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2017年 第68卷 第S1期 刊出日期:2017-08-31
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    本期封面、广告页、中英文目次表
    化工学报. 2017, 68(S1):  0-0. 
    摘要 ( 19 )   PDF (34676KB) ( 123 )  
    相关文章 | 多维度评价
    综述与专论
    聚苯胺及其衍生物在杀菌防污领域的应用进展
    王纪孝, 蔡玮, 全晓冬
    化工学报. 2017, 68(S1):  1-8.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20170595
    摘要 ( 61 )   PDF (948KB) ( 164 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    抗菌剂在涂料、膜、生物智能材料等材料表面的防污领域有着极其重要的应用价值。随着环保意识的增强,长效、环境友好型的抗菌剂成为当前研究的主流。其中,聚苯胺由于其良好的生物相容性和物理化学性能,是一种极具潜力的抗菌剂。聚苯胺的抗菌机理可由自身的氧化还原活性、阳离子吸附效应及电化学活性3方面分析。概括了聚苯胺及其衍生物的结构及制备方法;进一步从杀菌防污机理出发,综述了聚苯胺及其衍生复合材料在不同防污材料中应用的研究进展,包括在接触杀菌型表面、释放杀菌型表面、抗黏附型表面3种类型的材料中的应用。此外,提出了聚苯胺在防污应用中需进一步解决的问题及发展方向。

    二维材料调控阻氢涂层研究进展
    王玫, 牛栋华, 胡琪, 辛延波, 时洪亮, 黄安平
    化工学报. 2017, 68(S1):  9-17.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20170411
    摘要 ( 51 )   PDF (1959KB) ( 116 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    在涉氢应用领域,氢及其同位素的渗透导致结构材料氢损伤、能源浪费及核污染等诸多问题,在结构材料表面覆盖阻氢涂层是解决氢渗透问题的重要技术手段。总结了传统阻氢涂层的特性及其阻氢效果,并阐明了传统阻氢涂层仍然存在的效率低及寿命短等问题。最新研究表明,石墨烯等二维材料薄膜具有很强的阻挡特性,多层堆垛结构效果尤其明显,可作为优异的阻氢材料,而传统阻氢涂层兼具有一定的吸附储氢性能。通过对氢渗透机理的分析提出引入二维材料作为阻氢层,并结合传统阻氢涂层的储氢特性构建新型阻氢结构模型,阐述了阻氢层的制备应用现状及储氢层的储氢机理,同时探讨了针对不同应用背景下新型阻氢结构的不同形式与应用效果,最后展望了新型阻氢结构涂层在不同应用领域下的应用前景。

    石墨烯导热高分子复合材料的制备、性能与机理
    马良, 陈楷炫, 莫冬传, 符远翔, 吕树申
    化工学报. 2017, 68(S1):  18-25.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20170590
    摘要 ( 73 )   PDF (922KB) ( 226 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    石墨烯是一种具有超大的比表面积、良好的热和化学稳定性、超高的热导率以及易于化学修饰的蜂窝状单层碳材料,已作为填料广泛应用于导热高分子复合材料领域。近年来石墨烯导热高分子材料的研究重点是改善石墨烯在聚合物基体中的界面相容性和分散性能。阐述了近年来石墨烯导热高分子复合材料的制备方法及其热性能,并重点对石墨烯导热高分子复合材料的导热机理进行综述,同时结合研究现状对石墨烯导热高分子复合材料的研究方向进行展望。

    镍基催化剂的研究进展
    林志峰, 胡日茗, 周晓龙
    化工学报. 2017, 68(S1):  26-36.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20170540
    摘要 ( 74 )   PDF (975KB) ( 158 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    镍基催化剂是一种由多孔结构的镍铝合金的细小晶粒组成的固态异相催化剂。镍基催化剂因具有机械强度高、催化活性好、制备简单、价格低廉等优点,被广泛地应用到石油、化工、制药、油脂、香料、双氧水、合成纤维等方面的加氢、脱氢、脱卤、脱硫等转化反应过程中。随着催化工业的逐步发展,对催化剂性能的要求也越来越高,原始的镍基催化剂利用率低、抗酸性差等缺点限制了该催化材料的进一步应用。因此,近年来,许多研究者一直在尝试对镍基催化剂进行改性,以改善其使用寿命、催化活性、抗酸性等性能。着重介绍了镍基催化剂的强化措施以及镍基催化剂的应用,并对镍基催化剂在各类催化反应中的应用情况进行了详细概述,在此基础上展望了镍基催化剂的未来发展。

    流体力学与传递现象
    基于SQP算法的弥散介质辐射物性场重建
    陈琴, 齐宏, 张泽宇, 阮立明
    化工学报. 2017, 68(S1):  37-42.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20170464
    摘要 ( 40 )   PDF (1077KB) ( 86 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    介质的辐射物性的参数测量在高温火焰燃烧诊断、无损检测、生物医学成像等领域有着广泛的应用。传统的直接测量方法得到的大多是测量试件的等效物性,精确的测量通常需要通过反演的方法得到。利用时域辐射传输方程模拟脉冲激光在弥散介质内的传输,求解介质边界的透反射信号。采用序列二次规划(sequential quadratic programming,SQP)算法求解反问题,重建了二维弥散介质内的吸收系数和散射系数分布。利用广义的高斯-马尔科夫随机场模型构建正则化项,加入目标函数中以克服反问题的病态特性。同时使用OpenMP并行计算技术对部分代码做了并行化处理,从而大大减少了重建时间。重建结果表明基于SQP算法能够很好地重建出吸收系数和散射系数的分布。

