挥泪迎风尿
范文一：铝燃烧
铝的燃烧实验教学研究
摘要: 对铝单质在空气或氧气中燃烧实验进行研究, 探究出铝燃烧的最佳实验条件, 获得了生动直观的实验效果, 满足中学化学实验教学的要求.
Abstract: aluminum simple substance in air or oxygen in the combustion experiments to explore the best experimental conditions for aluminum combustion, the vivid and intuitive experimental results, to meet the requirements of the teaching of high school chemistry experiment.
关键词: 铝燃烧; 实验研究; 实验教学
Keywords: combustion of aluminum; experimental study; experimental teaching
引言
高中化学必修一第三章金属及其化合物第40页科学探究实验，铝箔直接在空气中不能点燃。由于铝单质在空气中氧化生成一层致密的氧化膜，使融化的铝不能点燃也不滴落。
学生开始学习化学的年龄大多是14~ 15 岁,从学生的心理发展看, 该时期学生的逻辑思维能力属于经验型逻辑思维, 它需要直观感性经验的直接支持, 而铝在空气中不能燃烧刺激了生的感官, 给学生留下了较深的印象, 对学生认识铝在空气中燃烧的本来面目造成障碍. 怎样使铝在氧气中燃烧实验科学真实、直观鲜明、效果可靠, 以达到中学化学实验教学的要求, 我们进行了以下实验研究.
1 实验部分
1. 1 实验原理
4Al+3O2==2Al2O3(点燃) 1.2仪器和药品
仪器：坩埚钳、石棉网、带铁圈的铁架台、酒精灯、 棉花、托盘天平、药匙、研钵 药品：铝粉（北京化工厂生产）、高锰酸钾、氯酸钾 1.3实验装置
1.4 实验步骤
先收集足够氧气，为防个别实验失败，准备10瓶氧气。 实验1：用坩埚钳夹住铝箔直接在酒精灯上燃烧；
实验2：在石棉网上将2 g 铝粉堆成长条形，用酒精灯给一端加热至燃（如图1 所示），再移开酒精灯；
实验3：用坩埚钳夹住铝箔直接在酒精灯上加热至红，迅速放入装满氧气的集气瓶中； 实验4：将1.5 g 铝粉渗透于脱脂棉中，至于燃烧匙中，稍稍点燃使之带火星，迅速放入事先准备好的装满氧气的集气瓶中。
实验5：将1.5 g 铝粉与研细的0.5 g 氯酸钾在研钵中用玻璃棒混合均匀，再渗透于脱脂棉中，置于燃烧匙中，稍稍点燃使之带火星，迅速放入事先准备好的装满氧气的集气瓶中
4 实验讨论
实验改进后，铝粉代替铝箔，氧气代替空气，现象明显，成功率高，且操作简易 铝箔在空气中难点燃，而铝粉在氧气中就可点燃，究其原因是：铝粉粒细，热传导比铝箔慢，加热易升温至熔点（660 ℃）而熔化，导至体积增大而胀破氧化膜。又由于铝粉的表面积比等质量的铝箔大很多倍，所以铝粉在氧中就能激烈地被氧化而燃烧，这是铝粉在空气中可燃的根据。明显的实验现象，也有利于激发学生求知的兴趣。
作者简介:
参考文献:
《普通高中课程标准实验教科书 化学必修一》人民教育出版社 2004年6月 化学课程教材研究开发中心
《铝燃烧实验的新设计》赵辉昌 腾冲县第一中学 文章编号： 1005–6629(2011)05–0046–01 中图分类号： G633.8 文献标识码： C
范文二：铝的再结晶温度
摘要
純鋁經過低溫退火會出現連續再結晶，但在較高的退火溫度時則會出現傳統的不連續再結晶，本實驗主要於探討各種不同退火溫度對再結晶組織的影響，藉由觀察晶粒尺寸與結構以及晶界方位差角來分析再結晶組織的特徵，本實驗採用100℃~400℃的溫度退火來觀察記錄。
前言
