张苓[1]2003年在《电动力学天平测量微米液滴粒径的研究》文中研究指明在微化工过程中，微米量级的颗粒和液滴表面传递现象的研究具有重要的基础意义。在过程进行的条件下对微粒定位观察和测量获得的运动学和传质实验数据表明，结合使用电动力学天平和光散射技术可以实现气-雾两相射流中的微粒传质动力学现象的在线跟踪。在本文利用改进的八极双环电极电动力学天平悬浮十二烷醇微液滴的传质实验中，作者使用He-Ne激光光源产生垂直偏振的激光束。而且根据具有512象素的直线形光电接收器所记录的光散射数据，作者通过相函数曲线拟合测量雾粒直径的变化，基于此计算雾粒质量的变化，最终结果可精确到1×10~(-7)mg。 基于Lorenz-Mie理论，作者通过比较相函数的理论和实验曲线实现雾粒直径的快速精确测量。在数据处理中，作者借助计算机高级编程语言LabVIEW进行相函数的曲线拟合，提高其自动化程度。 作者利用Lorenz-Mie理论分析相函数的波峰特征对于雾粒直径变化的敏感性。雾粒直径越大，相函数越反映高次π_n和τ_n函数的性质，即它的波峰越密集。相函数的曲线拟合取决于两条曲线的波峰特征，包括波峰的数量，位置，形状和相对大小。本文证明，在一定条件下，相函数的波峰数量与雾粒直径之间存在直线关系。 利用相函数的频谱分析求其自功率谱，可以反映它的频率结构。相函数的自功率谱一般具有两个峰值频率，其相应的频率分量决定相函数的波峰特征。主振峰值频率与雾粒直径之间也存在直线关系。 四川大学硕_卜学位论文 在相函数的初步曲线拟合中，作者借助相函数的理论曲线生成标准曲线，反映相函数波峰数量与雾粒直径之间的直线关系。在利用寻找极值的直接法和频谱分析的间接法计算相函数的波峰数量时，雾粒直径估计的相对误差分别为<20%和<2%。所以，相函数的频谱分析有助于提高雾粒直径估计的精确度。 在相函数的具体曲线拟合中，作者在最小二乘法分析理论的基础上，利用针对性选点代替等距选点，使数据点的选择更能反映相函数的波峰特征对其曲线拟合的影响。雾粒直径的最终确定可以精确到0.01林m，而且两条曲线的波峰特征非常吻合。
关国强[2]2004年在《运动微液滴表面瞬态传质研究》文中认为气雾两相流瞬态传质现象广泛存在于多相反应器、燃烧、空气污染物控制和大气运动等化工、环境和气溶胶科学领域。随着喷雾干燥,化学气相沉积,等离子体反应设备等化工技术的深入发展,气雾两相流的传质理论和应用得到的极大地丰富,同时由于液雾特征尺寸为微米量级,属于气溶胶,因此成为化学工程与气溶胶科学交叉领域新的增长点。由于雾粒特征尺度为微米量级,因而具有比传统气液接触体系大得多的比表面积,换言之,气雾两相流比传统气液体系具有更大的传质面积;另外由于雾粒粒径尺度很小,因而更容易分散在空间以形成高分散体系,从而进一步促进气雾接触,因此气雾两相流具有优异的传质特性。为进一步强化并利用此体系的传质性质,推进其工程技术的应用,有必要深入研究此体系的瞬态传质性质,为此本文试图从理论角度分析此类瞬态传质现象,并通过计算模拟预测其传质影响。气雾两相流中雾粒的振动现象是广为存在的,雾粒的振动与流体运动相互影响,实践表明雾粒振动能强化其传质,为此有必要研究雾粒振动下的气雾两相流传质,但由于问题的复杂性,其基础理论尚不充分,特别是对于中等振幅(振幅为几倍到几十倍雾粒直径)中等频率(几十到几百赫兹)的雾粒振动下的气雾两相传质尚无确切的理论指导。为此本文首先应用准稳态假设,建立静止气体介质中振动微液滴的传质模型,在轴对称条件下,应用此传质模型得到简化的传质控制方程及其边界条件,进而导出了传质速率和无因次传质系数Sherwood数的关联式。采用Electrodynamic Balance(EDB)中十二烷醇微米级液滴在氮气介质中的一维拟简谐振动蒸发传质实验结果验证上述理论结果,结<WP=4>果表明,理论预测的Sherwood数与实验结果的平均误差为39.5%,明显优于已有的理论关联结果(其平均误差为50.3%)。