动力学耦合分析下反应堆被动容错可靠性控制

反应堆长时间、高负荷的运转,使内部各设备出现不同程度磨损,易发生故障。由于反应堆变量复杂,导致其控制难度较大。为此,提出动力学耦合分析下反应堆被动容错可靠性控制方法。根据差分格式、因子分解理论求解反应堆相关变量,即密度、能量、位置及其运动方向等,按照燃料与冷却剂的温度、密度求解每个区域的截面,确定反应堆运行状态;运用事件触发机制设计反应堆被动容错控制程序,使用故障分布矩阵分析每个设备故障程度,检测出故障位置,通过控制率重组理念修改正常状态反馈回路增益,使修改后系统与正常系统性能一致。实验结果表明,所提方法故障检测结果与实际情况一致,且控制误差小,有效提升了反应堆被动容错控制的可靠性。

反应堆压力容器“set-on”集成化锻造结构多物理场耦合模拟研究

核反应堆压力容器(RPV)传统采用独立锻件通过焊缝连接的结构形式,由于焊缝为铸态金属组织,属失效分析中的薄弱环节,因此采用集成化锻造结构,确保承压焊缝质量,是提升RPV安全可靠性的重要方法。但是,集成化后的锻造结构存在几何异形、结构复杂、壁厚差异大等问题,其材料组织与性能调控难度大幅增加。针对上述问题,以核电RPV接管“set-on”结构形式为对象,基于结构导热微分及等温转变叠加理论,建立了锻造结构温度-组织-应力的多物理场耦合模型,以调质热处理的奥氏体化及淬火冷却两个阶段为对象,结合淬火冷却介质流-固耦合分析方法,获得锻造结构不同位置处材料组织与性能变化的定量规律,并明确了其关键影响因素。

碰撞/反应池电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)法测定血液中16种元素

采用直接稀释法,使用电感耦合等离子体质谱仪测定血液中元素的过程中,由于血液样本成分复杂,容易产生较大的基体效应,同时一系列多原子离子(例如,^(40)Ar^(16)O^(+)、^(40)Ar^(40)Ar^(+)等)会影响与其有相同质荷比核素的检测,进而影响测定结果。通过使电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)分别工作在标准模式、氦气模式和氢气模式下,对比仪器的氧化物离子产率(CeO/Ce)、双电荷离子产率(Ba^(++)/Ba)、灵敏度与检出限情况,同时对氢气模式时仪器上述指标优于其他两种模式的潜在机理进行分析;随后再使用氢气作为碰撞/反应池气体,使用直接稀释法分析全血标准品以及小鼠血液样本中16种元素的含量情况。结果表明,使用氢气作为碰撞/反应池气体时,氧化物离子产率(CeO/Ce)、双电荷离子产率(Ba^(++)/Ba)、灵敏度与检出限情况优于标准模式和氦气模式,且16种元素在0.5~100.0μg/L线性关系良好(R2≥0.99991),对全血标准品中分析准确度为86.0%~114%,分析小鼠血液样本时的加标回收率为81.2%~115%,仪器精密度为2.3%~4.8%,使用氢气作为电感耦合等离子体质谱仪技术的碰撞/反应池气体,为分析血液样品中16种元素(V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ge、As、Se、Cd、Hg、Tl、Pb、Bi)开发一种新的分析方法,也为血液金属组学分析提供了新方法。