    建材内甲醛散发参数处理方法及实验研究
    许波, 陈振乾
    化工学报. 2017, 68(S1):  43-47.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20170417
    摘要 ( 40 )   PDF (1130KB) ( 62 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    提出了一种新型的建筑板材内甲醛散发关键参数的处理方法,并进行了不同温度场作用下的实验研究。结果表明,温度可以明显促进板材内甲醛的散发,根据实验数据拟合得到KmC0Dm,三大参数随温度的变化规律验证了本文提出的新型处理方法;实验过程中,舱内浓度对甲醛挥发速率的抑制作用比温度对其的促进作用更加明显;本文提出的新型处理方法被证实是可行并且可靠的,可为板材内其他VOC气体散发参数的处理提供依据和参考。

    纳米流体中纳米颗粒微运动的分子动力学模拟
    崔文政, 沈照杰, 毛东旭, 杨建国, 吴少华
    化工学报. 2017, 68(S1):  48-53.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20170440
    摘要 ( 67 )   PDF (1136KB) ( 166 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    建立了以水分子为基础液、以铜纳米颗粒为悬浮粒子的纳米流体模型,利用分子动力学模拟方法对纳米颗粒的微运动行为进行分析。研究发现纳米颗粒在基础液中具有高速的随机旋转与平移运动,旋转运动的角速度为1×109~1×1010 rad·s-1,平移运动的速度为1~10 m·s-1。纳米流体速度分布与温度分布主要区别于单相基础液的位置在近壁面附近,纳米流体无论是速度梯度还是温度梯度均比单相流体的情况大,其主要原因是纳米颗粒在基础液中的随机运动,而改变的流体速度特性又会进一步影响传热过程。

    小管径-粒径比颗粒无序堆积通道内壁面效应数值研究
    胡映学, 周浪, 杨剑, 王秋旺
    化工学报. 2017, 68(S1):  54-59.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20170513
    摘要 ( 55 )   PDF (1862KB) ( 77 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    采用DEM-CFD方法对小管径-粒径比颗粒无序堆积通道内壁面效应进行了数值研究。针对D/dp=5.0圆球无序堆积通道构建了光滑壁面和波节壁面两种通道壁面结构,分析了不同壁面结构堆积通道内孔隙率分布、流动和温度场分布及其流动换热性能。结果表明:小管径-粒径比光滑壁面颗粒无序堆积通道内壁面效应显著,壁面附近平均流速明显高于堆积中心区域,而平均温度要低于堆积中心区域,壁面附近0.5dp区域内通过的流体质量流量比例为46%;波节壁面结构抑制了通道壁面附近漏流,可小幅提高堆积通道的换热能力,但堆积通道内的流动阻力也随之增大,其综合换热性能较光滑壁面堆积通道有所下降。

    扭转作用对聚乙烯链导热性能的影响
    涂润春, 廖全文, 刘志春, 刘伟
    化工学报. 2017, 68(S1):  60-65.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20170557
    摘要 ( 66 )   PDF (1954KB) ( 82 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    聚乙烯块体材料是一种绝缘体,其导热性能可以通过掺杂或拉伸等方法提升,纳米尺度下的聚乙烯单链沿长度方向拥有很高的热导率。针对聚乙烯链,通过平衡态分子动力学方法对原始单链、多链、扭转链和拉伸链进行热导率计算。结果显示,单链扭转后其热导率小幅度降低,多链按照特定方式扭转会小幅度增强整体的热导率。此外,多链整体拉伸时热导率会极大地提升。基于上述结果提出一种导热性能更好的扭转拉伸链。研究结果可对多种物理过程作用下聚合物链导热性能的提升工作提供参考。

    多微通道内两相流动阻力特性及气泡行为
    严润刚, 潘良明, 何辉, 黄豪杰, 李鹏斐
    化工学报. 2017, 68(S1):  66-70.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20170462
    摘要 ( 48 )   PDF (1392KB) ( 72 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    采用去离子水作为实验工质,对14条水力直径为187.5 μm的平行矩形微通道内两相流动阻力特性及气泡行为进行可视化实验。研究发现,当质量流速一定时,随着热通量增大,汽相逐渐增多,平行多微通道内压降相应增加;当热通量一定时,随着质量流速减小,压降出现先减小后增大的趋势,该曲线中的最低点被认为是静态流动不稳定性起始点(OFI点)。结合可视化图像并利用气泡动力学理论对4种不同的汽相行为特征进行分析,发现汽核受限、倒流等堵塞流道现象的出现导致系统阻力增大,压降增加。通过压降实验值与Kim & Mudawar关系式在不同质量流速下进行比较发现,Kim & Mudawar关系式仅能对本实验压降变化趋势进行预估,而无法对压降数值进行有效预测。

