低温低压下活性炭吸附氢气的分子模拟

低温吸附法处理激光尾气中的H_(2)相较于传统尾气处理方法具有体积小、质量轻、运行成本低、无振动噪声等特点,其关键问题是开发低温低压条件下高性能的H_(2)吸附剂.以石墨片微元构建多孔活性炭模型,使用巨正则蒙特卡罗(GCMC)模拟探究H_(2)在多孔活性炭中的吸附行为,通过考察多种因素的影响,期望获得更高的H_(2)吸附量.计算使用pcff力场,范德华相互作用采用Lennard-Jones 12-6形式,将计算得到的H_(2)吸附等温线以及模型的BET参数与实验值对比,验证了模型和力场的准确性.之后探究了石墨片微元尺度、多孔活性炭密度和吸附温度对H_(2)吸附的影响.结果显示:石墨片微元尺度对H_(2)的吸附有较大影响,由1环构建的模型性能最差,由19环构建的模型性能最好,从吸附性能来看,在单一石墨微元模型和混合石墨微元模型中均满足19环>37环>7环>1环;在所建立的0.5~1.3 g/cm^(3)模型密度范围内,存在最优密度1.1 g/cm3,此时能够获得最大H_(2)吸附量,比表面积和孔径分布二者共同作用影响吸附性能;温度对H_(2)低温吸附有较大影响,当吸附温度升高5 K和10 K时,吸附量分别下降了19.1%和36.8%,因此加强吸附过程中的散热和优化吸附床结构可以提高氢气的吸附量.

三七治疗骨关节炎机制:基于UHPLC-QE-MS、网络药理学及分子动力学模拟

背景:课题组前期研究发现三七能够修复骨细胞的形态结构,对于治疗骨关节炎具有良好的应用前景,但目前对于三七的具体作用机制尚不清楚。目的:采用超高效液相色谱-四极杆-静电场轨道阱串联质谱(ultra-high performance liquid chromatography-Q exactive-mass spectrometry,UHPLC-QE-MS)技术鉴定三七的主要成分,并结合网络药理学、分子对接和分子动力学模拟探究三七治疗骨关节炎的作用机制。方法:利用UHPLC-QE-MS技术鉴定三七的主要成分后,运用TCMSP数据库筛选活性成分,通过TCMSP和Uniprot数据库查找活性成分靶点,通过疾病数据库筛选骨关节炎靶点。在药物靶点与疾病靶点取交集后,导入STRING数据库和Cytoscape软件构建蛋白互作网络筛选关键靶点,通过“活性成分-作用靶点”网络筛选关键活性成分。再对关键靶点进行富集分析,并对关键活性成分和关键靶点进行分子对接验证,最后选取结合能最低的结果进行分子动力学模拟。结果与结论:①在三七溶液中共鉴定出57种活性成分,成分靶点与疾病靶点交集50个,关键活性成分5个(槲皮素、熊脱氧胆酸、山奈酚、柚皮素和红藻氨酸),关键靶点5个(白细胞介素6、基质金属蛋白酶9、白细胞介素1β、白蛋白和趋化因子配体2);②基因本体功能富集642个条目,其中620个条目代表生物过程,21个条目代表分子功能,1个条目代表细胞成分;京都基因与基因组百科全书通路分析63条通路,主要涉及雌激素信号通路、白细胞介素17信号通路和高糖基化终末产物-高糖基化终末产物受体信号通路;③分子对接显示关键活性成分和关键靶点结合活性良好,分子动力学模拟提示槲皮素和基质金属蛋白酶9间的相互作用稳定;④对三七成分进行了较全面研究,初步阐明了其药效物质基础,预测三七可通过多组分、多靶点、多途径和多通路发挥抗炎、软骨保护和免疫调节作用来治疗骨关节炎。

新型多通道扭带强化传热性能的数值模拟

采用数值模拟的方法,研究了内插具有交替顺、逆时针扭转方向(C-CC)结构的多通道扭带的换热管在Re=6000~12000范围内的流动传热特性。模拟结果表明,插有C-CC结构多通道扭带的换热管的Nu与通道数量(N)和Re呈正相关,与扭转比(T_(R))负相关,相对于经典扭带(N=2)最高提升了30.7%;摩擦系数与N呈正相关,与Re和T_(R)负相关,相对于经典扭带最高增加了304%;综合换热因子与Re和N呈负相关,随T_(R)的增加先增加后减小,最高为0.887。较小T_(R)时,所研究的新型C-CC结构多通道扭带有着比常规多通道扭带更好的强化传热性能。

