泥沙颗粒的扬动机理分析_刘青泉
1998年5月
水 利 学 报
SH UILI XUEBAO第5期泥沙颗粒的扬动机理分析
刘青泉
(中国科学院力学研究所)
曹文洪
(中国水利水电科学研究院)
摘 要 本文从分析床面附近泥沙颗粒的运动特征出发,较细致地论述了沙粒在水流中从推移运动到扬起悬浮的物理过程,根据水槽试验的基本现象,讨论了过去一些理论中存在的问题和不足,概括了泥沙颗粒在水流中从床面扬起的基本模式,从二相流角度出发,分析了沙粒在水流中扬起的动力学机理.
关键词 泥沙颗粒,无规则运动,跃移,紊动猝发,扬动.
泥沙颗粒的扬动是泥沙运动的水力基本特性之一.分析河床冲淤变形,需要合理地考虑悬移质与推移质之间的交换,其问题之一就是交换的临界条件,即泥沙的扬动条件,尤其以数学模型为研究手段更是如此.多年来,不少学者对此作了一定的探讨,但床面附近的泥沙运动十分复杂,且测试实验做起来困难较大,致使该问题一直没能得到良好的解决.因此,进一步的工作应着重加强对沙粒扬动机理的分析,以弥补经验的不足.
颗粒在水流中是如何扬起的,概括过去的研究,主要观点有:
(1)由于床面附近的水流水平速度有垂向梯度,流经沙粒时颗粒上部流速大于下部流速,因此颗粒上部压强小于下部压强,颗粒受到一个向上的作用力,即上举力,用于平衡沙粒的水下重力,使沙粒扬起悬浮[1].
(2)水流对沙粒的垂向作用力分为两部分:一部分为颗粒上、下部时均流速差引起的压强差形成的垂向作用力;另一部分为水流湍流脉动的垂向分速对颗粒产生的紊动上举力.当二者之合克服了沙粒的水下重力后,沙粒即从床面扬起[2,3].
(3)沙粒是否扬起,反映了沙粒重力与床面附近水流紊动作用的相对强弱,当近底水流的垂向紊动作用大于沙粒的水下重力作用时,沙粒就会扬起,而近底水流的垂向紊动作用主要表现为紊动猝发,即床面上的沙粒是否上扬决定于近底猝发紊动水团的上升速度[4,5].
本文将从床面附近的泥沙运动特性出发,分析沙粒扬起的物理过程,讨论过去理论中存在的问题和不足,从二相流角度出发,探讨沙粒在水流中的扬动机理.
1 床面附近泥沙运动特性
1.1 沙粒在水流中的运动形式及过程 胡春宏曾用高速摄影技术观测了泥沙颗粒从静止到悬浮的全过程[6],结果表明,随着水流运动强度的增大,不同容重和粒径的颗粒自起动以后,无论是在光滑或粗糙的床面上,泥沙颗粒运动过程均可概括为:起动※滚动(间或滑动)※滚动和跃移相间※连续跃移※跃移和悬移相间※悬移.泥沙颗粒的跃移运动是泥沙运动的一个重要形式,泥沙颗粒由推移运动转入悬移运动一般都要经过跃移运动过程,即沙粒一般是从跃移运动形式转为悬移运动的.
对于泥沙颗粒从推移运动到悬移运动,除了由跃移到悬移这种一般的转化过程之外,实际上还有2种转化的过程和形式:一种是由于床面附近的紊动猝发过程,即由于床面上的紊动“猝发”作用,低流速水团可以直接挟带一部分泥沙颗粒上升到主流区,使其呈悬浮状态;另一种形式主要是对于动床床面,当床面出现较显著的不平整时,就会产生局部的水流分离,从而将床面上的泥沙卷扬起来送
—
1
—本文于1996年11月26日收到,本项研究得到国家博士后科学基金的资助.
到主流区.这2种形式通常可以使床面泥沙不经跃移过程,甚至直接从静止状态转为悬移运动.但就更一般的情况下,沙粒的扬起是经过跃移运动过程的.
1.2 跃移和悬移颗粒运动速度和加速度的变化特点 图1(a )—(e )和图2(a )—(e )分别为根据大量实测资料选出的,颗粒的典型跃移和悬移轨迹及对应的颗粒速度和加速度沿运动轨迹的变化过程[6].
图1 跃移颗粒运动轨迹及速度和加速度沿轨迹变化图2 悬移颗粒起悬浮运动轨迹及速度和加速度沿轨迹变化
图1(a )为典型的颗粒跃移轨迹;图1(b )、(d )分别表示颗粒纵向速度u b 和加速度a x 沿轨迹的变化.图1(c )、(e )分别表示颗粒垂向速度v b 和加速度a y 沿轨迹的变化.可以看出,纵向速度和加速度始终为正.垂向运动速度v b 的变化可分为两部分,在跃高点以前的上升段,v b 的方向是向上的.在跃高点以后的下降段v b 的方向是向下的.垂向加速度a y 基本上始终为负值,说明颗粒始终受到一个垂直向下的合力,导致颗粒垂向速度不断减小,直至为零后开始下降.
比较从跃移和悬移颗粒的速度和加速度沿轨迹变化过程,在悬移过程中的上升阶段,颗粒运动速度和加速度与跃移运动类似.可见,在悬移的起悬段与跃移的起跃段变化特点是一致的,进一步说明了一般情况下,悬移是经过跃移过程的,且一般是在起跃段上进一步向悬移转化的.
2 泥沙颗粒的扬动模式
2.1 关于泥沙颗粒扬动模式的讨论 泥沙颗粒从床面上的扬起过程,与泥沙在床面附近的运动特性密切相关,从床面附近泥沙的基本运动特性及运动过程中速度和加速度的变化特点,可以看出以往的泥沙扬动模式理论中存在的问题.
2.1.1 用上举力与沙粒水下重力的平衡来解释沙粒的扬动 从图1、图2所示的颗粒跃移和悬移起悬段的垂向加速度变化过程看出,沙粒的跃起和扬起的过程中,其垂向加速度始终为负,即说明垂粒的垂向受力是始终向下的,看来一般情况下,上举力是小于重力的(且上举力与d u /d y 成正比,随着离床面距离越远,d u /d y 越小,因此上举力也会越来越小).另外,颗粒的扬起跟水流紊动有较大关系,这里显然是没有包括水流紊动对沙粒扬起所起的作用.
2.1.2 用上举力和脉动上举力的共同作用解释沙粒的扬动 考虑到水流紊动作用,将水流对泥沙的垂向作用分作两部分,即除了上述的上举力外,另一部分为脉动上举力,一般的作法,是参照时均上举力表达式将其表示为F ′=C L πd 3u ′2
,这样从物理意义上引进了水流紊动的作用,但同样存在一个问题,如果这个力在床面附近就能克服沙粒的水下重力的话,颗粒在跃起和悬起的初始阶段就应该在—2—
垂向上是加速的,事实上一般情况并非如此.由此看来,由此二力之合克服重力使泥沙从床面扬起的观点仍缺乏充分的说服力.实际上,众所周知,水流的紊动强度在床面附近迅速减小,这种紊动的平均作用强度是不会很大的.
2.1.3 用紊动`猝发'作用解释沙粒的扬动 在上述理论的基础上,人们认识到水流紊动的特点,进一步用紊动猝发作用来描述沙粒的扬动过程.水流的紊动`猝发'的确可以带动一些泥沙颗粒从床面扬起,但只有在猝发紊动比较强烈,或者泥沙颗粒较细,重力作用较小时,才是泥沙颗粒扬动的重要原因.当泥沙颗粒较粗,重力作用较强时,仅靠水流的紊动猝发作用,是否能使大量的泥沙颗粒从床面上扬起,并保持较稳定的浓度分布,是值得商榷的.我们认为紊动猝发作用只是颗粒扬动的一种机理,用它表述不了颗粒通过跃移向悬移转化这种更一般的颗粒扬起现象,也表述不了由于床面不平整产生的局部水流分离引起的卷扬沙粒运动(这种情况在不平整的动床床面上更为普遍).
2.2 泥沙颗粒扬动的进一步分析 归纳过去的研究,大都认为,床面上的沙粒由于受到了垂直向大于沙粒水下重力的作用后,沙粒就会扬起.沙粒在床面上跃起时就具有一定的初速度,显然是在较短的时间内通过动量转化而具有的,这种动量转化可从三种途径得的初速度,显然是在较短的时间内通过动量转化而具有的,这种动量转化可从三种途径得来:(1)沙粒作跃移运动,在获得了主流传给的动量后,当跃落在床面时,与床面发生碰撞,在很短的碰撞瞬间,跃起的沙粒获得了较大的动量.
