一种新的生物质热分解失重动力学模型

基于对8种中国物质材料非等温热分解的实验结果,建立了描述生物质热解失重过程的“双组分分阶段反应模型”,这种模型相对于通常使用的“单组分全局反应模型”和“多组分全局反应模型”来说具有相当大的优点,利用积分型方法进行动力学分析表明,“双组分分阶段一级反应模型”适用于描述空气气氛下升温速率较低（如10℃/min）时生物质材料的树干和树叶试样的热分解失重动力学。     

调幅电磁波作用下Kl及KMnO_4氧化还原反应的新特点

人们早已熟知静电场、静磁场对化学反应的作用,在光谱分析中人们也知道物质对微波的谐振吸收,即微波对物质分子能级的影响.现在射频电磁波特别是微波对化学反应的作用正受到人们的关注.大量的实验证实了微波能显著提高化学反应的速度和改变反应的机制.特别在生物电磁学实验中人们发现微弱的微波能量也能导致明显的生物效应,即生物效应的能量主要来自于生物体内的新陈代谢,即电磁波影响了新陈代谢过程,这就是所谓的非热生物电磁效应.1992年10月在荷兰的Breukelen召开了首届世界微波化学大会,会议就微波化     

微波对天然气水合物形成/分解过程的影响

天然气水合物是潜在的清洁能源, 储量巨大. 高效开发利用天然气水合物, 具有重要意义. 微波加热作用速度快, 应用比较灵活, 有希望用于开采各类型天然气水合物资源及水合物储运技术. 实验研究了2450 MHz、不同微波功率下天然气水合物的形成/分解过程, 初步分析了微波对天然气水合物相平衡的影响, 并在van der Waals-Platteeuw模型的基础上进行了计算. 结果表明: 一定功率的微波可降低水合物形成的过冷度和诱导时间, 20 W微波状况下, 过冷度减小约3℃, 诱导时间由4.5 h缩短到1.3 h; 发现微波可使水合物快速分解, 随着水合物的分解, 产生的分解水加速了水合物的分解, 分解水与微波具有协同作用; 相同压力下, 微波可提高水合物的相平衡温度. 天然气水合物分解过程中各组分介电性质的差异造成了反应体系在分解过程中存在显著的温度差异, 微波加热分解水合物存在多种因素的共同作用.     

碳氢预混火焰有害物质生成反应动力学模型

分析碳氢燃料反应动力学机理分层结构. 充分吸收目前国际上有关先进成果, 提出了较为全面的碳氢燃料燃烧过程有害物质生成反应动力学模型, 并进行预混火焰结构的数值预测, 其中, C₁, C₂和C₃反应主要采用最新GRI-Mech 3.0机理; N化学过程主要采用DB(Dean和Bozzellis)亚机理; 多环芳香烃PAH生成主要采用Wang和Frenklach机理, 同时采用C₄化学和Howard亚机理对模型给予增强, 整个机理涉及121种物质和731个基元反应. 采用该机理, 模拟了负压和常压下二种预混火焰结构, 并与实验值进行比较, 结果表明, 该机理能够较好预测不同当量比、不同压力下的主产物、中间组分和自由基的生成, 描述各种燃烧有害物质的形成过程, 为碳氢预混火焰结构研究和有害物质生成提供了一个较为全面的反应动力学模型.     

全国平衡软件在太原市(二电)集中供热工程中的应用

我国城市集中供热系统中,很多城市存在热负荷不断增大,相应热源却不够,近端热力站供热温度过高,热能浪费严重,末端热力站供热效果差,甚至达不到基本供热温度.如何利用有限的热资源来满足日益扩大的热需求,文章结合全网平衡软件的使用,提高供热效率,既能确保供暖质量,又能将能耗和成本降低,进而提高企业效益和社会声誉.     

心肌细胞内钙火花非Fick扩散的新型动力学模型

从微尺度的传质理论出发, 引入松弛时间, 建立了心肌细胞内钙火花非Fick扩散的新型动力学模型. 数值模拟结果表明: 用新型动力学模型得到的钙火花的时空尺度比用Fick扩散理论得到的要大, 与实验结果更接近; 心肌细胞内钙火花非Fick扩散的松弛时间约为0.1~0.8 ms. 这对进一步认识心肌细胞内钙信号传导的微观机理具有指导意义.     

