检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：赵海波华中科技大学

学位级别：博士

可吸入颗粒物(空气动力学直径小于10μm的颗粒物,简称为PM或PM10)已经成为大气环境污染的突出问题.由于PM的微观性和其生成、生长和演变所经历的复杂物理化学过程,无论是对其的采样和物理化学特征分析、在燃烧过程中的形成机理和微尺度... 详细信息

可吸入颗粒物(空气动力学直径小于10μm的颗粒物,简称为PM或PM10)已经成为大气环境污染的突出问题.由于PM的微观性和其生成、生长和演变所经历的复杂物理化学过程,无论是对其的采样和物理化学特征分析、在燃烧过程中的形成机理和微尺度动力学演变规律,还是在自然条件和外加条件下的非线性和非稳态运动规律、各种高效捕集策略的设计和优化等方面,人们都缺乏足够的认识,特别是缺乏相关的理论描述和定量描述.本文正是在此背景下,为燃煤PM复杂的动力学演变过程(包括碰撞、凝并、破碎、冷凝/蒸发、成核和沉积等动力学事件)构建颗粒群平衡模拟随机模型的完整数值模拟体系结构,并以此为平台对静电除尘器和湿式除尘器的除尘过程、自然环境中PM的干沉降和湿沉降过程进行颗粒群平衡模拟,对这些除尘机理进行深入分析,最终以此为基础对两种高效PM除尘技术(静电增强湿式除尘器和静电布袋混合除尘器)进行可行性分析和运行优化,为其工业化应用提供理论基础和技术指导.本文的研究成果包括: (1)零维颗粒群平衡模拟的随机算法本文引入“加权虚拟颗粒”概念而发展了一种全新的零维颗粒群平衡模拟随机算法——多重Monte Carlo (Multi-Monte Carlo, MMC)算法.该算法具有时间驱动Monte Carlo (MC)、常数目法和常体积法的特点,由于跟踪数目较少的虚拟颗粒群而具备适用于工程计算的计算代价,由于保持恒定的虚拟颗粒总数目而具有稳定的计算精度,由于保持恒定的计算区域体积和基于时间驱动技术而具有与两相湍流模型无缝耦合的扩展性.特殊工况下MMC算法结果与相应的理论分析解之间的良好吻合,证明该算法能够以较高计算精度和计算效率描述初始单分散性或多分散性颗粒群工况、单动力学事件或复合动力学事件工况等. 本文首次建立了MC算法对颗粒尺度分布时间演变过程描述精度的定量评判方法.以此为基础,定量比较了时间驱动直接模拟MC、阶梯式常体积法、常数目法和MMC算法对于各种动力学事件的描述精度,并定性分析了各种MC数值误差的来源和计算代价的主要贡献源.针对MMC算法所表现的“常数目误差”,通过建立“异数目权值虚拟颗粒群策略”以及相应的“异数目权值虚拟颗粒凝并准则”、在时间驱动MC中引入接受-拒绝法来数值实现标准Markov过程、发展“常数目方案”和“阶梯式常数目方案”来恢复虚拟颗粒数目等手段,对MMC算法进行改进.多种MC算法之间的定量比较表明,改进的MMC算法已经成为时间驱动MC中计算精度和计算效率最高的算法之一. 基于事件驱动MC对解藕误差的免疫及高计算精度和效率的认识,本文发展了另外一种全新的零维颗粒群平衡模拟随机算法——事件驱动常体积(EDCV)法.该算法仍然引入“加权虚拟颗粒”的概念和保持常体积特征,并把“等数目权值虚拟颗粒群策略”和“异数目权值虚拟颗粒群策略”、累积概率法和接受-拒绝法、“常数目方案”和“阶梯式常数目方案”以及“重整方案”等技术统一在一个框架下.通过对多种主流MC的定量比较,证明EDCV法成为目前零维颗粒群平衡模拟中计算精度和计算效率最高的随机算法之一. (2)多维颗粒群平衡模拟的随机算法通过把描述颗粒动力学演变的改进MMC算法与描述两相湍流场的欧拉-拉氏模型的无缝耦合,首次发展了一种多维颗粒群平衡模拟的随机算法——多维MMC算法.该算法引入网格划分技术和设置合适的时间步长,采用随机过程来判断碰撞/凝并等动力学事件的发生、寻找碰撞/凝并伙伴、建立碰撞动力学等.对细微颗粒流和粗重颗粒流中颗粒碰撞和凝并过程进行了数值模拟,模拟结果与直接数值模拟(DNS)结果实现定量上的较好吻合,证明所构建的多维多重Monte Carlo算法为四向耦合的两相湍流模型和多维颗粒群平衡模拟提供一个高精度和高效率的数值描述方案.采用所发展的MC算法考察了轴对称突扩通道有旋气固两相流中颗粒碰撞对于两相流场的影响,发现颗粒之间的相互碰撞使得颗粒速度和雷诺应力重新分配并趋于各向同性,而颗粒湍动能及颗粒-流体脉动速度关联降低. (3)传统除尘装置和自然环境对PM的除尘机理研究为了理解外加条件对PM动力学特性的作用机理,采用事件驱动常体积法对典型的静电和湿式除尘器进行了颗粒群平衡模拟.发现静电力与惯性力的相互竞争导致0.1～1μm的细微颗粒难以被静电除尘器捕集,而布朗扩散和惯性碰撞机制对0.1～1μm区间颗粒物影响最小也导致其难以被湿式除尘器的液滴所捕集.对300MW燃煤锅炉配备的静电除尘器进口和出口烟尘颗粒进行现场采样,并进行实际静电除尘器的颗粒群平衡模拟,模拟结果和是试验结果达到定量的吻合. 为了描述从除尘器逃逸出来的PM在自然环境中的沉降过程,并借鉴大自然的自身净化机制,采用多重Monte Carlo算法对自然环