PVA纤维增强砖骨料再生混凝土数值模拟及尺寸效应研究

与刚性纤维相比,聚乙烯醇(PVA)纤维具有更细的直径和在混凝土中更加复杂的分布。采用两种建模方法分别建立了PVA纤维增强再生混凝土(FFF-BAC)的细观模型。其中,细观模型1(M1):水泥砂浆基质和PVA纤维结合视为一种特殊的工程水泥基复合材料(S-ECC),并与砖粗骨料(BA)、界面过渡区(ITZ)组合成FFF-BAC。细观模型2(M2):FFF-BAC为水泥砂浆、PVA、BA、ITZ组合成的四相材料。结合文献中S-ECC的试验结果,计算S-ECC的应力-应变关系。分别建立M1、M2,并与FFF-BAC单轴压缩试验结果进行比较,结果表明,M1与测试结果更加一致,各项参数的最大误差为11.0%。基于M1研究了FFF-BAC截面的损伤破坏过程,预测了BA掺量对抗压强度的影响,探究了不同尺寸的FFF-BAC的破坏模式,建立了可预测不同BA掺量的FFF-BAC抗压强度的尺寸效应公式。

极端条件下含能材料的模拟研究思考

含能材料在军事、民用和航天等领域具有广泛应用,极端条件下其物理化学性质会发生显著变化。通过模拟研究预测和优化含能材料性能具有重要意义,包括性能预测、优化设计、安全评估、成本效率控制等。为此,综述了极端条件下含能材料的研究背景、基本性质、模拟研究方法及进展、关键问题以及相关实验研究进展。其中,详细介绍了量子力学、分子动力学、蒙特卡罗和有限元等模拟方法及其研究进展,阐述了高压、高温、激光作用和界面效应等极端条件下模拟研究的关键问题,并列举了含能材料在撞击感度、化学释能规律、3D打印、绿色电合成、爆轰机理和超高含能材料合成等方面的实验研究进展。通过遴选代表性研究,展示了模拟研究在实际问题中的应用和解决方案。同时,介绍了一些最新研究成果,以反映该领域的最新进展和未来趋势。此外,详细讨论了跨学科研究的实现方式以及含能材料在极端条件下的安全性问题,包括可能的风险和预防措施。

长时间跨度下中国出生人口数量模拟测算研究

在长时间跨度下,生育模式不变假设将不再成立。本文在研究方法上摒弃传统的总和生育率法,拓展真实队列年龄别生育率估算方法,应用历次全国人口普查数据和抽样调查数据,间接估计相关出生队列育龄妇女年龄别生育率,采用人口间接估计技术,测算1975-2085年出生队列女性人口的年龄别生育率及其在育龄期的人口规模,以及未来80年长时间跨度下的中国出生人口数量。考察分析不同生育水平下的未来出生人口数量变化情况,如果保持测算所得出生队列育龄妇女年龄别生育率,出生人口数量将从2024年的1 010万人震荡下降到2050年的944万人,之后快速降至2100年的495万人;如果出生队列生育率保持1.5不变,2047年之前的出生人口数量处于1 100万人以上,之后快速下降至2100年的600万人;如果出生队列生育率保持1.8不变,2045年之前的出生人口数量处于1 400万人以上,2100年时的出生人口数量保持在1 000万人以上;如果出生队列生育率保持更替水平2.1不变,2024-2100年出生人口数量稳定保持在1 600万人以上。近期出生人口数量主要受到生育水平偏低的影响,中远期出生人口数量不仅受到生育水平偏低的影响,还会因近期出生人口数量下降而使中远期育龄妇女规模进一步减少,进而引致中远期出生人口数量下降速度更快。同时,本文还分析了保持一定出生人口数量所需要的生育水平,如果出生人口数量保持1 000万人不变,需要出生队列生育率从2024年的1.137快速增至2069年的2.105,之后保持在更替水平2.1左右;如果出生人口数量保持1 500万人不变,需要出生队列生育率从2024年的1.705增至2056年的2.194,之后缓慢下降到更替水平2.1左右;如果出生人口数量保持2 000万人不变,需要出生队列生育率从2024年的2.274增至2048年的2.674,之后快速下降到更替水平2.1左右。近期加大生育政策激励力度,增强生育政策支持效果,保持尽量高的生育水平,可以缓解未来提升生育水平的政策调整压力,为未来增加出生人口数量预留空间和蓄积能量。2024-2050年是我国提升生育水平的重要窗口期,也是实现中长期人口发展战略目标的关键机遇期,建议国家充分把握生育政策激励的黄金阶段,采取更加积极的生育激励政策措施,为实现人口高质量发展奠定坚实基础。

