结合风口回旋区燃烧和炉外煤气预热、脱除和循环的平衡关系,建立了氧气高炉一维气固换热与反应动力学模型,并采用传统高炉的运行和解剖数据对模型进行了验证分析.通过模型研究了氧气含量和上部循环煤气流量对氧气高炉炉内过程变量的影响规律.结果表明:氧气含量偏低和上部循环煤气流量不足时,会降低铁矿石还原效果,炉渣内出现大量未还原铁氧化物;氧气含量和上部循环煤气流量的提高可以有效提高炉内CO含量和铁矿石还原速度,但提高上部循环煤气流量会大幅提升炉顶煤气温度,增大热量损失.与传统高炉相比,氧气高炉内CO含量提高1.0~1.5倍,炉内气体还原性更强;铁矿石还原完成位置提高1.49 m,全炉还原反应速度更快;直接还原度降低55.2%~79.2%,炉内直接还原反应消耗的碳量更少

相界面积对气液两相流中传热、传质、物理化学反应等动力学过程影响重大.为获取这一参数,提出一种根据两相流数值模拟结果计算相界面积的方法.此方法借鉴分段线性重构界面的思想,在各网格单元内以平面近似真实相界曲面,根据目标流体的体积分数及其梯度向量将网格内相界面形貌归为五类,进而采用不同的方法分别计算各类相界面的面积.在铜转炉熔池内两相流数值模拟结果分析中的应用效果表明:该方法能有效提取两相流体系中任意区域的相界面积,从而为体系动力学特征的定量分析提供依据.利用相界面积数据,进一步计算了氧气利用率并识别出熔池内‘高效反应区’,计算和识别结果与工程实际吻合,证实了该方法的准确性

采用分子动力学模拟方法研究了不同尺寸Au纳米颗粒在烧结过程中晶型转变及烧结颈长大机制.研究发现纳米颗粒的烧结颈生长主要分为两个阶段：初始烧结颈的快速形成阶段和烧结颈的稳定长大阶段.不同尺寸纳米颗粒烧结过程中烧结颈长大的主要机制不同：当颗粒尺寸为4 nm时，原子迁移主要受晶界（或位错）滑移、表面扩散和黏性流动控制；当尺寸在6nm左右时，原子迁移主要受晶界扩散、表面扩散和黏性流动控制；当颗粒尺寸为9 nm时，原子迁移主要受晶界扩散和表面扩散控制.烧结过程中Au颗粒的fcc结构会向无定形结构转变.此外，小尺寸的纳米颗粒在烧结过程中由于位错或晶界滑移、原子的黏性流动等因素会形成hcp结构

采用了氯化钙氯化焙烧-水浸法提取白云母中铷的方法.通过氯化焙烧热重-差热分析曲线可知,用氯化钙混合白云母进行氯化反应的温度要比用氯化钠低100℃左右,且用CaCl2氯化比NaCl更有效率.接着考察了氯化焙烧温度对铷提取率的影响,结果表明,只有当氯化焙烧温度提高至800℃后,才可能取得明显的铷的氯化效果,铷的提取率即达96.71%,随氯化焙烧温度升高,铷的氯化速率不断增大,特别是800℃后,铷的氯化速率明显增大,这说明高温有利于铷的氯化焙烧.最终对白云母与氯化钙氯化焙烧过程进行了动力学研究.结果表明,三维界面反应方程能较好地描述该氯化焙烧反应体系,根据阿仑尼乌斯公式计算出来的活化能为42.22 kJ·mol-1,说明白云母和CaCl2的氯化过程的确受界面化学反应控制

实验室条件下,进行了碳饱和铁水还原CaO-SiO2-Al2O3-MgO-V2O5渣中V2O5反应的动力学研究.在考察了各种因素对还原反应速度和反应程度影响的基础上,进一步探讨了还原反应机理,计算了各种条件下的表观速度常数.研究表明:高温、合适碱度、大铁渣比以及高初始V2O5含量,使得还原反应进行得较快,效果较好.反应达到平衡之前,还原反应为表观一级反应.计算得到还原反应的表观活化能为23.21kJ·mol-1,表明反应的限制性环节为铁液中V的扩散传质

