未知动力学模型的化学反应过程的解析

采用迭代目标转换因子分析法(ITTFA)解析动力学模型未知的化学反应过程中的动力学-光谱数据矩阵,获得了各组分的动力学谱.基于体系中各组分间的等吸收点等光谱特征,提出并建立了一种新的初始迭代矢量的方法.利用该方法解析了动力学模型未知且各组分均有吸收的两步连续反应的模拟数据矩阵,并对最终产物无吸收的水杨酸水溶液电降解反应过程中测得的数据矩阵进行解析,获得了可靠的结果.

大型风力机叶片前缘的雨滴冲击动力学响应机制

随着近年海上风力机设计的大型化,叶片前缘的雨蚀失效问题变得愈发突出,不仅影响机组的风能转化效率,对结构的稳定运行也构成潜在威胁。采用光滑粒子流体动力学(smooth particle hydrodynamics,SPH)法研究雨滴内部的本构关系,以有限元法(finite element method,FEM)建立叶片前缘的代表性体积单元(representative volume element,RVE)模型,两者相互耦合,研究雨滴在叶片表面形成的冲击响应过程。考虑自然降雨的实际工况,建立与降雨强度相关联的雨滴尺寸模型,以及雨滴的空间分布模型;通过单雨滴的冲击仿真,研究叶片表面冲击载荷以及雨滴内部的速度分布,从而解构雨滴冲击的物理过程,并通过冲击的应力、应变场分析,为潜在损伤区提供评价;建立多雨滴冲击的仿真模型,研究冲击应力场之间的耦合作用以及涂层表面的塑性应变累积效果。研究结果表明,水锤冲击是造成塑性应变累积的关键因素,虽然横向喷射阶段的应力响应幅值小并呈现一定的无序特征,但如果存在多雨滴耦合冲击的情况,则会在耦合区内出现应力峰值,并对叶片变形和失效存在潜在影响。

碳钢在管流体系中的流动腐蚀动力学模型

针对管流体系 ,根据动量、能量和质量守恒原理 ,应用壁函数、k -ε湍流运动模型确立了管流体系中的计算流体力学模型和质量传递模型 ;结合必要的实验分析碳钢流动腐蚀过程中的主要控制因素及其影响程度 ,建立了碳钢在流动的 3.5 %NaCl溶液中的流动腐蚀动力学模型 .同时 ,采用数值计算方法计算了流动腐蚀速度 ,并与实验结果进行了验证 .

气固流化床化学反应数值模拟中颗粒尺度模型研究进展

气固流化床由于其优良的气固接触效率和传热传质效率,已经被广泛应用于能源、矿冶、化工、制药等工业领域。本文针对颗粒流态化-反应系统数值模拟研究进行了综述,阐述了数值模拟的三个尺度:化学反应工程模型、双流体模型以及颗粒尺度模型。然后聚焦于基于CFD-DEM方法的变粒径颗粒流态化-化学反应过程模拟,梳理分析了6种颗粒反应模型,即均匀转化模型、缩粒反应模型、缩核反应模型、联合收缩模型、细颗粒反应模型和随机孔隙模型,并从颗粒性质变化、化学反应模型、不同尺度耦合三个角度探讨了不同的颗粒反应模型的优点和应用中的局限性,分析了跨尺度颗粒系统模拟方法的发展近况,最后讨论了CFD-DEM方法在气固流化床化学反应过程模拟的应用上未来可能的发展方向,包括颗粒尺度大规模高效计算算法、颗粒反应模型的精确化以及颗粒-气体信息传递的精细化描述方面。有助于气固流化床化学反应模拟领域的梳理和发展,尤其是可供颗粒尺度模拟领域的研究人员参考和借鉴。

一维半导体流体动力学模型的局部有界解(英文)

本文讨论了能量方程是压力一密度关系的一维半导体流体动力学模型方程 ,通过把欧拉一泊松方程变成拟线性波动方程 ,利用拟线性波动方程的局部解存在性 ,得到了一维半导体流体动力学模型的局部解 ,并且解是有界的 .

