过程。5×1012,5×1013,5×1014/cm2质子辐照的实验结果表明,辐照在不锈钢中产生氢气泡的尺度随辐照质子注量增加而增大,在质子注量为5×1014/cm2时氢气泡尺寸达到0.62 nm,气泡的浓度随质子注量增加而减小。

关键词：国产改进型316L不锈钢氢气泡质子辐照模拟正电子湮没寿命测量