基于力学平衡模型的生态系统服务协同与权衡关系研究--以长江中游城市群为例

在运用InVEST模型估算2000~2020年长江中游城市群6种生态系统服务的基础上,通过主成分分析法选出3个作用力构建力学平衡模型,根据合力的大小和偏离程度来评判研究区生态系统服务时空演变及协同与权衡关系特征.结果表明:研究期间6种生态系统服务时空分异特征明显,呈现出产水量、土壤保持量和净初级生产力增加,而粮食生产、碳储量和生境质量减少的趋势;根据主成分分析的结果,将3个主成分分别重命名为调节支持服务、粮食供给服务、产水供给服务.研究期间生态系统服务协调度F合的均值为5.21,总体上处于基本协调状态,协同性有所提升且结构趋于合理,同时协调度分布的区域差异明显;协调度的偏离角θ分布在Ⅰ、Ⅱ、Ⅵ象限,产水供给服务主导区(Ⅰ、Ⅵ)多于调节支持服务主导区(Ⅱ).从协调性的流动性来看,虽存在跨越式的发展,但其水平仍有待提高.各县区应结合区域自然条件、资源禀赋和社会经济状态,优化生态系统服务之间的关系.研究结果可为研究区生态建设和土地合理利用提供参考依据和决策辅助.

基于力学平衡模型的中国水资源可持续利用研究

准确评估水资源可持续利用水平及要素间的协调性是缓解日益严重的人水冲突的前提。基于PSR指标框架,采用综合指数和力学平衡模型,测度2011年和2019年中国各省市水资源可持续利用水平和协调发展状态。结果表明:①全国超一半省市水资源利用属于“不可持续”和“弱可持续”型,可持续利用水平总体较低;②从协调类型看,协调型和基本协调型省市居多,但协调型比例下降而基本协调和失调类型比例上升;③偏离度以Ⅰ象限和Ⅲ象限省市分布居多,自然状态是Ⅰ象限省市的主要制约因素,Ⅲ象限则受到用水压力和保护响应的双重制约;④基于问题突出性将各省市划分为3种问题类型并提出了相应的改进措施。研究成果可为提高区域水资源可持续利用水平提供科学参考。

生物吸附的热力学平衡模型和动力学模型综述

文章主要对可应用于生物吸附的几种热力学平衡模型、动力学模型,以及吸附过程中的吉布斯自由能变化、焓变、熵变和活化能的计算进行了综述,并对它们的优缺点进行了比较研究.

基于力学平衡模型的高标准农田建设实施协调度分析--以广东省为例

以广东省的112个县(市、区)为研究单元,依托“十二五”期间高标准农田建设的实施数据、耕地资源状况和高标规划数据等,构建了基于建设“潜力-强度-难度”三维要素的实施状态分析框架,并引入力学平衡模型进行了高标准农田建设的实施协调度分析。结果表明:①广东省高标建设实施协调度整体尚好,同时也存在明显的空间差异,失调区主要在粤西沿海区和珠三角平原核心区;协调区主要位于粤西北山区、粤东沿海区及珠三角的西北端;②结合实施偏离度特征象限信息来判定问题区域,划分高潜力低强度失调型、高强度低难度失调型和高难度低潜力失调型3种问题类型。研究结果显示力学平衡模型可以有效测算高标准农田建设的实施协调度,为高标准农田建设的宏观决策提供技术参考。

生物质直接还原铁氧化物能力的热力学研究

生物质在炼铁领域的应用有助于减少CO_(2)排放。构建生物质与Fe_(2)O_(3)直接反应体系的最小吉布斯自由能法热力学平衡模型,以8种生物质为还原剂,分析Fe_(2)O_(3)物质量对体系指标的影响。结果表明,根据产物类型,还原过程分为5个阶段。第1阶段和第2阶段的金属化率均为100%,第3阶段的金属化率逐渐降低到0%。第3阶段,平衡态H_(2)物质量与平衡态H_(2)+H_(2)O物质量的比值为62.81%,不受生物质类型变化影响。第1阶段的产气量呈增加趋势,其他阶段保持不变。

纳滤分离机理模型的研究进展

近年来,纳滤(Nanofiltration,NF)分离技术广泛应用在物料分离、水处理等领域.对NF分离机理的认识是能够准确预测NF分离性能的理论基础.本文从历史发展的角度回顾了用于解读和预测NF分离性能的非平衡热力学模型、结构模型及其他模型.结构模型包括细孔模型、固定电荷模型、空间电荷模型、静电位阻模型、道南位阻模型与道南位阻-介电排斥模型等.总结了各模型的特点、发展及其在NF分离机理解读和性能预测方面的应用.随着分析仪器和计算机技术的进步,未来NF分离机理和理论的研究应着重于将结构模型和人工智能模型相结合,针对各种复杂的NF分离体系开展膜分离性能预测和膜材料的设计优化,以期能进一步推动NF膜的精准构筑,从而拓展其应用场景.

