并行矩阵乘的光化学反应模拟研究

在Linux环境下,为缩短激光诱导光化学反应模拟运行时间,针对光化学反应模拟中力矩阵的稀疏特征,将力矩阵进行分块划分,采用优化的行列分解算法对分块矩阵进行并行化,运用OpenMP实现光化学反应力计算并行化。实验结果表明,在500个C原子参与运算的情况下,单步计算时间缩短到优化前计算时间的10-2数量级,在十六核处理器上获得了十四倍的加速比和80%以上的效率,为高效模拟大分子体系光化学反应提供平台。

严重碘副反应模拟课程在影像科急救教学中的应用效果分析

目的探析影像科急救教学中应用严重碘副反应模拟课程的临床效果。方法将我院影像科2016年10月—2017年5月参与急救教学的30名医师选为观察对象,依据随机抽签法分为两组,即常规组(n=15)、模拟组(n=15)。常规组医师采用常规方法予以教学,模拟组医师采用严重碘副反应模拟课程予以教学,对两组医师学习成绩、急救操作时间予以统计学比较。结果模拟组医师学习成绩高于常规组医师,数据分别为(85.6±12.7)分、(70.4±14.1)分,组间比较,差异具有统计学意义(P<0.05)。模拟组医师急救操作时间短于常规组医师,数据分别为(5.4±1.0)min、(10.5±1.3)min,组间对比,差异具有统计学意义(P<0.05)。结论影像科急救教学中应用严重碘副反应模拟课程的临床效果十分显著,不仅可以提高医师学习成绩,还可以缩短医师急救操作时间。

Pu在膨润土层中的反应性迁移模拟研究(2)——Pu的种态分布及反应性迁移分析

为评估柯尔碱膨润土工程屏障材料的安全性能,采用考虑渗流扩散、溶解-沉淀、表面配位吸附、放射性衰变等多过程动态耦合的反应性迁移模拟方法,综合运用TOUGHREACT等程序开展了Pu在柯尔碱膨润土层中反应迁移的数值模拟,结合地下水-膨润土体系演化模拟分析了Pu的种态分布特征,叠加表面配位模型预测分析了Pu的长期迁移规律。结果表明:地下水中Pu主要以难迁移的Pu(OH)_(4)(aq)形式存在;由于膨润土的低渗透性和强吸附性,正常情景下Pu的扩散范围很小而将长期滞留于1 m厚膨润土中;在忽略强吸附阻滞作用的保守情景下,Pu在渗流作用下可扩散迁移出膨润土层;考虑到长时间尺度下不可避免存在的不确定性,建议重视渗流扩散为主导的其他过程和情景研究。

基于机器学习的CO_(2)催化加氢制航空煤油筒式反应器数学模拟分析与优化

借助Fe基催化剂,CO_(2)通过加氢反应可成功转化为高附加值的航空煤油,具有很好的工业应用潜力。目前缺少准确适宜的CO_(2)加氢合成航空煤油的反应器模型,因此亟需对其反应模型进行构建,为相关工艺的工业化提供参考。通过机器学习探究实验条件和关键组分CO和CO_(2)物质的量分数关系,构建了关键组分CO和CO_(2)预测模型;基于Anderson-Schulz-Flory分布规律,构建了碳链增长模型,进一步构建了产物分布模型;基于催化床层物料衡算、热量衡算和压降计算,建立了筒式固定床反应器的一维拟均相模型;通过模拟一定工艺条件得到了CO_(2)加氢合成航空煤油的反应结果,并对工艺条件进行了模拟优化。模拟结果表明,反应器进口温度升高、空速增大,CO_(2)转化率降低,航空煤油集总组分C_(11)H_(24)时空产率增加;操作压力增大,CO_(2)转化率增加,C_(11)H_(24)时空产率在反应压力为2.0 MPa时最高;饱和沸腾水温度升高,CO_(2)转化率和C_(11)H_(24)时空产率增加。最佳CO_(2)加氢制航空煤油反应条件:反应器进口温度为275℃、进口压力为2.0 MPa、空速为4000 h-1和饱和沸腾水温度为294℃。此时CO_(2)转化率为21.95%,C_(11)H_(24)时空产率为12.14g/(L·h),床层压降为0.20MPa。

电热作用下矿物绝缘油裂解的反应分子动力学模拟

针对矿物绝缘油因电、热因素裂解,从而导致绝缘失效问题,提出了一种基于ReaxFF力场的反应分子动力学模拟方法。在传统的运动方程式中加入电磁理论,建立了含有30个分子的矿物绝缘油仿真模型,分析了热场和电场对矿物绝缘油裂解微观过程的影响。首先对特征气体进行识别和统计,然后通过仿真动态图像分析矿物绝缘油的微观反应过程,最终得到了电热联合作用矿物绝缘油的产气规律。通过与柱板电极放电实验产气的结果对比,验证了仿真结果的合理性。实验结果表明,热场是矿物绝缘油裂解的主要影响因素,同时电场对矿物油裂解也起到促进作用。

