PRB处理酸性矿山废水的地球化学反应模拟研究

随着工业的迅速发展,矿产资源的需求也随之增加,采矿过程中产生的酸性矿山废水(Acid Mine Drainage,AMD)对周围环境具有严重危害性,可渗透反应墙(Permeable Reactive Barrier,PRB)通过下放置反应材料,利用自然水力梯度拦截污染羽流,该技术已成为有效处理AMD的手段之一。为研究PRB内化学反应堵塞对其处理效果的影响,搭建了规模为60 cm×15 cm×20 cm的箱体装置,模拟石灰石PRB处理AMD的过程;基于箱体实验得到的数据,并利用化学反应输运模型理论开发了一种新的地球化学算法,来描述PRB处理AMD过程中可能会发生的化学反应,最后通过MODFLOW和RT3D的耦合模拟并预测PRB有效处理污染物质的最大寿命。结果表明:①有效地模拟出了PRB中石灰石的酸性中和能力及其对酸性废水中总铁、Al^(3+)的去除效果,并且很好地反映出PRB系统的化学堵塞过程;②模拟结果与实测值吻合程度较好。进口区域、中间区域以及出口区域3个不同位置处出水的pH实测值与预测值的最大误差分别为0.38、0.30和0.29,总铁质量浓度实测值与预测值的最大误差分别为1.570、0.102和0.124 mg/L,Al^(3+)质量浓度实测值与预测值的最大误差分别为1.010、0.374和0.160 mg/L;③预测结果表明,该实验室规模的PRB装置在前30 d出水中的总铁和Al^(3+)质量浓度最低,去除效果最好,且去除能力随着时间逐渐减弱。参照地下水质量标准限制,判断出该石灰石PRB能够有效处理总铁的最大寿命为132 d,有效处理Al^(3+)的最大寿命为63 d。

基于输运床的内在碳捕集气化制氢反应器操作条件研究

针对固定床或鼓泡流化床反应器的内在碳捕集气化过程中气固混合程度差的问题,本文将输运床作为内在碳捕集气化制氢反应器,建立了考虑流体动力学及反应动力学的反应器动力学模型,研究了水碳比、操作温度及操作压力对反应器运行可行性及性能的影响。结果表明,以输运床小试装置为基准,当反应器操作压力为900 kPa、反应器温度为800℃、进口水碳比为2时,反应器内碳转化率可达60%,出口气体产物(干气)中氢气的摩尔分数可达到82%。研究结果证实了基于输运床的内在碳捕集气化反应器的可行性及其在提高反应性能上的优势,指出了操作条件范围,可为内在碳捕集气化制氢技术的研究提供参考。

详细化学反应机理对预混丙烷钝体熄火模拟影响

航空发动机熄火预测是重要关键问题之一,湍流和化学反应的非线性相互作用使预测非常困难。本文采用大涡模拟(LES)对湍流进行高精度模拟,采用概率密度函数输运方程湍流燃烧模型(TPDF)耦合JL4,Z66和H73三种化学反应机理,对预混丙烷钝体熄火现象和规律进行研究。JL4的反应机理最简单,反应释热快,局部放热高,火焰宽度大,火焰两侧温度梯度大,燃烧更加趋于稳定,无法模拟出熄火状态。H73机理绝热火焰温度低,火焰温度低,回流区中部OH含量高;在近熄火状态,大量CO被氧化,释放热量过高导致无法模拟出熄火现象。Z66机理可以模拟出火焰正常状态,在低当量比下也可以模拟出熄火状态。算例中,局部Da>1的区域超过35%则会发生熄火。

氢燃烧单步反应模型和输运系数模型的建立

提出了更为合理的氢气-空气混合物的单步反应模型和输运系数模型建立方法.针对氢-空气单步反应方程式H2+0.5O2→H2O,其反应速率模型为=1.13×1015[H2][O2]exp(46.37T0/T)mol/(cm3s),输运系数模型为=K/CP=D=7.0×105T0.7g/(cms).采用该模型和文献模型对ZND爆轰和自由传播层流火焰进行模拟,二者结果具有很好的一致性.另外还采有本文模型模拟了障碍通道内燃烧转爆轰过程,模拟结果与实验结果基本一致.验证了本方法和模型的正确性.

