不可压热流体中气体传质扩散过程的数值模拟

控制流体流动中溶解的气体分子浓度能有效控制流动过程中的化学反应,而由热产生的自然对流能够加强气体分子的传递,因此研究气体分子在热流体流动中的扩散混合过程有重要意义。应用格子Boltzmann方法,耦合热效应和扩散效应,数值模拟了一个简化的容器中随着自然对流的发展,溶解的氧气分子在整个容器中的扩散过程。首先建立了二维9速模型的双扩散模型来模拟热量和质量的双扩散对流。为了考察不同自然对流流动对气体分子传递的影响,设计了3种不同给热条件,对不同热流动的形成过程和气体分子扩散过程进行了模拟,与文献结果吻合良好。通过详细分析热边界如何影响流动和传质过程,证实了模拟的速度场与文献数据差异的合理性,同时为控制气体传质过程提供给热条件的设计依据。     

分子热运动揭示的传递现象

作者利用三维分子热运动模型统计得到分子热运动平均速度和分子平均自由程,以及分量和总量之间的关系;运用传递通量概念,推导动量通量、热量通量和质量通量表达式,并与牛顿黏性定律、傅立叶导热定律和费克分子扩散定律进行对比,获得了气体动力学理论结论。     

双组分扩散过程Rayleigh-Bénard-Marangoni现象实验研究

引　言在质量传递过程中 ,由于物质在相界面上的传递而导致相界面上产生表面张力梯度和密度梯度 ,并由此引发的界面对流现象称之为Ｒａｙｌｅｉｇｈ -Ｂ啨ｎａｒｄ -Ｍａｒａｎｇｏｎｉ现象[1] (以下简称为ＲＢＭ现象 ) .由于界面ＲＢＭ对流的发生促进了传质效率 ,因此受到了广泛的关注 .迄今为止 ,对ＲＢＭ现象实验研究重点往往侧重于单组分气液传质过程和双组分液液传质过程 ,如孙志发[2 ] 、Ｉｍａｉｓｈｉ[3 ] 等简单观测气液传质时ＲＢＭ对流有序结构的实验 ,Ｚｈａｎｇ等[4 ] 通过液 -液系统观测双组分扩散的Ｍａｒａｎｇｏｎｉ对流现…     

界面Rayleigh对流现象模拟的格子Boltzmann方法

采用格子Boltzmann方法中带有双分布函数的LBGK模型,在介观尺度上实现了对气液传质过程中界面对流现象的模拟,比较了不同Sc数、Ra数以及有局部浓度扰动的界面溶质扩散,对发生界面Rayleigh对流的临界条件进行了研究,发现临界Ra数在1.0×104—2.0×104之间。模拟结果和已有实验现象一致,证明双分布的LBGK模型适用于界面对流及扩散现象的模拟。     

温度对HDPE/MPA共混物阻透性能的影响

分析了溶剂分子透过聚合物共混物的溶解-扩散行为,建立了溶剂分子扩散通量与其表观扩散活化能、偏摩尔混合焓以及温度之间的关系式。并采用多种配方的HDPE/MPA共混物,在不同温度下进行渗透实验,结果表明本文建立的关系式与实验数据吻合良好。     

AERMOD模式系统理论

作为新一代法规性质的稳态大气扩散模式,AERMOD将最新的大气边界层和大气扩散理论应用到空气污染扩散模式中。AERMOD具有下述特点:(1)按空气湍流结构和尺度的概念,湍流扩散由参数化方程给出,稳定度用连续参数表示;(2)中等浮力通量对流条件采用非正态的PDF模式;(3)考虑了对流条件下浮力烟羽和混合层顶的相互作用;(4)AERMOD模式系统可以处理:地面源和高架源、平坦和复杂地形和城市边界层;(5)AERMAP提出了一个有效高度对流场的影响。示踪试验表明,AERMOD模拟的结果比较理想。     

平板上的定常与非定常流动

文章推导了平板突然启动后的非定常流动规律符合高斯误差函数,借鉴平板边界层流动规律,获得了求解平板非定常流动的判别依据,通过临界边界厚度,定义了临界时间,运用分子微团与涡流微团模型探讨了流动状态变化过程。     

基于微量热法对多孔碳与双氧水相互作用过程的传质阻力分析

多孔材料作为催化剂对现代化学工业起到重要推动作用,但其纳米受限孔道造成的界面传递问题不容忽视。直接法合成双氧水（H₂O₂）过程中,揭示H₂O₂脱附过程传递与反应竞争博弈的介尺度机制是提高产率的关键。线性非平衡热力学为解耦界面扩散及反应提供了统一框架,但缺少合适通量测定方法。因此,本文设计多孔碳与H₂O₂相互作用的微量热实验,结合分子模拟及孔结构表征实验揭示多孔碳材料的界面传递结构,实现了非平衡热力学的定量传质阻力分析,进一步获取了表界面浓度场的动态变化。研究结果表明：微量热法是定量解耦并揭示扩散-反应机制的有效线性非平衡热力学阻力分析方法;介孔结构、生物骨架结构及担载1%（质量） Pd元素均能增强H₂O₂在多孔碳中的传质通量,但实现超高通量需要扩散与反应阻力的匹配;非平衡热力学阻力解耦方法是揭示多相反应过程介尺度机制的重要定量描述方法,有望为过程的调控及优化提供理论依据。     

恒热流工况下管内对流换热火用传递特性

从管内传热与流动的特点出发,基于热力学第一、第二定律和非平衡热力学理论,对壁面恒热流工况下,管内充分发展段对流换热的火用传递过程进行了研究,定义了对流换热传火用系数、火用流密度、传火用Nusselt数和对流换热火用传递方程,并导出相应的计算式;讨论了Reynolds数、量纲1热通量和不同截面位置等参数对对流换热火用传递过程的影响;最后将传火用和传热的结果进行了比较.     

覆盖层氧气消耗通量模型及甲烷氧化能力预测

填埋场覆盖层生物气扩散规律和甲烷氧化能力的评估是甲烷减排研究的重要组成部分。以数值模拟方法分析了氧气在覆盖层中的扩散规律,得到了指数方程形式的氧气扩散模型(R²范围0.8941～0.9975);通过检测有机碳和甲烷浓度变化进一步考察了模拟覆盖层不同深度的甲烷氧化能力,证实了在0.05～0.25 m范围内甲烷氧化活性最高;以Fick定律和轴向扩散模型推导了模拟覆盖层中氧气消耗通量模型,该模型计算得到的氧气消耗通量与覆盖层中微生物甲烷氧化经验方程相比无显著差异;结合以上模型推演出覆盖层甲烷消耗通量模型,与实际检测值相比,预测结果理想(R²=0.9983)。该成果可为揭示填埋场覆盖层生物气扩散规律、强化甲烷氧化能力以及预测甲烷排放提供新的思路和理论依据。