Si-GDP结构和力学性能的反应分子动力学模拟

构建了硅掺杂辉光放电聚合物(Si-GDP)模型,采用反应力场分子动力学模拟(ReaxFF MD)探讨了硅含量、碳氢比及密度对其杂化碳键合与力学性能的影响。研究结果表明:随着硅含量增加,聚合物中sp^(3)C含量增加,趋向于形成一个大分子,同时小分子种类和数目减少,促进了碳硅原子成键并抑制端基CH_(3)生成,进而提高材料力学性能;随着氢含量的增加,sp^(3)C和端基CH_(3)比例增加,生成的端基CH_(3)降低了分子间交联程度,进而降低了材料力学性能,而分子基团数目变化不明显;随着密度的提升,聚合物中sp^(2)C比例提升明显,sp^(3)C比例有少量提升,分子基团数目变化不大,密度主要通过提升sp^(2)C比例提升材料力学性能。研究结果为评估和理解硅掺杂辉光放电聚合物的结构和力学性能提供了新的视角和方法。

基于COMSOL-PHREEQC的CO_(2)+O_(2)地浸采铀反应运移数值模拟

铀资源是的世界上重要的战略资源,如何安全高效开发利用铀资源,对保障国家能源供应和国家战略安全意义重大。CO_(2)+O_(2)地浸采铀是砂岩型铀矿采冶的主要方式,研究CO_(2)+O_(2)溶浸过程中水动力场和化学场的耦合机制是预测地浸采铀过程中铀动态浸出的关键核心。以内蒙古某煤铀共存矿床为对象,通过COMSOL构建地浸过程中溶质运移的对流与弥散模型,通过PHREEQC构建砂岩型铀矿CO_(2)+O_(2)溶浸过程的热力学数据库,利用iCP平台(Interface COMSOL-PHREEQC)建立COMSOL-PHREEQC耦合框架的CO_(2)+O_(2)地浸采铀的反应运移数值模型,模拟了CO_(2)+O_(2)地浸过程中铀矿动态浸出过程。同时,基于参数敏感性分析定量比较了不同参数对铀浸出效果影响的重要性程度。研究结果表明,本模型能够模拟预测CO_(2)+O_(2)溶浸过程中铀的反应运移过程。模拟结果发现CO_(2)+O_(2)地浸采铀过程中,抽、注液孔周围水动力强,溶浸液与铀矿物发生强烈的化学反应,形成高浓度的铀区;在水动力作用弱的地方,溶浸液不能及时到达,形成低浓度铀区。浸出铀的运移过程主要受对流和弥散作用控制。浸出铀可以通过下部煤层采动裂缝进入采煤工作面和采空区内,影响煤矿安全开采活动。参数敏感性分析结果揭示抽液流量、CO_(2)和O_(2)体积分数是铀浸出率的关键控制因素,而铀的浸出率与地层渗透率、地下水流速之间并不是呈单调的递增关系。研究结果对砂岩型铀矿CO_(2)+O_(2)地浸开采具有一定的指导作用。

高盐废水深部地质封存反应运移数值模拟

高盐废水深井灌注在中国尚处于准入论证阶段,废液组分在深部封存体中的运移涉及变密度驱动、水岩化学反应和变参数协同物理—化学作用过程,定量刻画这些复杂过程是深井灌注亟需解决的关键科学难题之一。文章选择鄂尔多斯盆地某灌注储层为模拟原型,采用PFLOTRAN程序构建适用于高盐废水深井灌注的变密度变参数多组分反应运移模型,以预测和评价高盐废水灌注深部地质体后的迁移转化、储层矿物演变及储层性质的改变。模拟结果表明,高盐废水注入灌注层产生硬石膏、方解石、萤石等次生矿物沉淀;模拟期100年内地质储存能力下降约1.51%,污染羽扩散范围为2.57 km^(2)。所建模型可为定量刻画高盐废水深井灌注组分迁移转化过程提供模拟工具。