为进一步研究振动条件下的传质瞬态特征,本文在上述理论基础上,提出静止气体介质中振动微液滴的瞬态传质模型,根据此瞬态传质模型,分别从坐标变换和微元衡算两个不同的途径得到共同的轴对称下的瞬态传质控制方程及其初始/边界条件,进而导出其相应的瞬时Sherwood数关联式,其理论预测的Sherwood数与EDB传质实验结果的平均误差仅为9.2%,说明瞬态传质模型能较好的反映EDB传质实验中气雾传质现象。模拟结果进一步分析表明,在EDB中较高频率下的振动传质,其浓度分布存在一个固定的区域,而在较低的频率下,其浓度分布与没有周期运动的传质分布相类似;进一步指出瞬时Sherwood数随时间成周期性变化的瞬态特征,其变化周期为流动变化周期的1/2。湍流下的气雾两相流在工程技术中有广泛的应用,特别是对于高剪切高分散体系,受到许多学者的重视,特别是对于在化工中具有广泛应用前景的低温等离子体工艺,高速射流中的雾粒体系能满足低温等离子体活性寿命时间的要求,然而对于此类体系优异传质效能的理论研究并不充分,为此本文还研究了湍流气体射流中的雾粒运动与传质过程。采用可近似为传质控制的氢氧化钠雾粒与二氧化碳气体中和反应体系作为模拟,着重考察了雾粒表面的传质现象与雾粒运动。在湍流颗粒分散框架下,建立了决定性分离流(DSF)模型,并基于Monte Carlo方法的思想,开发出相应的模拟方案,从而模拟了高速射流中侧向引入的雾粒运动与传质现象。模拟结果表面传质时间比雾粒的弛豫时间更短,对于典型的射流出口速度为142m/s的气体中平均粒径为10μm的雾粒,其弛豫时间为0.45ms,而传质时间为0.16ms,这样的传质效能是传统气液接触方式无法达到的,同时也是满足低温等离子体活性寿命时间ms量级的要求,充分说明其高剪切高分散体系的优异传质效能。模拟结果进一步表明传质对雾粒运动的影响可以忽略。为验证模拟结果,本文进行了由Laval喷管产生的高速射流中侧向引入雾粒运动学实验,通过激光Doppler测速仪测得的雾粒运动速度与计算模拟结果一致,其速度侧型可近似为Gauss分布。综上所述,本文进行了如下工作:首次提出了适用于中等振幅与频率的微液滴瞬态传质模型并导出传质速率和Sherwood数的机理性关联方程;<WP=5>应用本文提出的瞬态传质模型首次成功地预测了EDB内十二烷醇微米级液滴在氮气介质中的一维拟简谐振动蒸发传质实验结果,其Sherwood数的平均偏差仅为9.2%,明显优于前人基于准稳态分析所得的结果(平均偏差为50.3%);首次提出振动微液滴的瞬时传质Sherwood数随时间具有周期性变化的特征,进而指出Sherwood数的变化周期为微液滴振动周期的1/2的规律;应用Deterministic Separated Flow (DSF)方法和Monte Carlo方法,成功开发了液雾在湍流射流中运动-传质的计算模拟方案,并进行了由Laval喷管产生的高速气体射流中侧向引入雾粒运动学实验,通过激光Doppler测速仪测得的雾粒运动速度与计算模拟结果一致,其速度侧型可近似为Gauss分布;首次指出雾粒在气体湍流射流场中的传质时间比弛豫时间更短,从而更直接地说明了该体系优异的传质特性。对于典型的射流出口速度为142m/s,平均粒径为10μm雾粒在射流出口附近侧向引入的情况,其传质时间为0.16ms,而弛豫时间为0.45ms,这样的传质时间与低温等离子体活性寿命时间相匹配。
