化学过程中的多尺度效应

化学过程中的多尺度效应

一、化工过程中的多尺度效应(论文文献综述)

张冉[1](2019)在《一类非线性系统中的不同尺度效应及机理研究》文中提出非光滑系统中的多尺度效应是近些年来国内外学者比较关注的重点研究课题之一,本文着重探讨非光滑Filippov系统在不同尺度效应下的簇发振荡机制,主要研究簇发振荡过程中,系统位于非光滑分界面处的动力学行为及发生的非光滑分岔的类型.通过数值模拟给出了系统在不同组参数下的簇发振荡相图,呈现出轨线在非光滑分界面处发生的不同模式的簇发振荡现象,同时运用分岔理论解释了不同模式间相互转化的机理,并分析了非常规分岔对系统复杂动力学行为的影响.首先,以混沌地磁场模型为例,引入非光滑因素,添加外周期激励,构造了含不同尺度的Filippov系统.通过对每个区域内的平衡点进行稳定性分析,给出了簇发振荡过程中fold分岔和Hopf分岔可能出现的条件.并借助微分包含理论,对系统位于分界面处的轨迹进行非常规分岔分析.数值模拟表明选取两组不同的参数,系统将发生不同类型的簇发振荡,同光滑分岔一样,非光滑分岔也会影响激发态中簇发吸引子的结构,由平衡点的非光滑转换导致的非光滑鞍结同宿分岔将使得轨线在激发态和沉寂态间的转迁方式发生变化.单一的fold/fold式簇发与非光滑分岔的产生无关.此外,通过数值模拟还发现系统参数的改变也将导致轨线振荡出现由周期向混沌过度的趋势.其次,以Lü系统为原型构造的Filippov系统为例,首先分析了该系统中存在的各类平衡点及可能出现的分岔.然后固定系统中的其余参数,单一的改变参数b的大小,数值模拟出轨线在非光滑分界面处的动力学行为.结合数值计算和分岔理论的相关知识,确定了系统在分界面处所发生的分岔类型.最终通过将单参数分岔图和转换相图进行叠加,详细的阐述了轨线在一个周期内的簇发振荡机理.

孙宏伟,张国俊[2](2016)在《化工学科发展态势及重大基金项目成果介绍》文中进行了进一步梳理化学工程是一门应用背景较强的学科,与国民经济息息相关。它以化学的各个分支为学科基础,具有鲜明的多学科交叉特性,研究体系日益扩大,涵盖了从分子→聚集体→界面→单元过程→多元过程→工厂→工业园→生态环境的全过

王亮[3](2012)在《基于格子Boltzmann方法的非常规颗粒两相流的机理研究》文中提出包含不同粒径颗粒和多孔颗粒的气固两相流是自然界和多种工程技术领域中常见的一类流动,如大气可吸入颗粒物控制等,都涉及这类复杂流动过程。由于此类问题的各相内部以及各相之间存在复杂的相互作用,加之颗粒复杂的孔隙结构,因此它是一类复杂的流-固耦合系统,深入认识其流动规律和内在机理面临重大挑战。相比传统的数值方法(如有限差分,有限元和有限体积等)在处理此类复杂流动问题时所存在的多尺度耦合困难、计算量大、并行效率低及流固耦合复杂等缺点,近十几年发展起来的格子Boltzmann方法(LBM),由于其微观本质和介观特性已被证实适合用于具有非常规颗粒气固两相流的研究。目前,虽然LBM在非常规颗粒气固两相流相关领域的研究取得了一些成果,但仍有一些基本问题尚未解决,比如模拟颗粒悬浮流的格子Boltzmann模型的性能评估,用于处理多孔运动颗粒流动问题的模型以及多孔颗粒的沉降等。本文正是基于这样的研究现状,在多松弛格子Boltzmann的框架下完善和发展LBM的相关理论,并对不同粒径和多孔颗粒的流动问题进行详细的研究。论文的主要工作包括以下两个方面:首先,在LBM的相关理论模型方面:(1)将描述轴对称流动的单松弛格子Boltzmann模型拓展到多松弛格子Boltzmann模型,该模型不仅保持了形式简单、外力项不含复杂梯度项的优点,还提高了方法的数值稳定性;(2)对模拟颗粒悬浮流的三种常用格子Boltzmann模型的性能,包括精度,数值稳定性、计算效率以及鲁棒性进行了比较,这一研究有助于认识这些模型的本质,并选取合适的模型。此外,通过模拟封闭腔内128个颗粒的沉降,验证了多松弛模型处理颗粒群复杂系统的能力;(3)提出了一类可处理多孔运动颗粒流动问题的多松弛格子Boltzmann模型,该模型消除了已有模型存在流体速度很小的限制,完善了LBM在多孔颗粒沉降、悬浮问题上的理论模型。其次,在非常规颗粒气固两相流相关问题的数值研究方面:(1)基于本文提出的多松弛轴对称格子Boltzmann模型,研究了沿流向串列放置的两颗粒绕流问题,着重分析了颗粒间距、颗粒粒径比和雷诺数对两颗粒的阻力系数和周围流场的影响;(2)采用多松弛模型研究了大小不同两颗粒的拖曳-接触-翻滚(Drafting, Kissingand Tumbling, DKT)过程,在两种不同颗粒位置情形下,即大颗粒初始位于小颗粒上方,和小颗粒位于大颗粒上方,并结合同等大小颗粒沉降的结果,详细分析了颗粒初始间距和颗粒粒径比对DKT过程的影响,揭示了DKT现象的几种模态;(3)采用本文提出的描述多孔运动颗粒流动的格子模型研究了单个和两个可穿透颗粒,包括多孔颗粒和由固体核与外部多孔层构成的合成颗粒的沉降问题。对单个多孔颗粒,详细分析了孔隙率和雷诺数对其沉降速度和阻力系数的影响,对单个合成颗粒,还分析了多孔层厚度的影响。针对两个多孔颗粒和合成颗粒,考察了孔隙率和多孔层厚度对两颗粒的DKT现象的影响。分析结果表明,两个多孔颗粒的相互作用强度随孔隙率增大而减弱,两合成颗粒的相互作用介于同等大小固体颗粒和多孔颗粒之间。总之,本文利用LBM研究了粒径不同以及多孔颗粒的流动问题,加深了对这类复杂流动内在机理和规律的认识,为推动LBM在气固两相流中的应用作出了有益的尝试。这些工作也为后续深入研究的开展奠定了坚实的基础。

