基于最小Gibbs自由能原理的CaO-SiO_2炉渣和Si-Ca金属两相体系平衡热力学模型

基于封闭平衡体系Gibbs自由能最小原理对精炼Si液中杂质Ca的炉渣金属体系建立热力学模型,由该热力学模型得到Si液中Ca的摩尔分数xCa与CaO-SiO2二元渣系CaO的摩尔分数xCaO的关系和文献报道的实验结果吻合良好,即0.3<xCaO<0.4较有利于Si液脱Ca。热力学模型计算结果表明:Si液中Si和Ca的活度分别与SiO2和CaO质量作用浓度的比值符合炉渣金属组元活度之间的关系式,且计算结果比文献报道的数据精度更高。因此,基于炉渣离子分子共存理论的质量作用浓度可与经典的炉渣活度一样表征CaO-SiO2二元渣系组元的反应能力。由建立的热力学模型计算结果确定的反应[Ca]+0.5(SiO2)=(CaO)+0.5[Si]的标准摩尔反应Gibbs自由能变化表达式为r m,CaO G=89 532.7 21.8T(J/mol)。

Gibbs自由能最小化法计算二氧化碳-烃-水系统相平衡

油-气-水三相的相平衡计算是二氧化碳驱物性参数分析及数值模拟研究的核心问题之一。Gibbs自由能最小化法基于相平衡的热力学理论,适应性广、计算稳定,比较适合二氧化碳-烃-水系统的相平衡计算。通过引入相稳定性变量,采用拉格朗日乘数法计算多相多组分系统Gibbs自由能的最小化问题,由Newton-Raphson迭代法求解相应的控制方程。迭代计算时,二氧化碳和烃类组分气-油平衡常数的初值采用Wilson公式进行计算。气相和油相的状态方程采用SRK方程。分别计算了凝析气、酸气和二氧化碳-烃混合物3个算例的相平衡问题,计算值同实验实测值符合良好,验证了算法的准确性。分别对二氧化碳-烃系统和二氧化碳-烃-水系统算例的相平衡进行了计算,研究了一定温度和压力条件下,系统内二氧化碳和水的含量对烃类组分平衡常数的影响。

基于Gibbs最小自由能的两段式下吸式固定床稻草气化过程的模拟研究

本文提出了一种新的稻草资源化利用方案,通过两段式下吸式固定床对稻草进行气化制取合成气,使用基于Gibbs最小自由能的研究方法对该方案各项指标进行预测﹒研究显示:提高气化温度可以提高合成气中H_2和CO的浓度,建议气化反应温度设定为800℃;气化反应器的压力只需要稍微高于大气压,该值取0.12MPa就可达到制取合成气的要求;S/B的取值应根据气化的目的来确定合适的参数;气化过程中有必要加入CaO作为催化剂,CaO/B的最佳值为1.8﹒

基于自由能最小原理的铜精矿物相组成计算研究

针对铜精矿物相组成分析耗时滞后和在线准确判断实现困难的问题,依据地球化学和成矿动力学理论,提出铜精矿历经漫长成矿过程后已基本达到或接近平衡态的假设,并将铜精矿视为若干化合物的混合体,基于成矿平衡态铜精矿体系吉布斯自由能最小原理,构建了铜精矿物相组成线性规划计算模型。几种典型铜精矿的实例验证表明,该模型能较为准确地计算铜精矿物相组成。

七水硫酸锌热解过程的吉布斯自由能最小原理及TG-DTA分析

利用吉布斯自由能最小原理计算了七水硫酸锌在25～1100℃下的平衡组成，并结合TG—DTA研究了其热分解过程。七水硫酸锌的热解大致可以分为脱结晶水和无水物热分解两个阶段。脱水发生在室温～311℃时，无水物热分解则发生在687—1050℃时。脱水段固相含有ZnSO4·6H2O、ZnSO4·H2O、ZnSO4·xH2O[x∈（0．8，0．9）]等，无水物分解段中间产物有ZnO2·ZnSO4，最终固相产物为ZnO。结果表明，吉布斯自由能最小原理和TG—DTA具有内在一致性。