霍元平[3]2015年在《荷电液滴破碎机理及电流体动力学特性研究》文中研究表明静电雾化是电流体力学的重要基础内容,以较低能耗(毫瓦级)可获得大量粒径细小、单分散性好、可控性强、沉积率高的荷电微液滴,在微／纳米颗粒制备、微型燃烧、空气净化、空间微动力推进及生物工程等领域应用潜能巨大。静电雾化及其应用过程中产生的复杂荷电多相流动,广泛存在着荷电液滴的变形、破碎、聚合及分离等重要现象,其耦合场下的电流体动力学特性极为复杂。特别是射流模式的稳定性问题、荷电液滴相间的动力学行为等尚不明确,涉及的科学问题新颖且极具研究价值。随着现代流动测量技术的发展,采用显微高速摄像对荷电微射流开展可视化研究并对其二次雾化模型及聚并分离机理进行解析是深入探讨荷电微射流雾化行为的一个重要途径,为发展静电雾化技术提供了理论基础。本文基于可视化研究手段对荷电液滴破碎演变行为及其电流体动力学特性开展了较为全面的研究,主要的研究工作及创新点如下：电场作用下微通道荷电液滴脱落过程中液桥的形成及卫星液滴运动形貌的可视化研究。设计并建立了单液滴诱导荷电测试实验台,精确捕捉到荷电液滴液桥的断裂形貌特征,提出采用母液滴及半月面夹角值判定液桥的断裂顺序,获得了随电邦德数增加滴状模式过渡行为的演变规律。系统研究了荷电卫星液滴聚合与非聚合的演变行为。分析了主导力的大小及方向对卫星液滴运动轨迹的影响规律,从能量守恒的角度探讨了电邦德数对卫星液滴运动行为的影响因素及作用机制,设计了单液滴电荷量测量系统并首次提出卫星液滴电荷量的计算方法,为荷电液滴间相互作用行为的机理研究提供了实验基础。荷电微射流模式的过渡转变及其不稳定性分析。创新性地利用流体动力学弛豫时间和荷电弛豫时间,揭示了不同导电性液体的射流过渡演变机制。分析了表面张力及粘度影响下的微射流雾化演变形貌特征；通过研究生物柴油的射流雾化特性,分析了射流模式转变对子液滴尺寸及速度变化的影响,探讨了微射流破碎形式对雾化特性的作用规律；对无水乙醇的射流不稳性进行分析,通过显微高速数码摄像结合PIV技术探明了荷电微射流的稳定雾化区间,获得影响锥射流及多股射流模式的射流不稳定性特征的作用因素,制定了调控微射流稳定雾化行为的准则。电场作用下异性荷电液滴的相间作用行为的研究。通过构建异性荷电液滴碰撞的可视化测量系统,借助时空分辨率较高的高速摄像技术首次发现了异性荷电液滴的非接触反弹及非接触破碎行为。从离子迁移的角度,描述了电导率影响下异性荷电液滴的接触反弹行为；首次利用气体电离理论并结合瑞利极限理论,揭示了非接触反弹及非接触破碎的作用机制。通过正交试验分析,界定了碰撞行为区间；针对非接触破碎行为,定义了破碎体积及拉伸速率来评估其电导率影响下的破碎强度。荷电液滴碰撞过程的负极端破碎研究。通过分析液滴界面曲率、高压电极极性及溶液pH值对荷电液滴破碎极性选择的影响,验证了空气环境下荷电液滴碰撞特有的负极性破碎行为。首次采用氦气环境对异性荷电液滴的非接触反弹及非接触破碎演变行为进行精确捕捉,研究氦气环境下非接触破碎行为的极性选择特征,揭示了空气环境下荷电液滴始终发生负极端破碎行为的作用机制,获得了气体电离对空气／氦气环境下异性荷电液滴的非接触反弹及破碎特性的影响规律。
关国强, 朱家骅, 杨雪峰, 冯昭华, 余徽[4]2004年在《振动微液滴的传质机理与模型》文中研究说明提出了微液滴振动传质的机理模型 ,基于微液滴振动引起的周围流体介质周期性变化流场和基本输运方程 ,得到简化的传质控制方程及其数值解 ,模拟结果表明传质组分的浓度分布具有明显的非均匀特征 ,其迎流面的浓度梯度显着大于背流面 ,导出的平均Sherwood数和传质速率随振动频率增加而增大 .采用电动力学天平中作一维拟简谐振动的十二烷醇微液滴在氮气介质中的蒸发传质实验数据对模型进行验证 ,结果表明本文模型所预测的平均Sherwood数变化趋势与实验结果一致 ,平均Sherwood数预测误差为 39 5 % ,说明本文的传质模型能描述此类微尺度下具有周期性运动特征的单个液滴表面传质现象