刘闯[4](2012)在《若干化工过程的复杂性研究》文中研究表明本文旨在从复杂系统的角度出发来研究一些化工过程,以期从中发现一些普适性的规律,并将这些规律应用于实际系统之中。本文主要以聚合物发泡,风洞试验中的大气湍流和药物靶标这三个系统为研究对象,采用了统计物理,多重分形和复杂网络等复杂性理论和方法对其中涌现出来复杂性规律进行了系统研究。第一章,首先简要的介绍了复杂系统和复杂性科学的发展历程及概念,重点说明了复杂系统的涌现和自相似性等主要特征,以及复杂网络在复杂性研究中的重要作用;接着主要从多尺度效应入手介绍了化工过程中的复杂性;最后,对本文的主要研究内容和框架结构进行了说明。第二章,主要采用二维多重分形降趋脉动分析法(2D-MF-DFA)研究了不同实验条件下的聚丙烯(PP)和低密度聚乙烯(LDPE)混合样品发泡断面的形貌特征。降趋脉动函数Fq与尺度s的幂律标度关系,广义Hurst指数h(q)随着q的非线性下降以及质量指数τ(q)与q的非线性关系表明了脆断表面形貌的多重分形特征。表征多重分形强度的量(多重分形谱宽度Δα和分形维数差△f)随着实验条件的改变呈现规律性变化。当混合样品中LDPE含量增大时,由于共混物内难以成核发泡的PP球晶区相对减少,实验得到的发泡样品泡孔密度增大,表现出来的多重分形谱的性质就是Δα随着混合物中LDPE含量的增大而增大,△f随着LDPE含量的增大而减小。由于升高温度有利于发泡的进行,其对于多重分形性质的影响与增大LDPE含量类似。自相似表面的形成也是样品在发泡过程中各个泡孔在自我生长时涌现出来的结果,分析结果表明多重分形谱可以作为一种表征材料表面复杂性的方法,来描述材料表面的形貌特征。第三章,主要研究了风洞试验中的大气湍流能量耗散速率极端事件时间间隔r的统计特征,以期通过对时间间隔的研究来发现极端事件的重现规律。结果表明,在r的均值RQ∈[50,500]时,r的分布PQ(r)=RQ-1f(r/RQ)可以用两段幂律形式来描述,并且呈现标度性,分布的标度行为通过了Cramer-von Mises统计检验。根据此分布的标度律,我们解出了在短时间内极端事件再次发生的概率,并用实证结果验证了该算法的有效性。条件概率PQ(r|r0)和降趋脉动分析(DFA)结果分别表明r具有短程相关性和长程相关性。进一步分析发现r的Hurst手旨数随RQ呈指数衰减,并通过外推得到了r的Hurst指数渐近值H∞=0.639,H∞>0.5表明对于十分极端的事件的时间间隔依然是长程正相关。r的MF-DFA分析结果表明极端事件时间间隔具有多重分形性质,通过打乱顺序之后的多重分形分析结果比较发现,时间间隔的胖尾分布和长程相关性可能是产生多重分形的原因。第四章,通过构建复杂网络的方法来研究风洞试验中的大气湍流信号。首先采用“可视图”方法构建网络,网络的幂律度分布表明了原湍流信号的自相似特性;边覆盖方法中的盒子数目随着盒子尺度的指数衰减表明了可视图并不具有分形结构;利用最大介数生成树来研究可视图的异速生长,不同区间的湍流信号的可视图表现出相同的异速生长特性,异速生长标度指数为η=1.163±0.005。然后通过湍流信号构建了近邻网络,motif分析结果表明不同尺度下的湍流信号表现出来的motif性质不一样,验证了湍流的多尺度效应;近邻网络的motif序列类别随着时间尺度的呈现规律性变化,可以根据不同的类别将时间尺度进行分类;进一步通过FBM和MRW模拟表明,motif的序列类别可能是由不同时间尺度下湍流信号的DFA指数不同决定的。第五章,首先对推荐系统算法进行了研究:推荐算法中基于网络结构的算法主要有基于物质扩散的ProbS和基于热传导的HeatS两种基本算法,我们在原有的HeatS+ProbS的混合算法的基础上引入了不均匀的初值。在MovieLens和Netflix两套基本数据集上对改进后的算法做性能测试,通过比较Ranking Score,Precision和Recall发现推荐准确性比原混合算法有较大提高;通过比较推荐列表的自多样性和互多样性发现在多样性方面也比原算法有所改进。此外,我们还将推荐系统引入到药物靶标系统中,通过推荐算法,为生物试验提供可能性更高的药物靶标对。我们使用了基于药物相似性的DBS算法,基于靶标相似性的TBS算法和基于网络结构的NBI算法进行预测,结果发现利用网络结构的NBI算法比利用了药物化学结构和靶标基因序列的DBS和TBS效果更好,并且优于文献中报道的其他算法的预测结果。从DrugBank数据集中,选择了DPP-IV和ERa,ERβ三个靶标来做生物验证,在这些靶标的推荐列表中挑选了排在列表前面的可以购买的药物。结果从40个药物中发现了7个未见报道的药物靶标链接,并从生物学的角度分析了这些药物对相应的靶标有作用、并且能够用来治疗相应疾病的可能。推荐系统为药物的重新定位,旧药新用提供了一种新的思路。