关键词： Monte Carlo算法颗粒群平衡模拟可吸入颗粒物颗粒尺度分布除尘技术数值模拟多相流

来源：评论

学校读者我要写书评

暂无评论

颗粒凝并过程群平衡模拟的统一随机方法

颗粒凝并过程群平衡模拟的统一随机方法

引用

中国力学大会——2013

作者：赵海波郑楚光华中科技大学煤燃烧国家重点实验室

基于模拟颗粒凝并方程的一致性条件,提出一类新的异权值模拟颗粒凝并准则来优化凝并过程的Markov步进模型。模拟结果表明,Markov步进越大,计算效率越高,但精度降低。进一步讨论了PBMC方法统计精度的改善、PBMC方法的加速、PBMC方法扩展... 详细信息

基于模拟颗粒凝并方程的一致性条件,提出一类新的异权值模拟颗粒凝并准则来优化凝并过程的Markov步进模型。模拟结果表明,Markov步进越大,计算效率越高,但精度降低。进一步讨论了PBMC方法统计精度的改善、PBMC方法的加速、PBMC方法扩展用于模拟颗粒破碎、冷凝/蒸发、成核、沉积、烧结等动力学事件或同时发生的多个动力学事件、PBMC实现多变量颗粒群平衡模拟、

关键词：颗粒群平衡模拟随机方法

来源：评论

学校读者我要写书评

暂无评论

基于Monte-Carlo算法的燃烧过程碳烟颗粒生成特性

引用

内燃机学报 2014年第5期32卷 437-442页

作者：颜方沁成晓北刘贝陈亮黄荣华华中科技大学能源与动力工程学院湖北武汉430074

基于颗粒群平衡模拟的理论方法,建立描述碳氢燃料碳烟颗粒群尺寸分布函数演变过程的颗粒群平衡方程,将已有的详细化学反应机理和基于颗粒群平衡理论的碳烟模型进行耦合,采用直接模拟Monte-Carlo算法求解系统中的颗粒群平衡方程,获得燃... 详细信息

基于颗粒群平衡模拟的理论方法,建立描述碳氢燃料碳烟颗粒群尺寸分布函数演变过程的颗粒群平衡方程,将已有的详细化学反应机理和基于颗粒群平衡理论的碳烟模型进行耦合,采用直接模拟Monte-Carlo算法求解系统中的颗粒群平衡方程,获得燃烧过程中碳烟颗粒群尺寸分布函数的时空演变过程详细信息,同时模拟颗粒群成核、表面生长、凝并和氧化等多个动力学事件演变过程,分析颗粒数浓度、碳烟体积分数和最大颗粒数对颗粒物形成过程的影响规律,以及燃烧过程中颗粒粒径分布特性.