在鋁的表面處理技術中，陽極氧化研究最深入，應用最廣泛。鋁合金擠壓型材陽極氧化後廣泛用於建築物的門窗、幕牆和捲簾，新世紀初我國建築用鋁材接近鋁總消費的30%，而建築鋁型材中陽極氧化技術佔據市場60%以上。眾所周知鋁陽極氧化膜有兩大類，一類是壁壘型膜，主要用於電解質電容器等方面；另一類是多孔型膜，使用面更加廣闊。就多孔型陽極氧化膜而言，除了建築和裝飾用鋁材之外，還有PS印刷版、光（熱）反射器、工程用硬質陽極氧化膜等，應用面非常廣泛。直接利用鋁陽極氧化膜的可控制孔徑和孔隙度的十分有規律多孔結構，摻入功能材料，製成一系列功能性陽極氧化膜，譬如電磁膜、分離膜、光電膜、催化膜、傳感膜等。在垂直記錄高密度磁片、超微過濾介質、土壤濕度測量等方面已經得到應用。20世紀80年代，國外曾經對鋁的功能性陽極氧化膜給予極大希望。
鋁的簡介:
鋁(Aluminium)是化學元素，化學符號是Al，原子序數是13。鋁有特殊化學、物理特性，是當今工業常用金屬之一，不僅重量輕，質地堅，而且具有良好延展性、導電性、導熱性、耐熱性和耐核輻射性，是重要基礎原材料。
鋁的化學屬性:
鋁是輕金屬，密度僅是鐵三分一左右。純淨的鋁是銀白色的，因在空氣中易與氧氣化合，在表面生成緻密的氧化物薄膜（氧化鋁Al2O3），所以通常略顯銀灰色。而其薄膜又使鋁不易被腐蝕。鋁能夠與稀的強酸（如稀鹽酸，稀硫酸等）進行反應，生成氫氣和相應的鋁鹽。與一般的金屬不同的是，它也可以和強鹼進行反應，形成偏鋁酸鹽和氫氣。因此認為鋁是兩性金屬，鋁的氧化物稱為兩性氧化物，而氫氧化鋁則稱為兩性氫氧化物。
在常溫下，鋁在濃硝酸和濃硫酸中被鈍化，不與它們反應，所以濃硝酸是用鋁罐（可維持約180小時）運輸的。
純鋁較軟，在300℃左右失去抗張強度。經處理過的鋁合金，質輕而較堅韌。
品種分類:
根據鋁錠主成份含量可以分成三類：高級純鋁（鋁的含量
99.93%-99.999%）、工業高純鋁（鋁的含量99.85%-99.90%）、工業純鋁（鋁的含量98.0%-99.7%）
退火步驟
退火過程中間會有三個階段。
第一階段是回復（recovery）。在回復的過程中，晶體內部缺陷（例如空位）會移動回復到正常晶格位置，同時內部應力場也會跟著消失。在回復階段，先前的冷加工過的金屬其電、熱傳導等性質將回復成原來狀態。
第二階段是再結晶（recrystallization）。再結晶過程中，新的晶粒成型，當退火過程繼續進行中取代原本因內在應力而變形的晶粒 。
再結晶完成時，晶粒成長（grain growth）就會開始。晶粒成長過程中，小的晶粒會與大的晶粒合併，減少材料內部晶界的數目。晶粒成長的程度會嚴重影響到材料的機械性質。 半導體的退火
在半導體工業中，矽晶圓需要進行退火，因半導體摻入雜質如硼、磷或砷等時會產生大量空位，使原子排列混亂，導致半導體材料性質劇變，因此需要退火來恢復晶體的結構和消除缺陷，也有利把間隙式位置的雜質原子通過退火而讓它們進入置換式位置。 實驗流程
XRD分析與計算
利用XRD配合Schemor公式 D=0.9(k)λ/Δ2θcosθ計算晶粒的尺寸，根據X射線衍射理論，在晶粒尺寸小於100nm時，隨晶粒尺寸的變小衍射峰寬化變得顯 著，考慮樣品的吸收效應及結構對衍射線型的影響，樣品晶粒尺寸可以用Debye-Scherrer公式計算。Scherrer公式：Dhkl=kλ/βcosθ其中，Dhkl為沿垂直於晶面（hkl）方向的晶粒直徑，β為衍射峰的半高峰寬時，k=0.89，β為衍射峰的積分寬度時，k=1.0。其中積分寬度=衍射峰面積積分/峰高，k為Scherrer常數（通常為0.89）， λ為入射X射線波長（Cuka 波長為0.15406nm，Cuka1 波長為0.15418nm。），θ為布拉格衍射角（°），β為衍射峰的半高峰寬（rad）。 XRD結晶分析
2200
160014001200
)
u.1000a(ytis800netnI600400200020
30
40
50
60
70
80
2 theta(deg.)