风沙运动过程的颗粒流体动力学模拟

采用颗粒流体动力学方法,在考虑沙粒与床面碰撞、沙粒-沙粒的空中碰撞及沙粒与气流的耦合作用后,对自然沙组成的风沙流发生、发展及达到动态稳定的这一个过程进行了数值模拟。数值模拟结果表明,该模型能够实现自然界风沙运动的沙粒蠕移、跃移的基本特征,如风沙流达到稳定的持续时间、输沙率、入射/溅射速度分布、入射/溅射角度分布等,且都与实验结果吻合。同时,在模拟中还发现,沙粒-沙粒在床面以上运动时的碰撞是不容忽视的,当摩阻风速为0.23 m/s,沙粒当量直径为0.228 mm时,其碰撞次数可占总碰撞次数21.5%。

双组分冷模射流流化床气化炉内流体动力学特性模拟

针对实际工业生产中经常遇到的多组分体系,本文选取了具有代表性意义的非等密度 直径的双组分体系(树脂和砂子)为研究对象,以Goossens等提出的平均物性法则计算了固体混合物的平均粒径和平均密度,采用欧拉-欧拉计算流体动力学模型(CFD)模拟了二维冷模射流床气化炉内,诸如气、固相流场的时空分布、时均空隙率分布、射流穿透深度等流体动力学的时空特征,所得结果与文献报道相吻合。

牙齿热疼痛流体动力学假说的证实与完善

基于牙齿热疼痛流体动力学假说,建立了牙体组织层状结构的生物热-力耦合模型,模拟了冷热刺激下牙本质小管的变形以及牙本质小管液的流动,从理论上证实了冷热刺激下牙本质小管的热变形是导致小管液快速流动的主要机理,阐释了牙髓神经放电特征,成功解释了牙齿在冷热刺激下分别表现为锐痛与钝痛的现象.首次从理论上证实并完善了1962年Brnnstrm等人针对牙齿冷热疼痛机制提出的流体动力学假说.

单变量多重定态转变体系中热传导-化学反应偶合诱发的温度-浓度振荡

以Schl¨ogl模型为样本,分析了该类非恒温均匀的单变量多定态转变体系中因传热 化学反应诱发的热动力学振荡.分别借助小寄生参数法与线性化稳定性分析法,具体讨论了产生温度 浓度振荡的阈值,并计算了参数空间中的振荡区,论证了两种分析方法出现振荡的参数空间重叠区,是该类二变量体系出现吻合一致的极限环振荡的充分必要条件.丰富了二变量体系出现极限环振荡的判据体系.

基于计算流体动力学的煤炭地下气化过程数值模拟

为了对煤炭地下气化过程产生的混合物气体组分进行有效分析,在一个给定的几何结构和煤块均匀分布条件下,采用计算流体动力学理论建立了一个固定床煤炭地下气化过程的三维数理模型。该模型中的反应器考虑了气固两相流动,并生成了离散化数值网格。采用气相运动k-ε湍流模型,利用ANSYS/Fluent软件对该模型的技术参数进行了分析。以定性和定量的形式对煤气化过程的气体组分(CH_4、CO_2、CO和H_2)进行了实验分析,结果表明:提出数值模型得到的组分计算值与实测值吻合较好,平均相对误差12.17%。此外基于获得的相关性系数验证了提出数值模型的适用性。

催化转化器内单孔道化学反应的研究

基于三效催化转化器内部化学反应机理以及化学动力学模型,使用大型通用计算流体力学软件FLUENT进行数值仿真。首先,建立2种三维单孔道模型;其次,通过数值模拟得到尾气各组分的质量分布、组分分布随孔道长度变化的关系以及反应过程中孔道温度的变化关系。结果表明:净化器中单孔道内催化反应主要发生在孔道前端,前端载体的利用率高于后端载体,孔道边缘比孔道中心有更高的转化率以及孔道的形状对组分边缘处的转化效率影响较大。以上研究为净化器的性能分析提供了有效的计算依据。