房毅[5]2014年在《彩色纳米中空微球的制备及其应用研究》文中进行了进一步梳理电泳显示是一种反射式显示技术,具有图像稳定、宽视角、高对比度、低能耗等优点。目前电泳显示通常是黑白双色显示并已商业化,其进一步发展的重点是实现彩色化,且具有极大的经济效益。铺设滤光片是最为常用的彩色化途径,但这将显着降低显示器件的对比度和亮度。控制电泳速度和子像素法是实现彩色化的另外两种可行途径,而高质量的彩色电泳颗粒是这两种方法的基础。无机颜料在着色力、透明性、色度和稳定性等方面较有机颜料有较大的优势,但是大多密度较大,易在电泳分散液中沉降,降低电泳显示器件的稳定性。而中空微球具有比表面积大、密度低等特殊性质,能有效弥补无机颜料的缺点。基于无机颜料及中空微球结构的优点,本论文研究简便易操作的彩色中空微球的制备方法,考察其在电泳显示中的应用。以无皂乳液聚合法制得的有机共聚物微球为模板,通过两步水解法分别将二氧化钛和氢氧化铁胶体沉积在有机共聚物核壳微球表面,经冷冻干燥和高温焙烧得到Fe_2O_3包覆TiO_2的红色中空微球。制得的中空微球粒度分布均一,空心结构完好且破损率低,粒径300nm,表面壳层厚度40nm。在此基础上加入一定比例的Co、Al作为调色离子,成功制备Fe/Co/Al红色复合中空微球,其x、y、Y值为0.5074、0.2958和14.67,颜色在色度坐标中更接近红色区域且更为鲜艳。在异构烷烃(Isopar-L)体系中,两种红色中空微球的电泳淌度和zeta电位均为–1.0×10~(-5)cm~2v~(-1)s~(-1)和–100mV左右。通过Pechini溶胶凝胶法将其他金属离子的高分子络合物吸附到所制得的核壳微球表面,经高温焙烧除去聚合物模板得到Cr_2O_3包覆TiO_2和Cr/Co/Al复合绿色中空微球以及Co/Al复合蓝色中空微球。氯化铬用量为3mmol以及氯化铬、硝酸钴、硝酸铝摩尔比为3:1:1时,所得的绿色中空微球颜色形貌最佳。Co/Al复合蓝色纳米中空微球最佳用量为硝酸钴与硝酸铝摩尔比1:3,且700oC焙烧得到的中空微球形貌完好,破损率低,粒径为280nm。将制得的红、绿、蓝叁种颜色的中空微球和TiO_2白色粒子分散在Isopar-L中配置电泳液,并以此制备电泳显示原型器件。在30V直流电压驱动下,红白器件对比度可达到3.173,响应时间1121ms。绿白和蓝白电泳显示原型器件的最高对比度分别为2.826和1.816,均达到有机颜料粒子的水平,并都具有可逆的电泳行为,适用于电子墨水。再利用制备的二氧化钛-碳复合中空微球作为黑色电泳粒子及光催化剂,考察了在电泳显示和光催化降解亚甲基蓝中的应用。利用二氧化钛-碳复合中空微球作为黑色电泳粒子制备的黑/白双粒子电泳显示微杯器件在外加30V驱动电压下,实现了较好的黑白双色显示,器件对比度为7.2,响应时间为1100ms,满足了电泳显示的要求。而作为催化剂,在紫外灯照射下能有效完成对难降解有机染料亚甲基蓝的降解,最高降解率为96%。
张振[6]2014年在《新型纳米复合材料在电化学传感器中的应用研究》文中提出近年来，纳米复合材料因其特殊的结构和性能倍受研究者的关注，其制备方法也多种多样。本文通过共沉淀法、溶胶凝胶法、静电纺丝法和电沉积法分别制备了一系列新型纳米复合材料，并将制备的纳米复合材料修饰在碳糊电极(CPE)和玻碳电极(GCE)上，构建了不同类型的新型电化学传感器。通过X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、电化学阻抗(EIS)、循环伏安法(CV)和拉曼光谱等多种仪器对所制备纳米复合材料和构建的传感器的组成、结构和性能进行表征。分别将构建的电化学传感器用于生物小分子的研究，优化了实验条件，并在最佳条件下对传感器电化学性能进行研究。实验表明基于这些纳米复合材料的电化学传感器对目标检测物都表现出良好的催化性能，取得了较好的实验结果。具体结果如下：1.构建了一种基于钙钛矿型纳米复合氧化物LaNi0.6Co0.4O3(LNC)修饰碳糊电极(无需任何粘合剂)的葡萄糖和H2O2电化学传感器。通过溶胶凝胶法成功制备了纳米复合氧化物LNC，并通过TEM、SEM、XRD、CV和EIS来表征该材料的各方面性能。用循环伏安法对LNC纳米颗粒修饰电极的电子传递行为进行了表征。