液体燃料回燃现象的理论分析

液体燃料的整个回燃过程包括预燃烧阶段、第二次供油阶段和产生回燃阶段. 针对这一过程, 定量地建立了热烟气层的温度随时间变化的动力学模型. 模型考虑了液体燃料挥发成气体带来的热损失率、热烟气层的质量增加以及由此带来的焓损失率. 本文把模型的模拟结果与实验结果进行了很好的比较并对模型的模拟结果进行了分析, 同时指出通风受限条件下的燃烧效率和实际燃烧的反应速率是很值得研究的问题.     

微观核裂变动力学研究进展

原子核裂变是一个复杂的非平衡非绝热的大幅度量子多体动力学过程.近年来,随着计算能力的发展,微观裂变动力学取得了很大的进展.本文介绍了非绝热的时间相关的密度泛函理论和绝热的时间相关的生成坐标法等微观裂变动力学模型.裂变位能面的并行约束计算和能量相关性对绝热裂变模型很重要.最近,我们扩展了有限温度加动力学涨落的时间相关的密度泛函理论.基于时间相关的密度泛函理论,对裂变过程中的对关联效应、涨落效应、耗散效应、非绝热效应、能量相关性、碎片之间的纠缠等核裂变机制获得了新的认识.此外,微观裂变研究对理解天体过程中的r-process也很重要.我们期待发展出更综合更精确的核裂变理论支撑核裂变的应用创新.     

锤头结构Ribozyme中3个茎区的双链配对性质对其催化活性的影响

锤头结构Ribozyme是已知一类链长较短并易于设计的Ribozyme.我们针对苜蓿夜蛾核多角体病毒(AcNPV)多角体蛋白mRNA片段而设计的Ribozyme经体外切割试验证明是有效的.利用这一模型我们研究了Ribozyme与底物的相互作用对于切割反应的影响.结果指出Ribozyme与底物的相互作用越强则反应的最适温度(T_(opt))越高,反之亦然;将Ribozyme与底物的配对由RNA·RNA配对改为RNA·DNA配对能使它们的相互作用减弱.同时,我们观察到某些反应的T_(opt)的降低比T_m降低大得多.从动力学分析看,T_(opt)的降低除了由于     

我国若干典型地区固溶体矿物中的振荡环带与时空自组织

作者首先阐述了典型地区斜长石和石榴石矿物中的振荡环带特征;尔后,根据固溶体矿物结晶生长过程中的非平衡非线性特征,熔体聚合模型和正规溶液模型,提出了固溶体矿物中振荡环带成因的动力学模型。通过建立界面状态(组成)的质量守恒方程,合理地阐明了固溶体矿物中振荡环带的可能机理——非平衡自组织,寻找界面反应三重态是研究固溶体矿物中振荡环带的一条相当普遍的途径。     

八面体钼酸镉纳米体系反应动力学及表面热力学性质的粒度效应

采用室温反相微乳液法制备不同粒度的八面体钼酸镉CdMoO4,利用微量热技术获取不同粒径产物与盐酸反应过程的原位热动力信息,结合热动力学理论、过渡态理论和热化学循环法,获得了不同粒径八面体钼酸镉CdMoO4的反应动力学参数及表面热力学函数,并讨论粒度、温度对其化学反应动力学和表面热力学性质的影响规律及其原因.结果表明,速率常数、比表面Gibbs自由能、比表面焓、比表面熵和比表面能随粒径减小而增大,表观活化能、活化Gibbs自由能、活化焓和活化熵则均随粒径减小而减小;且速率常数、活化Gibbs自由能、比表面焓和比表面熵均随温度升高而增大,比表面Gibbs自由能随温度变化则相反.在30~200nm范围存在临界尺寸使钼酸镉材料表面热容性质发生突变,表现为区别于传统储能材料的独特热容性质.     

