混氢天然气输气站场泄漏扩散数值模拟

将氢气混入天然气管网是目前世界上实现氢气大规模输送的最有效方式。氢气爆炸极限为4.0%~75.6%，上下限范围宽，且分子直径比甲烷小，极易泄漏，给输气站场带来很大隐患。针对多组分物系混氢天然气的泄漏，基于修正的二元扩散系数及热力学因子计算方法，计算了混氢天然气三物系Fick扩散系数矩阵，用来描述混氢天然气中各组分分子间相互运动的传质过程，以FLUENT为平台进行了CFD数值模拟分析，研究发现，混氢天然气泄漏后其扩散受到障碍物及风速等因素的影响；同体积混氢天然气与不含氢天然气泄漏，混氢天然气爆炸下限扩散半径更小；较低含氢量的混氢天然气泄漏后氢气组分爆炸区域仅限于泄漏点附近。研究结果可为站场内发生混氢天然气泄漏扩散提供预警和防护指导。     

Maxwell-Stefan方程在多元相间传质方面的应用

多元物系传质过程与二元物系传质过程有着本质的区别，由于组分间的交互作用，多元物系传质各组分传质效率不相等，其分布范围可在-∞至 ∞之间，某些组分可能产生逆向传质、渗透传质、传质障碍等传质奇异现象，这些现象用传统的二元物系传质规律如Fick定律等无法做出解释，必须用Maxwell-Stefan方程进行描述。先概述了Maxwell—Stefan方程的由来、求解方法，然后具体介绍在多元相间传质中的应用。     

非理想多元物系精馏点效率预测

提出计算非理想多元物系精馏点效率的方法，考虑了各组分分子间的交互作用对扩散传质过程的影响和塔板流体力学状对汽液相际传传质接触面积的影响，对３个多元物系的计算表明，该法能预测霜些组分点效率的奇异性，且理论计算点效率值与实测结果比较一致。     

β分子筛中苯分子扩散行为的KMC模拟

采用动力学Monte Carlo（KMC）方法模拟研究了苯分子在β分子筛中的扩散行为,并将计算结果与描述多孔介质中表面扩散的Maxwell－Stefan（M-S）方程进行比较。在模拟过程中,通过引入反映扩散分子间相互作用的参数,计及扩散过程中被吸附分子之间的作用力,得到较常规的KMC方法更为准确的结果,表明：M-S方程可以很好的描述β分子筛中苯分子的扩散,尤其对于M－S扩散系数,由于KMC模拟和M-S方程均考虑了分子间的相互作用,因此模拟结果与理论结果符合良好;给出了具体的苯分子在β分子筛中扩散的相应相互作用参数值,初步揭示了大孔道分子筛中被吸附分子间相互作用的特征。     

反应精馏过程传质模型（Ⅱ）

将湿壁塔中得到的反应精馏汽液传质数据用于反应精馏的传质计算。理论计算值与实验值一致性较好。这说明：反应精馏过程如果按等摩尔扩散考虑，误差较大，在要求较严的计算时，应按非等摩尔扩散考虑；对非理想性较强的物系，采用具有交叉系数的液相扩散系数矩阵，所得要误差更小。     

化工计算传质学的一个改进模型

计算传质学模型由浓度输运方程及其封闭方程和相应的计算流体力学模型组成。使用这一模型可同时计算出湍流传质扩散系数、三维浓度场和速度场分布。但刘伯潭提出的传质封闭方程c^2^--εc模式，形式复杂而且其模型常数均直接借鉴于传热研究；此外，由于计算流体力学模型对最终浓度场的预测结果有着重要的影响，所以有对其进一步改进的必要。文中对传质封闭方程进行了简化并重新确定了模型常数，而且对计算流体力学模型进行了改进使其预测结果与文献中的实验值符合得更好。通过与文献中的湍流传质扩散系数及浓度值的比较，证明了这一简化的可行性。     

一种应用于地下水污染修复的传质模型

对空气注射法脱除地下水中油类污染物提出一个溶解动力学和弥散动力学模型，溶解过程考虑了油滴初始半径、分子扩散系数和溶解度等因素；弥散过程则受到空气流速、土训介质性质和有机物性质的影响，并引入了介质中有扩散系数概念而采用Fick定律形式描述。     