流化床反应器内热动力特性的数值模拟

为了深入研究流化床反应器内温度分布特性,基于分群扩散理论方法,应用中子输运模型、耦合气固传热模型以及气固双流体模型,数值模拟流化床核反应器内气固流动和热动力特性,研究流化床核反应器内入口氦气流量和燃料堆积床高对反应器内温度分布的影响.研究结果表明,流化床核反应器内气相温度分布比较均匀;随着入口氦气流量的增加,反应器内环形区域和中心区域内气相温度脉动增强;反应器内气相温度随着燃料堆积床高的增加而升高.数值模拟得到核反应器内气相瞬时温度分布的结果与Pain等人数值计算结果相吻合.

聚变发电反应堆双冷液态锂铅包层氚增殖中子学分析研究

针对聚变发电反应堆(FDS Ⅱ)双冷液态锂铅(DLL)包层进行了中子学设计与分析,设计主要的原则是满足聚变堆的氚自持,并在此基础上,分析计算DLL包层核热分布。中子学一维优化分析使用的程序是自主开发的多功能中子输运/燃耗/优化程序VisualBUS1.0以及相应的数据库HENDL1.0/MG。基于二维模型进行校核计算所使用的程序为MCNP4C,相应的数据库为FENDL 2/MC。

对称能密度依赖的输运理论模型研究中的一些问题的讨论

本文非常简要地介绍了目前通过重离子碰撞中的对称能敏感观测量获取对称能密度依赖的研究现状,讨论了在输运理论模型计算中可能引起计算结果的不确定性的几个问题。特别与目前广泛采用的输运理论模型计算相关的3个方面的问题,即对称势动量依赖项和中子、质子有效质量劈裂;不同电荷态△产生的阈能和相关截面的介质修正;输运理论模型中的多体关联和涨落等的处理等问题。

反质子引起的核反应中粒子产生动力学和超核形成机制研究

基于量子分子动力学输运模型LQMD(Lanzhou Quantum Molecular Dynamics transport model)框架下,分别采用Skyrme能量密度泛函和相对论协变密度泛函研究了反质子引起的核反应中粒子产生和靶核碎裂机制。以入射动量为5 GeV/c反质子轰击~(58)Ni散裂反应为例,分析了两种不同平均场下产生粒子π、K、Λ和∑随时间的演化和相空间分布,以及核碎片和超核碎片的质量和电荷分布。结果显示,两种平均场下产生粒子的相空间分布相似,而碎片分布不同,特别是中等质量碎片的产额。碰撞系统在相对论平均场下涨落效应更加明显,导致碎片产额偏高。

电化学还原高压CO_(2)捕集溶液制太阳能燃料

本文突破单一考虑CO_(2)转化的局限,从CO_(2)捕集-转化-利用集成的角度提出了直接光/电化学还原高压CO_(2)捕集溶液制太阳能燃料,在捕集端避免高温条件气相CO_(2)再生步骤;在产无端利用CO_(2)和CO溶解度的巨大差异,实现零能耗气体产物分离;在转化过程中,本文建立了考虑压力的光/电化学CO_(2)还原多尺度方法.本文建立了微观第一性原理计算-介观动力学模拟-宏观输运模型耦合的多尺度模型,以基元反应参数、分电流密度作为跨接参数,以电极表面CO_(2)浓度、pH作为迭代参数,实现了多尺度模拟计算;研究了宏观压力变化对界面微环境(电极表面分子覆盖度和局域pH)的作用机制,发现分子覆盖度对CO_(2)还原反应的促进作用与局域pH对析氢反应的抑制作用相协同,实现了CO_(2)高效、高选择性转化.本文研制了直接光/电化学还原高压CO_(2)捕集溶液制太阳能燃料原理样机,太阳能制燃料效率达到16.8%,超过了文献报道的饱和CO_(2)溶液供给的太阳能制燃料系统.