P450酶活性中心催化1,2-二溴-3-氯丙烷的机理及动力学同位素效应

发展有毒物质被细胞色素P450酶催化转化途径和机理的计算毒理预测方法,对于污染物的风险评价具有重要意义.本研究通过密度泛函理论计算,揭示了细胞色素P450酶活性中心(CpdI)催化氧化1,2-二溴-3-氯丙烷(DBCP)的反应机理,并考察了动力学同位素效应的影响.结果显示,DBCP羟基化反应与烷烃羟基化反应机理存在明显差异.不同于一般的双态反应,DBCP羟基化反应是自旋选择性反应.此外,DBCP羟基化第二步反弹过程中的能垒明显的高于烷烃羟基化过程.自旋密度分析表明,DBCP羟基化反应的氢提取步骤是一个氢原子转移过程.DBCP羟基化反应具有明显的动力学同位素效应(KIE),且温度和隧道效应对KIE值具有明显的影响.本研究可为卤代烷烃类化合物的生物转化预测提供理论依据.     

修正表面张力系数的包膜气泡动力学模型

基于包膜造影剂气泡的实际应用, 在传统的三层模型基础上提出了一个修正的动力学模型来描绘包膜气泡的动力学行为. 通过衔接三层模型中包膜的两个边界条件, 得到一个两层模型并简化了方程的结构. 为了使动力平衡更加准确, 在建立边界条件时考虑了包膜质量, 并将包膜层厚度与气泡半径的关系具体化. 更为重要的是, 我们对绝大多数文献中的表面张力系数不变的假设进行了修正, 认为其随半径变化呈非线性变化, 且通过数值计算对表面张力系数修正带来的变化进行了讨论. 此外, 我们应用本文模型对实验得到的Optison及Sonozoid微气泡的动力学曲线进行了拟合, 并与其他经典模型的拟合结果进行了比较, 结论证明了本文模型具有很好的适用性.     

外电场中分子内电子转移速率常数的研究

电子转移在有机分子及生物体中有重要意义,是目前最活跃的研究领域之一.关于电子转移的速率理论,目前有Marcus的经典模型、对核运动作量子力学处理的量子力学模型,以及忽略核运动隧道效应而考虑非绝热电子态跃迁的半经典模型.在研究对称双势阱结构图1(a)的电子转移时,有适合于弱偶合的半经典动力学模型.而在外电场中,电子转移反应能垒降低,势能面结构不再是对称结构图1(b),这时,基元步骤为放热反应.当外电场达到某一阈值时,反应能垒完全崩溃,变为如图1(c)所示的无能垒结构.在外电场中考察反应的重组能(E_λ),电子转移矩阵元(V_(AB)),活化能及反应速率常数,对分子电子器件等的研究具有重要意义.本文在谐振模型近似下,建议外电场作用下双势阱结构的半经典模型,计算在外电场作用下共线电子转移O_2O_2~-→O_2~-O_2的透热势能面、过渡态结构参数及反应速率常数.     

非绝热量子动力学模拟方法及其在凝聚态体系中的应用

密度泛函理论(density functional theory, DFT)可以准确地预测由电子和原子核组成的普通物质的基态电子结构,而当涉及量子体系含时演化的模拟时,比如模拟超快激光与分子或凝聚态体系相互作用的激发态动力学过程,就需要发展实时密度泛函理论(real-time time-dependent density functional theory, rt-TDDFT)和非绝热动力学相结合的新颖计算方法.本文介绍了基于rt-TDDFT的Ehrenfest动力学方法,并结合路径积分分子动力学提出了RPTDAP量子动力学方法. RP-TDAP方法引入了非绝热效应和原子核的量子效应,可以对电子波函数和原子核波包构成的耦合系统进行量子化动力学模拟.这些方法使我们不仅可以准确地理解激发态电子结构、电声相互作用、光致电荷传输、光化学反应等非绝热过程的内在机理,而且可以超越平均场理论给出一个全新的视角来描述原子核的量子行为.本文还应用这些方法研究了几个重要的非绝热动力学现象,说明这些方法可以广泛地用于复杂体系的量子激发超快动力学研究.     