Zn/ZSM-5催化剂中Zn物种与CO_(2)和正丁烷耦合反应间相关性研究

随着全球温室气体排放的持续增长,二氧化碳(CO_(2))的高效转化与利用已成为应对气候变化、推动可持续发展的重要途径之一.在本课题组的前期研究中,以正丁烷为模型化合物,成功实现了H-ZSM-5分子筛催化CO_(2)与正丁烷发生耦合反应.实验还发现,通过对H-ZSM-5进行Zn改性,可以显著提高其催化性能,这为CO_(2)的高效转化和利用提供了新的研究方向.然而,目前关于Zn-ZSM-5催化剂中Zn物种的具体存在状态及其与耦合反应性能之间的关系尚不明确,这限制了高效催化剂的进一步设计.因此,深入探究Zn物种在Zn-ZSM-5催化剂中的存在状态及其与催化性能之间的关联机制,从而设计和开发更高效的CO₂转化催化剂已成为当务之急.本文通过紫外-可见光漫反射光谱、X-射线光电子能谱和1H魔角旋转-核磁共振等多种技术系统地表征了Zn-ZSM-5分子筛中酸性中心和Zn物种存在状态的演变过程,讨论了Zn物种活性中心与耦合反应之间的构-效关系,阐明了耦合反应的机理.研究表明,Zn-ZSM-5分子筛中Zn物种主要以ZnO团簇、Zn-OH^(+)和(Zn-O-Zn)^(2+)的形式存在,且其含量随Zn负载量的变化而改变.其中,ZnO团簇及(Zn-O-Zn)^(2+)物种的含量随Zn负载量的增加而上升,而Zn-OH^(+)物种含量则先上升后下降,这是由于部分Zn-OH^(+)物种转化为(Zn-O-Zn)^(2+)物种.在CO_(2)与正丁烷的耦合反应中,正丁烷的转化受到Brønsted酸位点的减少、Zn活性位点的形成以及粗晶ZnO物种的堆积等多种因素的影响.Zn-OH^(+)物种是主要的CO_(2)催化转化活性中心,而芳烃的生成则主要受Zn-OH^(+)和(Zn-O-Zn)^(2+)物种的影响.Zn-OH^(+)和(Zn-O-Zn)^(2+)物种均具有较强的脱氢性能,可通过脱氢路径促进芳烃的生成.Zn5%-ZSM-5(Zn负载量为5 wt%)样品表现出最优的催化性能:正丁烷转化率为94.71%,CO_(2)转化率为30.43%,芳烃选择性为53.71%.原位实验进一步证实了内酯、羧酸和不饱和醛酮等含氧化合物作为中间体的存在.基于上述研究,我们提出了Zn-ZSM-5上CO_(2)和正丁烷耦合的反应机理,主要包括以下三条反应路径:(1)在Zn-OH^(+)物种的催化作用下,正丁烷和CO_(2)首先被耦合活化形成内酯,随后经过一系列反应形成羧酸、酸酐和其他含氧化合物,最终通过复杂的反应生成芳烃.(2)部分CO_(2)在Zn-OH^(+)物种的催化下,通过逆水煤气变换(RWGS)反应以及与烃类化合物的干重整反应生成CO.这些CO随后在Zn-OH^(+)物种的催化下与烯烃发生耦合反应,最终生成芳烃产物.(3)正丁烷在Zn-OH^(+)和(Zn-O-Zn)^(2+)物种的催化下,发生脱氢和异构化反应产生烯烃.部分烯烃可通过与CO耦合或烯烃发生聚合、环化、脱氢等过程生成芳烃产物.综上所述,本文深入探讨了CO_(2)与正丁烷在Zn-ZSM-5催化剂上的耦合反应机制.通过系统研究,建立了催化剂中Zn物种与催化性能之间的构-效关系,并提出了耦合反应的具体路径.本文不仅有助于深入理解Zn-ZSM-5的催化作用机制,而且对于未来设计和开发更高效的催化体系具有重要的参考价值.

电感耦合等离子体质谱仪在线稀释进样系统设计及其便捷测定氢甲酰化反应液中钴和磷元素

为了快速测定氢甲酰化反应有机相中钴和磷元素的浓度,对电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)进样系统进行改造,实现直接对有机相进行分析.使用反应溶剂对待测物料进行在线自动稀释,然后直接进样测试元素的含量.样品的稀释倍数由进样泵参数进行校准,测试结果与手动稀释的误差低于3%.改进后的ICP-MS可以及时监测氢甲酰化反应过程中钴和磷浓度,发现实际生产过程中产能不足的问题,进一步指导促进增产的具体应对方案.

基于神经网络的热管反应堆多物理场耦合快速预测

本文基于热管反应堆多物理场耦合分析框架,提出了一种基于数据驱动型神经网络构建的快速预测方案。该方案利用神经网络部分代替分析框架中的数值计算模块,实现核-热-力多物理场耦合迭代过程的高效求解。以Megapower作为分析对象,搭建了相应的神经网络模型构建快速预测方案并对其进行相关参数的预测,与传统数值计算方法对比。快速预测产生的关键参数和数值计算的结果差异很小,其中,最大应力差值不超过2 MPa,燃料平均温度差值不超过3 K。相同计算环境中,相比于数值计算需要6 h的计算时间,快速预测仅需4 min,计算时间降低了95%以上。基于上述结果,认为基于神经网络的快速预测方案具有准确性高、速度快的特点。配合其灵活性及对训练数据量要求低、可针对性的优化模型等特点,认为基于神经网络的快速预测方案是应对堆芯优化等大规模计算需求场景的优选方案。

厌氧膜生物反应器的发展及其耦合厌氧氨氧化脱氮的研究综述

由于厌氧膜生物反应器(AnMBR)在水中有机物资源化利用方面具有独特的优势,逐步成为污水处理领域的研究热点。从反应器与膜组件的配置、有机物的去除以及产甲烷率等方面讨论了影响AnMBR运行效果的主要因素。结合污水深度脱氮的需求,探讨了厌氧氨氧化(ANAMMOX)自养脱氮与AnMBR的耦合技术。介绍了国内外相关耦合工艺的应用形式,总结了关于该耦合工艺最新的研究方法、运行效果等,展望了该技术在污水处理领域的应用前景。