圖4-1-1. 鋁未退火之XRD圖
28002600240022002000)
u1800.a(1600ytis1400net1200nI1000800600400200020
30
40
50
60
70
80
2 theta(deg.)200℃ XRD圖 160014001200
)
u.1000a(ytis800netnI600 400200020
30
40
50
60
70
80
2 theta(deg.)
圖:4-1-5.鋁退火400℃XRD圖
200018001600
)
u1400.a(y1200tisne1000tnI800600400200020
30
40
50
60
70
80
2 theta(deg.)
圖:4-1-2.鋁退火100℃XRD圖 2400220020001800
)
u1600.a(y1400tisn1200etn1000I800600400200020
30
40
50
60
70
80
2 theta(deg.)
圖:4-1-4.鋁退火300℃XRD圖 圖:4-1-3.鋁退火
圖4-2-1無溫度退火試片SEM圖 圖4-2-2 100℃退火試片 SEM
圖
圖4-2-3 200℃退火試片 SEM圖 圖4-2-4 300℃退火試片 SEM
圖
圖4-2-5 400℃退火試片 SEM圖 討論
退火出來的試片我們用XRD分析出來的圖套用公式計算出晶粒尺寸大小後可發現溫度越高晶粒越逐漸縮小，無退火時尺寸大小為0.428nm而100度時為0.427nm，當升溫到400度時已經到0.311 nm，從SEM圖來看的話從當初的無退火晶粒大顆且鬆散直到升溫400度時的晶粒縮小且逐漸緊密的狀況得以知道，不同退火溫度的薄膜晶粒排布緻密而光滑，均方根粗糙度小。XRD測試表明著不
同溫度退火的鋁膜均成多晶狀態，晶體結構為面心立方，退火溫度升高到400℃時，Al膜的應力會逐漸變小，薄膜平均晶粒尺寸由0.428nm增加到0.311 nm；隨著退火溫度的升高，晶面擇優取向特性變好。 結論
從不同溫度退火試驗可知道，隨著退火溫度的升高，晶面指數係數逐漸變大，有利於高晶面指數晶粒的成長變大，晶粒表面積變小，進而使得鋁膜內的應力變小，說明對鋁膜進行退火可以有效的減少薄膜內的應力，增大薄膜晶粒尺寸。 退火炉铝合金再结晶退火温度常为350~400℃。
范文三：煤气燃烧的理论燃烧温度计算
气体比热aCp=at+bb煤气成份与发%
热量计Q(θ),kJ/m3算Q,kJ气体热含
H=0.5*ata
2b煤气组成
CO2COH2CH4
煤气燃O2烧计算HO
2
N2
CH40.00109
1.58CH424358818611.44烟气1.29E-041.385含量/%
CO2
0.000251.882
CO2
200
助燃空气绝对湿度
3%反应式
2CO2→CO2
6CO＋1/2O2→CO260H2＋1/2O2→H2O24CH4＋2O2→CO2+2H2O0
2H2O→H2O
H2O0.000231.476H2O
200.00
系数9.42E-051.310需要氧的体积/m3
033048000788.0035.20
H20.000071.268H260107856471煤气3.44E-040.761O2
00000
CO2
260240
H2O
006048020
40331.05132.42467.4770.59
热量kJ1712060
22982779571992315
烟气温度
℃
0.0001
1.3851
1988
46012.5705.0336.00133.605.4420.17温度物理热含
kJ/m3℃
003022.98350464.3系数a
系数b
生成物的体积/m3
N2
00000
合计
266072024
343.6190476
172.65662.27101.51
比例%
85.930.1213.95100.00
CO0.000091.306CO612636758.16
N20.000091.294N2
400
O20.00011.348O2
000
C2H60.00112.34C2H6
2640001280
空气
0.000091.305
空气过剩系数
100.001.400
100m3煤气需要的空气
17120.60598.64∑
4N2→N2
C2H62C2H6＋3.5O2→
当b=1.0时空气带入
过剩空气带入生成物总量/m3生成物成分/m%
项目序号
单位
1煤气带入化学热量热收入
计算2煤气带入物理热量
3助燃空气物理热量4合计序号项目数量理论燃
m3烧温度单位
计算1烟气
35.2035.205.32
数量化学比热m3kJ/m3