泥石流动力学模型与数值模拟

泥石流是介于崩塌、滑坡等块体运动和山洪水流之间的一种物理过程,既具有土体的结构性,又具有水体的流动性。从物质组成上看,泥石流是一种由水、岩土体和气体组成的多相介质,具有多种内部结构。其中的固相组分颗粒形状极其不规则,尺度跨越范围较大。浆体与固相颗粒以及颗粒间的相互作用非常复杂。因此,完全考虑各种因素建立全描述的泥石流动力学模型比较困难。从描述组成物质和运动的观点来看,目前泥石流的动力学模型可划分为连续介质、离散介质和混合介质模型。基于不同动力学模型的泥石流运动数值模拟,可广泛应用于流量过程反演、危险范围预测、风险评估、防治工程评估等方面;但泥石流本身启动和产汇流机理涉及多门学科,是需要进一步研究的重要课题。同时,泥石流形成过程和运动过程的数值模拟存在着时空尺度上的差异,如何实现两者的耦合求解仍需深入探讨。     

城市垃圾：可再生资源

城市垃圾,它是一个老话题。每个大都市,每天都要制造并处理上万吨垃圾。垃圾处理是市政建设的一个重点。它既占用土地——常常是可耕地,又容易污染环境和水源。因此处理的代价十分高昂。随着中国经济的发展,资源、能源变得持续紧张。变废为宝,综合利用垃圾,既能降低垃圾处理成本,又能回收一部分有用的物质,把垃圾变成一种资源和能源。城市垃圾平均含有70%的有机物和无机物:菜叶、碎纸、包装袋、泥土、果皮、碎玻璃、砖渣、石块……它们的利用价值较低。目前较好的办法是把它们分离出来,经过简单加工后燃烧发电。所谓加工,往往是把散乱的垃圾…     

转鼓生物过滤器去除挥发性有机物的数值模拟

转鼓生物过滤器能有效地去除废气中的挥发性有机物. 根据生物过滤器中的物质传递特点, 依据双膜理论、质量守恒定律和Monod动力学方程, 建立了挥发性有机物在转鼓生物过滤器气相、水相和生物膜相中的传质降解模型. 该模型考虑了因生物膜增长而导致介质比表面积和空隙率的变化, 及其对去除效率的影响. 甲苯被选择为模型挥发性有机物. 因操作条件复杂, 引入有效气速系数并忽略液相传质阻力来简化模型. 模型求解时分别运用配置法、解析法、Runge-Kutta法来求解生物膜相和气相的传质降解方程和生物膜的增长方程, 并使用MATLAB软件编程求解. 数值模拟结果表明转鼓生物过滤器的甲苯去除率先升高, 到第4天达到最大值97%, 第5天后有明显逐步降低并稳定在90%. 转鼓外层介质中的甲苯浓度高, 甲苯降解量大于70%; 内层介质中的甲苯浓度低, 降解量小于10%. 与试验结果的比较证明该模型能较好地模拟多层转鼓过滤器降解甲苯的动态运行性能.     

有机朗肯循环系统动态特性

设计并搭建了以R123为循环工质的有机朗肯循环试验台,并对其动态运行特性进行了研究.该机组采用涡旋膨胀机作为热工转换设备,采用导热油锅炉模拟低温热源,并在试验过程中保持导热油出口温度为150℃.通过交流测功机测量膨胀机输出转矩、转速及功率.对机组动态特性的测试分为两种模式:恒流量模式和恒转矩模式.在恒流量模式下,R123的质量流量恒定,随着膨胀机转矩的逐步增大,膨胀机进出口压比增大,同时膨胀机入口过热度减小,系统输出性能表现为膨胀机输出功率和机组热效率的增大.相对而言,在恒转矩模式下,以工质泵运转频率9 Hz为界,膨胀机进出口温度可分为两个明显的区域:温度稳定区和温度快速下降区.随着R123质量流量的增大,膨胀机入口过热度减小,输出功率增大,而系统热效率增大趋势较为平缓.两种运行模式都存在最大输出功率.同时,试验结果表明系统输出功率和热效率的实测值明显低于通过膨胀机进出口温度计算得到的计算值.实测机组最大输出功率和热效率分别为2.62 kW和5.31%,而计算值为3.87 kW和9.46%.     

全国平衡软件在太原市(二电)集中供热工程中的应用

我国城市集中供热系统中,很多城市存在热负荷不断增大,相应热源却不够,近端热力站供热温度过高,热能浪费严重,末端热力站供热效果差,甚至达不到基本供热温度。如何利用有限的热资源来满足日益扩大的热需求,文章结合全网平衡软件的使用,提高供热效率,既能确保供暖质量,又能将能耗和成本降低,进而提高企业效益和社会声誉。