(2)由于床面的不平整,水流发生局部分离,将泥沙卷起,使泥沙在短时间内获得了较大的动量.
(3)床面附近的紊动猝发,带动泥沙颗粒,迅速传递给沙粒较大的动量.
由此,可将沙粒的扬起过程概括为下列3种途径和模式:
(1)沙粒通过跃移运动,获得了较大的动量,并在跃移的上升过程中,被大尺度的紊动水团挟带呈悬浮状态.
(2)对于不平整床面,由于水流在床面附近产生局部分离,将沙粒卷起,沙粒获得充分动量,在卷起的过程中,进一步被主流区的大尺度紊动水团挟带悬浮.
(3)床面上水流的紊动猝发,被低速水团挟带的泥沙在上升过程中,又不断从主流区的大尺度紊动水团中获取新的动量,从而继续地呈悬移状态.
综上所述,泥沙颗粒的扬动是在床面附近颗粒运动的基础上,通过跃移、分离水流的卷扬和紊动猝发作用等无规则运动,获得了充分的动量之后,在运动中发生的.床面附近的泥沙运动对颗粒的扬动起着十分重要的作用,没有床面附近颗粒的剧烈运动,泥沙颗粒是很难扬起悬浮的.正是床面附近颗粒的运动将悬移质泥沙和推移质泥沙有机地结合在一起,床面泥沙与悬浮泥沙的逐渐过渡正是通过床面附近的泥沙运动在床面层内完成的.
3 颗粒扬动的动力学机理
3.1 沙粒的垂向受力 对于沙粒由推移到悬移的转化过程,主要关心的是沙粒的垂向受力.对于跃移或悬移的单颗粒泥沙,在水流中的垂向受力可归纳为如下几个力的作用:
(1)重力=1
6
πd3ρs g,(1)式中d为沙粒粒径(假定沙粒形状为一圆球),ρs为沙粒密度,g为重力加速度.
(2)压差力=-16πd3d p d y,(2)
对于一般的明渠水流运动,压强梯度d p
d y
(垂向)主要是由水流的重力引起的,因此,压差力实际就
表现为浮力,有
浮力=-1
6
πd3ρg.(3)
将重力与浮力合并,称之为沙粒的水下重力,表达为16πd3(ρ3-ρ)g.
—
3
—
(3)Saffm an力=1.62d2ρυ(u-u s)d u
d y
.(4)式中ν为水流运动粘性系数.(该力的表达式是Saffman在无界均匀剪切流中导出的,在床面附近仅定性正确.)
单颗粒泥沙在垂向上,除了受到上述三种力外,还受到M agnus力、升力和水流阻力的作用.但对于沙粒跃移和悬移的起始阶段,Mag nus力一般很小,可以忽略(颗粒旋转角速度一般小于45n/s).升力是一种形状阻力(垂向),对于园球状颗粒,升力系数为0,对于不同形状的沙粒,升力可能向上,也可能向下,沙粒的取向是随机的,对于群体沙粒而言,平均升力为零,因此,一般二相流中都不考虑升力.对于颗粒的初始扬动过程,一般水流阻力也是可以忽略的.因此,对于单颗粒泥沙,在垂向上,除了受到重力和浮力之外,主要就受到Saffman力(上举力)的作用.这也就是以往认为泥沙扬起是由于上举力克服了沙粒水下重力的原因.
3.2 沙粒扬动的动力学机理 单颗粒沙粒在垂向主要受到重力、浮力和Saffman力的作用,从前面的分析知道,仅靠上举力(Saffman力)是很难平衡重力和浮力而使沙粒扬起悬浮的,那么沙粒是如何扬起的呢?实际上,泥沙运动是一种群体颗粒运动,颗粒的扬动是在床面附近群体颗粒运动的基础上发生的.应该从群体颗粒的垂向动量平衡来分析.
对于水平流动中床面附近的沙粒,在垂直方向上除了受到重力和浮力外,还受到其它垂向力(主要是Saffman力)的作用.假设a为这些垂向力的合力产生的加速度,那么根据二相流理论,从宏观上分析,颗粒群沿垂向的运动方程为:
-P
z
-αs
p
z
-αsρs g+αsρsα=0,(5)
其中αs为沙粒群在水沙混合物中所占的体积分数,p是流体静压强,P为由沙粒无规则运动引起的脉动正应力,ρs为沙粒的密度.
(-αs p
z
)是作用于沙粒群上的浮力,(-αsρs g)为作用于沙粒群上的重力,(αsρsα)为作用于沙
粒群上的其它垂向力(上举力).根据定义有
αs=n s m s
ρs
=1
6
πd3s n s,(6)
其中n s为沙粒的数密度,m s为沙粒的质量,d s为沙粒的直径.
颗粒相脉动正应力P是群体颗粒运动的结果.过去在输沙力学中没有对此引起足够的重视,更没有对此加以分析.下面我们考察一下颗粒相脉动正应力P的微观意义,并从微观上讨论沙粒的重力和浮力是靠什么维持平衡的.
刘大有从二相流角度出发,曾对颗粒的无规则运动进行了分析[7],认为颗粒的无规则运动会产生应力作用,并将其定义为颗粒相分压,它对群体颗粒的运动十分重要.实际上,这种颗粒垂向无规则运动产生的应力更类似于水流的脉动正应力,因此,我们直接称之为颗粒相脉动正应力:在水流中高度z=z0处取一单位底面积、高为Δz的柱体.由于沙粒的无规则运动,每时每刻都有许多沙粒从下面通过端面z=z0进入柱体,同时将它们具有的正动量带到柱体内,另一方面又有许多沙粒从柱体经端面z=z0飞出,同时将它们所具有的负动量带出柱体,也使柱体获得了正动量.对于每一个通过端面z=z0的沙粒所输运的动量进行统计,结果得到外界通过单位面积端面z=z0给予柱体的动量传递率(即沙粒的脉动正应力)为:
P(z0)=(n s m s w′2s)z=z
,(7)其中w′s是颗粒无规则运动z向分速度的平方平均,包括热运动、湍流脉动和其它各种形式的无规则运动.
同样可以得出从上端面输出的z向动量为:
P(z0+Δz)=(n s m s w′2s)z=z
0+Δz
,(8)
—
4
—
这说明从微观看,颗粒的脉动正应力是沙粒无规则运动的一种表现形式.由此,可以将式(5)改写为:
z (n s m s w ′2s )-αs p z
-αs ρs g +αs ρs α=0.(9) 根据式(7)、(8)结果可以得出柱体净得的z 向动量为:
P (z 0+Δz )-P (z 0)=(n s m s w ′2s )z =z 0+Δz -(n s m s w ′2s )z =z 0
≈Δz z (n s m s w ′2s ),(10)
则由式(9)可得出柱体内沙粒的z 向动量平衡关系式
-n s m s g 1-ρρs .水平 于Δz =Δz z
(n s m s w ′2s )-Δz n s m s α.(11)即
-n s m s g 1-ρρs + €= z (n s m s w ′2s )-n s m s α.(12)
因此,微观分析表明,n s Δz 个沙粒的重力和浮力可以依靠沙粒无规则运动输运的动量和水流对沙粒的上举力来得到平衡.说明沙粒的扬起悬浮主要是靠群体沙粒本身的无规则运动,只要颗粒无规则运动产生的脉动应力达到一定强度,沙粒就会扬起悬浮.当然,水流对沙粒的上举力也促使沙粒更易扬
起.
沙粒在水流中的无规则运动有多种形式,如热运动、湍流脉动等,除此之外,还有一些其它形式的无规则运动[7].对于沙粒来讲,热运动很弱,可以忽略不计,对于离开床面较远的主流区,沙粒的湍流脉动占据主导地位,其它的无规则运动均可忽略.在床面附近,情况则有所不同,水流的湍流度在床面附近迅速减小,而沙粒的无规则运动仍很强烈(如图3所示为我们的水平方管水-沙两相流中,对水、沙两相垂向脉动强度的测量结果[8].流动条件:U max =68cm /s ),这里的湍流脉动很弱,这说明有一种新的无规则运动形式.颗粒与颗粒、颗粒与床面的碰撞,以及颗粒的跃移运动就是一种不属于湍流脉动的颗粒无规则运动;由于床面不平整产生局部水流分离,在背水面出现局部旋涡卷扬沙粒,同样造成床面附近沙粒的局部脉动.而根据上述的理论分析表明,沙粒的这种无规则运动恰恰是影响床面附近泥沙颗粒扬起和悬浮的关键所在.
