[发明专利]一种适用于薄板或块状固体的宏观气固反应动力学模型

摘要

本发明公开了一种适用于薄板或块状固体的宏观气固反应动力学模型，动力学模型包含以表面渗透、内扩散以及两者混合作为控速环节的一系列显函数表达式；通过将1组以上实际反应体系的动力学数据及反应热力学参数代入到模型公式中，可利用非线性拟合方法求得气固反应或其逆反应的特征时间tc、表观活化能Δε、最佳反应温度及对应的最短反应时间，同时可分析反应动力学机理。本发明中建立的动力学模型考虑了反应体系的热力学性质、固体结构参数及宏观反应条件，具有普适性，适用于气体渗氮及渗碳过程、氧化还原反应、储氢合金氢化及脱氢反应等领域。

主权项

一种适用于薄板或块状固体的宏观气固反应动力学模型，其特征在于：该模型描述了在表面渗透控速、内扩散控速及混合控速条件下反应分数ξ与时间t的关系，模型由以下一系列显函数表达式所组成：表面渗透控速：内扩散控速：混合控速：其中：ξsp、ξd和ξ分别为受“表面渗透控制”、“扩散控制”和“混合控制”下气固反应过程的反应分数；t为反应时间，T为反应温度，Dld是不同材料的零部件表面经过渗透和扩散后气固反应所能进行的极限深度；vm是由材料成分和结构等决定的常数；KAsp和KAd分别为受“表面渗透控制”和“扩散控制”的速率常数因子项；ΔEAsp和ΔEAad分别为受“表面渗透控制”和“扩散控制”的气固反应过程表观活化能；和Pθ分别表示气相中的气体分压和标准大气压；ΔH是反应焓变，ΔS是反应熵变，R是气体常数；而vm、Dld、KAsp和KAd都是与温度无关的量，n为调控系数，它的意义是对两种控速过程在气固反应过程中所占比例进行调控。