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[硕士论文] 王柯
管理科学与工程 湖北工业大学 2019(学位年度)
[硕士论文] 伍蓓蓓
英语语言文学 哈尔滨理工大学 2019(学位年度)
[硕士论文] 龚亚娟
英语语言文学 湘潭大学 2018(学位年度)
[硕士论文] 胡婷婷
中国语言文学 长沙理工大学 2018(学位年度)
[硕士论文] 丁爱宇
材料科学与工程 西安电子科技大学 2018(学位年度)
[博士论文] 黄盈盈
凝聚态物理 大连理工大学 2018(学位年度)
摘要:甲烷水合物是甲烷气体和液态水在一定温度和压力条件下形成的一种固体包合物。它不仅在地球的永久冻土层、海底和大陆边缘沉积中储量丰富,而且在太阳系中气态巨行星的卫星和星云上广泛存在。因此,甲烷水合物一直是能源、环境、气候、高压等领域的研究热点。在不同的压强条件下,目前实验室中合成或者理论上预言了四种笼形甲烷水合物(Ⅰ型、Ⅱ型、H型和K型)和三种填充冰甲烷水合物(Ⅲ型、Ⅳ型和Ⅴ型)。在本论文第三章,构建了甲烷分子和水分子在不同化学计量比下的结构模型,结合蒙特卡罗模拟和带有色散修正的密度泛函理论计算预测了一个在动力学上稳定且化学计量比为(H2O)3(CH4)的Ⅵ型甲烷水合物。它是一个介于笼形相和填充冰相之间的部分笼形相,但是其质量密度和结构性质都非常接近Ⅲ型填充冰甲烷水合物。为了描述所有甲烷水合物在不同压强条件下的相对稳定性,我们构建了H-P(形成焓-压强)相图。在相图中,Ⅵ型甲烷水合物稳定存在于Ⅱ型笼形甲烷水合物和Ⅲ型填充冰甲烷水合物之间的压强区域。随着压强的升高,作为最稳定的甲烷水合相出现的顺序是K型、Ⅱ型、Ⅵ型、Ⅲ型。Ⅵ型甲烷水合物的发现不仅丰富了甲烷水合物的相图,而且将激励科学家们去探索更多的新型甲烷水合物。
  将甲烷水合物中的甲烷分子去掉后,可以得到一系列的超低密度冰固相。因此,研究重点由新型甲烷水合相的探索拓展为新型超低密度冰相的研究。水不仅在地球上是无处不在的,而且在太阳系中比如彗星、小行星以及巨行星的卫星上也是很常见的。因此,探索存在于不同环境条件下的不同形态的冰晶体对化学、生物学、物理学和行星学都有着重要的意义。在第四章、第五章,结合带有色散修正的密度泛函理论计算和经典的蒙特卡罗、分子动力学模拟,我们预测了两个具有超低质量密度的立方笼形冰相,将其依次命名为s-Ⅲ笼形冰(ρ=0.593g/cm3)和s-Ⅳ笼形冰(ρ=0.506g/cm3)。s-Ⅲ笼形冰的元胞是由两个二十六面体的大笼子—8668412和六个十面体的小笼子—8248组成。s-Ⅳ笼形冰的元胞中含有八个二十六面体的大笼子—12464418、八个十二面体的中等尺寸笼子—6646和六个八面体的小笼子—6246。对于这两种笼形冰,超大尺寸的二十六面体水笼子以及不同笼子之间的独特堆积方式使它们密度极低。把所有的低密度冰相(其密度值小于或者等于iceⅪ)考虑在内,我们采用TIP4P/2005水模型重新构建了水在负压下的P-T(压强-温度)相图。在s-Ⅱ笼形冰下方的极低负压区域内,s-Ⅲ和s-Ⅳ笼形冰取代了之前认为的s-H笼形冰,分别占据了高温部分和低温部分,因此在相图中产生了一个三相点(T=115K,P=-4882bar)。密度泛函理论计算表明,通过在二十六面体大笼子中添加合适尺寸的客体分子的方法,比如十二面烷—C20H20和富勒烯—C60,分别能够充分地稳定s-Ⅲ和s-Ⅳ笼形冰晶格。基于实验室中已经制备出了无客体分子填充的s-Ⅱ笼形冰晶体,并且将它命名为ice(ⅩⅥ),因此s-Ⅲ笼形冰和s-Ⅳ笼形冰很有可能是ice(ⅩⅧ)或者ice(ⅩⅨ)的候选结构。