由于床面附近泥沙颗粒的运动,以及泥沙颗粒的扬动临界过程都比较难以观测,因此,要用试验直接验证上述结论存在着很大的困难.然而,我们认为泥沙颗粒的悬浮运动能够保持稳定的浓度分布,与颗粒的扬运过程具有同样的动力学机制,即悬浮颗粒具有稳定的浓度分布也主要是依靠颗粒的垂向无规则运动输运的动量很以维持.刘大有曾经由此从二相流方程出发,对颗粒浓度分布与颗粒垂向无规则脉动强度之间的关系进行了分析[9].
忽略Saffman 力(认为该力很小),引进水流阻力f (对悬浮颗粒,水流阻力作用显著),则颗粒垂向动量方程为:
y (m s n s w ′2s )=-m s n s g 1-ρρs
分速€平均+f .(13)将阻力分解为层流阻力f L 和湍流阻力f T ,即有f =f T +f T .且有:
f L =m s n s
g (1-ρ/ρs ),(14)f T =-m s n s
ωτ
.(15)式中τT 为两相湍流运动的弛豫时间;ω为颗粒的沉降速度.最后得到颗粒浓度(数密度)与颗粒垂向脉动强度之间的关系:
n s v ′2s =[n s v ′2s ]y =0exp -∫y 0(ωτT v ′2s )d y 邮发€-1.(16)
我们利用激光多普勒分相测量技术,对颗粒的垂向脉动强度和颗粒浓度(相对数密度)作了较细—5—
致的观测[8]
.根据明渠水槽中的试验结果,对上面颗粒浓度分布与颗粒垂向脉动强度的关系进行验证.结果如图4所示(图中实线为计算结果,点据为试验测量结果,流动条件:水深H =9cm ,U max =68cm /s ).可见,符合良好
.图3 水沙两相的垂向脉动强度
d 8=0.088—0.105mm (天然沙
)图4 水槽流动的颗粒浓度分布
d 8=0.125—0.154mm (天然沙)
上述验证结果证实了:颗粒的悬浮运动能够保持稳定的浓度分布,的确主要是依靠颗粒的垂向脉动输运的动量.由此也间接地证明了,床面附近泥沙颗粒的剧烈脉动对颗粒扬动所起的重要作用.4 结论
(1)沙粒的扬动,更一般地是在离开床面一段距离处发生的,而不是直接在床面上发生的,除非对很细颗粒沙有可能从床面直接被局部分离水流卷起或被猝发紊动水团带起.
(2)只有在床面附近群体颗粒强烈运动的基础上,泥沙颗粒才可能扬能.沙粒的扬动过程可概括为三种模型.(1)沙粒在跃移运动的过程中,被大尺度的紊动水团挟带扬起.(2)对于不平整的床面,由于水流在床面附近产生局部分离,将沙粒卷起,并在卷起的过程中,进一步被主流区的大尺度紊动水团挟带扬起.(3)床面上的紊动猝发水团挟带泥沙在上升过程中,又不断从主流区的大尺度紊动水团中获取新的动量,从而使泥沙颗粒扬起悬浮.
(3)沙粒在水流中扬起的根本动力是沙粒本身的无规则运动所输运的动量,也就是说沙粒的无规则运动是泥沙在水流中扬动的根本原因.而沙粒的无规则运动除了一般的湍流脉动(热运动极弱)外,更主要的是另一种新的脉动形式,即沙粒的跃移运动和由于床面不平整产生的局部水流分离引起的卷扬运动.
参考文献
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7 刘大有.二相流体动力学.北京:高等教育出版社,1993.
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(下转53页)—
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The Optimum Operation Model of flood control System
Fu Xiang Ji Changming
(Wuha n Un iversity of Hydraulic and Electric Engine ering)
Abstr act A multidimensional dynamic programming model is established for joint operation of complicated flood cont rol system of eliminate the effect related of system history.The optimum st rategy for regulation of a flood can be effectively acquired by utilizing this model when prog ressive optimality algorthm(POA)method is used.The feasibility and effectiveness are demonst rated by comparisons of results.
Key words flood control system,operation,multidimensional DP.
(上接第6页)
On the mechanism of winnowing of sediment particles
Liu Q ingquan
(Institute of Mechanics,Academia S inica)
Cao Wenhong
(Ch ina Institute of Water Resourc es and Hyd ropow er Research)
Abstract In this paper,a systematic study on the process of sediment particles being winnowed in water flow from river bed is c arried out.Some questions that exist in traditional theories are disc ussed.Based on a new mechanics idea,the mechanism of the winnowing of the sediment particles is analyzed in detail.
Key words sediment particles,irregular motion,saltation,turbulent bursting,winnowing.
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细颗粒泥沙基本特性试验报告
细颗粒泥沙基本特性试验报告 姓名：陶安 学号：21409112 日期：2012-11-13 联系方式：antao1990@https://www.360docs.net/doc/87721326.html,
一、实验内容 1、环形水槽操作演示 2、分析泥沙粒径特性 3、粒径计管絮凝现象观察 二、基本特性测定的实验方法 1、环形水槽 环形水槽（结构如图1所示）由上、下盘及驱动控制系统三部分组成。下盘为一外径D=150cm、内径D= lO8cm、槽宽21cm、槽深45cm的有机玻璃环槽，上盘为一有机玻璃环片覆盖在下槽水面上，高度可任意调节以控制水深。上、下盘各由一台无级调速电机带动，上下盘相向转动，在切力作用下产生水流。由于水槽的曲率，会出现横向副流，但通过对上下盘转速比的合理调配，可使横向副流降低非常小的程度，从而达到较均匀稳定的流场。另外，在下盘槽壁设有多个取样孔，以便在需要时在不同水深处取得浑水样品，用来测定随时间与水探不同，含沙浓度的变化情况。 与常见的循环水槽相比，环形水槽具有几方面的特点: ①、无流入口和流出口的影响，水槽内所有断面的水流状态是一样的，并相当于一个无限长的水槽，满足细颗粒泥沙在盐水条件下絮凝过程所需时间和漫长沉降距离的要求，水槽运动所形成的水流运动既可以是恒定均匀流，也可以随时间而改变，从而可以模拟相应的潮汐水流运动。 ②、无回水装置和消能设施，不破坏泥沙的絮凝状态，亦即泥沙能在与现场条件相似的絮凝状态下沉降、起动和输移。 ③、实验水槽体积小，操作方便，适用性广，试验水深、水体含沙量、含盐度、水流速度可方便地进行调节。 对于某一流速，占初始悬沙总量一定比值的泥沙总处于悬浮状态，也就是说悬沙浓度和初始浓度的比值是底部切力的函数。根据这一特性，就可通过环形水槽试验得到不同初始含沙量，不同水流条件下泥沙平衡浓度，不淤流速，起动流速，以及泥沙沉速等泥沙水力特性。 利用环形水槽，用各种不同条件的泥沙，水介质等就可分析出不同条件下的不同泥沙的水力特性，分析各种条件下泥沙和淤积量关系。
乙烯基硅烷偶联剂合成方法的研究进展