关键词：颗粒群平衡模拟液体燃料碳烟颗粒尺寸分布

来源：评论

学校读者我要写书评

暂无评论

静电增强湿式除尘器的优化运行

引用

动力工程 2007年第6期27卷 954-959,968页

作者：赵海波郑楚光华中科技大学煤燃烧国家重点实验室武汉430074

利用颗粒和液滴间的静电吸引力可以大幅度提高传统湿式重力喷淋除尘器的除尘性能。着重分析液滴荷电而颗粒不荷电的湿式除尘器的工作状况,阐述了布朗扩散、拦截、惯性碰撞和静电捕集等4种除尘机理。介绍了典型工况中该除尘器烟尘颗粒度... 详细信息

利用颗粒和液滴间的静电吸引力可以大幅度提高传统湿式重力喷淋除尘器的除尘性能。着重分析液滴荷电而颗粒不荷电的湿式除尘器的工作状况,阐述了布朗扩散、拦截、惯性碰撞和静电捕集等4种除尘机理。介绍了典型工况中该除尘器烟尘颗粒度分布,并通过分析捕集速率(沉积核)的方式对该除尘器的运行优化进行了分析。结果表明:含尘气流输运速度越大,液滴喷射速度越小;液滴几何尺度越小,液滴荷质比越高;液气比越大,越有利于可吸入颗粒物的高效脱除。

关键词：环境工程学湿式除尘器除尘效率颗粒群平衡模拟可吸入颗粒物

来源：评论

学校读者我要写书评

暂无评论

300MW燃煤锅炉静电除尘器的现场实验和数值模拟

引用

热能动力工程 2008年第3期23卷 259-264页

作者：赵海波郭欣郑楚光华中科技大学煤燃烧国家重点实验室湖北武汉430074

采用实验研究和数值模拟的方法对除尘装置收集烟尘颗粒的过程进行定量描述,是发展高效可吸入颗粒物（PM）除尘方案的理论基础。对300MW燃煤锅炉静电除尘器（ESP）前后的飞灰颗粒进行在线采样,以研究其尺度分布规律和排放特征,采样系统... 详细信息

采用实验研究和数值模拟的方法对除尘装置收集烟尘颗粒的过程进行定量描述,是发展高效可吸入颗粒物（PM）除尘方案的理论基础。对300MW燃煤锅炉静电除尘器（ESP）前后的飞灰颗粒进行在线采样,以研究其尺度分布规律和排放特征,采样系统由高温水冷取样管、旋风分离器和低压撞击器组成。实验结果表明,ESP前后飞灰颗粒呈典型的双峰分布,峰值出现在0.08μm和2-5μm附近。然后以ESP进口实验结果为初始条件,采用事件驱动常体积法对ESP的除尘过程进行颗粒群平衡模拟,能够得到烟尘颗粒尺度谱在ESP纵向长度上演变过程的细节信息,ESP出口颗粒尺度分布的模拟结果与试验结果较为吻合。

关键词：燃煤锅炉静电除尘器可吸入颗粒物颗粒群平衡模拟颗粒尺度谱

来源：评论

学校读者我要写书评

暂无评论

描述离散系统动力学演变的Monte Carlo方法分析

引用

工程热物理学报 2006年第z1期27卷 213-216页

作者：赵海波郑楚光华中科技大学煤燃烧国家重点实验室湖北武汉430074

通用动力学方程通过描述离散系统中颗粒尺度分布的演变过程来量化颗粒动力学演变过程,而Monte Carlo(MC)算法是求解通用动力学方程的重要方法.目前几种主流的MC算法为Liffman的直接模拟Monte Carlo算法(DSMC)、阶梯式常体积法、常数目... 详细信息

通用动力学方程通过描述离散系统中颗粒尺度分布的演变过程来量化颗粒动力学演变过程,而Monte Carlo(MC)算法是求解通用动力学方程的重要方法.目前几种主流的MC算法为Liffman的直接模拟Monte Carlo算法(DSMC)、阶梯式常体积法、常数目法和多重Monte Carlo(MMC)算法.利用这些MC算法描述理想的纯凝并工况和纯破碎工况,发现:由于避免了多个动力学事件之间的解耦过程,基于事件驱动的MC算法比基于时间驱动的MC算法具有更高的计算精度和更低的计算代价;由于尽量减少对整体系统的扰动,阶梯式恢复模拟颗粒数目的MC算法比连续式恢复模拟颗粒数目的MC算法具有更高的精度;由于始终保持计算区域体积,多重Monte Carlo算法具有更友好的扩展性.