[硕士论文] 匡卫
凝聚态物理 长沙理工大学 2018(学位年度)
[硕士论文] 杨轶涵
固体力学 宁夏大学 2018(学位年度)
摘要:随着航空航天、军事、科研和民用等方面的持续发展,蓝宝石晶体的应用愈发广泛,对大尺寸高质量的蓝宝石晶体的需求与日俱增。泡生法是蓝宝石晶体的主要制造方法之一,蓝宝石晶体生长过程中流场、热场均受热场结构的影响,且伴随用时长、能耗高等问题,通过数值模拟与长晶实验结合的方法研究热场结构影响能够有效降低试验成本,对低成本获得高质量蓝宝石晶体有重要意义。
  本文总结了蓝宝石晶体的生长理论,对蓝宝石生长过程中的主要生长问题进行了分析,以目前实际生产中所采用的60kg级泡生法蓝宝石单晶炉为模型,建立了晶体生长的物理模型和数值模型,通过专业晶体生长软件CGSim对泡生法蓝宝石单晶炉热场结构进行了模拟分析,并与实验结果进行对比,得出如下结论:
  (1)通过对热屏结构中加入氧化锆材料及氧化锆材料内置外置对单晶炉功率影响的研究,得出,加入氧化锆保温层会明显降低单晶炉能耗,其中,氧化锆内置的热场结构对单晶炉能耗降低影响更为明显。
  (2)通过对氧化锆材料与钼金属材料不同配比对单晶炉功率影响的研究,得出,随着氧化锆层由0增加至15层,单晶炉能耗显著降低,相比传统15层钼保温结构,15层氧化锆保温结构炉体功率降低了38%。其中,单晶炉功率变化在内置氧化锆增加至7层后变化趋于平缓,内置7层氧化锆材料/外置8层钼金属保温结构为最合理热场结构。
  (3)通过对热场结构中热屏间距的研究,得出,单晶炉热屏结构中热屏间距增大使得单晶炉功率明显提升,并引起固液界面凸度增大,晶体热应力减小,综合考察三个影响因素的影响,热屏间距为5mm时单晶炉能耗较低,可用于制造高质量的蓝宝石晶体。
  (4)通过将数值模拟结果与具体长晶实验结果进行对比,验证了设计优化的热屏间距为5mm的内置7层锆材料/外置8层钼金属热场结构的合理性,按照模拟优化热场结构生长的蓝宝石晶体基本避免了生长过程中重熔现象、径向温度梯度不合理而出现气泡等缺陷,最终生长出了径度好、基本无光学散射符合光学要求的蓝宝石单晶。
[硕士论文] 崔运磊
动力工程及工程热物理 哈尔滨工程大学 2018(学位年度)
摘要:水合物的开采和应用均是以水合物的相平衡研究为基础的。在天然气水合物开采时,改变水合物稳定存在的条件即可使水合物分解;在石油、天然气管路运输中添加热力学抑制剂可以改变水合物的形成条件,防止水合物生成,堵塞管路。针对水合物开采和应用的前景,了解水合物的相平衡条件,进而控制水合物的生成和分解过程是关键性问题。
  本文使用van der Waals-Platteeuw模型对气体水合物相平衡进行预测,并借助Matlab软件平台编写程序实现其计算。在此基础上,研究了气体摩尔分数和热力学抑制剂对水合物相平衡的影响。针对气体摩尔分数,研究了不同摩尔分数配比的双组分(CH4-C2H6、CH4-C3H8、CH4-CO2和CH4-H2S)气体水合物在纯水体系中的相平衡变化规律;针对热力学抑制剂,分别研究了不同质量分数的CH3OH和NaCl体系中单组分气体(CH4、C2H6、CO2和H2S)水合物的相平衡规律;针对气体摩尔分数和热力学抑制剂的共同影响,分别研究了不同质量分数的CH3OH和NaCl条件下双组分(CH4-C2H6)气体水合物的相平衡规律。