    板式换热器波纹通道的流动与传热机理
    王茜, 韩怀志, 李炳熙
    化工学报. 2017, 68(S1):  71-82.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20170673
    摘要 ( 43 )   PDF (7288KB) ( 101 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    采用Realizable k-ε湍流模型,针对一种人字形板间波纹通道的流动与传热机理进行了数值模拟研究。考察了不同Reynolds数湍流状态下波纹通道中沿壁面的平均以及局部表面特征数(Nuf)的变化规律,揭示了流动与传热参数在波纹通道不同横向剖面的分布规律。结果表明在Re<7860时,凹壁面Nu更大;Re>7860时,凸壁面Nu更大;随着Re的增大凹壁面f大于凸壁面。凹壁面的Nu在近入口和近出口处存在两个峰值,并且在近出口处存在极大值;而凸壁面在近入口处存在一个极大值,在近出口处存在极小值。凹壁面的f在近出口处出现陡升现象,而凸壁面则在近入口处出现陡升。随着Re增大,剖线vTKE增大,而T减小。另外,vTTKE在近凹壁面区域皆突然增大。

    直接甲醇燃料电池阴极水的传输特性
    蒋静慧, 巩亮, 李印实
    化工学报. 2017, 68(S1):  83-89.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20170610
    摘要 ( 47 )   PDF (1072KB) ( 106 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    利用COMSOL Multiphysics软件对直接甲醇燃料电池(DMFC)阴极模型进行计算,获得压力、速度、水、氧气和液态饱和度分布情况,研究扩散层在不同物理参数(如厚度、孔隙率、孔径大小和亲憎水性)下电池阴极水和氧气的传输情况,进一步建立扩散层孔隙率梯度的数学模型,研究扩散层孔隙率梯度以及支撑层参数对直接甲醇燃料电池性能和物质传输的影响。结果表明,扩散层具有大孔隙率、薄扩散层时均有利于氧气传质,可以使电池性能提高;扩散层孔隙率梯度的存在可以减轻氧气传输阻力,提高电池性能。

    表面特性对结霜和融霜排液的影响
    马强, 吴晓敏
    化工学报. 2017, 68(S1):  90-95.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20170622
    摘要 ( 30 )   PDF (6012KB) ( 82 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    对亲水表面、裸铝表面和疏水表面上结霜和融霜排液过程进行实验研究,分析了表面特性对冷凝水珠冻结、霜层生长和融霜排液的影响。结果表明:疏水表面上冷凝水珠呈规则球缺状、冻结较晚,而亲水表面和裸铝表面上冷凝水珠形状不规则;相比于亲水表面和裸铝表面上平整霜层,疏水表面上霜层不平整,有凹穴和凸起;疏水表面上霜层平均厚度增长较亲水表面和裸铝表面缓慢;在湿空气温度和冷面温度较低的情况下,表面特性对霜层生长的影响减弱;亲水表面具有较好的排液效果,其循环再结霜量最小。

    中空纤维膜除湿组件的热质传递特性
    赵媛媛, 何奎, 李斯陶, 张立志
    化工学报. 2017, 68(S1):  96-104.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20170547
    摘要 ( 42 )   PDF (1217KB) ( 85 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    中空纤维膜液体干燥剂空气除湿技术是一种结合液体除湿和膜分离技术的新型除湿技术,这种技术避免了气液直接接触,从本质上克服了传统液体除湿技术气液夹带的难题。中空纤维膜作为间接接触的介质,新风和除湿溶液通过膜进行共轭传质传热。探究南方湿热气候下该技术的可行性,根据南方气候条件下室内新风的特点设计并制造一种中空纤维膜除湿组件,建立相应的数学模型,研究不同进口新风工况和溶液工况下组件的除湿性能,分析组件内的传热传质机理,提出了组件性能的优化方向。研究结果可为中空纤维膜组件的设计提供基础理论。

    冷却水参数对钠钾合金热管传热性能影响
    张弘喆, 贾先剑, 郭航, 郭青, 闫小克, 叶芳, 马重芳
    化工学报. 2017, 68(S1):  105-110.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20170631
    摘要 ( 37 )   PDF (975KB) ( 74 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    冷却水参数对钠钾合金热管传热性能有重要影响,通过改变不同冷却水流量和冷却水温度,研究了冷却水参数对钠钾合金热管传热性能的影响规律。实验结果表明,钠钾合金热管运行于较低冷却水流量(4~18 ml·s-1)的冷却条件时,流量对热管冷凝段外壁面的温度影响很大,而当热管运行于较高冷却水流量的冷却条件时,冷却水流量对热管外壁面温度影响较小。整体而言,增大冷却水流量可以有效地提高钠钾合金热管的传热量及其传热性能。当热管运行于较大冷却水流量的冷却条件时,冷却水温度的变化对热管传热性能影响较小。