基于“变化观念与平衡思想”深入理解化学反应——以利用耦合思想设计化学反应为例

耦合反应是实现物质间相互转化的重要途径。本文通过分析耦合反应的概念和基本原理以及常见应用,深入理解耦合反应对化学反应的调控作用,尤其是在设计实现某些非自发或条件要求高的反应中有重要的指导作用。

基于耦合神经网络反应扩散模型的图像增强方法研究

随着人工智能技术的迅速发展,图像处理已经广泛应用于交通、医疗、农林、航空航天等领域,并且对图像质量要求也越来越高。针对图像增强问题,提出了一种利用神经网络模型,将FitzHugh-Nagumo反应扩散模型转变为微分动力系统的方法,来改进耦合神经网络,引入自适应的阈值,得到耦合神经元的非线性动力学模型,利用此模型可使图像对比度得到提升,起到增强图像的效果。该模型的适用面更广,图像对比度拉伸效果更好,视觉增强效果更为明显。

反应堆多物理场耦合计算中的不确定性研究概述

核反应堆是一个由粒子场、温度场、流体场、应力场等多个物理过程相互紧密耦合的系统,先进核反应堆数值模拟需要解决多尺度、大规模、多物理场耦合问题。近年来,随着计算机技术和现代数值仿真技术的进步,使得通过多物理场、多尺度等耦合框架实现对反应堆综合性能的大规模数值模拟成为可能,数值反应堆乃至反应堆数字孪生系统成为数值模拟的总体目标。随着最佳估算加不确定性分析方法的推广,不确定性分析成为核反应堆设计和安全分析的重要组成部分。相比起针对单一程序或单一物理场的不确定性分析,对于多物理场耦合计算的不确定性分析则更为复杂,除了各个物理场模拟本身的不确定性外,还必须考虑程序耦合过程中引入的不确定性,该方面的研究尚不够深入。本文从单物理场计算程序的不确定性源及其分析方法出发,对目前已开展的耦合程序计算不确定性分析相关工作进行了总结和阐述,并对多物理场耦合计算中的混合不确定性研究进行了初步分析。

矿焦耦合反应中焦炭显微气孔结构的演变

为了研究焦炭在高炉中的溶损行为,选取冶金焦炭与烧结矿、球团矿,进行不同时间的矿焦耦合反应试验,采用显微图像法分析反应后的焦炭气孔结构,探究其演变规律。结果表明:①随着矿焦耦合反应的进行,焦炭小孔溶并形成中大孔,焦炭的溶蚀深度增加,相较于球团矿,烧结矿耦合反应的扩孔作用稍弱;②焦炭与球团矿耦合反应中气孔结构的溶蚀更剧烈,气孔溶并作用更强,焦炭气孔结构演变速度较快;③焦炭与烧结矿的耦合反应中,深度反应层较厚,缩核程度较小,而焦炭在球团矿环境下,气孔壁溶蚀剧烈,深度反应层较薄,缩核程度较大。

氧气反应模式-电感耦合等离子体质谱法测定钒铝合金中18种痕量杂质元素

作为高品质钛合金制造时的关键原料,钒铝中间合金中的痕量杂质金属元素的含量会对钛合金的使用性能产生重要影响。该文采用盐酸-硝酸混酸体系溶解样品,优化电感耦合等离子体质谱仪的工作参数,选择各待测元素的同位素,用钪、铥内标校正非质谱干扰,建立氧气反应模式-电感耦合等离子体质谱法测定钒铝中间合金中砷、镉、铬、铜、镁、锰、镍、铅、硼、钼、铌、磷、钽、钨、锆、钇、锡、汞18种痕量杂质元素的方法。其中砷元素采用氧气-反应池技术(O_(2)-DRC)在氧气流量为0.5 mL/min条件下对质谱干扰进行消除。18种待测元素测定结果的相对标准偏差(RSD,n=7)均小于3.2%,加标回收率92.7%~109.2%。

中国科学院大连化学物理研究所的甲醇甲苯耦合反应制烯烃、芳烃研究获进展

近日,中国科学院大连化学物理研究所的研究团队在甲醇甲苯分子筛催化耦合反应体系的反应机理和产物分布调控方面取得进展。相关研究成果发表于《美国化学会志》。目前,甲醇高选择性地制烯烃、芳烃、汽油等工艺已经成功工业化。

背包式反应与精馏耦合生产氯化苄技术研究

根据采用具有独立反应量的气液反应器与精馏塔相耦合的构思,建立了反应精馏小试装置,进行了甲苯氯化反应合成氯化苄技术的研究,测定了反应精馏塔内的浓度分布和温度分布,考察了反应能力与分离能力相对大小的改变对反应精馏结果的影响。

化学自催化混沌反应模型中的耦合作用与混沌同步

选用混沌自催化反应作为子系统 ,构造了耦合自催化反应系统 ,研究了耦合变量、耦合系数对混沌动力学行为的影响 ,给出了不同耦合系数下系统的动力学特征 ,探讨了耦合作用机制 .结果表明 ,耦合作用能明显地改变子系统的动力学行为 ,强化系统间的相关性 .耦合后的混沌运动受到调整与抑制 ,耦合强度加大时 ,呈现出混沌运动轨线的周期化 ,耦合系数大于临界值 ,两子系统实现了完全的同步 .不同变量的耦合时 ,影响最大的是第二种变量 .对于三种物质均有耦合时 ,更容易出现混沌的抑制、运动状态的锁相与周期化和混沌的完全同步 .