综 述 ,2007,21(6):360～363SIL ICON E MA TERIAL 乙烯基硅烷偶联剂合成方法的研究进展 徐少华,邓锋杰3,李卫凡,温远庆,李凤仪 (南昌大学化学系,南昌330031) 摘要:介绍了合成乙烯基硅烷偶联剂的方法:直接合成法、有机金属合成法、热缩合法、硅氢加成法、氯代乙基硅烷脱氯化氢法等,并简明地分析了各种方法的优缺点。 关键词:乙烯基硅烷,偶联剂中图分类号:TQ264.1+2 文献标识码:B 文章编号:10094369(2007)0620360204 收稿日期:20070628。 作者简介:徐少华(1977— ),男,硕士生,主要从事有机硅化学和有机合成的研究。3 联系人,E 2mail :fengjiedeng @ncu 1edu 1cn 。 硅烷偶联剂是应用领域较多、使用量较大的偶联剂。在它的分子中,同时存在能与无机材料和有机材料结合的两种不同化学性质的基团。通常,有机材料和无机材料很难结合,硅烷偶联剂的特殊结构使它成为有机材料和无机材料结合的媒介。乙烯基硅烷偶联剂的通式为(C H 2C H )R a Si X 3-a (式中,R 为甲基烷基等;a 为0、1;X 为卤素、甲氧基、乙氧基、甲氧基乙氧基、乙酰氧基等),是用途较广的硅烷偶联剂品种之一,可用作玻璃纤维、无机填料的表面处理剂,密封剂、粘接剂、涂料的增黏剂,聚烯烃的交联剂等[1]。随着其用量的扩大,了解并研究它们的合成方法以降低生产成本就显得尤为重要。 1 直接法 直接法是指在较高温度和催化剂存在下直接 反应,生成烃基卤硅烷的方法[2]。此法由美国化学家Rochow 于1941年发现。用此法制备乙烯基硅烷偶联剂时,通常是在加热及铜催化剂存在下,将含有乙烯基的卤代烷与硅粉直接反应(如式1)。 CH 2 CHCl +Si Cu △ (CH 2 CH 2)SiCl 3+(CH 2 CH 2)2SiCl 2 (1) 原苏联有机硅化学家M 1F 1Shoes -Takoskii 等人尝试了各种合成乙烯基氯硅烷的方法,发表了大量的研究报告和专利。对直接法合成乙烯基氯硅烷作出了巨大的贡献。他们发现,用Cu 的 合金(铜镍硅合金、铜硅合金等)为催化剂,在N 2保护下,硅与氯乙烯直接反应合成乙烯基氯硅烷的产率仅有1013%～14%。G.S Popeleva 发现,在氧化铜存在下,氯乙烯和硅块在460℃下接触10～35s ,乙烯基氯硅烷的收率为45%～60%[3]。使用硅镍合金或硅锡合金作催化剂时,虽然可以提高反应活性及产物的收率,但产物收率还是比较低,总收率难以超过50%[4]。 直接法虽然可以用于合成乙烯基硅烷偶联剂;但是由于乙烯基卤化物中的卤原子与双键直接相连,反应活性较差,且副产物多,导致目标产物收率较低。再者反应能耗又大。因此,此法在实际生产中未能获得广泛应用。 2 有机金属合成法 有机金属合成法是以有机金属化合物为媒介,使有机基与硅化合物中的硅原子连接,生成有机硅化合物的方法[5]。它主要包括:格氏试剂法、有机锂法以及钠缩合法等。211 格氏试剂法 格氏试剂法一般是在有机溶剂存在下,将含乙烯基的格氏试剂与含Si —X 键或Si —OR 键的硅烷进行反应,使乙烯基与硅原子相连而得到乙烯基硅烷偶联剂的方法。常用的溶剂有:二甲苯、石油醚、乙醇、四氢呋喃、氯苯以及烷氧基
2000年长江泥沙公报
2000年长江泥沙公报 水利部长江水利委员会 一、概述 长江是中国第一大河，干流流经青海、西藏、云南、四川、重庆、湖北、湖南、江西、安徽、江苏、上海等11省、市、自治区。流域面积180余万平方公里，约占全国陆地总面积的19%。干流全长6300余公里，河源至宜昌（4504公里）通称上游，宜昌至湖口（955公里）为中游，湖口至大通（338公里）为下游，大通以下为河口段（600公里）。下游大通站1950年至2000年的平均年径流量9051亿立方米，占全国的34%。 长江泥沙运动的主要特点有： 1、含沙量不高，但因水量丰沛，其输沙量大。例如：宜昌站1950—2000年平均含沙量约1.14千克/立方米，相应的年均输沙量达5.01亿吨。输沙量的90%集中于汛期。 2、沙量主要来源于上游，由长江干流年均输沙量沿程变化图显示（图2），宜昌水文站输沙量最大。由于沿程部分泥沙淤积于湖泊与河流之中，其下游沙市、监利、螺山、汉口、大通站等水文站均小于宜昌水文站输沙量。 图2长江干流年均输沙量沿程变化 3、长江中下游河段为冲积性河流。从总体上说，河势相对稳定，冲淤大致平衡。但部分河段的冲淤变化较大，特别是宜昌——城陵矶——武汉河段。该河段泄洪能力较低，大洪水水位高于两岸地面较多，是防洪的关键河段。
4、长江中游与洞庭湖、鄱阳湖等湖泊相沟通。江湖之间的分流分沙及河床演变呈现比较复杂的相互影响和关联。 5、长江流域已修建大量水库，但几乎全在支流上。长江干流至今仅建成一座低坝——闸坝式的葛洲坝工程。为稳定河势与维护航道，沿河修建了一些河道整治工程。如裁弯与边岸控制工程。这些工程对长江的径流过程的影响不大，长江的水、沙过程基本上仍保持其自然特性。 长江的泥沙测验始于1923年。现在全流域共有329个水文站开展泥沙测验工作。悬移质泥沙采集一般采用横式采样器，缆道站则采用积时式采样器。颗粒分析采用粒径计与移液管相结合的方法。在上游及其支流曾进行大量推移质采样器试验与研制工作。长程河道断面的实测一般每5年安排1次，宜昌至江阴设置测量断面1392个。 二、径流量与沙量 （一）径流量与沙量的历年变化 干流选取屏山、宜昌、汉口和大通四个水文站为代表站（图1），各站实测径流量与输沙量统计值见表1，水沙量的历年变化见图3、图4、图5、图6。
偶联剂的研究进展和应用
偶联剂的研究进展和应用 赵 贞１ 张文龙１ 陈 宇１，２ （１．哈尔滨理工大学材料科学与工程学院，哈尔滨，１５００４０；２．广东华南精细化工研究院，新会，５２９１００） 摘要综述了国内外表面处理用硅烷、钛酸酯及锆酸酯、铝酸酯、双金属及稀土等偶联剂的性能、应用及研究进展，并指出其发展趋势。 关键词 偶联剂 硅烷 钛酸酯 锆酸酯 铝酸酯 稀土 表面处理 述评 ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓａｎｄＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｇｒｅｓｓｅｓｏｆＣｏｕｐｌｉｎｇＡｇｅｎｔｓ ＺｈａｏＺｈｅｎ１ＺｈａｎｇＷｅｎ－ｌｏｎｇ１ＣｈｅｎＹｕ１，２ （１，ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭａｔｅｒｉａｌＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨａｒｂｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ，１５００４０； ２，ＧｕａｎｇｄｏｎｇＨｕａｎａｎＦｉｎｅＣｈｅｍｉｃａｌＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｘｉｎｈｕｉ，５２９１００） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓａｎｄｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｅｓｏｆｍａｉｎｃｏｕｐｌｉｎｇａｇｅｎｔｓ，ｓｕｃｈａｓｓｉｌａｎｅ， ｔｉｔａｎａｔｅａｎｄｚｉｒｃｏｎａｔｅ，ａｌｕｍｉｎａｔｅ，ｂｉｓｍｅｔａｌｓａｎｄｒａｒｅｅａｒｔｈｃｏｕｐｌｉｎｇａｇｅｎｔｓ，ａｔｈｏｍｅａｎｄａｂｒｏａｄｗｅｒｅｒｅ－ｖｉｅｗｅｄ；ａｎｄｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｔｅｎｄｅｎｃｙｏｆｃｏｕｐｌｉｎｇａｇｅｎｔｓｗｅｒｅａｌｓｏｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｕｐｌｉｎｇａｇｅｎｔ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ；ｓｉｌａｎｅ；ｔｉｔａｎａｔｅ；ｚｉｒｃｏｎａｔｅ；ａｌｕｍｉｎａｔｅ；ｒａｒｅｅａｒｔｈ；ｓａｒｆａｃｅｔｒｅａｔ－ｍｅｎｔ；ｒｅｖｉｅｗ 收稿日期：２００７－０３－２５ 偶联剂是一种在无机材料和高分子材料的复合体系中，能通过物理和／或化学作用把二者结合，亦或能通过物理和／或化学反应，使二者的亲和性得到改善，从而提高复合材料综合性能的一种物质。 作为提高高分子复合材料性能及降低成本的关键材料，偶联剂广泛适用于塑料、橡胶、玻璃钢、涂料、颜料、造纸，粘合剂、磁性材料、油田化工等行业。而聚合物共混物及填料的不断发展，对于新型多功能偶联剂的需求更为迫切。 偶联剂按其化学结构可分为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、锆酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、双金属偶联剂（铝－锆酸酯、铝钛复合偶联剂）、稀土偶联剂、含磷偶联剂、含硼偶联剂等。 １硅烷偶联剂 硅烷偶联剂最早是２０世纪４０年代由美国联 合化合物公司和道康宁公司首先开发的，主要用于以硅酸盐、二氧化硅为填料的塑料和橡胶的加工及其性能改进。１９４７年ＲａｌｐｈＫＷ等，发现用烯丙基二乙氧基硅烷处理玻璃纤维制成的聚酯复合材料可以得到双倍的强度，开创了硅烷偶联剂实际应用的历史。从２０世纪５０年代至６０年代相继出现了氨基和改性氨基硅烷，随后又开发了耐热硅烷、阳离子硅烷、重氮和叠氮硅烷以及α－官能团硅烷等一系列新型硅烷偶联剂。硅烷偶联剂独特的性能与显著的改性效果使其应用领域不断扩大，产量大幅度上升［１］。 １．１研究进展 史保川［２］等将二乙烯三胺分别与五种氯烃基 烷氧基硅烷反应，合成了Ｎ′－β′－氨乙基－Ｎ－β－氨乙基－γ－氨丙基甲基二甲氧基硅烷等５种偶联剂，它们不仅是制备织物柔软剂的原料，而且是制备硅树脂固胰酶载体的原料。另外还以甲基二氯硅烷、烯丙基氯和环己胺为原料，经硅氢化、醇解和
水库水文泥沙观测规范