    埋地输油管道泄漏污染物地表运移特征
    吴国忠, 王迪, 赵文浩, 李栋, 李宏佳, 齐晗兵
    化工学报. 2017, 68(S1):  111-116.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20170420
    摘要 ( 37 )   PDF (1267KB) ( 95 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    输油管道泄漏受到人们广泛的关注,泄漏污染物地面特征是输油管道泄漏检测技术应用的基础。建立了埋地输油管道泄漏二维模型,模拟埋地输油管道泄漏污染物地表运移过程,研究不同泄漏孔径和位置对埋地输油管道泄漏污染物地表运移特征的影响。结果发现:泄漏初期,污染物所受阻力均匀,向四周均匀迁移,而且迁移速度前期快,后期逐渐减小;泄漏孔径越大、泄漏孔位置越靠近地表,石油污染物到达地表的时间越短,水平最大位移量越大,地表特征越明显。

    直管式直流蒸汽发生器不同运行参数下两相流压降预测
    吴宛泽, 孙宝芝, 史建新, 于祥, 张琳琳, 丁宏达
    化工学报. 2017, 68(S1):  117-124.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20170213
    摘要 ( 45 )   PDF (1481KB) ( 91 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    将B&W公司的直流蒸汽发生器进行简化,采用常热流边界条件进行不同运行参数下直流蒸汽发生器二次侧流动与换热过程数值模拟,并与经典摩擦压降经验关联式进行对比。结果表明:Martinelli-Nelson关联式更适用于预测蒸干发生时两相流的摩擦压降;摩擦压降随质量含汽率增加整体呈现上升趋势,蒸干发生时摩擦压降的变化率明显增大;管内气液两相流摩擦压降随质量流量和热通量增加而增大,随运行压力增大而减小。其中质量流量、运行压力对摩擦压降的影响较明显,热通量对其影响较小。

    三维石墨毡阳极自呼吸微流体燃料电池性能数值模拟
    黄澄澄, 叶丁丁, 朱恂, 李俊, 付乾, 张亮
    化工学报. 2017, 68(S1):  125-132.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20170626
    摘要 ( 40 )   PDF (1110KB) ( 72 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    针对采用三维石墨毡可渗透阳极的空气自呼吸无膜微流体燃料电池,建立了三维等温稳态数学模型,对电池中燃料及电解液的流动和传输、电极过程动力学及电荷传递过程进行了模拟,计算获得了具有石墨毡阳极的微流体燃料电池内的传质和燃料渗透特性,研究了石墨毡厚度及反应物(燃料和电解液)流量对电池性能的影响。结果表明:当入口流量为333 μl·min-1时,采用石墨毡可渗透阳极相比碳纸和碳布可渗透阳极,极限电流密度和极限功率密度分别提升12%和50%;电池电压为0.8 V时燃料渗透引起的寄生电流密度仅占电流密度的0.86%。电池性能随着石墨毡电极厚度增加而升高,但增幅逐渐减小;反应物流量增大,电池的性能先增加后逐渐趋于稳定。

    板式换热器相变流动的传热及压降特性
    吴学红, 李灿, 龚毅, 张军, 赵敏
    化工学报. 2017, 68(S1):  133-140.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20170623
    摘要 ( 46 )   PDF (9666KB) ( 105 )  
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    建立了三维单流道模型,模拟了波纹倾角和波纹节距对相变流动传热和压降特性的影响。结果表明,沸腾传热和压降特性同时受到流动形式和触点影响,"曲折型"流动有利于液膜蒸发增强传热,触点对气相的扰动作用小于液相,因此在气相体积分数较高的区域的触点处气液相变转化现象不明显。传热系数随波纹倾角的增加而增大,随波纹节距的增加而减小,但在相同入口Reynolds数下波纹节距λ=16 mm比14 mm的传热系数大,主要是因为流动形式的改变在某种程度上减弱了触点数目减少对传热的影响。β=75°和λ=10 mm时传热性能最好。沸腾流动的压降随波纹倾角的增大先升高后降低,在β=65°左右达到峰值,随着波纹节距的增大而降低。

    表面浸润程度对脉动热管传热性能的影响
    纪玉龙, 庾春荣, 张庆振, 孙达
    化工学报. 2017, 68(S1):  141-149.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20170665
    摘要 ( 46 )   PDF (11331KB) ( 60 )  
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    为了深入理解表面浸润性对脉动热管传热性能的影响,利用碱性辅助表面氧化技术,通过控制氢氧化钠和过硫酸铵溶液与铜表面反应浓度的变化,制备了具有不同浸润程度表面的脉动热管,其表面接触角分别为0°、33.9°、55.7°、84.3°。通过实验研究了表面浸润程度对脉动热管传热性能的影响。结果显示,随着脉动热管内部浸润性的增强,其脉动频率及幅度增加,脉动热管热阻及温差降低,传热性能得到强化。