邱爱兵[5](2010)在《采样数据系统的故障诊断方法研究》文中进行了进一步梳理随着数字计算机技术、多传感器等技术在工业过程中的广泛应用,现代工业系统与设备本质上多数以采样数据系统的形式呈现。相比于一般系统,这类系统自动化程度更高、结构更复杂,相应发生故障的可能性更大。采样数据系统故障诊断的研究受到了广泛关注并取得了一些成果。然而由于采样数据系统所具有的混杂性、内采样信息的未知性、采样模式的多样性、采样时刻的不确定性等因素,增加了故障诊断的困难,而现有研究还存在诸多不足和深层次难题。为此,本文基于提升、混杂系统和时滞系统等技术和理论,开展了各类采样数据(单速率、多速率、非均匀)系统的故障诊断设计新方法的研究。论文的主要工作如下:1.针对一类单速率采样数据系统,在连续提升框架内建立了诊断观测器这一结构灵活的残差产生器的直接方法。2.针对具有连续过程噪声和离散测量噪声的采样数据系统,基于混杂系统方法和线性矩阵不等式技术提出了一种故障检测直接设计方法。不仅解决了连续提升要求系统必须服从严格正实的苛刻条件,也克服了现有方法求解跳变Riccati微分方程困难的不足。3.针对具有一般噪声干扰的多速率采样数据系统,基于离散提升、扩展QR分解和初等变换等技术,提出了一种直观简单的快速率故障检测设计新方法。4.针对随机多速率采样数据系统,应用序贯滤波的思想,建立了一种快速率稳态残差产生器和相应的残差评估方法,有效地避免了复杂的因果约束问题。同时,还对基于序贯滤波、左同步提升和右同步提升等异步多传感器融合估计算法的性能进行了分析和比较,相关结论为针对不同情况选用对应算法提供了一定依据。5.针对一般的采样非均匀数据系统,基于输出时滞方法提出了一种鲁棒传感器故障检测设计方法。6.从时滞系统角度率先研究了采样数据系统的故障估计问题。针对自适应诊断观测器不再有效适用于采样数据系统这一难题,提出一种新的增广故障估计滤波器设计方法能够保证估计误差收敛,该方法可以被推广于不确定采样数据系统的时变故障估计。7.文中所提方法的有效性和优越性通过一系列数值仿真和飞行器系统的例子进行了验证。

高清[6](2010)在《动力学蒙特卡罗方法在多尺度模拟中的研究及应用》文中研究指明先进的能源系统具有高度复杂性和多尺度现象的特点,并要求具有极高效率和近零排放。一般情况下,应用于宏观现象的连续性数学描述在微观尺度上具有一定的局限性,而在全部宏观域中采用微观尺度上的进化规则如动力学蒙特卡罗(kMC)、格子-Boltzmann(LB)或分子动力学(MD)等方法则计算代价太过高昂。合理划分系统尺度并各自采用有效的模拟算法能有效解决复杂系统存在的计算代价和组织复杂性这两大瓶颈问题。先进能源利用系统在实现能量转换和环境控制中大多要涉及多种类型的化学反应过程,对于在微观尺度上模拟反应-扩散过程,kMC是一种计算量适中的有效算法。kMC方法从微观尺度出发,采用随机的方式模拟系统中微粒的运动,通过微观物质量的变化体现系统的宏观性质,为宏观模拟提供重要的数据信息。本论文研究了基于微观模拟技术的动力学蒙特卡罗方法(kMC)的机理,并重点研究了kMC的一种具体实现形式——Gillespie随机仿真算法。以固体氧化物燃料电池(SOFC)为研究对象,首先采用Gillespie算法模拟了电化学反应过程,然后采用kMC模拟了氧化钇稳定氧化锆(YSZ)电解质中的氧空位的扩散过程。kMC对SOFC的应用是研究的重点,主要包括以下几方面的内容:1、研究了kMC微观模拟方法中的Gillespie随机仿真算法,采用此方法跟踪SOFC电化学反应中各物质分子数目的变化,从而体现电化学反应的动力学特征。2、沿YSZ电解质厚度方向建立了一维kMC格子模型,由随机数确定氧空位在格子上跃迁的步进时间和发生的事件,跟踪每层格子氧空位数目的变化,并不断更新系统状态。着重分析了温度、电解质初始结构分布和电极两端电压频率对电流密度、Ve Nlec(由正电荷和电子在电极两端聚集产生的第N层格子处的电势)、NVt otal(第N层格子处的总电压)和氧空位分布的影响。结果具有概率统计的特点,准确描述了系统的动力学特征。本文初步尝试了应用kMC模拟能源利用系统中的微观过程,以SOFC为例研究了电化学反应和氧空位在电解质中的扩散过程,仿真结果表明,通过描述系统中微小单元及其相互作用可以体现系统的动力学特征,由微观描述体现宏观量,实现尺度上的跨越。