反应精馏过程传质模型（Ⅰ）

快速反应的反应精馏过程需要通过解反应—扩散方程得到其传质模型,而慢速反应、瞬时反应的反应精馏过程相当于普通多组分传质过程,只是瞬时反应的精馏过程其液相浓度必须满足平衡常数计算式。按双膜理论,假设仅在液相有反应、汽相无反应的情况下、用矩阵或直接求解反应—扩散方程,得到了反应精馏过程的传质模型。液相传质模型的表达式说明:液相中由于反应的存在,化学反应除了影响传质过程的传质系数外,还影响其推动力。     

微观非均匀双重介质混相驱扩散传质规律

裂缝型碳酸盐岩油藏具有裂缝-基质双重介质,裂缝的非均质性使混相驱流体扩散传质机理变得更加复杂。基于Navier-Stokes方程和对流-扩散方程,利用有限元方法建立裂缝-基质双重介质的数值模型;研究了非均质性、分子扩散系数和流体速度对溶剂段塞混相驱扩散传质的影响规律。研究表明:在非均匀双重介质中,非均质性、分子扩散系数和流体速度对扩散传质的影响具有关联性;介质非均质性使对流作用增强,裂缝中溶剂的指进加速了溶剂向基质的扩散。     

小分子气体在烯烃共聚膜中扩散行为的分子动力学研究

采用分子动力学模拟方法,研究了小分子气体(氧气分子和氢气分子)在烯烃共聚物乙烯/1-己烯膜中的扩散性能。主要探讨了分子主链结构中共聚物单体的比例,以及气体分子大小对扩散系数和自由体积的影响。模拟过程中采用Compass力场,对共聚物模拟体系进行NPT系综动力学优化,计算得到其密度,并与实验值进行对比,使模拟体系接近于真实体系;随后进行NVT模拟,得到500ps时间的小分子运动轨迹,由爱因斯坦方程计算出气体分子在烯烃共聚物中的扩散系数,并与文献报道的实验数据进行对比。结果表明,随着共聚物中1-己烯含量的增加,氧分子和氢分子的扩散系数也呈增大趋势,与共聚物中分子间相互作用力的变化分析一致。说明分子动力学模拟方法是一个有效计算、预测小分子在不同比例烯烃共聚物中计算扩散系数的方法。     

基于三维实体模型的玉米热风干燥模拟计算

针对热风干燥条件下单体玉米颗粒内部的传热传质过程,开展基于三维实体模型的模拟研究.借助高精度医用CT机扫描玉米颗粒,所获得的CT图片经过MIMICS和ANSYS软件处理,建立玉米颗粒的三维实体模型.采用傅里叶传热方程、菲克扩散方程以及导热系数、扩散系数公式作为干燥理论模型的控制方程;利用COMSOLMultiphysics计算软件完成模拟计算.模拟结果表明,热风干燥过程中玉米颗粒内部为传质控制过程,所提三维实体模型模拟计算方法能够更好地描述单体谷物颗粒内部的热质传递现象.     

运动气泡在多组分液相中传质的研究

考虑气液界面附近的湍流特性，建立了多组分气液相际传质的数学模型，以此为基础，推导了运动气泡在多组分液体中的传质模型，并进行了实验验证，结果表明，模型计算值与实验结果基本吻合。     

二、三类边界条件下扩散方程的稳态近似分析

描述反应器内团块、粉粒或液滴内的传质都离不开扩散方程。获得工程上可利用的扩散方程的近似解,既是实践需要,也是理论发展方向之一。在给出对有限长度区间内扩散方程进行稳态近似法处理过程的同时,将动力学中常用的浓度随时间不变的稳态假设发展为浓度变化率随时间不变的稳态假设,继而获得了一具体扩散问题的近似分析解。稳态近似法获得的结果和精确解随时间变化是同步的;近似解与接近最终稳态的情形吻合程度好,与远离最终稳态的情形吻合程度稍差些;稳态近似法获得的结果基本上满足总体质量守恒。     