层式下吸式气化炉中生物质热解的热力学模型

基于物质平衡、能量平衡和化学反应平衡为层式下吸式气化炉有焰热解区建立了热动力学平衡模型,把灰分作为出口成分进行了考虑,并通过牛顿法对模型进行了求解。模型的预测结果与现有文献中的试验数据很好的吻合,与其他研究者的预测结果基本一致。利用该模型对有焰热解区进行了分析预测。结果表明,ER、原料的含水量、散热损失对有焰热解区出口的气体温度和成分都有比较明显的影响;空气预热温度和灰分含量对出口气体温度有一定的影响,而对气体成分的影响不明显;当ER较高而生物质含水量较低时,气化炉内发生结渣的可能性增加;在ER〈0.392时,提高空气的预热温度,对整个气化炉的气化是有利的;热损失超过14%,ER〈0.32时,可能出现生物质无法完全热解的情况;对于典型的玉米秸秆气化,有焰热解区出口气体成分中,对还原区反应有重要影响的H2O范围在20%～25%之间,CO2范围在10%～15%之间。本模型的预测结果还为还原区的模型提供了初始参数。

模拟分析体内外^(153)Sm-EDTMP热力学平衡组分

引入Ca2+、Fe3+、Zn2+等金属离子和氨基酸、柠檬酸、乳酸等小分子配体建立了血液的金属离子-小分子配体热力学平衡模型,通过在该模型中添加Sm3+与小分子配体以及EDTMP与金属离子的热力学稳定常数,模拟分析了153Sm—EDFMP在血液中的平衡组分。结果表明,体外水溶液中,在pH7.4时,EDTMP主要以[EDTMPH2]-6和[EDTMPH2]-5形式存在,体系pH越低,配体平衡组分所含负电荷越少;相反,体系pH越高,配体含负电荷愈多,说明高pH有利于配合物的制备,同时也说明较高pH有利于配合物的稳定。体外研究还表明,Sm-EDTMP在体外主要以[Sm—EDTMP]-5、[Sm—EDTMPH-1]-6、[Sm—EDTMPH]-4等含高负电荷的配合物形式存在,说明如果配合物在体内不发生大的组分变化,则通过肾排泄,不会有高的肝摄取。体内组分分析显示,配合物在血液中主要以[Sm—EDTMPH]-4形式存在,说明即使在体内达到热力学平衡,配合物仍会经肾排泄;配合物的高负电荷说明配合物与HA的Ca2+有强静电吸附能力,提示配合物有较高的HA摄取。

生态平衡动力学优化算法

为了解决复杂函数优化问题,提出了一种Lotka-Volterra生态平衡动力学优化算法。该算法假设在某个生态系统中有自养者、消费者和分解者3个种群。自养者主要是植物;消费者主要是以自养者为食的动物;分解者主要分解消费者的死有机体,并给自养者提供营养物质。根据上述生态系统中种群的关系构造出了消费者-自养者算子、自养者-分解者算子、分解者-消费者算子和生长算子。自养者、消费者和分解者种群的生长变化相当于搜索空间的试探解从一个位置转移到另外一个位置。该算法具有搜索能力强和全局收敛性的特点,为复杂优化问题的求解提供了一种解决方案。