考虑槽身与槽内水体流固耦合的渡槽地震反应计算

基于考虑槽身与槽内水体流固耦合的渡槽薄壁梁段单元的动力分析模型,计算了南水北调中线工程某渡槽结构的地震反应.计算结果表明,随着水位的上升,渡槽结构地震反应增大;考虑槽身与槽内水体流固耦合时,渡槽结构的横向地震反应、伸缩缝相对折角小于不考虑流固耦合的情况,而槽身横截面绕轴线转角却大于不考虑流固耦合的情况,说明槽身与水体的相互耦合对渡槽结构地震反应影响显著.因此,在对渡槽结构进行地震反应计算时,应采用能考虑相应水位的渡槽流固耦合动力分析模型,并计算渡槽在不同地震波激振下的地震反应才能综合反映渡槽结构在地震作用下的实际情况.

偏心结构的弹塑性平扭耦合反应与地震动强度

从五层剪切模型出发 ,研究不同地震动强度下的多层偏心结构所对应的平扭耦合弹塑性地震响应· 结果表明 :平扭耦合强度与构件的强度分布有关 ;按考虑扭转影响的振型分解反应谱法强度设计的结构 ,其平扭耦合运动程度在结构进入非弹性运动后就随着地震动强度的增大而减弱 ;而按比例刚度法强度设计的结构 ,其平扭耦合运动程度在结构进入非弹性运动后先随着地震动强度的增大而增强 ,超过一定值后随地震动强度的增大而减弱 。

反应精馏过程耦合强化技术基础与应用研究述评

反应精馏技术是过程强化概念在化学工业成功应用的典范。由于反应与精馏耦合的高度复杂性和非线性,反应-精馏相互影响机制、耦合方式及其过程能效调控与优化成为制约该技术广泛应用的关键科学问题。综述了近二十年来国内外反应精馏技术从基础研究到工业应用的概况,包括反应精馏过程的可行性分析与概念设计方法、稳态模拟过程优化与动态模拟控制策略设计、兼具催化反应与气液传质的高效内构件开发以及反应精馏在各领域的应用。探讨了目前制约反应精馏广泛应用关键问题的解决方法与途径,阐明了普适性的反应精馏过程开发方法,总结了基于反应精馏过程耦合的新型过程强化技术,指出了反应精馏技术的发展趋势。

上海深厚饱和覆盖土层的动力耦合地震反应分析

上海的第四纪沉积土层呈水平层状分布,市区的土层厚度约为270～290m,年平均地下水位0.5～0.7m。上海地区上覆深厚、饱和的沉积土层,对土层的地震反应特性具有重要的影响。基于动力耦合理论,将上海深厚饱和覆盖土层视为由固相和液相组成的两相饱和多孔介质,建立了能够反映上海土层深厚、饱和特点的地震反应计算模型。然后应用该模型,以ElCentro,Taft,苏南和唐山地震波作为基岩输入加速度,对深度280m的上海深厚覆盖土层进行了动力耦合地震反应计算,并对加速度、振动孔隙水压力和地基震陷结果进行了分析。

硅橡胶膜生物反应器中乙醇发酵与渗透汽化的耦合

用硅橡胶膜生物反应器（SMBR）实验研究连续发酵-渗透汽化的耦合性能。发酵微生物采用酿酒干酵母，所用碳源为工业级葡萄糖。发酵过程由于产物抑制作用，在乙醇质量浓度达到73g／L时趋于停滞，而耦合渗透汽化膜后，发酵罐内的乙醇质量浓度降低并维持在40g／L，使发酵可以连续稳定地进行。在SMBR运行达到稳态后，乙醇的体积产率为4．02g／（L·h）。发酵液中乙醇质量浓度维持在20～63g／L，聚二甲基硅氧烷（PDMS）膜的总渗透通量为1220—800g／（m^2·h），分离因子为5～9．2。与传统发酵和分离相同进料质量分数的乙醇溶液相比，乙醇发酵和渗透汽化在硅橡胶膜生物反应器中能相互耦合并得到强化。与较小规模耦合系统（发酵体积1L和2L）比较，性能稳定良好。