水库水文泥沙观测规范 Document number：NOCG-YUNOO-BUYTT-UU986-1986UT
1总则 为统一全国水库水文泥沙观测内容和技术要求，保证水库水文泥沙观测成果质量，制定本规范。 水库水文泥沙观测是水库（包括水电站）规划、设计、运行、管理的组成部分。水库水文泥沙观测的任务是收集水库水文泥沙资料并据以探索水库水沙运动规律，为保证工程安全、发挥工程效益、搞好管理运行、验证和改进工程设计，促进工农业生产和科学研究提供依据。目前我国现有的水文泥沙观测规范中，尚缺乏统一的、能反映水库特点的水库水文泥沙观测规范。为了统一水库的水文泥沙观测技术要求，需全面系统地制定一套全国通用的水库水文泥沙观测规范。 本规范适用于全国大型及重要的中型水库，其它类型水库可参照执行。 本规范是针对大型水库和重要的中型水库制定的，主要根据全国已建大中型水库水文泥沙观测的经验编写而成。 我国水库根据库容大小分为5类，分类情况见表1。 重要的中型水库是指防洪、发电、供水、综合利用等功能特别重要或水库泥沙问题突出的中型水库。
水库水文泥沙观测规范包括以下技术内容： 1水库淤积测量； 2进、出库水文泥沙测验； 3库区水文测验； 4变动回水区水流泥沙测验； 5坝区水文泥沙测验； 6水库异重流测验； 7水库水文水资源、水环境监测与调查； 8水库水文泥沙测验资料整编； 9其它需要观测项目。 水库水文泥沙观测作业前应根据项目要求收集、整理、分析并利用测区内已有资料，制定经济合理的技术方案，编写技术设计书。作业中应加强内、外业质量检查。作业后应组织验收，做好资料整理、工程技术报告书或说明书的编写工作。重大项目的技术设计、成果报告应通过专家审查。 为顺利开展水库水文泥沙观测工作，在水库规划设计阶段，应由规划设计部门对水库各项水文泥沙观测工作进行综合考虑并作出全面规划，在水库工程的规划设计报告中列出水库水文泥沙观测经费，经费的概（预）算应纳入工程总造价和水库运行管理成本中。 水库水文泥沙观测规划设计的内容包括：观测项目计划、平面和高程控制网布设；水文（水位）站、雨量站、蒸发站和固定断面等的布设；基本观测设施、仪器设备、经费、人员编制、实施计划等。
硅烷偶联剂成分分析、配方开发技术及作用机理
硅烷偶联剂成分分析、配方开发技术及作用机理 导读：本文详细介绍了硅烷偶联剂的研究背景，理论基础，参考配方等，如需更详细资料，可咨询我们的技术工程师。 禾川化学引进国外配方破译技术，专业从事硅烷偶联剂成分分析、配方还原、配方开发，为偶联剂相关企业提供整套技术解决方案一站式服务; 一、背景 硅烷偶联剂是一种具有特殊结构的有机硅化合物。通过硅烷偶联剂可使两种性能差异很大的材料界面偶联起来,以提高复合材料的性能和增加粘接强度, 从而获得性能优异、可靠的新型复合材料。硅烷偶联剂广泛用于橡胶、塑料、填充复合材料、环氧封装材料、弹性体、涂料、粘合剂和密封剂等。使用硅烷偶联剂可以极大地改进上述材料的机械性能、电气性能、耐候性、耐水性、难燃性、粘接性、分散性、成型性以及工艺操作性等等。 近几十年来, 随着复合材料不断的发展，促进了各种偶联剂的研究与开发。偶联剂和叠氮基硅烷偶联剂改性氨基硅烷,耐热硅烷、过氧基硅烷、阳离子硅烷、重氮和叠氮硅烷以及α-官能团硅烷等一系列新型硅烷偶联剂相继涌现；硅烷偶联剂独特的性能与显著的改性效果使其应用领域不断扩大。 禾川化学技术团队具有丰富的分析研发经验，经过多年的技术积累，可以运用尖端的科学仪器、完善的标准图谱库、强大原材料库，彻底解决众多化工企业生产研发过程中遇到的难题，利用其八大服务优势，最终实现企业产品性能改进及新产品研发。 样品分析检测流程：样品确认—物理表征前处理—大型仪器分析—工程师解谱—分析结果验证—后续技术服务。有任何配方技术难题，可即刻联系禾川
化学技术团队，我们将为企业提供一站式配方技术解决方案！ 二、硅烷偶联剂 2.1.1硅烷偶联剂作用机理 硅烷类偶联剂分子中存在亲有机和亲无机的功能基团，具有连接有机与无机材料两相界面的功能，对聚合物及无机物体系改性具有明显的技术效果。硅烷类偶联剂结构通式可以写为RSiX3。其中R为与树脂分子有亲和力或反应能力的活性官能团，如氨基、巯基、乙烯基、环氧基、氰基及甲基丙乙烯酰氧基等基团等；X代表能够水解的基团, 如卤素、烷氧基、酰氧基等;硅烷偶联剂由于在分子中具有这两类化学基团,因此既能与无机物中的羟基反应,又能与有机物中的长分子链相互作用起到偶联的功效,其作用机理大致分以下3 步: 1)X基水解为羟基; 2)羟基与无机物表面存在的羟基生成氢键或脱水成醚键 3)R基与有机物相结合。 2.1.2硅烷偶联剂处理技术 硅烷偶联剂的实际使用方法主要有两种:预处理法和整体掺合法。 1)预处理法 预处理法就是先用偶联剂对无机填料进行表面处理,制成活性填料,然后再加入到聚合物中。根据处理方法不同可分为干法和湿法。干法即喷雾法,是将填料充分脱水后在高速分散机中,于一定温度下与雾气状的偶联剂反应制成活性填料;湿法也称溶液法,是将偶联剂与其低沸点溶剂配制成一定浓度的溶液,然后在一定温度下与无机填料在高速分散机中均匀分散而达到调料的表面改性。
《水库水文泥沙观测规范》
1总则1.0.1为统一全国水库水文泥沙观测内容和技术要求，保证水库水文泥沙观测成果质量，制定本规范。 水库水文泥沙观测是水库（包括水电站）规划、设计、运行、管理的组成部分。水库水文泥沙观测的任务是收集水库水文泥沙资料并据以探索水库水沙运动规律，为保证工程安全、发挥工程效益、搞好管理运行、验证和改进工程设计，促进工农业生产和科学研究提供依据。目前我国现有的水文泥沙观测规范中，尚缺乏统一的、能反映水库特点的水库水文泥沙观测规范。为了统一水库的水文泥沙观测技术要求，需全面系统地制定一套全国通用的水库水文泥沙观测规范。 1.0.2本规范适用于全国大型及重要的中型水库，其它类型水库可参照执行。 本规范是针对大型水库和重要的中型水库制定的，主要根据全国已建大中型水库水文泥沙观测的经验编写而成。 我国水库根据库容大小分为5类，分类情况见表1。 重要的中型水库是指防洪、发电、供水、综合利用等功能特别重要或水库泥沙问题突出的中型水库。
1.0.3水库水文泥沙观测规范包括以下技术内容： 1水库淤积测量； 2进、出库水文泥沙测验； 3库区水文测验； 4变动回水区水流泥沙测验； 5坝区水文泥沙测验； 6水库异重流测验； 7水库水文水资源、水环境监测与调查； 8水库水文泥沙测验资料整编； 9其它需要观测项目。 1.0.4水库水文泥沙观测作业前应根据项目要求收集、整理、分析并利用测区内已有资料，制定经济合理的技术方案，编写技术设计书。作业中应加强内、外业质量检查。作业后应组织验收，做好资料整理、工程技术报告书或说明书的编写工作。重大项目的技术设计、成果报告应通过专家审查。 为顺利开展水库水文泥沙观测工作，在水库规划设计阶段，应由规划设计部门对水库各项水文泥沙观测工作进行综合考虑并作出全面规划，在水库工程的规划设计报告中列出水库水文泥沙观测经费，经费的概（预）算应纳入工程总造价和水库运行管理成本中。 水库水文泥沙观测规划设计的内容包括：观测项目计划、平面和高程控制网布设；水文（水位）站、雨量站、蒸发站和固定断面等的布设；基本观测设施、仪器设备、经费、人员编制、实施计划等。
2002年长江泥沙公报
2002年长江泥沙公报 CHANGJIANG SEDIMENT BULLETIN 水利部长江水利委员会 CHANGJIANG WATER RESOURCES COMMISSION 双击鼠标左键自动滚屏，单击自动停止一、概述 本期泥沙公报发布长江流域干、支流以及洞庭湖、鄱阳湖水系若干主要水文控制站（分布情况见图1）2002年水沙特征值及径流量、输沙量的逐月分布，并将2002年的特征值与多年平均值及上年度值进行比较。新增加水文控制站还发布多年水沙统计值。同时介绍了重庆市主城区河段、上荆江突起洲河段、长江口南支河段的冲淤变化。重要泥沙事件包括三峡工程导流明渠截流、长江中下游干堤建设、上荆江突起洲河段文村夹段崩岸、长江河道采沙管理以及长江口河段河道观测。 2002年长江的泥沙输移量和年平均含沙量与多年均值比较，明显偏少。其中长江上游总体上表现为平水（略偏少）少沙，干流主要站的年径流量除屏山站偏多5%之外，其他站偏少10%左右，但输沙量偏少明显，寸滩和宜昌站年输沙量偏少55%；长江中下游总体上为丰水（略偏多）少沙，汉口、大通站的年径流量偏多近10%，但输沙量偏少40%左右。长江干流各站年平均含沙量均比多年均值偏小，其中寸滩以下各站偏小43%～49%。 从各大支流来水、来沙情况看，除个别站的年输沙量略偏多外，其余各大支流的来沙均比多年平均值偏少。长江上游岷江、嘉陵江的来水、来沙均偏少明显，高场站年径流量和年输沙量分别比多年均值偏少24%和69%，北碚站分别少37%和90%；乌江武隆站年径流量偏多11%，但年输沙量仍偏少42%。长江中游汉江的来水、来沙偏少非常明显，皇庄站的年径流量、年输沙量分别偏少42%和95%。
水库泥沙冲淤分析计算
水库泥沙冲淤分析计算 抽水蓄能电站初步设计阶段 水库泥沙冲淤分析计算大纲范本 水利水电勘测设计标准化信息网 1996年10月 抽水蓄能电站初步设计阶段 水库泥沙冲淤分析计算大纲 主编单位: 主编单位总工程师: 参编单位: 主要编写人员: 软件开发单位: 软件编写人员: 勘测设计研究院 1