在升温速率分别为10、15、20和25℃·min-1的条件下,利用差示扫描量热仪对红土镍矿非自由水脱除过程进行了测试.针对测试数据,分别采用Flynn-Wall-Ozawa(FWO)法、胡荣祖-高红旭-张海(Hu GZ)法、Boswell法、Starink法、Friedman-Reich-Levi(Friedman)法等不同的转化率法计算其活化能,利用Malek法计算指前因子(A)以及确定机理函数,最后利用所得的动力学公式推导出等温下反应进度与时间的关系并对不同温度下的能耗进行分析比较.红土镍矿非自由水脱除过程的平均活化能为181.50 k J·mol-1;指前因子ln A为21.95 min-1;机理函数符合Z-L-T方程,即脱除过程为三维扩散控制机制;干燥温度越高所需的平均功率越小

利用热分析法研究了大贵白云石、荣富镁石、东燃镁石、里领石灰石和方解石五种天然矿物添加剂对无烟煤燃烧过程的影响.考察了着火温度、最大燃烧速率、挥发分释放特性指数和燃尽特征指数等燃烧特征参数,求出了反应动力学参数活化能Ea和指前因子A.实验结果表明:大贵白云石、荣富镁石和东燃镁石能够显著促进煤粉的燃烧过程,降低着火温度,增大煤粉的挥发分释放特征指数D和煤粉的燃尽特性指数Cb,使最大燃烧速率前移至挥发分着火燃烧阶段;里领石灰石和方解石则相反.同时,动力学计算表明:大贵白云石、荣富镁石和东燃镁石使煤粉的活化能分别降低10.4%、14.5%和10.7%,对煤粉燃烧有助燃作用;里领石灰石和方解石使煤粉的活化能分别提高2.0%和4.3%,对煤粉燃烧没有助燃作用

为了精确表征轮胎与路面微观摩擦接触特性及分子作用力效应,利用分子动力学模拟分析方法建立轮胎(聚异戊二烯)和集料(二氧化硅)三维单体模型和界面接触模型,在纳米尺度上研究轮胎和集料的微观构造和接触特性.模拟结果表明:链状聚异戊二烯分子链为螺旋状结构,分子间隙较大,易产生较大变形,而二氧化硅则为典型脆性材料,表面较为平整;界面接触模型以二氧化硅为固定基底,聚异戊二烯单链在其上匀速滑动,二者间距离为0.5 nm.接触界面摩擦特性模拟结果表明摩擦系数随着速度增加而变小,其变化趋势与实验结果相同,证明模拟结果有效

为了研究中国核电主管道铸造不锈钢Z3CN20-09M的热老化,在300、350和400℃下,对Z3CN20-09M进行了长达30000h的加速热老化实验.对不同热老化时间下的样品进行了冲击性能和铁素体纳米硬度测定.以夏比冲击功作为热老化脆化参量,利用拟合的方法得出该材料的热老化激活能为51.962kJ·mol-1.通过热老化因子P得出了用夏比冲击功表示的热老化脆化动力学公式.利用热老化激活能和热老化动力学公式预测了Z3CN20-09M在实际运行温度下服役40a内的夏比冲击功和铁素体显微硬度变化.预测结果表明在运行5a内是该材料韧性迅速下降的时期,随后的运行过程中下降过程趋缓

以平均粒径2.2μm、纯度99.99%的硅粉为原料,采用纯度99.993%的高纯氮气作为反应气体,在1350和1400℃下进行了氮化时间为10~30 min的氮化实验,得出了不同温度下硅粉转化率随反应时间的变化关系.将硅氮反应看成非催化气固反应,建立了硅颗粒氮化动力学模型.通过对实验数据的拟合,得出两个模型参数:硅氮反应速率常数和氮气在产物层中的扩散系数.假定反应速率常数和扩散系数均满足阿伦尼乌斯公式,求得化学反应激活能和指前因子分别为2.71×104J·mol-1和3.07×10-5m·s-1,扩散激活能和指前因子分别为1.06×105J·mol-1和1.12×10-9m2·s-1.利用本文得出的氮化动力学模型对各温度下不同粒径硅粉的转化曲线进行了预测,预测曲线与文献中的实验数据在趋势上吻合较好