  研究结果表明:CH4与C2H6、C3H8和H2S分别混合时的水合物相平衡压力随CH4摩尔分数的增加而升高,并且当CH4摩尔分数分别大于70%、90%和70%时,对应的双组分气体水合物相平衡压力随CH4摩尔分数的增加急剧升高,而CH4-CO2水合物相平衡压力随CH4摩尔分数的增加始终均匀升高。随着热力学抑制剂质量分数的增加,水合物相平衡压力逐渐升高。同时温度对热力学抑制剂的抑制效果有明显影响,一般来说温度大于273K时,抑制剂对水合物的抑制效果更明显。热力学抑制剂条件下影响双组分水合物相平衡规律的因素主要有抑制剂质量分数、气体组分的摩尔分数以及相平衡温度。但是在不同的条件下,影响水合物相平衡规律的主要因素不同。对本文研究的双组分气体水合物而言,CH4摩尔分数在30%-70%之间时,CH4摩尔分数的改变几乎不会影响水合物的相平衡,此时影响水合物相平衡的主要因素是温度和热力学抑制剂。CH4摩尔分数大于70%时以及小于30%时,热力学抑制剂、气体组分的摩尔分数以及相平衡温度会共同影响气体水合物的相平衡压力。
[硕士论文] 段志雄
冶金工程 内蒙古科技大学 2017(学位年度)
摘要:本文以聚烯丙基氯化铵(PAH)为模板剂,碳酸铵为沉淀剂,硝酸铈溶液为原料,制备了六棱片状单体组装成的花瓣状碳酸铈晶体。并从以下三个部分研究了碳酸铈结晶过程中PAH的作用机理,具体方法和结论如下:
  (1)碳酸铈诱导形核阶段。采用红外分析和分子力学模的方法拟研究了PAH与Ce3+的络合过程和碳酸铈晶体的形核过程。红外分析表明 PAH与形成了π-烯丙基络合物,PAH起主要作用的部分为碳链和氨基基团。通过对 PAH的不同空间构型进行分子力学模拟,得到了PAH的最低能量的空间构型为间规夹角90°。
  (2)碳酸铈晶体生长阶段。采用粒度分析、Zeta电位分析和接触角分析研究了碳酸铈生长过程的粒度、稳定性和 PAH的吸附量。碳酸铈生长过程中,晶体粒度呈增大的趋势,晶体的稳定性先减小后增大,PAH在碳酸铈晶体表面的吸附量先增加后减小。从不同反应时间得到的碳酸铈的激光共聚焦图谱中,发现碳酸铈的形貌由棒状转化成了六棱片状。结合 XRD图谱分析,结晶产物为 Ce2(CO3)3?8H2O。通过“Material Studio”和“ChemSketch”软件分别对碳酸铈晶面结构和 PAH的空间构型进行分子模拟,筛选出碳酸铈与PAH作用最强的四组晶面,其分别为(220)、(160)、(202)和(242)晶面。根据碳酸铈晶体表面电性和原子分布分析,PAH对碳酸铈(220)晶面的抑制作用最强。
  (3)碳酸铈陈化堆积阶段。采用分子动力学模拟的方法,对PAH在碳酸铈晶面吸附的过程进行模拟,得到 PAH在碳酸铈晶面吸附的难易程度为(160)>(220)>(242)>(202)。晶面分析结果表明,(220)晶面的 Ce3+密度大于(160)晶面,(220)晶面受到PAH的抑制作用最强。整个结晶过程碳酸铈晶体以近似于平面的方式生长,得到的碳酸铈晶体形貌为片状。当六棱片状的碳酸铈晶体结晶完成时,吸附PAH较多的(220)晶面会在PAH碳链的牵引作用下,诱导碳酸铈晶体有序堆积成花瓣状。
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