    双室微生物燃料电池阴阳极间水传递特性
    胡琳彬, 李俊, 张亮, 叶丁丁, 朱恂
    化工学报. 2017, 68(S1):  150-154.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20170633
    摘要 ( 27 )   PDF (987KB) ( 66 )  
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    针对双室微生物燃料电池(dual chamber microbial fuel cell,DCMFC)中的水传输现象,研究了DCMFC中水传输现象产生的原因以及影响水传输量的各种因素。结果表明,在DCMFC中,阴阳极间水传输量随着放电电流的增大而增大;当阳极液为1500 mg·L-1化学需氧量(COD)培养基和50 mmol·L-1磷酸缓冲盐的混合溶液、阴极液为50 mmol·L-1 K3[Fe(CN)6]和50 mmol·L-1磷酸缓冲盐的混合溶液,电池电流为5 mA时,电池阴阳极间的水传输量为0.045 ml·h-1。此外,研究还表明,阴阳极间PBS溶液浓度差以及质子交换膜厚度对DCMFC的阴阳极间水传输量有着重要的影响。

    LED平板热管散热系统的性能分析
    田中轩, 王长宏, 郑焕培, 黄炯桐
    化工学报. 2017, 68(S1):  155-161.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20170562
    摘要 ( 45 )   PDF (1707KB) ( 81 )  
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    设计了一种平板热管,使用氧化-脱水法和分子自组装法分别对铜基底进行亲水、疏水薄膜的制备,通过测量接触角直观地表征其亲水、疏水性能,亲水薄膜的接触角仅为9.3°,疏水薄膜的接触角达到了153°。基于表面改性后的平板热管的特点设计了4种LED散热系统进行对比实验测试,并采用热线型法和热阻分析法对比分析各散热系统的性能。在4种散热系统中,极限散热功率最大的为平板热管-强制对流复合散热系统,其极限散热功率为55 W。

    寒冷地区湿传递对多层墙体热湿性能的影响
    李玮, 刘芳, 陈宝明, 魏茂丰, 郜凯凯, 耿文广
    化工学报. 2017, 68(S1):  162-168.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20170558
    摘要 ( 23 )   PDF (1013KB) ( 69 )  
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    墙体的传热传湿对建筑围护结构的热工性能、建筑能耗和室内环境有十分重要的影响。以相对湿度和温度为驱动势建立多层墙体一维非稳态热、湿和空气耦合传递模型(HAM模型),并利用有限元法进行数值求解,重点关注湿传递对传热的影响机理。结果表明:考虑传湿时墙体交界面处湿度梯度大,相变速率大;墙体内部会产生湿积累,缩短墙体的使用年限;墙体内部温度上升幅度和上升速率大,墙体交界面处局部Nusselt数变化受湿传递的影响大;相变潜热量占总传热量的26.1%,计算空调负荷时不可忽略。

    涡产生器翼高对管翅式换热器流动与传热的影响
    胡万玲, 王良璧
    化工学报. 2017, 68(S1):  169-177.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20170492
    摘要 ( 41 )   PDF (1628KB) ( 103 )  
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    采用数值模拟方法分析了三角形小翼式涡产生器翼高分别为1.5、1.75和2.0 mm时对圆管管翅式换热器空气侧传热及纵向涡强度的影响。结果表明:在相同Re下,随着翼高的增加,Nu、阻力系数 f 以及量纲1二次流强度Sem都增大;所研究各模型的SemNu呈唯一对应关系,并且获得了SemNu的定量关系;以强化传热因子JF作为评价准则,得出翼高为1.75 mm时能够使换热器获得较优的综合强化传热效果。

    烧结参数对镍粉毛细芯性能的影响
    宋赫, 董景明, 韩志涛, 陈旭立, 李策略, 潘新祥
    化工学报. 2017, 68(S1):  178-183.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20170618
    摘要 ( 48 )   PDF (5494KB) ( 93 )  
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    毛细芯(多孔介质)是环路热管的核心部件,金属粉末烧结是目前制备毛细芯的常用方法,研究烧结参数对毛细芯性能的影响有利于提高环路热管的性能。以镍粉为原料,利用烧结的方法制备了具有不同烧结参数的毛细芯,实验研究了烧结参数对毛细芯微观结构和性能参数的影响。实验表明,烧结参数对毛细芯的微观结构和性能参数具有明显的影响。随着烧结温度的升高和保温时间的延长,毛细芯的孔隙率、平均孔径和渗透率呈下降趋势;毛细芯的抽吸质量和抽吸速率与毛细芯的渗透率呈正相关;在750~800℃范围内改变烧结温度和在40~50 min范围内改变保温时间,毛细芯结构和性能参数变化明显。

    超声空化对污垢沉积特性影响的数值研究
    张艾萍, 冯卓, 丁权, 徐志明
    化工学报. 2017, 68(S1):  184-190.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20170615
    摘要 ( 35 )   PDF (1893KB) ( 91 )  
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    在超声波防垢过程中,超声波的传播以及空化效果会受到流体及超声波参数的影响,析晶污垢的沉积特性也会随之发生变化。对此,采用FLUENT数值模拟与实验参数相比对的方法研究了不同流体速度、超声波频率下超声空化对CaSO4析晶污垢剥蚀的影响。结果表明:同频率条件下,增大流速超声空化对污垢的剥蚀效果减弱;同流速条件下,增大超声波频率超声空化对污垢的剥蚀效果减弱。将空化效应引起的剥蚀率代入污垢的沉积过程,得到超声波频率对污垢沉积特性的影响,随着超声波频率的增加,污垢净沉积率增加、污垢热阻变大。