10017120.601000598.640烟气热含烟气比热含kJkJ/m319923153008.33
662.27
气体比热aCp=at+bb煤气成份与发%
热量计Q(θ),kJ/m3算Q,kJ气体热含
H=0.5*ata
2b煤气组成
CO2COH2CH4
煤气燃O2烧计算HO
2
N2
CH40.00109
1.58CH40.3135881111.23烟气1.37E-041.458含量/%
CO2
0.000251.882
CO2
1800
助燃空气绝对湿度
2%反应式
H2O0.000231.476H2O
200.00
系数9.28E-051.308需要氧的体积/m3
0110.50.62000012.120.61
H20.000071.268H2110785107.85煤气1.25E-041.407O2
00000
CO2
182200.310
H2O
0010.62020
56.69045.592.28104.5669.56
热量kJ2999002552328669354093
烟气温度
℃
0.0001
1.4578
1509
0001.1500.0640.314.8326.823.21温度物理热含
kJ/m3℃
00180255.23350463.6系数a
系数b
生成物的体积/m3
N2
00000
合计
182210.930256.69
46.74857143
2.94150.31100.00
比例%
84.707.218.10100.00
CO0.000091.306CO22126362779.92
N20.000091.294N2
56.69
00
O20.00011.348O2
000
C2H60.00112.34C2H6
064000
空气
0.000091.305
空气过剩系数
100.001.050
100m3煤气需要的空气
2999.0061.84∑
18CO2→CO2
22CO＋1/2O2→CO21H2＋1/2O2→H2O0.31CH4＋2O2→CO2+2H2O0
2H2O→H2O
56.69N2→N2
C2H60C2H6＋3.5O2→当b=1.0时空气带入过剩空气带入生成物总量/m3生成物成分/m%
项目序号
单位
1煤气带入化学热量热收入
计算2煤气带入物理热量
3助燃空气物理热量4合计序号项目数量理论燃
m3烧温度单位
计算1烟气
0.610.610.40
数量化学比热m3kJ/m3
1002999.00100061.840烟气热含烟气比热含kJkJ/m33540932355.72
150.31
范文四：BOXCARS测量燃烧场的温度
第15卷 第4期
2003年4月强激光与粒子束HIGH POWER LASER AND PAR TICL E B EAMS Vol. 15,No. 4 Apr. ,2003 文章编号: 100124322(2003) 0420323203
BOXCARS 测量燃烧场的温度
张振荣, 胡志云, 黄梅生, 关小伟, 刘晶儒
(西北核技术研究所, 陕西西安710024) Ξ
摘 要: 介绍了用BOXCARS 技术测量CH 4/air 火焰的温度。给出了甲烷气体不同流量下和火焰不同
高度处的温度测量结果, 分析了温度随甲烷气体流量变化和火焰高度变化的变化趋势, 根据实际的实验参数计
算了相应的空间分辨率。实验结果表明:利用BOXCARS 技术可进行高精度、高空间分辨的温度测量。
关键词: BOXCARS ; 温度; 空间分辨率; 燃烧场
中图分类号: TN247 文献标识码: A
基于激光的光学诊断技术如相干反斯托克斯喇曼散射(CARS ) 、自发喇曼散射、激光诱导荧光(L IF ) 等, 可对燃烧场的温度、组分浓度、流速等物理参数进行高时空分辨的实时测量[1～4]。相比较而言,CARS 具有信号强度高、抗干扰能力强、具有相干性和收集效率高等特点, 因此, 它适合于诊断较复杂的燃烧场[4～6]。与共线CARS 和USED CARS (CARS 谱的非稳腔空间增强探测技术) 相比较, 虽然BOXCARS (交叉CARS 技术) 的光路比较复杂, 对光路的准直要求很高, 而且, 由于作用区体积小, 信号也比较弱, 但BOXCARS 具有极好的空间分辨率, 是一种诊断温度梯度较大的燃烧场的理想方法。所以对复杂的非稳燃烧场[4]的诊断大多采用这一技术。
1 实验原理
CARS 是一种四波混频过程。当相位完全匹配时, 接受到的散射信号的功率已不再像自发喇曼散射那样与激光功率和分子数密度呈线性关系, 而是呈非线性关系[4]
π2ω22P 3=c 2(3) 22P 1P 2|χ|l (1)
式中:P 1, P 2, P 3分别为泵浦光、斯托克斯光、信号光的功率; l 代表介质中两光相交区在光轴方向的长度; χ(3) 为气体介质的三阶非线性极化率, 由两部分组成
