石灰石消溶的液固反应模型及消溶速率

基于单颗粒消溶的缩核模型,建立了酸消溶石灰石反应在液膜传质和化学反应共同控制条件下的颗粒群的液固反应模型。实验研究了五种石灰石样品在不同温度、不同pH值和不同粒径分布下的消溶过程,模型理论计算与实验进行了验证,得到了不同种类的石灰石在不同反应条件下的平均整体反应常数k_m,且k_m是一个与反应条件相关的特征数。通过实验数据和理论模型对反应过程中的整体反应常数进行反推,发现同一反应条件下k_m随时间不断缩小并趋于常数,但粒度分布不同和产地不同的样品在相同反应条件下的整体反应常数相差不大。     

固-液-气三相环境下非均相苯加氢反应的原位核磁共振研究

本文使用原位核磁共振（NMR）方法成功实现了对固-液-气三相环境下加氢反应的在线监测.在反应过程中,无需分离产物.以Pd纳米颗粒粉末及不同晶面形貌的Pd催化剂作为研究对象,我们研究了反应压强、反应时间,以及催化剂表面性质对加氢反应的影响.结果表明,压强和反应时间都可以影响加氢反应产物的产率,使用暴露不同晶面的Pd共催化剂时,苯加氢产物不同.该原位NMR方法为研究固-液-气三相催化环境下的加氢反应机理提供了可能.     

突扩圆管内液-固两相流固体颗粒运动特性的DPM数值模拟

采用考虑颗粒碰撞的欧拉一拉格朗日数值模拟方法(DPM),对水平突扩圆管中液固两相流固体颗粒的碰撞过程进行了数值计算.在模型中,对液相采用欧拉法建立控制方程,对离散颗粒采用拉格朗日方法模拟.采用硬球模型描述颗粒间的碰撞作用.计算结果表明,该模型可以真实地模拟液固两相流中固体颗粒运动的动态变化过程以及颗粒的非均匀分布特征,从单颗粒层次上提供颗粒的运动信息,这有助于深入研究液固两相流中固体颗粒的运动规律.     

鼓泡床内气固两相流的变尺度格子气模拟

基于格子气自动机的建模思想,建立气固两相流的变尺度格子气模型,用微观层次的气固作用规则描述两相流的宏观行为.二维流场空间被离散成两层不同尺度的正六边形网格,固体颗粒和气体粒子分别在各自的网格上运动;在格子气自动机基本规则基础上设计气固相作用规则和附加演化规则;确定模型宏观物理量的统计计算方法,并根据相似原理建立模型物理量与真实物理量之间的转换关系.用建立的模型对鼓泡床内气固流动行为进行模拟,通过比较发现,变尺度格子气模型的模拟结果与文献中的实验结果和双流体模型的模拟结果吻合较好,且平均相对误差更小,表明建模方法的正确性和模型的有效性.     

准二维湿颗粒体系融化过程中的结构与缺陷

研究颗粒体系中的结构与缺陷对于研究固-液融化的物理机制具有重要的价值.本文实验研究了垂直振动下单层湿颗粒在固-液融化过程中的结构与缺陷.根据实验及理论分析构建了湿颗粒体系的接触模型,量化了准二维湿颗粒体系融化过程中颗粒的结构变化.然后以颗粒为点建立Voronoi图对颗粒体系的"相"转变进行研究,并引入了局部体积分数来确定融化过程中缺陷变化的临界状态.实验结果表明,颗粒系统在团簇的边缘开始发生缺陷,并呈现链状的缺陷对向中心蔓延的现象.并且,颗粒发生缺陷时七相缺陷颗粒的局部体积分数显著减小,明显小于五相缺陷和六角相颗粒的局部体积分数.对局部体积分数的分析表明,当最小局部体积分数φ≤0.6652时发生缺陷,当φ≤0.4872时颗粒系统发生从固体到液体的转变.     

激光立体成形中熔池凝固微观组织的元胞自动机模拟

本文通过采用自适应网格技术, 将激光立体成形的宏观温度场模型和凝固微观组织的低网格各向异性元胞自动机模型(cellular automaton, CA)结合, 建立了适用于激光立体成形的集成数值模型. 模型包括基材的温度场分布, 熔池形貌和熔凝过程的凝固微观组织. 模拟了激光扫描速度为15 mm/s时, 激光作用在Fe-C单晶基材上形成熔池的形状以及熔池内凝固微观组织. 计算结果揭示了熔池内固液界面从平界面失稳到胞\枝晶的非稳态凝固过程, 并得到了平界面组织形成的白亮带. 白亮带上方形成了外延生长的枝晶列.     

宏观煤岩分类及燃烧反应动力学参数

本文将神木、西山煤用重液分离法分为亮煤、暗煤和无机矿物质三种宏观煤岩类别并进行了燃烬实验。实验结果表明，显微组分存在形式的不同导致厂其在各宏观煤者类别中纯度的较大差异；宏观煤岩类别间燃烧反应动力学参数的明显差异要求对原有的将煤粉视为物理、化学性质均匀的颗粒的燃烧模型进行改进。     

微液滴在不同能量表面上润湿状态的分子动力学模拟

微小液滴在不同能量表面上的润湿状态对于准确预测非均相核化速率和揭示界面效应影响液滴增长微观机理具有重要意义. 通过分子动力学模拟, 研究了纳米级液滴在不同能量表面上的铺展过程和润湿形态. 结果表明, 固液界面自由能随固液作用强度增加而增加, 并呈现不同液滴铺展速率和润湿特性. 固液作用强度小于1.6的低能表面呈现疏水特征, 继续增强固液作用强度时表面变为亲水, 而固液作用强度大于3.5的高能表面上液体呈完全润湿特征. 受微尺度条件下非连续、非对称作用力影响, 微液滴气液界面存在明显波动, 呈现与宏观液滴不同的界面特征. 统计意义下, 微小液滴在不同能量表面上铺展后仍可以形成特定接触角, 该接触角随固液作用强度增加而线性减小, 模拟结果与经典润湿理论计算获得的结果呈现相似变化趋势. 模拟结果从分子尺度为核化理论中的毛细假设提供了理论支持, 揭示了液滴气液界面和接触角的波动现象, 为核化速率理论预测结果和实验测定结果之间的差异提供了定性解释.     

修正内嵌边界法对颗粒运动的直接模拟

本文提出了一种基于内嵌边界法(IBM)的思想,在描述颗粒只有较少网格时能较为准确地计算气固多相流的模型.模型依据边界层理论,通过定义颗粒表面的速度分布函数来修正由于计算网格尺度大于边界层厚度所带来的误差.本文通过计算单颗粒绕流和单颗粒沉降的最终沉降速度并与实验进行比较验证了本文模型的准确性.     

氘的气液界面及相变特性分子动力学仿真

氘作为重要的核聚变原料,其热物性数据是基础,而气液相界面特性和相变规律又是热物性的关键.国内外对氘的相界面特性研究甚少.本文基于分子动力学方法,采用截断移位Lennard-Jones 12-6势能函数模型描述原子间的相互作用,并考虑分子内部原子间键的谐振作用,对氘的气液界面特性及气液固相变过程进行了仿真研究,得到了氘在不同温度下气液界面过渡区域的厚度、表面张力值等;获得了氘的密度随相变过程的变化规律,并由此得出氘的熔沸点温度,上述计算结果与实验及文献值吻合良好.不仅从微观层面上揭示了氘的宏观热物性表征机理,而且所建立的仿真模型可直接用于预测缺乏实验工况下的氘热物性.