叶建军[7](2009)在《微化工机械DSMC-SPH多尺度耦合算法研究》文中研究指明目前,基于MEMS/NEMS(Micro/Nano Electro Mechanical Systems,简称MEMS/NEMS)技术的微器件在化工领域应用愈来愈广泛。随着对其功能和性能等要求的提高,对微化工器件的物理特性和工作机理的研究成为近年来各国学者关注的热点,是推动微化工机械发展的一个关键因素。特别是,对于微化工流体机械,如微反应器、微分离器和微泵等,由于其结构特征尺寸是从微观跨越到宏观,其内部流动呈现出多尺度效应,使得传统的单一尺度流体动力学分析方法已不再适用于这类对象。因此,针对微化工器件进行多尺度流动机理研究,并根据其结果对微化工器件的结构及参数进行优化,为新结构、新器件等开发提供基础理论依据,是当前微化工机械技术中亟待深入开展的重要研究课题。针对微化工器件内部流场的多尺度流动特征,基于微观到宏观的跨尺度耦合流体动力学分析,本文提出了一种基于直接蒙特卡洛方法(direct simulationMonte Carlo,简称DSMC)和光滑粒子动力学方法(smoothed particlehydrodynamics,简称SPH)耦合的多尺度方法——DSMC-SPH多尺度耦合算法,并应用该方法对微化工分离器件中的多尺度流动问题进行了数值模拟和方法论证。结果表明,该多尺度耦合算法除了拥有传统多尺度算法的“高效率”、“收敛性好”和“精度较高”等优点外,还可用于解决传统多尺度流动模拟中难以处理的“复杂几何边界”、“瞬态特性”、“热质传递”和“多组分”等技术瓶颈,更加适合于诠释微化工过程机械的流动特性和工作机理。本文的主要研究内容和创新成果在于:(1)为将微尺度的DSMC方法和宏观尺度的SPH方法耦合,分别改进了两种方法的边界条件处理。主要是针对DSMC方法,基于单元格压力分布,提出了新的一阶和二阶压力边界处理方法;通过新方法与解析解的结果比较,给出了方法的有效性论证。结果表明,新方法具有更好的适用性、收敛性和精度。其次,针对SPH方法,基于进出口设置边界粒子数据交换区,提出了适用于连续通道流动的边界处理方法,分别应用于Couette和Poiseuille流动的模拟计算,并与解析解进行对比,验证了新方法的有效性。经修正后,二者的基于压力耦合的边界条件处理方法,更能满足微化工流动的跨尺度耦合计算要求。(2)采用改进边界条件处理的DSMC方法,对微尺度流场中两种常见通道结构(微直通道和微射流通道)的流动特性和热质传递特性进行了模拟分析。对于微直通道流动,通过对压力场、速度场、温度场分布、质量流量和热通量等的研究,获得了变几何特征AR及壁面温度Tw等作用下的热质传递特性,总结出了微直通道流场中不同于宏观流动的热质传递规律;对于微射流通道流动,主要是研究了改变扩展区温度的情况下,其流动过程中的热质传递特性,给出了分别对壁面进行加热和冷却条件下,微射流场不同于宏观射流场的热质传递规律。研究方法和结果可以用于指导新型微射流结构反应器的设计与开发。(3)融合DSMC方法处理微流动和SPH方法处理瞬态连续流动的优点,原创性地提出了一种DSMC-SPH多尺度耦合算法。该耦合算法处理中,采用基于粒子模拟的DSMC方法求解微尺度流场的稀薄特性,同时采用基于粒子模拟的连续介质假设SPH方法求解宏观流场的连续特性,实现了由DSMC到SPH的跨尺度耦合计算;重点探讨了计算区域划分、算法界面处的耦合迭代方式以及界面信息交换过程等;构造了DSMC-SPH多尺度耦合算法的计算流程,研究了多尺度算法的收敛判断条件,编写完成了整个计算程序;结合文献中的标准算例及结果,对该方法进行了多尺度流场计算的有效性考核和方法论证,探讨了不同参数对算法收敛性及效率的影响等。结果表明,该算法及程序不仅拥有传统多尺度算法的“高效率”、“收敛性好”和“精度较高”等优点,而且更适用于解决“复杂几何边界”、“瞬态特性”和“热质传递”等实际化工流动问题。(4)采用上述DSMC-SPH多尺度耦合算法,对用于多组分气体分离的微筛以及用于燃料电池氢提纯的微分离膜结构等的多尺度流场进行模拟与分析。对于微筛结构,重点计算与分析了筛孔特征尺寸、筛孔壁面错位等流道几何结构参数变化对微筛内多尺度流场特性的影响;对于微分离膜结构,主要是计算与分析了多尺度流场中H2和CO不同的流动特性,包括各自的压力、流速以及多尺度流动效应。为了进一步探索更广义的多尺度通道流动特性,通过改变流场压力边界条件,探讨了不同压差驱动下,流场的多尺度流动规律;通过改变流场不同区域的特征尺寸,探讨了各自对多尺度通道流动的压力、速度以及质量流量等分布的影响。从而,比较全面地论证了该方法的有效性和准确性。