    波纹表面结霜的实验研究
    马强, 吴晓敏, 朱贝
    化工学报. 2017, 68(S1):  191-195.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20170630
    摘要 ( 30 )   PDF (1708KB) ( 63 )  
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    结霜工况下,换热器翅片表面结霜会增大换热热阻,堵塞空气流道。在低温高湿条件下对波纹表面的结霜过程进行了实验研究,分析了冷面温度、湿空气流速及波纹结构等因素对波纹表面冷凝水珠冻结和霜层生长的影响。结果表明:冷面温度越低,冻结的冷凝水珠越小,冻结时间也越短;冷面温度越低或湿空气流速越快,霜层生长越快;在相同的实验条件下,波纹表面上霜层的高度比平直表面的低。

    LED可见光下Au/TiO2光催化氧化甲醛表观动力学
    朱晓兵, 金灿, 李小松, 刘景林, 刘晨阳, 刘潇钰
    化工学报. 2017, 68(S1):  196-203.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20170493
    摘要 ( 50 )   PDF (1485KB) ( 131 )  
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    甲醛是室内空气中典型的挥发性有机化合物(VOCs)之一。等离子激元型光催化剂可吸收可见光,可在室温常压下利用太阳光驱动光催化氧化脱除室内空气中甲醛的反应,其表观反应动力学研究对设计等离子激元型光催化剂及应用于脱除VOCs等污染物具有重要意义。研究了LED可见光下等离子激元型Au/TiO2光催化脱除气相中甲醛的表观反应动力学,考察不同波长的可见光源、光强及反应气相对湿度对表观反应动力学的影响,根据对实验数据的分析求得LED可见光催化氧化甲醛表观反应速率常数k(I,H)。结果表明,在13%相对湿度、蓝光光强为38.5 mW·cm-2的条件下,光反应的甲醛转化率达77%,是暗反应的近5倍。在LED红、绿、蓝、白光照射下,随着光强增加,甲醛转化率快速增加后缓慢增至基本不变。相同光强(低于42 mW·cm-2)和湿度条件下,红、绿、蓝光源的甲醛转化率相近,白光略低于其他光源。干气氛下,光反应和暗反应的甲醛转化率几乎为0。湿气氛下,光反应和暗反应均有甲醛转化率,光反应的甲醛转化率更高。不同光源条件下甲醛转化率随相对湿度变化规律相似。相对湿度为21.9%时甲醛转化率最高,而后保持不变,基本在80%左右。通过对红、绿、蓝、白光的数据拟合计算,得到表观动力学参数k(I)HkHIk(I,H)以及速率方程。

    丙烷芳构化催化剂活性组分浸渍方法优化
    何霖, 程牧曦, 潘相米, 王科, 谭亚南, 韩伟, 艾珍
    化工学报. 2017, 68(S1):  204-209.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20170505
    摘要 ( 50 )   PDF (940KB) ( 98 )  
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    根据现有丙烷芳构化催化剂的特性,考察等体积浸渍、真空等体积浸渍、微波等体积浸渍3种不同浸渍方法对镓改性HZSM-5催化剂性能的影响,并结合多种技术表征,分析改性后催化剂内部性能变化情况。研究发现,浸渍方法对催化剂表面镓的分散度具有明显的影响,其中真空等体积浸渍具有更好的效果,使活性组分Ga分散更均匀,更有效地降低了分子筛的B酸位、增加了L酸位,进而抑制了丙烷的裂解,增强了催化剂的脱氢、芳构化能力,并且延长了催化剂的寿命。在反应温度为525℃,丙烷质量空速(WHSV)为1 h-1的条件下,取样时间为丙烷通入后1.3 h,丙烷转化率达到93.8%,液相芳烃收率达到57.2%,BTX(苯、甲苯和二甲苯)收率达到48.6%。

    蒙脱土结构和性质对催化不饱和脂肪酸二聚化反应的影响
    黄雪, 尹垚骐, 张步宁, 冯光炷
    化工学报. 2017, 68(S1):  210-217.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20170435
    摘要 ( 38 )   PDF (5086KB) ( 80 )  
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    钠基蒙脱土经过一次插层有机改性和二次插层有机改性后制得有机改性蒙脱土,作为催化剂用于催化不饱和脂肪酸二聚化反应制备二聚酸。采用XRD、SEM、TEM、FTIR和TG等检测手段对有机改性后蒙脱土的内层结构和性质进行分析。实验表明改性后蒙脱土层间距由1.48 nm扩大到3.82 nm,而且保持原来的夹心结构不变。蒙脱土的表面形貌和内部结构发生改变,表面变得疏松,内部层间距扩大且插层剂含量增加,分散实验表明二次插层有机改性蒙脱土在不饱和脂肪酸中分散性能优异。相同条件下,二次插层有机改性蒙脱土催化不饱和脂肪酸二聚化反应,二聚酸产率75.33%,是未改性蒙脱土催化制得二聚酸产率的2.14倍,并通过FTIR、1H NMR和LC-MS证实合成的产物为二聚酸。

