авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 | 4 |

Моделирование фазовых диаграмм состав – температура и состав – ток солевых и металлических систем

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

МОЩЕНСКАЯ Елена Юрьевна

МОДЕЛИРОВАНИЕ ФАЗОВЫХ ДИАГРАММ

«СОСТАВ – ТЕМПЕРАТУРА» И «СОСТАВ – ТОК»

СОЛЕВЫХ И МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СИСТЕМ

02.00.04 – физическая химия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата химических наук

Самара - 2006

Работа выполнена на кафедре аналитической и физической химии

Самарского государственного технического университета.

Научные руководители:

доктор химических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ

Трунин А.С.

кандидат химических наук, доцент

Рублинецкая Ю.В.

Официальные оппоненты:

доктор химических наук, профессор,

Сечной А.И.

кандидат химических наук, доцент

Расщепкина Н.А.

Ведущая организация – Башкирский государственный университет (г. Уфа)

Защита состоится «12» сентября 2006 года в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 212.217.05 при Самарском государственном техническом университете по адресу: 443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244, главный корпус.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке

Самарского государственного технического университета.

Автореферат разослан 12 августа 2006г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

кандидат химических наук, доцент В.С. Саркисова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Фазовая диаграмма является одним из основных инструментов при решении большинства задач современного физико-химического анализа в материаловедении, металловедении, металлургии и химической технологии. В настоящее время в физико-химическом анализе широко используются методы планирования эксперимента, в частности, для построения диаграмм «состав – свойство». Изучение многокомпонентных физико-химических систем является наукоемкой задачей. Планирование эксперимента посредством термодинамического моделирования нонвариантных точек на диаграмме «состав-свойство» значительно упрощает экспериментальное исследование многокомпонентных систем. В связи с высокими темпами развития компьютерных технологий становится неизбежным процесс автоматизации в научных экспериментах. Актуальной является задача создания научно-информационной системы, которая позволит аккумулировать литературные, справочные и экспериментальные данные по диаграммам состояния и расчетные программы, чтобы сделать исследование фазовых диаграмм более рациональным и эффективным.

Работа посвящена разработке методов и алгоритмов моделирования фазовых комплексов физико-химических систем, автоматизации процесса исследования и анализа результатов с целью дальнейшего их использования в проектировании и создании баз данных и знаний.

Настоящая работа является результатом исследований, проведенных на кафедре аналитической и физической химии Самарского государственного технического университета – СамГТУ.



Цель работы. Разработка алгоритмов моделирования фазовых диаграмм «состав – температура» эвтектических солевых систем, в том числе, систем с комплексообразованием, и фазовых диаграмм «состав – ток» металлических систем различного типа (неограниченных твердых растворов, эвтектических систем, систем с интерметаллическими соединениями и промежуточными фазами).

Задачи исследования:

  1. Автоматизация комплексной методологии исследования многокомпонентных систем (МКС) с целью моделирования элементов фазового комплекса МКС
  2. Апробация компьютерного расчета координат эвтектик на эталонных трехкомпонентных, тройных взаимных и четверных эвтектических системах, трехкомпонентных и тройных взаимных эвтектических системах с комплексообразованием, определение погрешностей методов и её причин.
  3. Апробация компьютерного моделирования фазовых диаграмм «состав–ток» металлических систем сплавов с неограниченными твердыми растворами, эвтектических металлических систем сплавов, металлических систем сплавов с интерметаллическими соединениями и промежуточными фазами.
  4. Формирование базы данных систем, являющихся элементами огранения многокомпонентных физико-химических систем (МК ФХС).

Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались теоретические методы (математическое и компьютерное моделирование, термодинамический анализ) и результаты экспериментальных методов физико-химического анализа – визуального политермического (ВПА), дифференциального термического (ДТА), рентгеновского фазового (РФА), локального электрохимического анализов (ЛЭА) [1,2].

