浙江大学_材料热力学与动力学课件_1

用Aspen软件辅助化工热力学教学（一）状态方程计算流体的p-V-T性质作者：陈新志，张哲明，钱超来源：《教育教学论坛》 2016年第21期陈新志，张哲明，钱超*（浙江大学化学工程与生物工程学院，浙江杭州310027）摘要：本文用Aspen软件，选择工业中常用的PR状态方程模型，计算流体的p-V-T性质，能有效改进因计算量大、过程复杂而影响课堂教学效果的状况，并对提高学生应用能力，加深概念理解具有重要的作用。

关键词：Aspen；化工热力学教学；p-V-T关系；状态方程中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）21-0214-03作者简介：陈新志（1962-），男，浙江大学，博士，教授，研究方向：精细化学品合成工艺研究、新型合成手段研究和应用热力学研究；钱超，男，浙江大学，博士，副教授，研究方向：应用化学、化工热力学。

通讯作者：钱超。

一、引言化工热力学是化学工程的基础学科，是化学工程与工艺专业的必修课程，在化学工程的教学过程中占有极其重要的地位。

学习化工热力学课程的目的是为了解决实际问题，物性数据的计算是本课程的重要内容，因为过程工程的研究、设计、操作与优化中都离不开物性数据。

例如，为蒸馏、萃取、结晶等分离过程提供基础数据；从容易测量的性质推算难测量的性质；从温和条件的物性数据推算航天发射、深潜高压等苛刻条件下所需的物性数据等等。

化工热力学的研究对象更接近实际过程，实际过程所涉及的系统如此复杂，温度、压力范围如此宽广，化学工程师们不能再依靠简单的理想气体或理想溶液模型来计算物性了，而是需要适用范围更广、准确性更好、复杂性更高的模型，如PR等状态方程，借助商业化的化工流程模拟软件Aspen来促进化工热力学教学是一个很好的选择，对促进学生掌握概念，强化基础，提高应用能力具有重要作用。

同时对后续的化工设计、化工计算等课程的教学十分有益。

化工热力学教学中引入Aspen具有如下优点：1.Aspen软件中物性计算原理与本课程热力学性质的计算原理是一致的，用该软件辅助热力学教学，能提高教学效率，简化计算过程，激发学生的学习兴趣。

金属电磁悬浮原理及应用（上海交通大学材料科学与工程学院古亮亮 5081619054）摘要：金属电磁悬浮是电磁感应及电磁力原理应用于材料加工中的一种工程化加工手段，在材料加工领域仍是一门比较新的技术。

它最主要应用是在悬浮金属熔炼方面，具有无容器壁污染、熔体均匀、加热熔化速度快以及表面气液相平衡速度快等优点【1】。

本文主要就其主要原理进行了简要分析，介绍了悬浮熔炼的优点，并列举了悬浮熔炼在材料加工中的主要应用，简单介绍了近几年悬浮熔炼在新材料制备方面取得的成果。

关键词：悬浮熔炼电磁悬浮原理应用新材料制备1.引言与传统的材料制备技术如铸造、定向凝固等相比，电磁悬浮(Electromagnetic levitation，EML)技术应该仍然算是材料制备领域中比较新型的技术，虽然其历史可以追溯到1923年（由Muck提出利用高频电磁场对金属进行悬浮，并申请了“悬浮融熔”专利【2】），但是真正进行有效的材料制备是在20世纪60年代之后，如此看来，这项技术甚至比如今仍然很热门的快速凝固技术还要“年轻”。

如此“年轻”却能成为一种广受关注的技术，这项工艺自然有它与众不同的“武功”。

与传统熔炼工艺相比，悬浮熔炼在新材料制备方面确是有很多突破，这种方法杜绝了坩埚对材料的污染, 并且熔炼过程中，合金在高频电流的作用下能被激烈地搅拌, 这使得合金成分很均匀, 防止了偏析。

一般熔炼方法的工作温度要受到容器材料的限制，但悬浮熔炼不需要容器，显而易见，它的工作温度范围是非常广的, 从几百度一直到三千度以上【3】。

在实验室条件下, 可以很方便地制备不同熔点的金属样品，较之电弧炉熔化有一定的优越性。

同时悬浮熔炼对研究难熔金属、高纯金属、活泼金属和高温冶金物理化学等, 是非常理想的一种手段。

近年来, 有些研究者利用这种新熔炼设备, 制取了超导材料、非晶态材料和亚稳态金属材料, 也有利用它制取供物理性能测试用的金属样品【3】。

这项技术目前还广泛应用于微重力、无容器环境下晶体生长、制备放射性材料、金属中气体分析等领域。

一、课题国内外现状由于环境污染日益严重和传统能源危机的产生，世界上许多国家大规模地开展了新型能源的研究，氢能是研究的重要能源之一。

各国学者都认为21世纪将是氢能世纪，并出现了“氢经济”这一新概念。

氢能的核心组元是氢气，氢气是一种清洁能源，其燃烧产物是水，不会污染环境。

氢气的制备、运输、贮存、应用是氢能利用的四大相关步骤，也是有效利用氢能的四大关键技术所在。

燃料电池是氢能开发利用的最有效方式之一，它是一种全新的绿色电池，通过氢和氧的化学反应获得电能，产物是水，具有能量转换效率高、静声和低排放等其它二次电池所无法比拟的优点。

燃料电池的氢源可以通过金属氢化物的贮氢罐来提供。

用金属氢化物贮氢罐供氢有如下特点：氢气纯度高、贮氢密度高、安全性好和寿命长。

贮氢合金作为一种新型的功能材料和能源材料引起了人们极大的关注，成为材料领域研究开发的热点之一[1]。

贮氢合金的贮氢密度要高于液态氢甚至固态氢，使用时占用空间小，作为贮氢介质实用性明显优于金属氢化物贮氢罐。

国外专家从20世纪50年代开始不断推出有实际利用价值的稀土贮氢合金。

经过半个世纪的研究，贮氢合金的贮氢容量不断提高，吸放氢的循环稳定性不断改进。

国外从70年代开始就已经有了贮氢装置的报道，经过二十多年的发展，已经应用于许多领域，如电动车、小型电动工具、各种小型家用电器、以及应用于边远地区的电力供应。

另外也应用于军事方面，如用作便携式燃料电池的氢源、航天飞机卫星等的电源供氢系统等。

日本、德国和美国在这方面居于领先地位。

我国在70年代末就开始了金属氢化物及其贮氢装置的研究工作。

中科院上海微系统与信息技术研究所、北京有色金属研究总院和浙江大学等单位在这方面处于领先水平，研制出的金属氢化物及其贮氢装置已成功应用于氢的贮运、净化与压缩，放空氢的分离与回收，小型燃料电池，与太阳能光伏技术、半导体超高纯气源的有关设备相配套等领域，但贮氢量还有待进一步提高。

二、研究主要成果贮氢合金是指在一定温度和氢气压力下，能可逆的大量吸收、贮存和释放氢气的金属间化合物。