固井界面封隔能力的数值模拟与实验研究

为解决油井返封堵过程中固井第二胶结面处胶结破坏所引发的窜流问题,采用自制的固井界面封隔实验装置及数值模拟方法,研究引发固井界面窜流的关键因素及作用机理。结果表明:固井第二胶结面的剪切破坏是诱发固井界面封隔失效的主要原因;界面胶结指数(BI)越高、层间压差越小、水平主应力越大、固井第二胶结面损伤越小,则固井界面的封堵能力越强。通过对影响因素进行权重分析发现,水泥环胶结强度和层间压差是影响固井界面封隔能力的关键因素。

磁驱动固体套筒实验模拟中的电流系数

采用不可压缩理论模型,对FP-2装置上开展的磁驱动固体套筒实验进行了模拟分析。模拟结果表明,无论是二维磁流体力学理论模型,还是其他不可压缩理论模型,回流罩结构磁驱动固体套筒的边界磁感应强度公式中都包含一个小于1的套筒电流系数。对不同套筒厚度、不同套筒半径条件下磁驱动固体套筒实验的电流系数进行了模拟,发现电流系数不仅与套筒内半径有关,还与套筒厚度有关;套筒内半径越大,套筒电流系数越小;套筒厚度越大,套筒电流系数越小。准确掌握磁驱动固体套筒电流系数的变化规律,可使磁流体程序从磁驱动固体套筒实验的后验模拟发展为精确预测,使磁流体力学模型真正具备正确设计和指导磁驱动固体套筒相关实验的理论能力。

安太堡露天矿坑粉尘运移规律模拟分析

本文旨在以安太堡露天矿坑为研究对象,运用Global Mapper对该地区的等高线进行提取,并利用建模软件构建矿坑三维模型,进而采用数值模拟方法深入分析矿坑内粉尘运移特性,包括风速、风压、不同粒径的粉尘运移轨迹,以达到控制粉尘浓度的目的。研究结果表明:风向影响粉尘水平迁移扩散方向,导致下风侧粉尘浓度高;在符合安太堡露天矿坑基本风向风速条件下,小颗粒粉尘自尘源点扩散路径较远;当吹西风时,矿坑底部风速趋于最小值0 m/s,在相同速度下,西北风相较于西风更利于粉尘扩散;边坡压力变化显著,在出风侧及台阶边界处压力较高,且随着矿坑深度的增加,边坡水平压力逐渐增大。

PBL联合情景模拟演练教学模式在安宁疗护从业人员培训中的应用

目的研究PBL(问题驱动教学模式)联合情景模拟演练教学模式在安宁疗护从业人员培训中的效果。方法选择2019年5月至2023年11月在我院参加安宁疗护培训的从业人员,采取目的分组法将其分为干预组和对照组,每组各28名,对照组采用LBL(以讲授为基础)教学模式,干预组采用LBL+PBL+情景模拟演练教学模式,比较两组的理论及实践操作考试成绩并评价教学效果。结果培训后,两组人员理论及实践操作考试成绩均有提高,且干预组考试成绩明显高于对照组(P<0.05)。两组培训满意度调查表得分对比差异有统计学意义(P<0.05),干预组培训满意度调查表得分明显高于对照组。结论将PBL联合情景模拟演练教学模式运用到安宁疗护从业人员培训中,可提升培训人员的操作能力和满意度,值得推广。

随机纤维膜过滤器捕集浮游生物颗粒的DPM数值模拟

目前常用的深海浮游生物取样方法,是采用水泵抽取海水,并通过过滤技术捕捉其中的浮游生物。因此,以浮游生物过滤器为研究对象,通过随机算法建立三维纤维膜微观模型,并基于相似准则对纤维膜模型进行数值模拟研究,同时,采用拉格朗日离散相模型(DPM)追踪浮游生物颗粒在过滤器内的运动轨迹。研究结果表明:入口速度的变化对流场的压力和速度分布有显著影响,随着入口速度增加,流场内部速度差增大,流场中的压力分布出现明显的分层现象,且压力损失随入口速度增大而增大。其孔隙较小的纤维模型具有更好的过滤性能,对浮游生物颗粒的过滤效率基本稳定在80%。