Научная новизна:

  1. Разработан алгоритм моделирования характеристик эвтектик тройных, тройных взаимных и четверных эвтектических солевых систем; тройных и тройных взаимных систем с комплексообразованием.
  2. Разработан алгоритм моделирования фазовой диаграммы «состав-ток» металлических систем сплавов (неограниченных твердых растворов, эвтектических систем, систем с интерметаллическими соединениями и промежуточными фазами).

Практическая ценность работы. Разработана автоматизированная система (АС): «Моделирование фазовых диаграмм «состав-температура» и «состав-ток» в физико-химическом анализе солевых и металлических систем», позволяющая моделировать элементы фазового комплекса многокомпонентных систем. Осуществлено планирование эксперимента для нахождения координат нонвариантных точек, что позволило значительно снизить трудоемкость изучения систем. Предложенные аналитические выражения для токов растворения фаз из матрицы металлических сплавов рекомендуются к использованию при разработке и конструировании электрохимических анализаторов поверхности серии ЭФА.

На защиту автор выносит:

  1. Алгоритмы моделирования характеристик эвтектик «состав – температура» трёхкомпонентных, трёхкомпонентных взаимных солевых систем с комплексообразованием, четырехкомпонентных эвтектических систем.
  2. Алгоритмы моделирования фазовых диаграмм «состав – ток» металлических систем.
  3. Автоматизированную систему: “Моделирование фазовых диаграмм «состав-температура» и «состав-ток» в физико-химическом анализе солевых и металлических систем”, которая позволяет моделировать элементы фазового комплекса многокомпонентных систем.

Апробация работы и публикации. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на: 4 и 5 Международных конференциях молодых учёных «Актуальные проблемы современной науки» (Самара – 2003, 2004); на 2-й Всероссийской конференции «Аналитические приборы» (Санкт-Петербург – 2005), XVI Международной конференции «Физика прочности и пластичности материалов» (Самара. 2006), International Congress on Analytical Sciences (Москва -2006). По материалам диссертации опубликовано 15 статей и тезисов докладов.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, выводов, списка литературы (166 наименований) и приложений. Общий объем работы составляет 170 страниц и 13 приложений, содержит 37 таблиц и 39 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель работы, научная новизна, практическая значимость работы, основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе рассмотрена топология фазовых диаграмм «состав – температура» и диаграмм «состав – ток» многокомпонентных солевых и металлических систем, а также методы их моделирования. Обобщены данные литературы по методам термического анализа. Рассмотрена структура физико-химического анализа. Рассмотрены типы фазовых диаграмм состояний «состав – температура» двухкомпонентных, трехкомпонентных, трехкомпонентных взаимных, четырехкомпонентных эвтектических систем и трехкомпонентных и трехкомпонентных взаимных систем с комплексообразованием. Сделан обзор по методам моделирования и расчета составов и температуры тройных и четверных эвтектических систем и существующим подходам к исследованию многокомпонентных физико-химических систем (МК ФХС). Проанализированы трудности интерпретации фазовых равновесий, возникающие при изучении МК ФХС, а также предлагаемые в литературе пути их решения.

Рассмотрен метод локального электрохимического анализа, основанный на построении фазовых диаграмм «состав – ток» двухкомпонентных металлических систем. Диаграмма «состав – ток» металлической системы дает аналитическую характеристику любого сплава или системы в целом. Топология диаграммы зависит от типа взаимодействия компонентов. Рассмотрены имеющиеся в литературе диаграммы металлических систем сплавов с различными типами взаимодействия компонентов, образующими: а) эвтектики нормального и аномального кристаллического строения, б) нормального строения с взаимной нерастворимостью компонентов в твердом состоянии, в) нормального строения с повышенной межкристаллитной хрупкостью, г) с неограниченной взаимной растворимостью компонентов, д) сплавы c интерметаллическими соединениями и промежуточными фазами. Рассмотрены уравнения, используемые для теоретического расчета токов растворения указанных сплавов. Установлено, что имеет место существенное расхождение расчетных и экспериментальных данных.