张雨英[8](2009)在《一种多尺度协同仿真方法及其在SOFC-MGT混合发电系统中的应用》文中研究指明现代先进能源利用系统涉及机电、动力、化工、生物、环保、计算机、自动控制等众多研究领域,复杂性、非线性和时空多尺度是其固有特性。多尺度现象是复杂性科学的核心,对于复杂系统如化工、能源、经济、生态、天体、地貌等系统中出现的多尺度问题,由于没有统一的哈密顿量,所以不能像平衡系统那样进行统计和重整化,这也是目前多尺度科学的最大困难所在。描述这种客观的复杂性和多样性,传统的连续介质模型和单一尺度的建模与仿真已显示出了较大的不足。本文结合多尺度科学和热力系统动态学的研究方法,提出了一种多尺度协同仿真方法,并进行了应用研究,主要研究内容及结论如下:①提出了一种多尺度建模方法,这是本文第一个创新点。基于复杂系统的组合建模法、“描述型”的多尺度模拟方法,和研究能源利用系统多尺度问题的界面耦合法的基本思想,给出了多尺度建模的主要步骤,对多尺度模型进行了分类,分析了各尺度下建模方法的选择,概括了多尺度建模顺序的几种方式,构建了各尺度模型之间信息交换和尺度模型之间耦合的方式。多尺度方法在能源领域的研究与应用还处于起步阶段,本文提出的多尺度建模方法抓住系统多尺度特性进行分析,使建模过程既满足认识系统内部非线性、多尺度等复杂内在本质特性的需要,也能使多尺度模拟的计算量在可控制的范围内,从而使传统模拟方法的深度和广度得到了延伸。②建立了一种基于TCP/IP网络的协同仿真框架,这是本文第二个创新点。基于点对点式结构的协同仿真模式和时间同步机制,结合现有的Windows的Socket通讯机制、进程线程机制和TCP/IP通讯协议,提出了多个尺度模型之间进行数据交换的一种基于网络的协同仿真框架。该框架将多个尺度模型两两组合为一系列数据交换对,采用重构和压缩算子实现各尺度模型间信息的转换,并采用保守或乐观时间同步协议实现多尺度模拟的同步和并行仿真,实现了模型的可重用性和计算并行性,从而更深入地揭示系统的多尺度本质特征。用一个具有典型Stiff特性的一维Brusselator模型的串行仿真和并行协同仿真的比较分析,验证了该方法的可行性与有效性。③建立了管式SOFC的宏观CFD和介观LBM两个尺度的模型,进行多尺度协同仿真。建立了管式SOFC宏观尺度的基于质量、动量、组分和能量守恒以及电化学反应动力学方程模型,并进行离散化求解;针对管式SOFC电极/电解质界面建立了介观尺度的基于电化学扩散反应的LBM模型;应用上述协同仿真框架完成了两个尺度模型的耦合、数据交换及并行协同仿真;首次采用多尺度观点对燃料电池进行仿真研究,揭示了电池内部更真实的物理化学特性。④对美国Capstone公司的微型燃气轮机进行了试验研究,揭示了其主要性能,为SOFC-MGT系统的建模提供了依据。⑤首次以多尺度的观点对固体氧化物燃料电池/微型燃气轮机(SOFC-MGT)混合发电系统进行了多尺度协同仿真研究,这是本文第三个创新点。分析SOFC-MGT系统的结构和主要控制机制,将其划分为系统尺度的过程模型、SOFC宏观尺度的CFD模型和SOFC介观尺度的电化学扩散反应模型三个层次;分别采用过程模型的模块化建模、CFD模型的流场模拟和电化学扩散反应的LBM(Lattice Boltzmann Method)模拟,以从中间开始的建模顺序完成了SOFC-MGT系统的嵌入式多尺度模型的建立;利用压缩和重构算子完成不同尺度下参数之间的耦合,通过基于TCP/IP的网络协同仿真框架交换耦合参数,集成各个尺度模型完成了SOFC-MGT系统的多尺度协同仿真,保守时间同步协议保证了数据交换的正确性,并进行了仿真实验。多尺度协同仿真方法在SOFC-MGT系统中的成功应用,初步验证了多尺度协同仿真相对于传统单一尺度仿真的优势,主要表现在:1)抓住了复杂系统的多尺度本质特性进行分析,将系统划分为不同尺度下的子系统,分析其相应的控制机制,加入尺度间的相互作用,能够更深入地揭示复杂系统的内在机理;2)弥补单一尺度仿真时所作简化和假设带来的误差,能够获得系统更真实、准确的结果;3)可以同时得到相同条件下多个尺度模型的计算结果,从多个层次出发,更系统、更深入地分析对象的性能与特性,有利于揭示对象的本质特性。

刘会洲,郭晨,常志东,杨超,李洪钟,陈家镛[9](2008)在《化工过程纳微结构界面预测与调控展望》文中研究说明对国内外化学化工过程中纳微结构界面的研究进行了综述.通过对一些典型实例的分析和讨论,指出纳微结构界面不仅是目前化学化工研究的热点,也是对化工过程传递规律新认识的基础.提出从分子结构出发,建立多种数学模型,从而有可能实现对化工过程中纳微结构界面的预测与调控.随着结构、界面与"三传一反"关系的理论与计算模型的确立,有可能建立过程工业装置设计、放大和调控的科学理论,化学工程科学将会进入一个新的里程.

张建文,王艳飞[10](2007)在《湍流化学反应的分形数值模拟》文中进行了进一步梳理基于涡串唯象概念和分形理论,建立了能够表达湍流多尺度结构物理特性的分形湍流化学反应模型,针对Steckler室内燃烧过程进行了数值模拟研究。湍流流动采用浮力修正的κ-ε双方程模型来模拟,辐射由Rosseland模型描述,整个模拟过程由ANSYS-CFX10.0实现。将模拟结果与Steckler的燃烧实验数据进行对比,并与EDC燃烧模型及文献中EBU燃烧模型的模拟结果进行对比。结果表明,FM燃烧模型模拟得出的温度、速度场分布与实验数据能够较好地吻合,是一种有前途的湍流化学反应模拟方法。

二、化工过程中的多尺度效应(论文开题报告)

(1)论文研究背景及目的

此处内容要求:

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例:

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

(2)本文研究方法

调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、化工过程中的多尺度效应(论文提纲范文)

(1)一类非线性系统中的不同尺度效应及机理研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 引言
    1.2 非光滑动力系统
    1.3 多尺度效应
    1.4 主要研究内容
2 预备理论基础
    2.1 基本理念
        2.1.1 解的稳定性
        2.1.2 Routh-Hurwritz准则
        2.1.3 平衡点及其分类
    2.2 静态分岔
        2.2.1 fold分岔
    2.3 动态分岔
        2.3.1 Hopf分岔
        2.3.2 极限环的fold分岔
    2.4 簇发分类
    2.5 非光滑分岔
    2.6 微分包含理论
    2.7 Filippov系统的周期解存在的条件
    2.8 李雅普诺夫指数的数值计算方法
3 非光滑地磁场模型在周期激励下的簇发振荡机制
    3.1 引言
    3.2 数学模型
    3.3 分岔分析
        3.3.1 平衡点分析
        3.3.2 非光滑分界面分析
    3.4 v=3.5时的簇发振荡机制
        3.4.1 簇发现象
        3.4.2 非光滑分岔分析
        3.4.3 分岔机理
    3.5 v=1.5时的簇发振荡机制
    3.6 v=0.15时的簇发振荡机制
    3.7 不同参数γ下的簇发振荡
        3.7.1 情形一:γ=0.1
        3.7.2 情形二:γ=0.3
    3.8 本章小结
4 非光滑Lü系统在周期激励下的簇发振荡机制
    4.1 引言
    4.2 数学模型
    4.3 分岔分析
    4.4 不同参数b下的簇发振荡
        4.4.1 情形一:b=0.5
        4.4.2 情形二:b=1.5
    4.5 本章小结
5 结论与展望
    5.1 本文主要结论
    5.2 今后工作展望
致谢
参考文献
在校期间发表的学术论文