无机化学中最小自由能原理的教学

针对无机化学教学中经常出现学生对最小自由能原理理解有误的问题,文章借助物理化学的相关知识,用浅显易懂的语言解释了该原理。其关键是对吉布斯自由能变(ΔG)和摩尔反应吉布斯自由能变(ΔrGm)两个不同概念的正确区分。

通用Gibbs反应器的机理建模和求解方法

Gibbs反应器是一种虚拟设备,它不考虑具体的反应过程和机理,只考虑在达到热力学平衡,即达到质量平衡和能量平衡时Gibbs自由能最小的状态。Gibbs反应器非常适用于反应机理复杂,反应过程众多或者反应机理耦合严重的情况。利用机理建模技术和传统优化方法拉格朗日-牛顿法建立通用的Gibbs反应器模型,用于描述煤制甲醇生产过程硫回收工段的反应过程,并将其结果同Aspen Plus中标准Gibbs反应器的计算结果进行了比较。

基于最小Gibbs自由能原理的铁氧化物气固还原热力学研究

基于最小Gibbs自由能原理建立了铁氧化物气固还原反应的热力学模型,由模型计算结果作出铁氧化物气固还原反应平衡图,与文献中实验数据吻合良好.与常用冶金学教材和热力学数据库中给出的参考数据进行了对比,不同来源的热力学数据差异较大.探究了铁氧化物逐级还原的热力学平衡情况.计算了CO和H2混合气体还原铁氧化物的热力学平衡,推导了平衡时气体总利用率η总的计算公式,作出了CO和H2混合气体还原铁氧化物的三维平衡图,并与文献中实验数据对比,验证了结果的正确性.

集中谐载力作用下三边固定一边自由板的受迫振动

应用混合变量最小作用量原理求解了三边固定一边自由矩形板在任意集中谐载作用下的受迫振动 问题，建立了求解这类问题受迫振动稳态解的新方法．对于结构工程抗震问题中的振动分析给出了一个新 的解决途径．所获得的计算结果，跟现有的文献进行比较证明了其正确性．因此该方法不仅具有重要的理论 价值，而且可以为工程实际直接采用．

无单元法求解正交各向异性板自由振动问题

无单元法是一种新出现的数值方法。本文对无单元法的数学基础—滑动最小二乘法进行了详细的研究,推导了无单元法的形函数,并对一些关键问题,如权函数的选取,正交基函数,边界条件,数值实现方法等得出了研究结论。用无单元法研究了正交各向异性板的自由振动问题,由动力学变分原理和滑动最小二乘法导出了正交各向异性板的无单元法质量矩阵和刚度矩阵,编制了相应的计算程序,通过计算实例验证了该方法的有效性。

单质Si晶格稳定性的第一原理研究

采用SGTE纯单质数据库中Gibbs能的表达式,结合JANAF热力学数据,采用最小二乘法对SGTE纯单质数据库中元素Si的Gibbs能表达式进行了重新评估,得到了比SGTE数据库更精确的结果;同时,将SGTE数据库中CALPHAD方法得到的晶格稳定参数外推至0K,与第一原理总能赝势平面波和投影缀加波方法的结果进行了对比,发现第一原理总能赝势平面波方法得到的晶格稳定参数结果为△Gfcc-diamond>△Ghcp-diamond>△Gbcc-diamond>0,与CALPHAD方法外推结果一致.同时,研究发现:第一原理总能平面波赝势方法计算的diamond-Si的晶格常数和原子体积比实验值大,fcc-,hcp-和bcc-Si的结果比第一原理投影缀加波方法的小,总能绝对值出现了类似的结果;四种结构中所有的价态电子密度分布到0至-15eV区间,部分s态电子转化为p态电子,其中diamond-Si的转化数目最多,结构最稳定,这与电子态密度的计算结果一致.