弹性发射系统的动力学特性仿真分析

基于弹性发射系统动力学模型 ,对以膨胀橡胶曲面的收缩释能过程为代表的系统弹性动力学特性进行了深入分析 .采用逆解法解决了系统的弹性面 -水流体耦合的动力学求解问题 .利用某特种橡胶材料模量试验数据以及已知的有关参数值 ,通过动力学模型的仿真得出以载体出管速度为代表的系统主要性能指标的估计 .同时探讨了参数的变化对系统主要性能的影响程度 .结果表明 ,弹性发射性能优良 。

《化学反应工程》的多媒体教学改革

《化学反应工程》主要依据化工过程中的化学反应与反应过程中的动量、热量和质量传递来讲授反应动力学并对反应器进行设计与分析。揭示反应动力学的基本知识、流动反应系统的流动模型、非均相反应过程的传递理论、典型反应器宏观反应过程的基本原则与计算方法，是化工类各专业，如化学工程、化工工艺、精细化工和食品药物等专业的一门非常重要的专业基础课，是学生在学过高等数学、无机化学、有机化学、化工原理、物理化学等课程的基础上进行学习的课程。其内容包括：化学反应动力学方程的建立、理想反应器（如全混流釜式反应器和活塞流管式反应器）、反应器模型、理想反应器的设计与计算、停留时间、流体流动模型、非均相反应和传递现象等；其内容既涉及深刻的理论分析，又涵盖诸多实践经验的总结；既有对过程机理详细描述的数学模型，又有对过程类型的粗略概括。

转化器单孔道内的表面催化化学反应

基于三效催化转化器内部化学反应机理以及化学动力学模型,使用大型通用计算流体力学软件FLUENT进行数值仿真。建立转化器圆形与方形2种单孔道三维模型,通过数值模拟得到尾气各组分的质量分布、组分转化率随孔道长度的变化关系以及不同流速下各组分的转化率。研究结果表明:催化转化器单孔道内的催化化学反应主要发生在中前端,后端转化率很低,且圆形孔道各组分的转化率高于方形孔道。2种孔道内CH4、CO的转化率先上升而后保持不变,H2的转化率先上升后下降。气流速度越高,各组分的转化率越低,催化转化器载体边缘处组分的转化率高于中心处。

八次对称二维准晶Ⅱ型单边裂纹的动力学问题

依据准晶弹性-流体动力学模型,采用有限差分方法,探讨了八次对称二维准晶Ⅱ型单边裂纹的动力学问题.首先分析了相同载荷的不同加载时间、不同的加载位置以及不同的试样尺寸对裂纹尖端处声子场应力强度因子的影响;其次分析了不同的声子场相位子场耦合弹性常数对相位子场位移分量的影响;最后分析了板端加载与裂纹面加载对动态应力强度因子的影响.计算结果表明:大小相同的脉冲载荷,加载的时间越长,无量纲化的应力强度因子越大,其曲线逐渐趋近于阶跃载荷下的曲线;试样宽度越宽,应力强度因子由零到非零需要的时间越长,无量纲化的应力强度因子值越小,说明应力强度因子与试样的尺寸有关系;声子场相位子场耦合弹性常数越大相位子场的位移分量也越大,这是因为相位子场的边界没有载荷,相位子场位移的作用力来自声子场,声子场起主导作用;而裂纹面加载和板端加载是不等价的,前者的无量纲化应力强度因子的变化幅度比后者大,这与板端加载更容易导致材料断裂的事实相一致.