    使用N-甲酰吗啉和聚乙二醇二甲醚溶剂分离H2S和CO2流程模拟比较
    朱林, 艾珍, 王大军, 王伟东, 金鑫, 丁亮, 许光文
    化工学报. 2017, 68(S1):  218-224.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20170463
    摘要 ( 52 )   PDF (928KB) ( 74 )  
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    研究了N-甲酰吗啉作为高浓度酸性气体处理溶剂的可行性。使用PC-SAFT方程拟合了酸性气体CO2和H2S在N-甲酰吗啉物理溶剂中溶解的参数,并与聚乙二醇二甲醚溶剂进行了比较。在此基础上,利用通用化工流程模拟软件,设计使用上述两种溶剂提浓高分离酸性气体中的H2S并简单比较了两种溶剂工艺的主要操作能耗。在流程模拟的结果上来看,相对而言,N-甲酰吗啉在高酸气分离中应用有一定的优势,具有工业应用价值。

    碳毡负载Sn气体扩散电极CO2电化学还原性能
    陈国钱, 叶丁丁, 李俊, 付乾, 张亮, 朱恂, 杨扬
    化工学报. 2017, 68(S1):  225-231.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20170616
    摘要 ( 52 )   PDF (5869KB) ( 128 )  
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    针对CO2电化学还原中气体扩散电极可强化CO2的传质,基于碳毡制备了负载锡-石墨烯催化层的新型气体扩散电极,研究了CO2反应条件、电极厚度、催化剂载量及反应电位对CO2电化学还原性能的影响。实验结果表明:与溶解态CO2反应条件相比,采用气相CO2反应条件电化学还原性能更好;一定范围内增加电极厚度和催化剂载量可以增加气-液-固三相反应界面,提升CO2电化学还原性能;随着电解电位负移,甲酸产量增加,电流效率先增大后减小;实验中使用厚度为5 mm、载量为5 mg·cm-2的电极,在-1.8 V(vs Ag/AgCl)条件下进行电化学还原时,平均电流密度为(12.79±1.27) mA·cm-2,甲酸电流效率达到最佳为41.55%±2.50%。

    选择性有机可焊保护剂在印制电路板铜金表面选择性沉积机理
    肖定军, 赵明宇, 叶绍明, 黎小芳, 王翀
    化工学报. 2017, 68(S1):  232-239.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20170498
    摘要 ( 44 )   PDF (5973KB) ( 115 )  
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    通过紫外分析有机可焊保护剂(OSP)膜厚、SEM形貌观察和EDS元素分析等方法研究了不同OSP工艺流程对印制电路板铜金选择性沉积的过程和机理。结果表明:取代苯并咪唑衍生物和1价铜化合物的OSP配合反应需要一定的活化能;2价铜离子、3价铁离子以及苯并咪唑小分子均可以降低该反应的活化能,具有正向催化作用,而锌离子不具备催化OSP反应的能力;利用铁离子的催化特性和不参与成膜的特点可以使OSP在铜、金之间形成选择性,利用苯并咪唑小分子不与金原子络合的特点也可以使OSP在铜、金之间形成选择性;配套预浸前处理的含锌离子OSP体系的选择性显著优于含铁离子OSP体系的选择性;OSP成膜反应不会改变铜表面和金表面的微观形貌。

    激光熔蚀内部孔穴形态及相态变化
    李艳, 杨超
    化工学报. 2017, 68(S1):  240-246.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20170649
    摘要 ( 39 )   PDF (6188KB) ( 90 )  
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    采用分子动力学方法对皮秒脉冲激光在晶体材料内部熔蚀出空穴的过程进行了模拟研究。通过记录整个烧蚀过程中粒子速度和位置的变化得到了材料形态变化的原子图像;同时,对粒子动能和受力进行统计分析得到了整个材料内部的应力传导和温度变化分布,并利用P-T相图对特定位置处的材料相态变化进行了分析。结果表明:仅处于特定能量密度范围内的皮秒脉冲激光可在晶体材料内部加工出孔穴;激光能量在烧蚀点处的累积以及转化会导致材料内部出现极强的应力波,并且应力的传递将导致烧蚀点处熔池中材料的喷溅与分离,并使材料内部产生结构缺陷;此外,在分析材料内部的温度分布时可以发现激光烧蚀过程中的热影响区极小,并且大部分在加热过程中被破坏的晶格结构在材料冷却后能得到恢复,但晶体材料中仍会存在分散的片状晶格缺陷。