基于数据分析方法提高路基自由网平差精度

利用最小二乘原理,推导出考虑样本容量和子样标准差的求解置信概率的函数,继而确定数据的置信区间,对数据进行筛选。对所筛余的数据,再进行平差计算,并进行精度评定。这是对传统经典平差数据筛选方法的一种补充,使得平差精度大为提高。算例分析说明了该方法的有效性和实用性,运用这种方法在冻土地区路基的变形监测网的实际平差运算中取得了良好的效果。

正交各向异性梁结构自由振动分析

针对正交各向异性梁的振动问题,本文基于卡雷拉定理建立了多种边界下正交各向异性梁结构的振动分析模型。将正交各向异性梁结构的位移函数分离为截面和轴向位移2部分。依据卡雷拉定理拟合梁结构的截面位移变形,利用有限元分段插值函数给出梁的轴向位移。结合三维弹性理论建立梁结构的能量表达式,并由最小势能原理推导梁结构3×3阶核心质量矩阵和刚度矩阵。采用划行化列、赋大数等有限元边界施加方法得到特定的动力学方程,进而获得正交各向异性梁的自由振动特性,并开展了多种边界条件下正交各向异性梁结构的数值算例。对比分析表明:本文方法具有较好的收敛速度,计算结果与文献数据和有限元商业软件仿真结果吻合良好。

全站仪自由设站在公路高程测量中的应用分析

通过误差传播理论，分析全站仪自由设站在会路高程测量中的误差来源度其影响；并根据多元函数极值理论，讨论在点位平面误差对高程结果最不利条件下，自由站点选择满足高程测量误差达到极值的条件。

环形板的非线性自由振动

本文首先用最小作用量原理推导出环形板的变分方程,选取环形板内缘最大振幅为摄动参数,采用摄动变分法,一次近似求得了环形板线性振动时的固有频率,二次近似求得了环形板的非线性固有频率。其结果可供工程技术上设计参考。

马尔可夫毯:工具还是实体?

马尔可夫毯是预测加工和最小自由能原理理论中用以区分自组织系统与外界环境的重要形式化概念。近来,关于它是否能划定心智的边界以及它是否是一个统一的概念引发了热烈的讨论。通过梳理心智边界的内在主义和外在主义争论以及珀尔毯和弗里斯顿毯的概念区分,这个概念的哲学含义得以澄清,两种不同马尔可夫毯的概念也可以用一种还原的方式加以统一。

催化裂解多产丙烯过程热力学分析

近年来催化裂解多产丙烯工艺取得了显著进展,但现有工艺的丙烯单程收率都难以超过30%。丙烯单程收率有可能存在热力学平衡限制,为此采用Gibbs自由能最小化方法对这一过程进行了热力学分析。结果表明,虽然原料转化率不受热力学平衡的限制,但丙烯收率受到热力学平衡的限制;与低碳烷烃相比,烯烃和长碳链烷烃都更适合作为催化裂解多产丙烯的原料;低压有助于丙烯平衡收率的提高,并且在每一固定压力下都存在最优的反应温度,使丙烯平衡收率达到极大值;与热裂解相比,采用Y和ZSM-5分子筛的混合物为催化剂,虽然改变了产物分布,但并没有显著提高丙烯的平衡收率,而采用对产物有择形作用的小孔分子筛为催化剂,则可明显提高丙烯的平衡收率。

基于铁基载氧体的甲烷化学链燃烧数值模拟

基于Gibbs自由能最小化原理,建立了以Fe2O3为载氧体的甲烷化学链燃烧模型,研究了流化床燃料反应器内反应物摩尔比、温度以及操作压力对反应产物分布和载氧体反应活性的影响,并揭示了其反应机理.结果表明:当Fe2O3与CH4反应物摩尔比保持在12左右,反应器温度控制在850～900℃范围时,出口处CO2的摩尔分数达到最大值;提高反应器温度降低了载氧体的反应活性;增加反应器操作压力有助于提高载氧体的反应活性,但同时由于促进了CH4的重整反应而导致CO2摩尔分数的降低.

木材热解过程的热化学平衡分析

基于Gibbs自由能最小化法,利用HSC Chemistry软件对木材热解过程进行了热化学平衡计算。讨论了温度对热化学平衡产物组成和比例的影响,并把热解过程划分为4个阶段。首次根据自发反应的判据即反应的Gibbs自由能变与温度关系讨论了产物相互之间反应,由此确定热解各个阶段可能发生的反应。最后总结了文献中实验研究温度对木材热解产物影响情况,并与计算结果比较,结果表明,所预测的不同温度下木材热解产物分布特性与前人的实验结果相似。