年月 目次 1. 引言 (4) 2. 设计依据文件和规范 (4) 3. 基本资料 (4) 4. 水库泥沙冲淤计算 (6) 5. 专题研究 (9) 6. 应提供的设计成果 (9) 附件A (10) 附件B (11) 附件C (14) 1 前言 项目概况 抽水蓄能电站位于省县乡境内，总装机 MW。抽水蓄能电站由上水库、水道系统、厂房及下水库组成。水库泥沙冲淤分析计算 2 设计依据文件和规范 2.1 有关本工程(或专业)的文件 (1) 可行性研究报告; (2) 可行性研究报告审批文件; (3) 初步设计任务书和项目卷册任务书，以及其它专业对本专业的要求; (4) 泥沙专题报告。 2.2 设计规范 (1) DL 5021-93 水利水电工程初步设计报告编制规程； (2) SDJ 11-77 水利水电工程水利动能设计规范(试行); (3) SDJ 214-83 水利水电工程水文计算规范(试行); (4) SL 104-95 水利工程水利计算规范; (5) 水库水文泥沙观测试行办法。 2.3 主要参考资料 (1) 水利水电工程泥沙设计规范(报批稿)[echidi1][1]； (2) 《泥沙手册》(中国水利学会泥沙专业委员会主编)； 2
(3) 《水库泥沙》(陕西省水利科学研究所河渠研究室、清华大学水利工程系泥沙研究室合编)； (4) 《河流泥沙工程学》(武汉水利电力学院)。 3 基本资料 3.1 水库概况 (1) 水库地形图，施测时间； (2) 库区纵、横断面表，需要时给出横断面特征线； (3) 水库水位容积、面积曲线图及表(包括总库容与干支流库容)。 表 1 水库水位容积、面积表 抽水蓄能电站装机容量 MW(共台)，一般每日发电 h( 点至点)；每日抽水 h( 点至点)。水泵最大扬程抽水流量 m3/s，最小扬程抽水流量 m3/s；水轮机额定水头发电流量 m3/s。 3.4.1 水库水位、库容特征值，见表2。 表 2 库水位、库容特征值 (1) 各设计频率洪水的坝前水位 表 3 各设计频率洪水的坝前水位 3
长链硅烷偶联剂的合成和表征研究进展【文献综述】
毕业论文文献综述 化学工程与工艺 长链硅烷偶联剂的合成和表征研究进展 一、前言部分 纳米粒子，又称超细微粒子(ultra fine powders，简称UFP)，统指1-100nm的细微颗粒(结晶的或非结晶的)。纳米粒子既不同于微观原子、分子团簇，又不同于宏观体相材料，是一种介于宏观固体和分子间的亚稳中间态物质。当粒子尺寸进入纳米量级(1-100nm)时，由于纳米粒子的表面原子与体相总原子数之比随粒径尺寸的减少而急剧增大，使其显示出强烈的小尺寸效应或体积效应、表面效应等、量子尺寸效应及宏观量子隧道效应等，从而展现出许多奇特的性质。它断裂强度高、韧性好、耐高温、纳米复合时能提高材料的硬度、弹性模量等，并对热膨胀系数、热导率、抗热震性产生影响。在宇航技术、电子、冶金、化工、生物和医学等方面有广阔的应用前景[1,2]。 纳米SiO2具有粒径小（一般小于100nm）、比表面积大（一般大于100m2/g）等特征，从而以其优越的稳定性、补强性、增稠性和触变性而在橡胶、涂料、医药、胶粘剂等领域中得到广泛的运用。大量的文献表明，SiO2等无机粒子和聚合物复合时，复合时无机粒子的粒径大小以及无机粒子与聚合物基体之间的相互作用是非常重要的。粒径越小，特别是当无机粒子的粒径降至纳米级时，复合物材料的性能的改进将发生本质性的提高。然而无机粒子的粒径越小，表面能越大，表面原子所占比例极高，特别是纳米颗粒表面原子是缺少临近配位原子,具有悬空键，众多的表面基团形成氢键、配位键和静电力、范德华力作用，极易发生颗粒之间、颗粒与聚合物之间的键联。因此纳米粒子与聚合物复合时，团聚现象十分严重，纳米粒子无法在聚合物材料中均匀分散，反而造成材料性能下降。为了提高纳米粒子的分散能力，需要对其表面进行改性。改性的目的为：（1）降低粒子表面能，如减少悬空键和表面活性基团；（2）消除表面电荷；（3）增加分散性能；（4）提高粒子与有机相亲和力[3]。 在常用的纳米SiO2改性剂中，硅烷偶联剂是一种增强无机材料与有机聚合物之间亲和力的有机化合物。通过硅烷偶联剂对纳米SiO2的物理化学处理，可以使其由亲水性表面变成亲油性，从而达到与有机聚合物之间的紧密结合，改进塑料复合材料的各种性能。它不仅能够提高塑料的力学性能，还可以改装其电气性能、耐热性、耐水性和耐候性等性能。因此，硅烷偶联剂已成为目前纳米SiO2改性的一种助剂，它的类型及用量对改性结果影响起着非常重要的作用。
二氧化硅表面修饰硅烷偶联剂APTS的过程和机制
2014年7月 CIESC Journal ·2629· July 2014第65卷 第7期 化 工 学 报 V ol.65 No.7 二氧化硅表面修饰硅烷偶联剂APTS 的过程和机制 乔冰，高晗，王亭杰，金涌 （清华大学化学工程系，北京 100084） 摘要：二氧化硅表面经过硅烷偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷（APTS ）修饰后，在橡胶、塑料、催化剂、色谱柱、吸附剂、生物和医药等领域中具有独特的应用性能，大量文献结合特定应用体系研究二氧化硅表面修饰APTS 的基本规律，以实现理想可控的修饰效果。总结这些分散性研究结果，有利于在新的基础上有效地促进研究的深入。在分析文献的基础上，系统地阐述了二氧化硅表面修饰APTS 的反应机理、修饰工艺、反应动力学、修饰层稳定性和结构形貌等方面的研究进展，提出了目前研究还存在的问题和进一步的研究方向。 关键词：二氧化硅；表面；多相反应；硅烷偶联剂；接枝；修饰 DOI ：10.3969/j.issn.0438-1157.2014.07.022 中图分类号：TQ 031 文献标志码：A 文章编号：0438—1157（2014）07—2629—09 Process and mechanism of surface modification of silica with silane coupling agent APTS QIAO Bing, GAO Han, WANG Tingjie, JIN Yong (Department of Chemical Engineering , Tsinghua University , Beijing 100084, China ) Abstract : After modification using gamma aminopropyltriethoxysilane (APTS), the silica surface demonstrates unique performance in the applications to rubber, plastics, catalyst, chromatography column, adsorbent, biologicals and pharmaceuticals. A large number of literatures focus on APTS modification of silica in the specific application background for achieving ideal and controllable modification. Summarizing these scattered results and discoveries can effectively promote research further on a new stage. Based on an analysis of literatures, the mechanism of reaction, process of modification, kinetics of reaction, stability and structure of the modified layer are reviewed. The existing problems in the current state of the research and the directions for further research are proposed. Key words : silica; surface; multiphase reaction; silane coupling agent; graft; modification 引 言 二氧化硅在橡胶、塑料、催化剂载体、吸附剂、 生物医药等领域有广泛应用，通常需要与有机基体 复合，但是，与其他无机金属氧化物如氧化铝、二 氧化钛、氧化锌等一样，二氧化硅表面有大量羟基，亲水性强，与有机基体复合的相容性和分散性差，难以发挥其优良的性能，必须对其表面进行有机修饰。γ-氨丙基三乙氧基硅烷（APTS ）是一种典型的硅烷偶联剂，常用于氧化物表面的修饰，经过APTS 2014-03-25收到初稿，2014-04-05收到修改稿。 联系人：王亭杰。第一作者：乔冰（1989—），女，博士研究生。基金项目：国家自然科学基金项目（21176134）。 Received date : 2014-03-25. Corresponding author : Prof. WANG Tingjie, wangtj@tsinghua. edu. cn Foundation item : supported by the National Natural Science Foundation of China (21176134).