基于产教融合的汽车营销情境模拟教学模式研究

随着汽车营销行业人才结构需求的转变,高校更需要注重汽车营销实践技能的培养。因此,基于产教融合的汽车营销情境模拟教学模式改革,可以更好地将产业与教学紧密结合,通过模拟真实汽车营销场景,让学生在实践中学习汽车营销的理论知识、掌握营销操作技能,并增强实际应用能力。通过对汽车营销课程的情境创设、任务驱使、实践模拟以及产教结合等,实现汽车营销理论与实践的深度融合,在有效提升教学质量与效果的同时,有效培养学生的实践能力和创新精神,并在此基础上更好地推动汽车营销行业的创新发展以及教育资源优化配置。

Ag^(+)、Zn^(2+)、Cr^(3+)改性Y型分子筛吸附脱除喹啉的模拟计算研究

首先考察了吸附时间对三种改性Y型分子筛AgY、ZnY、CrY吸附脱除模拟燃料中喹啉的影响,结果发现三种分子筛对喹啉的吸附容量和去除率大小顺序均为:AgY>CrY>ZnY.运用Materials Studio软件,采用巨正则蒙特卡洛(GCMC)和密度泛函理论(DFT)对改性Y型分子筛吸附喹啉机理进行了模拟计算研究,得出以下结论:模拟计算AgY、ZnY、CrY的比表面积和孔体积与其低温N2吸附-脱附表征结果基本一致,并且发现改性Y型分子筛的吸附脱氮能力与比表面积和孔体积关系不大;以Fukui函数为基础,采用Mulliken和Hirshfeld两种布局数分析方法模拟计算了三种改性Y型分子筛的相对亲电性并分析Lewis酸强弱,其Lewis酸大小顺序为:AgY>CrY>ZnY;对三种改性分子筛进行了前线轨道分析,其化学吸附活性大小为AgYCrY>ZnY,模拟计算所得各种结果与实验结果顺序完全一致.

表面接枝KH550的石墨烯改性聚二甲基硅氧烷热力学性能的分子动力学模拟

为分析表面接枝有硅烷偶联剂KH550的石墨烯对聚二甲基硅氧烷(PDMS)性能的影响,本工作采用分子动力学的方法对纯PDMS、未接枝KH550的石墨烯改性PDMS,以及表面接枝KH550的石墨烯(接枝密度分别为6%和12%)改性PDMS进行建模,从微观角度对比分析改性后PDMS热力学性能的提升。模拟结果表明,在PDMS中掺杂石墨烯或在石墨烯表面接枝KH550后再与PDMS混合,均能改善PDMS热导率、玻璃化转变温度、自由体积、均方位移及水分子的扩散系数和结合能等热力学性能。在含水模型中,接枝密度为6%和12%的表面接枝KH550石墨烯改性PDMS相较于纯PDMS 250 K热导率分别提高25.6%和21.6%,玻璃化转变温度分别提高70 K和77 K。对比接枝KH550的石墨烯改性PDMS的含水与不含水的模型可知,水分子能够提高均方位移,降低玻璃化转变温度和减小自由体积,同时水分子扩散系数及结合能随温度与接枝密度的不同而有所差异。本研究的结果可为减少冰闪电压对电力系统影响的实验研究提供参考,同时对研发输电线路融冰、疏水性材料提供理论支撑。

纳米尺度下水液滴撞击固体表面润湿性行为的分子动力学模拟

本文采用分子动力学方法研究纳米尺度下水液滴碰撞铜壁面的润湿过程,水滴温度和固液作用强度对润湿性行为的影响以及直径为4.67 nm球形液滴在273 K-353 K温区、固液作用强度在1-3范围内,水滴的润湿行为和平衡接触角与温度、固液作用强度之间的变化关系.研究结果显示:液滴在不同润湿性壁面上会产生明显不同的润湿演化特性.模拟结果表明对于亲水材料,由于壁面附近水分子所受的势能束缚随温度升高而增强,平衡接触角则相应减小;对于疏水材料,由于随温度的升高分子之间增加的势能大于固液之间增加的势能而表现出平衡接触角随着温度升高而增大的趋势.因此,针对其材料亲水性能,可以通过改变温度影响其润湿行为,从而提高传热、传质和自清洁性能.