影响高浓度氧化石墨烯分散液流变行为的重要因素及群体平衡动力学分析

氧化石墨烯(GO)片的基面和边缘上存在大量的含氧官能团,能很好地分散在水中,因而具有很好的加工性和广阔的应用前景。在较高浓度范围下,GO水分散液中存在着强烈的竞争性相互作用,从而对流变行为产生较大影响。在本文中,通过稳态、动态等流变实验以及理论分析,研究了pH值、温度和不同的有机溶剂对GO分散液流变行为的影响。结果表明,降低p H值、适当增加温度以及加入吡啶均可促进GO水分散液从粘弹性液体到凝胶态的转变。利用DLVO(Deryagin-Landau-Verwey-Overbeek)理论,探讨了GO片之间的范德华作用力以及双电层排斥作用的相互关系,及其对流变性能的影响。通过群体平衡模型(PBE)分析了GO分散液的屈服应力与体积分数的正相关关系。同时,通过蠕变和松弛实验发现,高浓度的GO分散液中结构变化及流变行为在很多方面与高聚物相似,利用Poyting-Thomson模型能较好地拟合其粘弹性行为。上述研究结果为深入研究复杂的GO分散体系提供理论支撑和实验依据。

超声场条件下两种扩散系数估算模型的比较

进行了常规条件和超声场条件下苯酚在NKAII树脂上的吸附相平衡实验和吸附动力学实验 .结合吸附相平衡和吸附动力学 ,提出了一种估算超声场强化下NKAII树脂吸附苯酚的液固扩散系数的计算模型———相平衡—动力学模型 (PEKM ) .分别采用PEKM模型和典型的球形颗粒大孔扩散模型估算了常规条件和超声场条件下的扩散系数 ,前者估算值大于后者 2～ 3个数量级 .使用估算出的扩散系数 ,借助于数学软件Matlab求解实际脱附过程的浓度与时间的关系 .结果表明 ,使用PEKM模型比典型模型计算出的浓度更接近于实验结果 ,从而进一步证实了PEKM模型的合理性与可靠性 .实验结果还表明 ,超声场条件下的扩散系数比常规条件下要大 。

浅谈循环流化床气化数学模型研究

对循环流化床气化进行数值模拟研究可为气化炉设计、制造、运行提供指导。本文从热力学平衡模型和动力学模型两个方面综述了循环流化床气化数学模型。结果表明热力学平衡模型与实际气化过程相差甚远;双流体模型假设过于理想化,偏离实际;颗粒轨道模型计算量非常大,耗时很长;多维模型发展还不完善,需引入大量的经验公式;小室模型是模拟循环流化床气化较理想的模型。

离子交换法可控合成四钛酸钾衍生物

利用四钛酸钾(K2Ti4O9)离子交换平衡热力学模型预测了获得K2Ti4O9纯相衍生物的最优条件,并以K2Ti4O9晶须为前驱体,以目标产物的固相Ti与K摩尔比为控制目标,通过调节离子交换过程中溶液平衡pH值和用K+选择性电极控制液相K+浓度,成功合成出纯相的水合四钛酸H2Ti4O9·1 2H2O、TiO2晶须、K2Ti8O17晶须、K2Ti6O13晶须,用实验验证了预测的准确性。同时实验结果表明,只要控制了离子交换中间产物的固相化学组成,就可以控制最后产物的形式,初步探索了反应过程中组成和结构的关系。

激光干涉法在空气间隙放电参数测量中的应用

空气间隙放电现象物理过程复杂,利用先进手段对其关键参数进行测量具有重要意义。搭建了一套基于激光干涉原理的Mach-Zehnder干涉仪放电参数测量系统,利用干涉条纹图像可推算测试区域的折射率分布,进而可得到温度、粒子密度等热物理参数。以空气电弧为主要研究对象,对尖–板电极交流电弧（约0.1 A）和电焊机直流电弧（30 A）进行诊断实验,建立局部热力学平衡模型,得到其温度和电子密度等参数的径向分布,前者的弧心温度约为3 000~6 000 K,后者的弧心温度约为12 000 K。另外,还初步得到了空气间隙放电通道的干涉条纹图像。实验结果验证了激光干涉法在空气放电参数测量研究中的可行性,为该方法在长空气间隙放电研究中的应用奠定了基础。

闪电通道温度测量方法

针对自然界闪电通道温度特性研究的诸多局限性，通过将原子光谱理论与局部热力学平衡（LTE）模型应用于闪电光谱的研究，采用雷电冲击平台（ICGS）模拟闪电通道放电，对模拟闪电通道中红外波段光谱（930nm）与可见光波段光谱（648．2nm）的光谱能量进行计算分析。分析结果为：当模拟闪电通道电流为5～50kA时，红外波段与可见光波段谱线的发光强度峰值与闪电通道电流呈正相关；闪电通道温度在6140．8～10424K范围内变化，闪电通道内电流与其内温度具有较好的指数函数关系，且此函数与自然界中闪电通道电流和闪电通道温度关系具有较好的一致性。