基于PHREEQC模拟分析Na_(2)S_(2)O_(4)对退役铀矿山采区地下水生态的修复

酸法原位地浸采铀作为回收铀资源首选工艺,不可避免会存在部分铀进入地下水污染生态环境,而采用还原剂Na_(2)S_(2)O_(4)将游离的铀还原固定可高效解决此类问题。为此,针对某酸法地浸采铀退役铀矿山地下水铀污染,采用PHREEQC模拟分析Na_(2)S_(2)O_(4)还原固定地下水中可溶性铀的机制,讨论NaHCO_(3)在Na_(2)S_(2)O_(4)还原固定可溶性铀的影响。模拟结果表明:1)该区域地下水中铀以U(Ⅵ)为主,其中UO_(2)SO_(4)、UO_(2)^(2+)和UO_(2)(SO_(4))_(2)^(2-)为优势物种,分别占63.60%、32.35%和3.89%;2)Na_(2)S_(2)O_(4)还原固定可溶性铀时,会降低地下水Eh值和Fe(Ⅲ)浓度,增强地下水还原性,促进沥青铀矿和黄铁矿沉淀,但会造成地下水酸化和高SO_(3)^(2-)浓度;3)NaHCO_(3)+Na_(2)S_(2)O_(4)在还原固定可溶性铀时,减轻了地下水酸化,增强了对U(Ⅵ)和SO_(3)^(2-)的去除,对Na_(2)S_(2)O_(4)还原固定可溶性铀的影响较小,在Na_(2)S_(2)O_(4)和NaHCO_(3)浓度比为1∶1至1∶1.5时修复效果最佳。

温度陡升下硅橡胶材料电热裂解的反应力场模拟

运行中的复合绝缘子出现闪络等事故时伴随有温度陡升现象,加之电场的协同作用,使得复合绝缘子用硅橡胶材料迅速裂解破坏。通过建立硅橡胶分子模型,基于反应力场模拟探究温度陡升下材料的电热裂解机理与特性,以期弥补宏观试验的部分局限性。结果表明:温度和电场对裂解的作用机制不同,温度占主导,电场能降低裂解温度,加速材料劣化;裂解过程由Si-C键的断裂引发,CH_(4)、H_(2)、C_(2)H_(4)、C_(2)H_(2)、H_(2)O为不同裂解阶段的主要产物;随着硅橡胶主链上甲基大量脱落,Si-CH_(3)键数量下降约40%,主链结构进一步破坏形成交联结构,Si-O-Si键与Si-C键数量比及碳氢比持续升高,最大分别为裂解前的2.93倍和1.87倍;以H_(2)为主的杂质气体产物扩散聚集,材料内产生空隙,结构发生重组,最终导致绝缘失效。

人工神经网络用于煤直接液化反应模拟的研究

采用人工神经网络的方法模拟了煤直接液化过程中各变量之间的非线性关系。选用ｌｅａｖｅｏｎｅｏｕｔ 的交叉验证（ｃｒｏｓｓｖａｌｉｄａｔｉｏｎ） 方法确定网络的最佳拓扑结构， 达到对催化条件下煤直接液化过程最大限度的拟合。结果表明， 尽管部分样本的预报绝对误差大于１０ ％ ， 人工神经网络可以较好地模拟反应条件与产物产率之间的关系， 并能准确预报催化剂浸渍量对煤的总转化率和沥青烯轻质产物产率的影响趋势。由于实验数据的分散性较大， 以及网络自身结构参数的沉余， 使得人工神经网络对部分煤液化实验数据拟合时出现过拟合现象。因此，提高实验数据的可靠性， 结合经典动力学模型描述反应过程的物理特征是必要的。

环氧乙烷-氨法生产乙醇胺的反应过程模拟研究

应用PRO II软件开发了环氧乙烷-氨法(EO-NH3)生产乙醇胺工艺流程的反应模型,经与工厂实际生产数据比较,该模型可以很好地计算EO-NH3的反应过程。使用该模型计算了进料中不同NH3和EO摩尔比条件下的产品分布,计算了一乙醇胺、二乙醇胺循环量对产品分布的影响,并给出了当目标产品分别是单乙醇胺、二乙醇胺及三乙醇胺时最优操作参数的选择方法。对于期望的产品分布,可通过对不同条件下的反应过程进行模拟计算,找出最适宜的操作条件,使目标产品的产量最大。

分布式甲醇重整制氢动力学及反应器强化研究

基于SR-DE机理和反应本征动力学数据得到了催化剂幂函数双速率动力学模型,通过内扩散影响判定,在考察的工艺条件范围内,甲醇裂解反应为动力学控制,而甲醇蒸汽重整反应为扩散控制;继而通过调控催化剂颗粒尺寸,强化了颗粒内传质,有效提高了催化剂表观活性;进一步采用COMSOL Multiphysics 6.1软件对甲醇重整制氢反应器单管进行多物理场仿真模拟,在相同的结构和工艺参数下,模拟对比了不同催化活性时的反应效果,确定了最佳工艺条件、催化剂活性与反应器结构的匹配性;在此基础上,优化了反应管结构尺寸,强化了传热过程,提高了供热效率,减小了床层温差,显著提高了催化剂利用效率和装置能效。

海上溢油应急反应模拟训练评估方法的研究

紧密结合海上溢油模拟训练器的训练过程 ,设定了评价指标体系 ,运用模糊多级综合评判和专家系统的方法对学员在模拟训练中的操作进行评估 .该评估方法具有一定的通用性 ,其思路与方法亦可用于其它模拟器训练的综合评估 .