综放工作面动态注氮参数研究及数值模拟

针对目前防灭火注氮工程中存在的资源浪费、效率低等问题,本文提出了一种动态注氮的防灭火方法。围绕朱仙庄矿884工作面,开展采空区自燃“三带”测定,通过连续监测束管数据获得氧气浓度。依据氧气浓度含量,利用Fluent模拟软件构建计算模型,模拟不同注氮位置和注氮流量对自燃“三带”分布的影响,确定动态注氮工艺参数。结果表明:注氮位置在进风侧距离工作面30~60 m,注氮量为440~500 m^(3)/h时,动态注氮防灭火效果最佳,效益最好。

以地理模拟与优化系统(GeoSOS)模型进行的升金湖湿地景观模拟与演变预测

以升金湖国际重要湿地为研究区,根据2010—2020年Landsat系列遥感影像,分析该湿地景观变化特征及驱动因素,利用地理模拟与优化系统(GeoSOS)模型对2025年该湿地在不同发展情景(自然情景、耕地保护情景和生态保护情景)进行景观模拟与预测,探究该湿地景观的未来演变趋势,并提出相关规划建议。研究表明:(1)2010—2020年间,草地面积略微减少,滩涂和水体面积有部分增加,景观结构趋于复杂化,主要受到年降水(自然因素)及GDP(人文因素)的影响;(2)GeoSOS模型中,人工神经网络-元胞自动机(ANN-CA)算法的模拟精度最高,总体精度达到63.28%,Kappa系数达到0.503,品质因数(FoM)达到0.122,适用于湖泊湿地景观模拟与预测;(3)根据2025年不同发展情景湿地景观预测结果,采取生态保护策略最能有效保障自然湿地面积,维持湿地景观的多样性与稳定性。

煤表面含氧官能团吸附氮化物的模拟计算研究

煤表面六种常见的官能团结构单元包括酚羟基Ph-OH、羧基-COOH、羰基-C=O、醚键-O-、醇羟基R-OH和烷基R,采用巨正则蒙特卡洛(GCMC)和密度泛函理论(DFT)从原子层面模拟计算煤表面官能团对苯胺、吡啶、喹啉三种典型氮化物的吸附性能.通过计算分析前线轨道、吸附能及分子间吸附距离等参数,探究三种氮化物在煤表面不同官能团上的吸附机理,结果表明煤表面模型上各官能团对三种氮化物的吸附强弱顺序均为:-COOH>R-OH>Ph-OH>-C=O>-O->R,三种氮化物在煤表面官能团的吸附强弱顺序为:吡啶>喹啉>苯胺.

行星架熔体成形过程数值模拟研究

目的针对某型号行星架铸造工艺质量不稳定、铸件易出现缺陷的问题,对行星架形状结构和材质进行分析,利用砂型铸造与数值模拟仿真计算,预测铸件缩松缩孔分布位置和严重程度,并提出合理的铸造工艺方案。方法利用ProCAST铸造模拟软件对该型号行星架铸造工艺进行模拟计算分析,研究铸件在充型、凝固过程中速度场、温度场、固相率和缺陷的分布情况,并与实际生产铸件进行缺陷区域比较,根据模拟结果对铸件的铸造工艺进行优化。结果通过在行星架顶部添加冒口以及在侧板区域添加补贴和冒口,有效地解决了行星架下半部区域的缺陷,但侧板上方冒口影响铸件上半部区域的凝固顺序,导致行星架上半部分出现了较大尺寸的缩松缩孔缺陷,后续修正顶冒口尺寸以及添加侧冒口后,行星架顶部圆柱和侧板内部缺陷得到有效控制,下法兰盘内部缺陷体积由50.66 cm^(3)降为0 cm^(3),满足生产需求。结论通过铸造模拟有效指导了行星架铸件的生产实践,优化了生产工艺。

渤海海冰漂移及其动力影响因子数值模拟研究

渤海作为中国重要的海上枢纽,每年冬季均会发生不同程度水位的海冰灾害,严重威胁区域经济健康发展。为研究渤海海域海冰的生长消融与动态分布过程,本文综合考虑潮流、风场、气温等影响因素,建立渤海海冰三维数学模型,对比分析潮流和风场协同作用,不考虑海冰运动,仅风场作用以及仅潮流作用工况下渤海海冰的运动过程。模拟结果表明:潮流的不对称性会造成海冰漂移,仅潮流作用下的海冰漂移具有明显周期性;渤海三个海湾海冰面积在1月25日—3月3日、1月12日—2月20日与1月16日—2月13日呈现明显周期性变化,对应周期为16、17和18 d;三个海湾仅有风作用时与潮流和风协同作用时的海冰面积变化趋势一致;风对海冰分布有重要影响,海冰所受主要风会对其造成同向输送;渤海海域冬季盛行偏北风,促进渤海海冰从近岸向海漂移,当风向一定时,风速变化引起不同厚度海冰的面积变化及质心位置改变;随着风速增大的加剧,东北风向对辽东湾海冰漂移影响最大,西北风向对渤海湾与莱州湾海冰漂移影响最大。本研究丰富了对渤海海冰演变机理与运动过程的科学认知,可为区域灾害防范与应对提供科技支撑。