(3)基于格子Boltzmann方法的非常规颗粒两相流的机理研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 气固两相流及数值模拟研究
    1.3 多孔介质流动问题的研究简介
    1.4 研究内容
    1.5 全文安排
2 多松弛轴对称流动格子Boltzmann模型
    2.1 引言
    2.2 轴对称流动的格子Boltzmann模型
    2.3 模型验证和数值稳定性比较
    2.4 不同大小颗粒间的相互作用机制研究
    2.5 本章小结
3 颗粒悬浮流模拟的格子Boltzmann方法评估
    3.1 研究背景
    3.2 颗粒悬浮流的格子Boltzmann方法
    3.3 圆形颗粒的数值结果与讨论
    3.4 椭圆形颗粒的数值结果
    3.5 圆形颗粒群的沉降
    3.6 本章小结
4 大小不同两颗粒的拖曳-接触-翻滚过程
    4.1 研究背景
    4.2 数值方法
    4.3 数值结果与讨论
    4.4 本章小结
5 多孔颗粒的沉降问题
    5.1 研究背景
    5.2 运动多孔介质流动的格子Boltzmann方法
    5.3 模型验证
    5.4 数值结果与分析
    5.5 本章小结
6 总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 研究展望
致谢
参考文献
附录 1 攻读博士学位期间发表论文目录
附录 2 攻读学位期间参加的学术会议
附录 3 攻读学位期间参与的科研项目

(4)若干化工过程的复杂性研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 绪论
        1.1.1 从雁阵飞行说起
        1.1.2 复杂性科学和复杂系统
        1.1.3 复杂系统和复杂网络
    1.2 化工过程中的复杂性
    1.3 全文框架
第2章 发泡断面的多重分形研究
    2.1 引言
        2.1.1 微孔发泡
        2.1.2 分形和多重分形
    2.2 实验
        2.2.1 PP/LDPE原料与制备共混物
        2.2.2 发泡过程
    2.3 多重分形计算与结果
        2.3.1 图片处理
        2.3.2 二维多重分形降趋脉动算法
        2.3.3 多重分形分析
        2.3.4 多重分形谱
    2.4 讨论分析
        2.4.1 Δα原料配比的关系
        2.4.2 Δf与原料配比的关系
    2.5 本章小结
第3章 湍流过程极端行为研究
    3.1 实验数据介绍
    3.2 湍流信号的极端事件时间间隔
    3.3 湍流过程极端事件时间间隔分布和预测
    3.4 湍流过程时间间隔序列相关性
        3.4.1 短程相关性
        3.4.2 长程相关性
    3.5 时间间隔多重分形分析
    3.6 本章小结
第4章 湍流序列的复杂网络研究
    4.1 复杂网络介绍
        4.1.1 度和无标度性质
        4.1.2 距离,聚类系数和小世界性质
        4.1.3 社团结构
        4.1.4 自相似性
    4.2 时间序列构建网络的方法
    4.3 湍流时间序列的可视图分析
        4.3.1 可视图网络构建
        4.3.2 湍流信号可视图的度分布
        4.3.3 湍流信号可视图的非自相似性
        4.3.4 湍流信号可视图的异速生长
    4.4 湍流信号近邻网络的类别分析
        4.4.1 近邻网络构建
        4.4.2 motif分析
        4.4.3 分数布朗运动和多重分形随机游走序列的近邻网络的motif分析
        4.4.4 湍流信号的近邻网络的motif分析
    4.5 本章小结
第5章 推荐系统算法研究及其在药物靶标系统中的应用
    5.1 概述
        5.1.1 链路预测
        5.1.2 推荐系统
        5.1.3 药物靶标系统
    5.2 推荐系统算法研究
        5.2.1 算法描述
        5.2.2 数据说明
        5.2.3 结果分析
    5.3 基于推荐系统的药物靶标连接预测
        5.3.1 模型方法
        5.3.2 数据介绍
        5.3.3 推荐结果
        5.3.4 试验验证
        5.3.5 讨论分析
    5.4 本章小结
第6章 全文总结
参考文献
致谢
附录1 已发表和投稿论文

(5)采样数据系统的故障诊断方法研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 故障诊断概述
        1.2.1 故障诊断研究内容和方法分类
        1.2.2 定性分析方法
        1.2.3 基于数据驱动的方法
        1.2.4 基于解析模型的故障诊断方法
    1.3 本课题研究现状及分析
        1.3.1 单速率采样数据系统
        1.3.2 多速率采样数据系统
        1.3.3 非均匀采样数据系统
    1.4 本文的内容安排
第二章 采样数据系统最优诊断观测器
    2.1 引言
    2.2 问题描述和预备知识
        2.2.1 问题描述
        2.2.2 采样系统范数
    2.3 采样数据系统最优诊断观测器设计
        2.3.1 诊断观测器构造
        2.3.2 最优设计
    2.4 数值仿真
    2.5 本章小结
第三章 基于混杂系统方法的采样数据系统故障检测
    3.1 引言
    3.2 问题描述和相关知识
        3.2.1 问题描述
        3.2.2 有限跳变线性系统的有界实引理
    3.3 采样数据系统故障检测滤波器设计
    3.4 不确定采样数据的故障检测滤波器设计
    3.5 数值仿真
    3.6 本章小结
第四章 多速率采样数据系统的快速率故障检测
    4.1 引言
    4.2 快速率故障检测滤波器设计
        4.2.1 系统描述
        4.2.2 最优故障检测滤波器设计
        4.2.3 因果约束
        4.2.4 数值仿真
    4.3 基于Kalman 滤波的快速率故障检测方案
        4.3.1 问题描述
        4.3.2 随机多速率采样数据系统慢速率故障检测方案
        4.3.4 随机多速率采样数据系统快速率故障检测方案
    4.4 本章小结
第五章 扩展问题:基于异步多传感器采样的最优状态融合估计
    5.1 问题背景
    5.2 异步采样系统描述
    5.3 异步多传感器最优集中式融合估计算法
        5.3.1 序贯滤波融合估计算法
        5.3.2 基于右同步提升的融合估计算法
        5.3.3 基于左同步提升的融合估计算法
        5.3.4 算法性能分析
    5.4 仿真算例
    5.5 本章小结
第六章 非均匀采样数据系统传感器故障检测
    6.1 引言
    6.2 问题描述
    6.3 鲁棒传感器故障检测滤波器设计
        6.3.1 噪声鲁棒性分析
        6.3.2 故障灵敏度分析
        6.3.3 滤波器增益迭代设计
    6.4 飞行器算例
    6.5 本章小结
第七章 采样数据系统的故障估计
    7.1 引言
    7.2 预备知识与问题描述
    7.3 采样数据系统的故障估计
        7.3.1 定值故障估计
        7.3.2 不确定采样数据系统时变故障估计
    7.4 飞行器算例
    7.5 本章小结
第八章总结与展望
    8.1 论文总结
    8.2 研究展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文