    高显色指数高光效的新型量子点转换LED
    程焱华, 谢斌, 罗小兵
    化工学报. 2017, 68(S1):  247-253.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20170614
    摘要 ( 33 )   PDF (4687KB) ( 90 )  
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    研究了胶体固化温度对高性能量子点白光LED的光学性能的影响。首先运用一种新结构的光转换材料量子点-介孔硅微球,将其与荧光粉和硅胶共混形成荧光胶体,点涂到蓝光芯片上形成一种新型的量子点转换LED。相比传统的LED,这种新型LED的光效提升56%,显色指数Ra达96,在20~400 mA电流驱动下Ra维持在92以上。随后分析胶体固化温度对其光学性能的影响,并分析了物理机制。结果表明:在100℃固化时光效和Ra衰减均较严重;60℃固化时光效衰减很小,Ra的衰减约为100℃时的1/2。衰减的原因是固化积累的热量影响了量子点本身的性能,从而影响光功率大小,最终导致光效和Ra的衰减。

    不同降温方式对单晶石墨烯氢气刻蚀的改善
    王施达, 段涛, 英敏菊
    化工学报. 2017, 68(S1):  254-259.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20170349
    摘要 ( 46 )   PDF (2506KB) ( 87 )  
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    以化学气相沉积(CVD)的方法在铜衬底上制备了大尺寸的单晶石墨烯。研究了在3种不同降温方式下,石墨烯受氢气刻蚀程度的变化,以及在降温过程中通入甲烷后,对刻蚀的影响与改善,并对刻蚀机理进行了探讨。结果表明:经开盖降温的石墨烯受刻蚀最轻,随炉降温的样品受刻蚀次之,缓慢降温的样品受刻蚀最为严重。在降温过程中通入甲烷之后,3种样品的刻蚀都得到了进一步的改善,且开盖降温样品的结晶质量有大幅提升;随炉降温样品的结晶质量有小幅提升;缓慢降温样品的结晶质量有所下降。

    圆柱状金属泡沫多孔前置体的气动热效应分析
    李振环, 孙海锋, 张晓晨, 夏新林, 陈学
    化工学报. 2017, 68(S1):  260-265.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20170541
    摘要 ( 60 )   PDF (1367KB) ( 61 )  
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    以超声速气流冲击轴线与来流方向相一致的带有金属泡沫多孔前置体的实体圆柱为研究对象,采用连续尺度单区域法数值模拟泡沫多孔前置体内部的流场及气动热效应。多孔域阻力特性基于分布阻力法加入,选用局部非热平衡模型,考虑流体相与固体相的传热温差,并通过Rosseland扩散模型加入固体相的辐射热效应。研究发现,在模拟气流工况下前置有一定长度的柱状泡沫多孔材料可显著降低模型激波阻力和前缘气动热效应,此外相对于气动压缩效应对温度场的影响黏性耗散效应较小。

    基于二聚脂肪酸改性苯乙烯聚酯树脂的合成及性能
    郭妍婷, 尹垚骐, 黄雪, 陈曼, 冯光炷
    化工学报. 2017, 68(S1):  266-275.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20170436
    摘要 ( 40 )   PDF (2383KB) ( 90 )  
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    以C36二聚脂肪酸、邻苯二甲酸酐、顺丁烯二酸酐和1,2-丙二醇为原料合成不饱和聚酯树脂(UPR)。以苯乙烯为交联剂、过氧化苯甲酰为引发剂,固化后得到C36二聚脂肪酸(DFA)改性苯乙烯聚酯树脂。采用FT-IR和SEM表征树脂结构及拉伸断面形貌,研究发现DFA引入树脂主链且发生反应,树脂断裂方式由脆性断裂转变为韧性断裂。通过TG、DSC、拉伸、弯曲、硬度和耐溶剂实验研究了DFA用量对树脂热稳定性、力学性能和耐溶剂性能的影响。当DFA含量为6%(摩尔分数)时,改性UPR材料的综合性能最佳,初始热分解温度由147℃增加到201℃,玻璃化转变温度由146.6℃降低到120.7℃,拉伸强度、断裂伸长率、弹性模量、邵氏硬度、弯曲强度分别是未改性树脂的7.23、2.90、7.84、1.63、5.12倍,而且耐溶剂损失率均降低70%以上。DFA可以改善苯乙烯聚酯树脂的柔韧性,是一种有效的增韧改性剂。

    绝缘衬底上化学气相沉积法生长石墨烯材料
    刘庆彬, 蔚翠, 何泽召, 王晶晶, 周闯杰, 郭建超, 冯志红
    化工学报. 2017, 68(S1):  276-282.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20170348
    摘要 ( 59 )   PDF (2984KB) ( 87 )  
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    利用化学气相沉积法,在Si衬底、蓝宝石衬底和SiC衬底上生长石墨烯材料,研究石墨烯的表面形貌、缺陷、晶体质量和电学特性。原子力显微镜、光学显微镜和拉曼光谱测试表明,Si3N4覆盖层可以有效抑制3C-SiC缓冲层的形成;低温生长有利于保持材料表面的平整度,高温生长有利于提高材料的晶体质量。5.08 cm蓝宝石衬底上石墨烯材料,室温下非接触Hall测试迁移超过1000 cm2·V-1·s-1,方块电阻不均匀性为2.6%。相对于Si衬底和蓝宝石衬底,SiC衬底上生长石墨烯材料的表面形态学更好,缺陷更低,晶体质量和电学特性更好,迁移率最高为4900 cm2·V-1·s-1