研究结果表明基于LNC纳米材料的传感器在最佳条件下具有良好的电化学性能。此传感器对H2O2和葡萄糖表现出很好的电催化性能：对H2O2响应很快，其工作曲线线性范围宽(0.01M-100M)、检测限低(1nM)，灵敏度高(1812.84μA·mM-1·cm-2)；对葡萄糖直接催化的线性范围为0.05M-200M，检测限为8.0nM，灵敏度为643.0μA·μM–1·cm–2(S/N=3)。还可用于实际样品中的葡萄糖和H2O2的分析检测，取得了较好的实验结果。2.基于溶胶凝胶法制备了钙钛矿型纳米复合氧化物Co0.4Fe0.6LaO3（CFLs），将其修饰碳糊电极用于高灵敏地检测葡萄糖和双氧水。通过XRD、TEM、SEM和EIS对CFLs进行了一些表征。并用循环伏安法和时间-电流法分别研究了葡萄糖和双氧水在CFLs/CPE上的催化氧化行为。实验结果表明：CFLs/CPE对葡萄糖和双氧水表现出很强的电催化性能，在最佳条件下具有很好的重现性和稳定性。CFLs/CPE对双氧水线性响应范围为0.01M-800M，最低检测限为2.0nM (S/N=3)。CFLs/CPE对葡萄糖的线性响应范围分为两段：0.05M-5M和5M-500M，最低检测限为0.01M。3.通过静电纺丝法成功地制备的多孔纳米纤维LaCoO3（LCPFs），并将其修饰在碳糊电极上用于L-色氨酸的电化学检测。首先制备了La(NO3)3/Co(Ac)2/PVP纳米纤维，经过煅烧处理后，得到多孔的纳米纤维LCPFs，将LCPFs作为电极修饰材料研究了一种新型的L-色氨酸电化学传感器。该传感器在0.1M磷酸盐缓冲溶液(PBS)具有较高的灵敏度和很低的检出限。通过循环伏安法和电化学阻抗对LCPFs/CPE传感器进行了分析研究，结果表明：在最优的实验条件下，该传感器对L-色氨酸的线性响应范围为0.05M–5M，最低检测限为0.01M,灵敏度为123.43μA·μM–1·cm–2。显示了多孔的纳米纤维LCPFs对L-色氨酸优良的电催化性。4.首次制备了功能化的纳米复合薄膜(电沉积石墨烯/电聚合β-环糊精),并利用电沉积石墨烯和电聚合β-环糊精(ED-GR/P-β-CD)的协同作用构建了一种新型的槲皮素传感器。电沉积石墨烯具有很好的导电性和较大的比表面积，它可以提供大量的活性位点和提高电荷的转移。在此基础上，又在ED-GR/GCE上电聚合β-环糊精的薄膜，得到的这种纳米复合薄膜对槲皮素表现出很强的氧化性。ED-GR/P-β-CD/GCE对槲皮素的线性响应范围为0.005M–20M，检出限为0.001M (S/N=3)。在实际样品的检测中也取得了比较好的结果。5.基于离子液体掺杂的NiAl/LDHs (H-NiAl/LDHs)修饰玻碳电极，建立了高灵敏的测定儿茶酚和对苯二酚的传感器。通过循环伏安法和电化学阻抗对H-NiAl/LDHs/GCE传感器进行了分析研究，结果表明：在最佳实验条件下，通过时间-电流法高灵敏地检测儿茶酚和对苯二酚。对苯二酚浓度的线性响应为0.01μM–140μM，检出限为2.0nM，灵敏度为669.8μA·μM–1·cm–2。儿茶酚的线性测定范围为0.01μM–400μM。检出限为2.0nM (S/N=3)，灵敏度为418.3μA·μM–1·cm–2。
参考文献：
[1]. 电动力学天平测量微米液滴粒径的研究[D]. 张苓. 四川大学. 2003
[2]. 运动微液滴表面瞬态传质研究[D]. 关国强. 四川大学. 2004
[3]. 荷电液滴破碎机理及电流体动力学特性研究[D]. 霍元平. 江苏大学. 2015
[4]. 振动微液滴的传质机理与模型[J]. 关国强, 朱家骅, 杨雪峰, 冯昭华, 余徽. 化工学报. 2004
[5]. 彩色纳米中空微球的制备及其应用研究[D]. 房毅. 天津大学. 2014
[6]. 新型纳米复合材料在电化学传感器中的应用研究[D]. 张振. 上海大学. 2014