(6)动力学蒙特卡罗方法在多尺度模拟中的研究及应用(论文提纲范文)

中文摘要
英文摘要
1 绪论
    1.1 课题背景及意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 本课题研究内容
2 多尺度模拟及 kMC 的理论基础
    2.1 新能源系统的复杂性及多尺度特点
    2.2 多尺度划分
    2.3 微观尺度模拟方法
        2.3.1 分子动力学方法
        2.3.2 量子力学方法
        2.3.3 蒙特卡罗方法
    2.4 Gillespie 随机仿真算法
    2.5 燃料电池的特点及分类
    2.6 SOFC 的结构及特点
        2.6.1 SOFC 的特点
        2.6.2 SOFC 的材料结构
        2.6.3 SOFC 的工作原理
3 kMC 模拟 SOFC 电化学反应
    3.1 SOFC 中发生的电化学反应
    3.2 Gillespie 随机仿真算法
    3.3 模拟不同燃料气体的电化学反应
    3.4 模拟SOFC 氢氧反应
    3.5 本章小结
4 kMC 模拟 SOFC 电解质中氧空位扩散过程
    4.1 SOFC 电解质特点
    4.2 建立 SOFC 的一维 kMC 模型
    4.3 电解质中扩散过程的计算
    4.4 SOFC 电解质的扩散过程模拟
    4.5 数值模拟结果及分析
    4.6 本章小结
5 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
致谢
参考文献
附录 作者在攻读硕士学位期间发表的论文情况

(7)微化工机械DSMC-SPH多尺度耦合算法研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
目录
1 绪论
    1.1 引言
    1.2 微化工技术的发展
    1.3 宏观-微观多尺度耦合方法国内外研究现状
        1.3.1 采用统一控制方程的方法
        1.3.2 宏观-微观分区模拟界面耦合方法
    1.4 本文主要研究内容
2 DSMC和SPH多尺度耦合边界条件改进
    2.1 引言
    2.2 DSMC方法及其边界条件改进
        2.2.1 DSMC方法简介
        2.2.2 DSMC方法计算流程
        2.2.3 DSMC方法边界条件的处理方法改进
    2.3 SPH方法及其边界条件改进
        2.3.1 SPH方法的基本原理
        2.3.2 SPH方法的控制方程
        2.3.3 适用于宏观通道流动的SPH方法边界条件改进
    2.4 改进边界条件DSMC方法的验证
        2.4.1 基于滑移壁面条件的微通道流场解析解
        2.4.2 数值验证算例
        2.4.3 改进边界条件DSMC方法计算结果与解析解的比较
        2.4.4 改进边界条件DSMC方法计算结果与实验值的比较
        2.4.5 改进压力边界处理方法的收敛性讨论
    2.5 改进边界条件SPH方法的验证
        2.5.1 物理模型的描述
        2.5.2 SPH方法对应的随时间演化连续流场解析解
        2.5.3 数值算例
        2.5.4 改进边界条件SPH方法计算结果与解析解的比较
    2.6 本章小结
3 改进边界条件DSMC方法应用于微流场热质传递特性研究
    3.1 引言
    3.2 微直通道流场的热质传递特性研究
        3.2.1 边界条件控制方程
        3.2.2 流场温度、质量流量及热通量的计算方法
        3.2.3 数值计算模型
        3.2.4 AR变化下的微通道热质传递特性
        3.2.5 T_w变化条件下的微通道热质传递特性
    3.3 微射流结构流场的热质传递特性研究
        3.3.1 边界条件控制方程
        3.3.2 流场温度、质量流量及热通量计算
        3.3.3 数值计算模型
        3.3.4 应用于微射流结构流场的方法比较
        3.3.5 微射流结构流场的热质传递特性及规律
    3.4 本章小结
4 DSMC-SPH多尺度耦合算法研究
    4.1 引言
    4.2 多尺度流动中不同流场区域内的数值方法
    4.3 计算区域划分
    4.4 界面交换处理
        4.4.1 SPH向DSMC(SPH→DSMC)的数据传递
        4.4.2 DSMC向SPH的(DSMC→SPH)数据传递
    4.5 收敛判据
    4.6 计算流程
    4.7 耦合算法有效性验证
    4.8 计算效率的影响因素
        4.8.1 耦合重叠区大小对计算效率的影响
        4.8.2 初始条件设置对计算效率的影响
    4.9 本章小结
5 DSMC-SPH多尺度耦合算法的应用与讨论
    5.1 引言
    5.2 微过滤器件及其多尺度流动效应
        5.2.1 微筛器件
        5.2.2 微滤膜
        5.2.3 微过滤结构的多尺度流动效应
    5.3 可控微筛结构的多尺度流动分析
        5.3.1 筛孔特征尺寸改变的多尺度流动特性
        5.3.2 筛孔壁错向移位下的多尺度流动特征
    5.4 微滤膜分离过程的多尺度流动分析
        5.4.1 H_2和CO的多尺度流动特性
        5.4.2 不同压差驱动下的多尺度流场特性分析
        5.4.3 微滤膜流场结构对多尺度流动的影响分析
    5.5 本章小结
6 总结与展望
    6.1 主要研究与结论
    6.2 主要研究创新点
    6.3 后续研究展望
符号说明
参考文献
在读期间科研成果
致谢