典型气流床煤气化炉气化过程的建模

利用Aspen Plus、基于热力学平衡模型对GSP煤粉气化炉、GE水煤浆气化炉及四喷嘴对置式水煤浆气化炉的气化过程建模。根据煤颗粒热转化的历程,将煤气化过程划分为热解、挥发分燃烧、半焦裂解及气化反应4个阶段,利用David Merrick模型计算热解过程,采用Beath模型校正压力对热解过程的影响,选用化学计量反应器模拟挥发分燃烧反应,编制Fortran程序计算半焦裂解产物收率,最后基于Gibbs自由能最小化方法计算气化反应。结果表明,采用建立的气流床气化过程模型模拟工业气化过程的结果与生产数据基本吻合,对GSP煤粉气化炉、GE水煤浆气化炉及四喷嘴对置式水煤浆气化炉等3种气化炉有效气成分(CO+H_2)体积分数模拟结果的误差均不超过2%,建立模型的可靠性得到验证。

纳滤膜在盐化工废水处理中的应用研究

采用陶氏NF270-4040纳滤膜对盐化工废水进行脱盐的试验研究,考察了操作压力、温度、进水流量、进水pH值对纳滤膜脱盐率、Ca^2＋截留率和膜通量的影响,并根据非平衡热力学模型对试验结果进行了分析.结果表明：在操作压力为0.2～1.2 MPa、温度为15～30℃、进水流量为6～16 L/min、pH值为4.0～9.0的条件下,脱盐率、Ca^2＋截留率随着操作压力的升高而升高,随着温度的升高而降低,膜通量随着操作压力、温度的升高而升高,但脱盐率、Ca^2＋截留率和膜通量受进水流量和pH值影响不大.

绿泥石的球磨特性及其破裂参数

在相同的球磨条件下,对4种窄粒级的绿泥石进行实验室分批湿式球磨试验。结果表明:4种粒级绿泥石的磨矿动力学都遵循一阶磨矿动力学,球磨0.25~0.5 mm的绿泥石时获得最大的破碎速率函数Si=0.35 min^(-1),正常的破碎粒级范围应该小于0.5 mm;在较短的磨矿时间内,0.25~0.5 mm绿泥石的细粒级产出具有明显的零阶产出特征;采用G-H算法获得0.25~0.5 mm粒级绿泥石的累积破碎分布函数Bij,利用磨矿总体平衡动力学模型,对粒级为0.25~0.5 mm的绿泥石进行球磨模拟仿真计算,试验结果与模拟仿真结果高度一致。

含有非水相液体(苯)的土壤气相抽提体系传质实验研究

选取砂土作为实验室一维土柱通风实验的研究对象,考察了不同含水量(0%、21.9%、36.6%及51.2%)条件下,苯在气-水-油-固4相共存的土壤气相抽提体系(Soil vapor extraction,SVE)体系中的相间传质过程。并用局部相平衡模型及非平衡动力学模型预测结果与实验结果进行了比较。干燥情况下,局部相平衡模型可以描述通风过程,随着含水量的增加实验结果严重偏离平衡模型。含水量为21.9%、36.6%及51.2%时,非平衡动力学模型与实验结果较为符合。结果表明,土壤含水量影响气-液(Non-aqueousphase liquid,NAPL)间的传质,干燥土壤中相平衡模型可以描述SVE修复过程。随含水量的增加修复进程偏离相平衡模型较严重,此时需要用非平衡动力学模型来描述。

CoSb3的机械合金化合成过程及其放电等离子烧结

采用机械合金化(MA)在球磨转速为250r/min～350r/min条件下,制备颗粒直径为1μm～4μm的CoSb3粉末,然后利用放电等离子烧结(SPS)得到单相CoSb3块体材料.主要讨论了MA时间、转速以及SPS烧结条件对CoSb3相形成的影响以及MA机理.结果表明,在MA时间为36h时有大量CoSb3生成,但仍存在少量Sb和Co,MA时间过长会有大量CoSb2相生成,说明机械合金化时间存在一个最佳值;在SPS烧结过程观察到有压力突增现象,机械合金化时间越长的样品压力突增的温度点越高.本实验从非平衡热力学观点,解释了利用MA-SPS工艺制备CoSb3的过程.