土的颗粒分析试验
土的颗粒分析试验 第一节 筛析法 一、试验目的 测定小于某粒径的颗粒或粒组占砂土质量的百分数，以便了解土的粒度成分，并作为砂土分类及土工建筑选料的依据。 二、基本原理 筛析法是利用一套孔径不同的标准筛来分离一定量的砂土中与筛孔径相应的粒组，而后称量，计算各粒组的相对含量，确定砂土的粒度成分。此法适用于分离粒径大于0.075mm 的粒组。 三、仪器设备 1、标准筛一套(图1-1)； 2、普通天平：称量500g ，最小分度值0.1g ； 3、磁钵及橡皮头研棒； 4、毛刷、白纸、尺等。 四、操作步骤 1、制备土样 (1) 风干土样，将土样摊成薄层，在空气中放1～2天, 使土中水分蒸发。若土样已干， 则可直接使用。 (2) 若试样中有结块时，可将试样倒入磁钵中，用橡皮头研棒研磨，使结块成为单独颗粒为止。但须注意，研磨力度要合适，不能把颗粒研碎。 (3) 从准备好的土样中取代表性试样，数量如下： 最大粒径小于2mm 者，取100～300g ； 最大粒径为2～10mm 之间的，取300～1000g ； 最大粒径为10～20mm 之间的，取1000～2000g ； 最大粒径为20～40mm 之间的，取2000～4000g ； 最大粒径大于40mm 者，取4000g 以上。 顶盖 2mm 1mm 0.5mm 0.25mm 0.1mm 0.075mm 底盘 1 2 3 取走 取走 4 图1－1标准筛 图1－2 四分法图解
用四分法来选取试样，方法如下：将土样拌匀，倒在纸上成圆锥形(图1-2.1), 然后用尺以圆锥顶点为中心，向一定方向旋转(图1-2.2), 使圆锥成为1～2cm 厚的圆饼状。继而用尺划两条相互垂直的直线，把土样分成四等份，取走相同的两份(图1-2.3、图1-2.4), 将留下的两份土样拌匀；重复上述步骤，直到剩下的土样约等于需要量为止。 2、过筛及称量 (1) 用普通天平称取一定量的试样, 准确至0.1g ； (2) 检查标准筛叠放顺序是否正确(大孔径在上，小孔径在下)，筛孔是否干净，若夹有土粒，需刷净。将已称量的试样倒入顶层筛盘中，盖好盖，用手或摇筛机摇振，持续时间一般为10～15min , 然后按从上至下的顺序取下筛盘，在白纸上用手轻叩筛盘，摇晃，直到筛净为止。将漏在白纸上的土粒倒入下一层筛盘内，按此顺序，直到最末一层筛盘筛净为止。 (3) 称量留在各筛盘上的土粒质量，准确至0.1g , 并测量试样中最大颗粒的直径。若大于2mm 的颗粒超过50%，再用粗筛进行分析。 五、成果整理 1、某粒径的试样质量占试样总质量的百分比按下式计算，准确至小数后一位。 %100?= B A m m X (1-1) 式中，X 为小于某粒径的试样质量占试样总质量的百分比,%；m A 为小于某粒径的试样质量,g ；m B 为所取试样总质量,g 。 各筛盘上土粒的质量之和与筛前所称试样的质量之差不得大于1%，否则应重新试验。若两者差值小于1%, 应分析试验过程中误差产生的原因，分配给某些粒组；最终，各粒组百分含量之和应等于100%，将试验数据填写在记录表中。 2、查土类 若粒径小于0.075mm 的含量大于50% 则该土不是砂土，而是细粒土，将这一部分用密度计法(见第二节)继续分析。 3、在单对数坐标上绘制颗粒大小分布曲线，求不均匀系数u C 和曲率系数C C ，说明该土的均一性,并确定土的名称。 4、填写试验报告。 六、注意事项 1、在筛析中，尤其是将试样由一器皿倒入另一器皿时，要避免微小颗粒的飞扬。 2、过筛后，要检查筛孔中是否夹有颗粒，若夹有颗粒，应将颗粒轻轻刷下，放入该筛盘上的土样中，一并称量。 七、思考题 1、“粒组”与“粒度成分”两术语有什么区别？ 2、试分析试验过程中误差产生的原因及误差如何分配。 第二节 密度计法 一、试验目的 测定小于某粒径的颗粒占细粒土质量的百分数，以便了解土粒组成情况；并作为粉土和
新型硅烷偶联剂研究进展
1.前言 (1) 2.硅烷试剂的结构和偶联机理 (2) 2.1 硅烷试剂的结构 (2) 2.2硅烷试剂的偶联机理 (3) 2.2.1 化学键理论 (3) 2.2.2表面浸润理论 (3) 3.新型硅烷偶联剂的介绍 (4) 3.1 有机硅过氧化物偶联剂 (4) 3.2 环氧基类硅烷偶联剂 (4) 3.3长链烷基硅烷偶联剂 (5) 3.4改性氨基硅烷偶联剂 (6) 3.5其他的一些新型硅烷偶联剂 (6) 4.展望 (7) 新型硅烷偶联剂研究进展 摘要：硅烷偶联剂是应用最广的一类偶联剂。本文通过对硅烷偶联剂的结构、 性能、作用机理及使用方法等得详细论述, 并对国内外的现阶段的新近开发的硅烷偶联剂产品进行了简单介绍。 关键词：硅烷偶联剂、结构、偶联机理、研究进展 1.前言 偶联剂是一种在无机材料和高分子材料的复合体系中, 能通过物理和/或化学作用把二者结合,亦或能通过物理和/或化学反应, 使二者的亲和性得到改善, 从而提高复合材料综合性能的一种物质。偶联剂按其化学结构可分为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、锆酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、双金属偶联剂( 铝- 锆酸酯、铝钛复合偶联剂) 、稀土偶联剂、含磷偶联剂含硼偶联剂等目前应用范围最广的是硅烷偶联和钛酸酯偶联剂[1] [2]。 硅烷偶联剂是一种具有特殊结构的有机硅化合物。在它的分子中, 同时具有能与无机材料( 如玻璃、水泥、金属等) 结合的反应性基团和与有机材料( 如合成树脂等) 结合的反应性基团。因此, 通过硅烷偶联剂可使两种性能差异很大的材料界面偶联起来, 以提高复合材料的性能和增加粘接强度, 从而获得性能优异、可靠的新型复合材料[3]。硅烷偶联剂在有机硅工业中的地位日趋重要,已成为现代有机硅工业、有机高分子工业、复合材料工业及相关技术领域中不可缺少的配套化学助剂。硅烷偶联剂的应用十分广泛,主要有以下几个方面: (1)用作表面处理剂,以改善室温固化硅橡胶与金属的粘合性能; (2)用于无机材料填充塑料时,可以改善其分散性和粘合性; (3)用作增粘剂,在水电站工程中提高水泥与环氧树脂的粘合性; (4)用作密封剂,具有耐水!耐高温!耐候等性能,用于氯橡胶与金属的粘合密
硅烷偶联剂反应机理
硅烷偶联剂在复合材料中作用原理 硅烷偶联剂的作用机理比较复杂，人们对其进行了相当多的研究，提出了各种理论，但至今无完整统一的认识，主要有以下三种理论[]1.化学键理论。该理论认为：硅烷偶联剂的结构通式为YRSiX 3 ，R：烷基；Y：与聚合物反应的有机活性基团；X为与无机填料形成牢固化学键的亲水性基团。这两种性质差别很大的材料以化学键“偶联”起来，获得良好的粘结。这也是这类化合物被称为偶联剂的原因。2.浸润效应和表面能效应，在橡胶的制造中，基料与被粘物的良好浸润非常重要。如果能获得得完全的浸润，那么基料对高能表面物理吸附的粘结强度将远高于有机基料内聚强度，用硅烷偶联剂处理无机填料表面，会提高其表面张力，从而促使有机基料在无机物表面，会提高其表面张力，从而促使有机基料在无机物表面的浸润与展开。3.形态理论。无机填料上的硅烷偶联剂会以某种方式改变邻近有机聚合物的形态，从而改进粘结效果。可变形层理论认为，可产生一个挠性树脂层以缓和界面应力；而约束层理论则认为，硅烷可将聚合物结构“紧束”在相间区域中。 根据Arkles提出的反应机理,硅烷偶联剂首先通过各种水分等发生水解,继而脱水缩合成为多聚体,再与无机表面的氢氧基发生水合,通过加热干燥,无机物表面发生脱水反应,最终被硅烷偶联剂覆盖。与此同时，偶联剂的有机活性基团与聚合物进行反应，制得复合材料。对于含氢氧基较多的无机填料，偶联剂的效果比较好。 Si69化学式为(C 2H 5 O) 3 -Si-(CH 2 ) 3 -S 4 -(CH 2 ) 3 -Si-(C 2 H 5 O) 3 ，其官能团是R－S 4 －R’，这种官能团在力的作用或高温下能够发生如下反应： R－S4－R’→R－S x＋S(4-x)－R’ (1≤x≤4) 这两种自由基能够将填料与橡胶分子连接起来，产生偶联作用，同时还可能在反应过程种释放出硫自由基，与橡胶分子发生交联反应，从而提高了胶料的交联密度，表现出较高的定伸应力和硬度。 Si69可能与填料及橡胶之间发生的反应 1.Si69先发生水解反应： (C2H5O)3-Si-(CH2)3-S4-(CH2)3-Si-(C2H5O) →→→ H2O
三峡水库蓄水运用初期长江中下游河道冲淤响应