一种新的层流扩散火焰面建库模型的研究

本文通过求解物理空间中的层流扩散火焰面方程，建立火焰面数据库。相比于求解混合物分数空间的层流火焰面模型，该模型不仅简单，且易于耦合详细组分输运模型、Soret效应和气相辐射等影响因素。同时，求出的温度及组分浓。度分布可以整理成各种不同参数的函数，提高了数据库使用的灵活性。本文对这种新的层流扩散火焰面模型进行详细的分析，并考察组分输运模型、Soret效应、气相辐射以及化学反应机理等因素对计算结果的影响。

Lightnin内插件强化混合器内湍流混合及反应特性

采用计算流体力学组分输运模型和SST k-ω湍流模型,在Re=3000~9000范围内研究Lightnin静态混合器内萘酚(组分A)与对氨基苯磺酸(组分B)偶合氮化串联竞争反应,分析化学反应场中各组分浓度分布规律、湍流流动及微观混合特性。Lightnin内插件能够推进管内主反应的高效进行,副产物S较少且其浓度在0.0004~0.03 mol/L,而主产物R的浓度较副产物S高两个数量级。湍流强度随着雷诺数的增大呈现明显上升趋势,Re=3000时z/l=2处的湍流强度峰值(达到2.95)是出口处的2.02倍。湍流耗散率ε随径向位置的增加而减小,w_(A)=0.5~0.6时浓度对ε的影响微弱,而w_(A)=0.7~0.9时ε的轴向和径向分布随着浓度的增大逐渐减小,w_(A)=0.6~0.9时z/l=10处的ε相比于w_(A)=0.5时依次减小2.43%,8.86%,19.80%,42.25%。Re=6000~9000时径流数呈周期规律分布,偶数旋流元件内形成小峰值,奇数元件内则内凹。组分A与组分B在摩尔比一定的条件下,Re=4000~9000出口位置处的微观混合特性相比于Re=3000时分别增强18.22%~55.34%。

地球科学中的一类耦合抛物方程组的数值模拟

地质流体的性质和动力学行为是当前地球科学研究的前沿领域.铜陵冬瓜山层控夕卡岩型铜矿床成矿作用中矿质输运-化学反应耦合过程的数学模型是一个非局部的耦合抛物方程组初边值问题.本文考虑这一数学模型的数值模拟,用降阶法对此耦合方程组建立了一个具有二阶精度的差分格式.用能量方法给出了差分方程问题解的先验估计式,并证明了差分格式的可解性、稳定性和收敛性,其收敛阶在L2范数下关于时间步长和空间步长均是二阶的.最后给出了数值例子,数值结果和理论分析结果是吻合的.

利用π^-/π^+探测对称能的高密行为

利用同位旋和动量相关的IBUU相对论强子输运模型,以132Sn+124Sn碰撞在E/A=400MeV,b=1fm时为例,研究了在3种不同的对称能作用下发射粒子谱中π-/π+的比率随时间和横动量的演化.计算结果表明,π-/π+的比率与核物质对称能的硬度有一个反向变化关系.由于π介子主要来自于核反应形成的高密区,因此π-/π+的比率可以作为精确研究核物质对称能高密行为的一个探针.通过与实验数据的比较,就能够得出比以往更精确的关于对称能高密行为的重要信息.

湍流预混火焰LES/FDF模拟中标量混合时间尺度建模

在实际应用中,精确模拟高湍流度预混火焰十分关键但极具挑战性。本文将被动标量混合时间尺度动态封闭方法与hybrid混合时间尺度模型结合,在湍流预混火焰LES/FDF模拟中提出一种新的标量混合时间尺度建模方法。该方法不需要人为选取混合模型参数CM,且动态地考虑了由湍流和火焰结构分别引起的亚网格标量混合。对悉尼值班预混射流燃烧器高湍流度PM1-150火焰进行了LES/FDF模拟。结果表明,新模型显著改善了对整体燃烧进程的预测结果,正确地预测了局部熄火/再燃现象。进一步的结果显示,模型参数CM明显大于在RANS框架下量级为1的常用取值,这表明该参数在不同框架下具有不同的物理内涵。