(8)一种多尺度协同仿真方法及其在SOFC-MGT混合发电系统中的应用(论文提纲范文)

中文摘要
英文摘要
主要符号表
1 绪论
    1.1 课题背景及意义
        1.1.1 先进能源系统研究的需要
        1.1.2 复杂系统的特点及现有模拟方法的不足
        1.1.3 能源系统的多尺度特性
    1.2 文献综述
        1.2.1 复杂性科学与复杂系统
        1.2.2 多尺度科学概述
        1.2.3 燃料电池的建模与仿真
        1.2.4 燃料电池/燃气轮机混合发电系统及其仿真
    1.3 本文研究的主要内容
2 一种多尺度协同仿真方法
    2.1 多尺度建模方法
        2.1.1 多尺度建模的一般步骤
        2.1.2 多尺度模型的分类
        2.1.3 各尺度建模方法的选择
        2.1.4 各尺度模型的建立顺序
        2.1.5 模型间的信息交换与耦合
    2.2 协同仿真概述
        2.2.1 协同仿真的概念
        2.2.2 多领域协同仿真方法
        2.2.3 协同仿真技术的应用情况
    2.3 基于TCP/IP 网络环境的协同仿真框架
        2.3.1 基于TCP/IP 的WinSock 网络通信
        2.3.2 同步机制
        2.3.3 多尺度模型间的协同仿真框架
        2.3.4 仿真实例
    2.4 本章小结
3 管式 SOFC 的 CFD 模拟
    3.1 管式固体氧化物燃料电池
        3.1.1 燃料电池
        3.1.2 管式SOFC
        3.1.3 管式SOFC 的结构及工作原理
    3.2 管式SOFC 的理论分析
        3.2.1 热力学分析
        3.2.2 电势分析
        3.2.3 极化分析
        3.2.4 组分分析
        3.2.5 能量及效率分析
    3.3 管式SOFC 单体的CFD 建模
        3.3.1 模型假设与边界条件
        3.3.2 守恒方程
        3.3.3 电化学动力学方程
        3.3.4 参数的给出
    3.4 CFD 模拟结果及分析
        3.4.1 流场分布
        3.4.2 进口条件的影响
        3.4.3 动态扰动分析
    3.5 本章小结
4 管式 SOFC 的多尺度协同仿真
    4.1 LBM 在电化学扩散反应中的应用
        4.1.1 LBM 的起源与发展
        4.1.2 标准LBM
        4.1.3 LBM 模拟反应扩散特性
        4.1.4 LBM 模拟的实施
    4.2 多尺度协同仿真框架
        4.2.1 MATLAB 与FLUENT 之间的协同仿真
        4.2.2 LBM 模型的参数
    4.3 多尺度仿真结果及分析
    4.4 本章小结
5 SOFC-MGT 混合发电系统的多尺度协同仿真
    5.1 混合发电系统
        5.1.1 燃气轮机
        5.1.2 微型燃气轮机
        5.1.3 混合发电系统的工作原理
    5.2 微型燃气轮机性能实验研究
        5.2.1 转速随时间变化的分析
        5.2.2 排气温度随时间变化的分析
        5.2.3 功率随时间变化的分析
        5.2.4 实验研究小结
    5.3 混合发电系统动态数学模型的建立
        5.3.1 压气机模块
        5.3.2 燃烧室模块
        5.3.3 透平模块
        5.3.4 回热器模块
        5.3.5 转子模块
        5.3.6 系统效率
    5.4 计算结果及仿真分析
        5.4.1 系统尺度模拟结果分析
        5.4.2 宏观及介观尺度模拟结果
    5.5 本章小结
6 结论与展望
    6.1 主要结论
    6.2 下一步工作的展望
致谢
参考文献
附录

(9)化工过程纳微结构界面预测与调控展望(论文提纲范文)

1 前言
2 从分子结构到微相结构预测
3 化工过程纳微结构界面的调控
4 化工过程纳微结构界面研究展望

四、化工过程中的多尺度效应(论文参考文献)

  • [1]一类非线性系统中的不同尺度效应及机理研究[D]. 张冉. 江苏大学, 2019(02)
  • [2]化工学科发展态势及重大基金项目成果介绍[J]. 孙宏伟,张国俊. 化工进展, 2016(06)
  • [3]基于格子Boltzmann方法的非常规颗粒两相流的机理研究[D]. 王亮. 华中科技大学, 2012(07)
  • [4]若干化工过程的复杂性研究[D]. 刘闯. 华东理工大学, 2012(06)
  • [5]采样数据系统的故障诊断方法研究[D]. 邱爱兵. 南京航空航天大学, 2010(01)
  • [6]动力学蒙特卡罗方法在多尺度模拟中的研究及应用[D]. 高清. 重庆大学, 2010(03)
  • [7]微化工机械DSMC-SPH多尺度耦合算法研究[D]. 叶建军. 浙江大学, 2009(12)
  • [8]一种多尺度协同仿真方法及其在SOFC-MGT混合发电系统中的应用[D]. 张雨英. 重庆大学, 2009(12)
  • [9]化工过程纳微结构界面预测与调控展望[J]. 刘会洲,郭晨,常志东,杨超,李洪钟,陈家镛. 过程工程学报, 2008(04)
  • [10]湍流化学反应的分形数值模拟[J]. 张建文,王艳飞. 火炸药学报, 2007(03)

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化学过程中的多尺度效应
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