用于四氯化钛生产的复合式气力输送反应器的一维模拟——I.数学模型

复合式气力输送反应器是一种将提升管和多颗粒气力输送床串联使用的新型反应器,其中多颗粒气力输送床是由循环床叠加在密相湍床上形成的,适合于所需单程反应时间较长且需颗粒间、气固间作用力较大—防粘结、提高传质效率等的气固反应体系. 本工作用一维流化床反应器模型研究了用于四氯化钛生产的复合式气力输送反应器的反应性质,其中气体成分在泡相和乳相间的扩散速率通过气泡聚并模型进行计算并用粒子数平衡模型(Population balance)模拟颗粒沿轴向的粒径分布变化. 该模型可以同时获得反应温度、床内颗粒组成、气体成分、颗粒扬析量、反应效率等对生产非常重要的指标参数.

用于四氯化钛生产的复合式气力输送反应器的一维模拟——II. 反应器性质的计算结果

通过数学模型求解研究了氧气初始浓度、氯气初始浓度、初始炭矿比对用于四氯化钛生产的复合式气力输送反应器的反应特征和反应性质的影响. 模拟结果表明,增加氧气初始浓度有利于富钛料转化量的提高,但过高的氧气浓度将导致床层内石油焦含量迅速降低,石油焦起不到稀释剂的作用;增加氯气初始浓度有利于富钛料的转化,但浓度过高将不能有效提高转化率;针对富钛料初始含量,MPTB床层存在一个饱和能力,此时富钛料转化量最大;当氧气初始浓度、富钛料初始含量的取值过低时,MPTB将不能达到热量平衡,在合适的氯化温度范围内(700～1100℃)不存在能够稳定操作的温度点.

乙炔氢氯化固定床反应器的模拟分析

根据对乙炔氢氯化反应动力学以及工业装置实际运行状况的分析,建立固定床反应器拟均相二维有效扩散数学模型.结合中试经验数据,采用Crank-Nicholson方法求解方程并对工业固定床反应器进行模拟计算.模拟结果显示,计算所得固定床内温度和转化率分布与工业数据相符.利用模型计算结果分析发现,当催化剂活性水平较低时,乙炔空速和催化剂活性对反应结果有较大影响,将两者进行关联,可以建立不同催化剂活性水平下的最佳乙炔空速计算公式.通过对工业条件下不同管壁温度和不同反应管尺寸的模拟分析,可知现在工业上设置的管壁温度98℃和反应管尺寸51mm×3.5mm都是合理的.

大型结构地震反应值模拟中的波动输入

解耦的时域有限元数值模拟技术在考虑土－结构相互作用的大型结构地震反应分析中的应用日趋成熟。为完善其中的波动输入技术，本文提出了一种波动输入时步数值模拟的简便方法，替换对自由场的频域计算，从而使结构反应分析可以完全通过时步数值模拟实现。同时，通过数值试验，对这一实施方案的有效性进行了检验。

沸石催化剂上苯与二乙苯烷基转移反应动力学及反应器模拟

应用等温液固积分反应器和Gauss -Newton法求得 β沸石催化剂上苯与二乙苯烷基转移反应本征动力学方程 ,考虑到内外扩散的影响求得宏观动力学方程 ,并对用于烷基转移反应的液固相反应器进行模拟计算。确定了操作条件 :2 40～ 2 80℃ ,n(苯 ) /n(二乙苯 ) =8～ 12 ,总质量空速 5～ 10h- 1 。

秦山核电二期工程反应堆水力模拟实验研究

该实验研究采取了理论计算、单向实验和反应堆整体水力实验相结合的技术路线。反应堆整体实验模型的比例为1:4。模拟燃料组件按开式栅格模拟原理设计为2×2棒束组件,其轴向和横向流动特性分别与原型相同,每个组件的入口段装有测量流量用的特制涡轮流量计和测量浓度用的微型电导电极。实验回路由额定流量为2×1170m3/h的两对称环路组成。实验得到的堆芯流量分配、反应堆各部分阻力系数、各部位旁漏流量和堆芯入口腔的交混因子等结果数据,验证并优化了反应堆的结构设计,为反应堆热工水力设计和安全分析提供了必需的和可靠的输入参数。