金钗石斛中生物碱提取的动力学分析

将金钗石斛用氨水浸润后,以氯仿为溶剂,在不同液固比、不同提取时间和不同提取温度下提取生物碱,以Fick第二定律为依据,以提取生物碱质量浓度为检测指标,求解提取动力学的表观传质速率方程、速率常数k、相对萃余率和表观活化能Ea等数值,建立金钗石斛生物碱提取过程的动力学模型.结果显示:在液固比为60,提取温度为60℃,提取时间为90 min时,所提取的生物碱质量浓度较高,金钗石斛生物碱提取过程的动力学基本符合一级动力学方程,在不同影响因素下,表观传质速率ln[C_∞/(C_∞-C_0)]、相对萃余率与时间t均有比较好的线性关系,提取动力学方程的活化能Ea为55.075 k J/mol.由此知金钗石斛生物碱提取过程的关键控制步骤为溶质的内扩散步骤.     

扩散方程的稳态近似分析：Ⅰ.稳态近似法处理过程

反应器内层状渣(锍)、金液界面两侧内扩散、团块、气泡、粉粒或液滴内的扩散都是有限长度区间上传质问题;获得有限长度区间上扩散方程的近似分析解可兼有学术和应用价值。以质量守衡原理、菲克扩散定律为物理基础以对方程的离散化处理为手段以基于浓度变化率随时间不变的假设获得扩散速率近似式为必要步骤给出了对有限长度区间内扩散方程进行稳态近似法处理的过程;同时获得了二、三类边界条件下扩散方程的一个稳态近似解。对近似解和精确解偏差进行了分析。笔者对扩散方程的稳态近似法处理过程可以应用于工程上。     

分离级联中出现峰值组分的质量与平均质量的关系

为了获得所需丰度的同位素，需要将多个分离单元联结成级联。因而必须对多元同位素混合物在级联中的分离情况进行深入研究。假定分离系数小，从多组分级联输运方程出发，利用全分离系数与不同组分质量差的关系，导出了在级联中某组分丰度出现峰值处该组分质量与平均质量的关系。并对级联中分离单元的分离情况进行了分析。得出以下结论：在级联分离多组分同位素混合物的过程中，当某一组分的丰度在级联中出现峰值，其质量等于此处平均质量（略有偏移），以上结论是在小分离系数的条件下得到的，对于大分离系数的情况也有参考价值     

超声场对毛细管内电解质扩散系数的影响

以封闭于毛细管内的溶质扩散模拟固液分离体系中深层溶质扩散过程。采用液相色谱毛细管法测定毛细管内的二元扩散系数 ,通过分析温度、超声场 (排除热效应 )、直接超声场的影响 ,探讨了超声场对微孔深层扩散的强化作用机理。实验结果表明 ,超声场对毛细管内二元扩散系数的影响是热效应和管内流体扰动两方面共同作用的结果。在排除超声场热效应的条件下 ,随超声功率的增大 ,毛细管内的二元扩散系数随之增大 ,相对二元扩散系数与测量的流速无关 ;在无超声场作用时 ,毛细管内的相对二元扩散系数随温度升高而增大 ,呈线性关系。直接超声场的影响可采用超声场的热效应、管内流体扰动及相互作用参数叠加的方式表示。     

复合气液传质过程多元传质系数估算方法

以多元传质的扩散方程为基础，提出化学反应，吸附对气液传质增强因子以及伴有化学反应、吸附的气液传质过程的多元传质系数的估算方法，用非平衡级模型及上述方法得到的传质系模拟脂肪酸甲酯化反应精馏过程，与实验结果吻合。     

软岩冻融损伤的水热力耦合研究初探

冻融力学研究正温-负温环境交替变化对材料的物理力学性质的影响。由于软岩强度低，孔隙度大，胶结程度差，含有大量膨胀性粘土矿物的松，散，软，弱岩层。因此软岩的水热力的耦合不是一个简单的过程，本文初步提出软岩的水热迁移机理进而提出了了软岩水、热、力耦合的基本数学模型。最后用ANSYS模拟了隧道围岩温度场与应力场，得到了隧道围岩冻胀力的分布趋势。