χ(3) =χr +χnr (2)
其中, χr 为共振部分, 它取决于光束的频率, 代表了被研究组分的喇曼激发跃迁, 它与散射分子的数量密度(粒子数密度) 成正比, 并通过玻尔兹曼布居数之差提取气体的温度信息; χnr 为非共振部分, 它基本上是一个常数, 与频率无关。
BOXCARS 技术是在共线CARS 的基础上为了提高空间分
辨率而提出来的, 它允许泵浦光与斯托克斯光大角度分开, 如图
1所示。在适当选择α, θ, <后仍可保证相位匹配关系[7],>
k i 表示波矢。由几何关系可推出α, θ, <>
n 2ω2sin θ=n 3ω3sin <>
(4) Fig. 1 CARS phase matching geometry θ+n 3ω3cos <=2n 1ω1cos="" αn="">
式中:n i 表示频率为ωi 的光在介质中对应的折射率。由于相互图1 CARS 相位匹配关系
作用的光束按一定角度相互分开, 所以探测区体积减少, 使得BOXCARS 具有较高的空间分辨率, 适宜于诊断非稳流场; 其次,CARS 信号的相干性和方向性使之与泵浦光、斯托克斯光在空间上分得比较开, 易于探测。2 实验设计
实验系统如图2所示。YA G 激光器的二倍频输出光参数:波长532nm , 脉宽7～8ns , 线宽1cm -1。激光Ξ收稿日期:2001211207; 修订日期:2002211227基金项目:国家863计划项目资助课题
作者简介:张振荣(19742) , 男, 助理研究员, 从事激光技术应用研究; 西安69信箱26分箱。
光束被分束片BS 1分为两束, 其中透射部分约200mJ ,
用于泵浦宽带染料激光器。染料溶液为118mg/L 的
R640甲醇溶液。得到约20mJ , 中心波长为607nm ,
FWHM (半高宽) 为130cm -1的斯托克斯光; 被BS 1的
反射部分经M 2,M 3延时后被BS 2分为强度相等的两
束并作为泵浦光经M 5,M 6反射后与斯托克斯光按预
设的间距平行排列, 最后由焦距f =300mm 的透镜L 1
聚焦于探测区, 透镜L 2与透镜L 1相互共轭。由于
BOXCARS 信号在空间上与泵浦光和斯托克斯光可以
分开, 所以使用空间滤波, 滤掉了泵浦光和斯托克斯
光, 仅使CARS 信号经透镜L 3耦合到ICCD 中, 减少Fig. 2 Schematic diagram of the BOX CARS experiment setup
图2 BOX CARS 实验装置了使用滤波片等光学器件引起的信号畸变、衰减等。
实验中所使用的单色仪分辨率可达0. 05nm 。ICCD 象素点阵列为576×384, 动态范围为16bits 。
所使用的燃烧炉可根据需要通过调节气体流量得到不同化学配比
从具体的实验参数还可以计算出空间分辨率:泵浦光的束散角为1. 5倍衍射极限, 相位匹配角α取2. 5°。其横向分辨率与共线CARS 的横向分辨率相当, 计算中采用同样的计算公式[7]并考虑光束发散角为
Δd =1. 5×4λf /πD
的影响。将探测区的激光光束形状做柱状简化, 则纵向分辨率为
Δl =Δd/tan α(5) (6)
计算出横向分辨率为3. 8×10-3cm , 纵向分辨率小于1mm 。所以利用BOXCARS 技术可以得到相当高的空间分辨率, 而且其纵向分辨率与匹配角密切相关。随着探测区体积的减少, 粒子数目也相应地减少。另外从(1) 式可以看出CARS 信号的强度与纵向分辨率成平方关系, 所以空间分辨率的提高将严重降低信号的强度。要想取得较好的信号, 就必须尽可能地提高转换效率, 就必须使相互作用的三束激光在作用区严格按预设角度重合, 并尽量减少信号在光路中的损失。
3 实验结果与分析
在以上实验条件下, 测量了CH 4/air 火焰的温度及分布。图3为所测量甲烷2空气火焰的氮气Q 支CARS 实验谱10次平均结果及其与美国Sandia 国家实验室的CARS 程序计算结果的拟合情况, 从拟合结果中可以得到相应的温度, 精度优于5%。此时的实验参数为:气体的化学配比
。
Fig. 3 Comparison of theoretical and
experimental N 2CARS spectra Fig. 4 Temperature change with
different flow rates of CH 4Fig. 5 Temperature distribution at different height in the flame 图3 N 2CARS
谱的理论拟合结果图4