注塑成型过程的多尺度光滑粒子流体动力学模拟

注塑成型是聚合物成型加工领域中的一类重要方法。传统的注塑成型数值模拟大多局限于宏观模型求解,然而塑料制品的性能与其微观分子结构密切相关,建立注塑成型模拟的微宏观耦合计算方法具有重要的学术和应用价值。该文基于珠-簧链模型,提出多尺度光滑粒子流体动力学(SPH)方法,对黏弹性注塑成型过程进行了数值模拟研究。该方法在宏观尺度上采用SPH方法求解质量和动量守恒方程,在微观尺度上采用Brown构型场方法求解弹性应力。通过将黏弹性Couette流的模拟结果与解析解对比,验证了该多尺度方法的有效性。模拟了C形腔和N形腔注塑成型问题,展示了成型过程中的微宏观物理信息变化情况,研究了不同流变参数对成型过程的影响。研究结果表明:提出的多尺度SPH方法可稳定、准确地模拟注塑成型过程,并能计算得到传统宏观方法无法获得的一些微观分子信息。

圆柱-尾流隔板系统流致旋转振动的低维模型研究

在圆柱尾流区内增设可旋转的隔板是一种潜在的涡激振动控制方法,其优点是不仅可减小结构系统的流动阻力,而且具有对流向全角度适应性。论文采用高阶T-G迎风有限元方法求解ALE观点下的N-S方程,对均匀来流下圆柱-尾板系统的静力弯矩以及水动力系数项进行了计算。在此基础上建立了低维流固耦合降阶模型,全面考虑结构转动惯量、回转刚度、结构阻尼,以及流动附加转动惯量、流动附加阻尼、流体静力刚度和涡致激振力对振动的影响。与全耦合CFD数值计算结果的对比表明,建立的低维流固耦合动力模型能比较准确地预测结构的动力响应特性,特别是能对动力分叉的发生条件,以及分叉后的静平衡偏转位移作出较好预测,这是以往类似研究工作所未能解决的难题。这项研究建立的低维流固耦合动力分析模型对工程设计阶段的快速分析具有实用价值。

Schnackenberg模型差速流动引起的化学不稳定

在Schnackenberg模型中,考虑主要反应物存在差速流动,建立了反应-流动-扩散方程,理论分析了出现差速流动不稳定(DIFI)的条件,得到出现不稳定时流速临界值φc,求得扰动波包的速度vg的表达式,并计算了扰动增长率Reλ1.

基于弯管-流线模型的长杆弹侵彻头部材料流动过程分析

为了研究长杆弹侵彻过程中弹体材料的二维流动特性,基于长杆弹高速侵彻流体动力学模型,结合侵彻过程质量守恒以及弯管-流线模型,发展以撞击速度、参考点角度、参考点半径为控制变量的二维弯管-流线侵彻模型。利用该模型计算分析了钨合金侵彻钢靶过程中弹体头部材料的流动特性,并与试验结果进行了对比。结果表明:长杆弹侵彻过程中弹体头部材料的流动呈非均匀分布特性,外侧流速小于内侧流速,且弹体头部材料压力呈梯度分布。二维弯管-流线模型可用于描述侵彻过程中弹体头部材料的流动行为,解释了弹体在侵彻最终阶段弹体头部由流体主导向固体主导转变的作用过程,揭示了侵彻孔道形状变化与弹体侵彻状态之间的关联机制。

基于SPH-FEM算法和临界状态本构模型的砂土地基中吸力桶形基础结构沉贯过程数值模拟

桶形基础是近二十年来应用于海洋工程的具有良好发展前景的基础形式。它是一种上顶面封闭,下底面面敞开的柱状结构。安装时首先利用自重嵌入海床一定深度,然后借助吸力泵对桶内进行排水排气减压,在桶顶处形成压差,实现吸力贯入。吸力桶基础在沉贯过程中会对周围土体产生扰动而使土体应力状态重新分布,从而影响地基和周围环境之间的相互作用。然而,目前关于吸力桶基础的有限元分析很少考虑安装阶段的影响。本文采用了可考虑土体大变形的FEM-SPH耦合方法结合高级临界状态本构模型来模拟吸力桶基础的沉贯过程以及基础安装到位之后受到组合静荷载作用的响应。采用室内模型试验对本研究建立的数值模型进行了验证,证明了FEM-SPH方法可以合理地描述吸力桶基础的沉贯过程以及土体重分布后的应力状态。