泥沙研究 2005年10月Journal of Sediment Research第5期 三峡水库蓄水运用初期长江中下游河道冲淤响应 戴仕宝1,2,杨世伦1,赵华云1,李明1 (11华东师范大学河口海岸国家重点实验室,上海200062;21滁州学院地理系,安徽滁州239012) 摘要:根据来自长江水利委员会的2003年三峡水库蓄水前后出(入)库水沙变化的逐日数据(2003.5.25- 6.12)以及长江中下游2003年和多年平均的干支流测站数据,本文对三峡水库蓄水初期长江中下游河道冲淤 响应进行了初步研究。三峡水库蓄水后,拦沙作用十分明显,仅2003年6-12月份,水库淤积泥沙即达1124亿t。由于泥沙被水库拦截,其下游各站输沙量均降低,河道沿程普遍发生冲刷(除监利至螺山段外)。各江段冲淤响应表现不一,从宜昌至监利冲刷量逐渐减小,监利至螺山段淤积,而从螺山到大通冲刷量逐渐增大。宜昌站至大通站间长江河道2003年总冲刷量为01798亿t,比预测值小。三峡水库蓄水运用后长江河道冲淤形势发生的变化将对长江中下游环境带来一定的影响,加强及时的监测与研究十分必要。 关键词:三峡水库;长江中下游;河道冲淤;洞庭湖 中图分类号:TV142文献标识码:A文章编号:0468-155X(2005)05-0035-05 1引言 三峡工程运用后将对长江中下游产生何种影响一直是人们十分关注的话题。三峡工程委员会曾专门立项对此进行研究,一些研究者也曾撰文进行了分析与预测[1~3]。就三峡工程对长江中下游泥沙的输移将产生的影响,三峡工程委员会得出的基本结论是:三峡建坝后,枢纽下泄水流的含沙量明显减少,坝下游河道将经历较长时期的冲刷-平衡-回淤过程。水库运用初期1-12年内,下泄悬沙量约为入库悬沙总量的32%,平均每年下泄悬沙量约1168亿t,中下游河道平均每年约冲刷泥沙1183亿t,每年输送到长江入海口的泥沙量为316亿t,约占大通水文站多年平均年输沙量4168亿t的77%[4]。2003年6月,三峡水库正式蓄水运用。从2003年的实测数据看,预测与实测之间差距甚大。如大通站的年输沙量的预测值为316亿t,而2003年的输沙量实测值仅为2106亿t,差距之大出乎预料,因此及时开展这方面的研究显得非常必要。虽然前述的预测值是水库运用初期的平均值,但就一般而言年际之间的差距应该不是太大,所以可以认为预测与2003年的实测值之间的差距是显著的。前人曾对长江上游[5]和中下游泥沙输移[6]及河道冲淤做过一定的研究,但是由于长江流域面积的巨大、流域地貌过程的复杂性以及人类活动的干扰等原因[7,8],很多问题还有待进一步的深入研究。特别是,由于三峡工程的建设,将从根本上改变长江中下游泥沙的平衡状况。本文将主要从与长江多年平均输沙情况对比的角度,以2003年实测值为依据,对三峡水库蓄水初期长江中下游河道冲淤响应进行初步的研究。 2研究区域和资料来源 本文主要研究三峡水库蓄水初期长江中下游宜昌到大通之间河道的泥沙输移及冲淤变化特征。在 收稿日期:2004-12-09 基金项目:国家重点基础研究项目(973)课题(2002CB412407);国家自然科学基金(40076027);安徽省高等学校青年教师科研资助计划项目(2005jq1129) 作者简介:戴仕宝(1970-),男,安徽芜湖人,副教授,在职博士生,主要从事自然地理研究.E-mail:daishi bao@s https://www.360docs.net/doc/87721326.html, 35
应用马尔文激光粒度仪分析泥沙数据处理模板
Journal of Water Resources Research 水资源研究, 2015, 4(6), 513-521 Published Online December 2015 in Hans. https://www.360docs.net/doc/87721326.html,/journal/jwrr https://www.360docs.net/doc/87721326.html,/10.12677/jwrr.2015.46064 文章引用: 田岳明, 沙剑. 应用马尔文激光粒度仪分析泥沙数据处理模板[J]. 水资源研究, 2015, 4(6): 513-521. A Sediment Data Processing Template for Malvern Laser Particle Size Analyzer Yueming Tian 1, Jian Sha 2 1Hydrological Bureau of the Yangtze River Water Resources Commission, Wuhan Hubei 2 Hydrology and Water Resources Survey Bureau of the Yangtze River Estuary in Shanghai, Shanghai Received: Nov. 8th , 2015; accepted: Nov. 27th , 2015; published: Dec. 10th , 2015 Copyright ? 2015 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). https://www.360docs.net/doc/87721326.html,/licenses/by/4.0/ Abstract Malvern laser particle size analyzer has been applied in the particle analysis of river sediments since the beginning of this century, and has been highly praised by users for simple operation, stable data from analysis, high automation of processing and quick achievements, etc. regardless of its significant devia-tion from the principles of traditional sedimentation analysis approach [1]. Now, it has been applied and popularized in the particle analysis of river sediments. Nevertheless, users may run into some problems in the use of this equipment, such as, inconvenient setting and check of fundamental parameters, lack of automatic detection and warning about quality of test data, troublesome selection of characteristic and extreme values in the data of tested particle grading, inconsistent form of analysis report, and cumber-some reading and output of data, etc. To solve these problems and unify the principles and requirements for operation of laser analyzer at the sediment monitoring stations, a “sediment data processing tem-plate for Malvern laser particle size analyzer” is developed while making full use of the existing functions of laser analyzer. This template is able to configure the fundamental parameters automatically, check the quality of analytic data and give warnings, print the reports in standard form according to the code of each monitoring station, and generate the textual output of analytic data in batches, etc., which can be directly sorted out and edited in the Southern Hydrological Data Processing (SHDP) software. The opera-tion for several years has achieved favorable effects, improved working efficiency, reduced error rate and ensured the quality of achievements. Keywords Laser Particle Size Analyzer, Sediment Analysis, Data Processing, Research Template 作者简介：田岳明(1959-)，男，长江水利委员会水文局，高级工程师，主要从事河流泥沙粒度分析技术管理与研究。