Во второй главе решаются задачи моделирования фазовых диаграмм «состав – температура» тройных, тройных взаимных, четверных эвтектических солевых систем, а также тройных и тройных взаимных систем с комплексообразованием. Основой для реализации данных алгоритмов послужило родство (с термодинамической точки зрения) эвтектических систем с гетероазеотропными системами, на котором основан метод Мартыновой Н.С. – Сусарева М.П. [3, 4] расчета характеристик тройных эвтектик (температуры и состава) по данным об элементах огранения, а также геометрическое представление фазовых диаграмм многокомпонентных систем.

 Вычисление состава и температуры-0

Рис. 1. Вычисление состава и температуры тройной эвтектики.

 Вычисление характеристик-1

Рис. 2. Вычисление характеристик трехкомпонентной взаимной системы по данным для бинарных и компонентов.

Разработан алгоритм расчета состава и температуры тройных и тройных взаимных систем по данным для компонентов и бинарных систем. Алгоритмы реализованы программно в составе автоматизированной системы в среде визуального программирования Delphi (рис. 1, 2, табл. 1).

В табл. 1 приведены результаты сопоставления расчетов и данных литературы, показывающие достаточно удовлетворительные результаты, получаемые при использовании вышеописанной модели.

Таблица 1

Составы эвтектик тройных взаимных систем.

№ сист Компонент Содержание компонентов в эвтектике и температура, мол.% Погрешность
Макс по сост мол.% Относ. по темп %
Вычислено Данные литературы
1 2 3 4 1 2 3 4 Т 1 2 3 4 Т
1 CaSO4 Na2SO4 NaCl CaCl2 8,8 49,9 41,3 - 861,4 13,96 51,85 34,19 - 907 -7,11 5
6,9 - 44,7 48,4 753,8 2,27 - 44,5 53,23 758 +4,83 0,55
2 NaCl NaI RbI RbCl 19,6 32,7 47,6 - 739,8 18 37 45 - 727 -4,3 1,8
24,4 - 42,4 33,3 711 27,5 - 37,5 35 749 +4,9 5,07
3 Ba(NO3)2 NaNO3 NaBr BaBr2 6,2 85,6 8,2 - 556,4 5,54 88,13 6,33 - 551 -2,53 0,98
39,6 - 35 25,3 670,5 38,58 - 42,52 18,9 673 -7,52 0,37
4 LiNO3 NaNO3 NaBr LiBr 52,5 42,9 4,6 - 464,5 55,5 41,5 3 - 465 -3,0 0,1
70,4 - 6,1 23,5 490,5 70 - 5 25 466 -1,5 5,25
5 NaF RbF RbCl NaCl 3,6 44,8 51,6 - 811 6,5 46,5 47 - 792 +4,6 2,4
2,8 - 57,3 39,9 810,1 7 - 54,5 38,5 791 -4,2 2,4

В табл. 2 приведены результаты сопоставления расчетов и данных литературы для четверных систем.

Таблица 2

Составы и температуры четверных эвтектик.

№ сист Компонент Содержание компонентов в четверной эвтектике и температура, мол.% Погрешность
Макс по сост Относ. по темп
Вычислено Данные литературы
1 2 3 4 1 2 3 4 Т 1 2 3 4 Т %
1 KF LiF NaF SrF2 43,3 42,5 11,2 3 718 41 45 11 2 719 -2,5 0,139
2 NaCl KCl KI NaF 35 15,7 44,6 46 742,4 43 11 44 2 772 -7 3,83
3 KF KCl KI NaF 24,2 29,5 37,6 87 754 20 41 38 2 762 -10,5 1,05
4 NaCl KCl NaF Na2CO3 31,5 30,2 14,3 24 802,3 31 25 15 28 803 +5 0,09
5 KF KCl NaF BaF2 36,7 44,8 13,3 5,2 831,4 30 48 14 8 835 +6,7 0,43


Pages:   || 2 | 3 | 4 |
 

Похожие работы:










 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.