不同气体流量下的温度变化曲线图5 火焰不同高度处的温度分布曲线
通过改变气体种类以及调节气体的流量, 该燃烧炉可产生较宽的温度范围, 而且在一定范围内随着流量的
增大温度会逐渐升高。如图4所示为化学配比
4 结 论
本文阐述了利用BOXCARS 技术测量火焰的温度, 给出了N 2CARS 谱的拟合结果, 气体流量变化引起的火焰温度变化曲线以及火焰不同高度的温度变化曲线, 并对结果进行了相应的分析。由于BOXCARS 光路复杂, 具体实验中难以实现理想的相位匹配; 再者, 空间分辨率的提高使得信号强度减弱, 所以所测的单次CARS 信号还不太理想。另外, 虽然考虑了气体温度、密度的变化引起光束偏折导致的相位失配, 并对实际光路进行了相应的调节, 但这方面的理论及相应的实验仍是今后要重点研究的内容之一。
参考文献:
[1] 胡志云, 刘晶儒, 关小伟, 等. 燃烧场参数的激光诊断技术研究[J].强激光与粒子束, 2002, 14(5) :702—706. (Hu Z Y , Liu J R , Guan X
W , et al. Study on laser diagnostics applied to combustion and flame. High Power L aser and Particle Beams , 2002, 14(5) :702—706)
[2] 关小伟, 刘晶儒, 黄梅生, 等. L IPF 法对甲烷2空气火焰温度及OH 分布场的测量[J].强激光与粒子束, 1999, 11(5) :560—564. (Guan X
W , Liu J R , Huang M S , et al. Measurement of temperature and OH concentration fields in a methane 2air flame by L IPE. High Power L aser and Particle Beams , 1999, 11(5) :560—564)
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Zhang Z R , et al. Raman scattering measurements for multi 2species and temperature in combustion. Acta Optica Si nica , 2002, 20(9) :1263—1267)
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Measurement of temperature in a combustion f ield by BOXCARS
ZHAN G Zhen 2rong , HU Zhi 2yun , HUAN G Mei 2sheng , GUAN Xiao 2wei , L IU Jing 2ru
(Northwest Institute of N uclear Technology , P. O. Box 69226, Xi ’an 710024, China )
Abstract : CARS spectra have been recorded and evaluated for tem perature determination in CH 4/air flame. Temperature on the flame axis at different height above the burner surface has been measured ; It has also been measured with different gas flow rates , and the spatially resolution have been calculated with actual ex perimental parameter. These results indicate that tem perature at the combus 2tion field can be measured with high precision and high spatially resolution by BOXCARS.
K ey w ords : BOXCARS ; Temperature ; Spatially resolution ; Combustion
范文五：温度对泡沫铝强度的影响
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