关键词：颗粒群平衡模拟颗粒尺度分布数值算法计算精度计算代价

来源：评论

学校读者我要写书评

暂无评论

紧凑型混合颗粒收集器的数值模拟

引用

中国电机工程学报 2008年第5期28卷 12-16页

作者：赵海波郑楚光煤燃烧国家重点实验室(华中科技大学) 湖北省武汉市430074

单独的静电除尘器(electrostatic precipitator,ESP)和布袋除尘器均对于0.1～1μm的亚微米颗粒具有较低的除尘效率。采用复合外加条件,即ESP和布袋除尘器串联的紧凑型混合颗粒收集器(compact hybrid particulate collector,COHPC),有望... 详细信息

单独的静电除尘器(electrostatic precipitator,ESP)和布袋除尘器均对于0.1～1μm的亚微米颗粒具有较低的除尘效率。采用复合外加条件,即ESP和布袋除尘器串联的紧凑型混合颗粒收集器(compact hybrid particulate collector,COHPC),有望提高可吸入颗粒物的除尘效率。针对一典型300MW机组的ESP,讨论了2种对其进行改造的技术方案,即对ESP本体进行改造和采用COHPAC,对改造前后ESP的除尘过程进行了颗粒群平衡模拟,并对电增强布袋除尘器的非稳态除尘过程进行了数值模拟,从而定量描述可吸入颗粒物在多种外加条件下的非线性和微尺度动力学演变规律。数值模拟结果表明,COHPAC比本体改造前后ESP具有更高的可吸入颗粒物(particulate matter,PM)除尘效率,整体质量和整体数目除尘效率可以达到99%以上。

关键词：静电除尘器布袋除尘器可吸入颗粒物颗粒群平衡模拟除尘效率数值模拟

来源：评论

学校读者我要写书评

暂无评论

双组分颗粒团聚过程中组分混合程度的预测

引用

中国科学院大学学报（中英文） 2017年第2期34卷 204-209页

作者：赵翰卿徐祖伟赵海波华中科技大学煤燃烧国家重点实验室武汉430074

多组分颗粒凝并是颗粒长大过程的主要物理机制之一。对于双组分凝并,混合程度χ为一重要衡量标准,是预测组分分布的关键参数。针对双组分颗粒团聚的非稳态过程研究混合程度随时间的变化关系,采用颗粒群平衡模拟异权值快速Monte Carlo方... 详细信息

多组分颗粒凝并是颗粒长大过程的主要物理机制之一。对于双组分凝并,混合程度χ为一重要衡量标准,是预测组分分布的关键参数。针对双组分颗粒团聚的非稳态过程研究混合程度随时间的变化关系,采用颗粒群平衡模拟异权值快速Monte Carlo方法,进行模拟,最终预测出χ与初始条件的关系,得到自由分子区布朗凝并与连续区布朗凝并的指数形式预测公式,并进行验证,从而可以通过合理选择初始参数,优化控制组分分布和实现颗粒定向功能制备。

关键词：颗粒群平衡模拟双组分凝并 Monte Carlo方法混合程度

来源：评论

学校读者我要写书评

暂无评论

基于多重蒙特卡洛方法的二次气溶胶颗粒核化过程的数值研究

引用

力学季刊 2012年第3期33卷 387-397页

作者：丁珏刘义王庆涛翁培奋上海大学上海市应用数学和力学研究所上海200072

气粒转化中均质成核是产生二次气溶胶颗粒物的重要途径,即由过饱和体系中分子团吸附气体分子而使得自身尺度超过临界成核尺度形成二次气溶胶颗粒物。基于此,文中在颗粒稀疏和分子混沌假设的基础上,对雾霾环境H_2SO_4-NH_3-H_2O均质异分... 详细信息

气粒转化中均质成核是产生二次气溶胶颗粒物的重要途径,即由过饱和体系中分子团吸附气体分子而使得自身尺度超过临界成核尺度形成二次气溶胶颗粒物。基于此,文中在颗粒稀疏和分子混沌假设的基础上,对雾霾环境H_2SO_4-NH_3-H_2O均质异分子气粒转化的过程建立成核和生长的热力学和动力学模型。基于颗粒群平衡模拟,利用多重蒙特卡罗算法开展三元均质核化的研究。数值讨论环境温度、湿度对颗粒成核速率、临界胚胎尺度的影响,分析环境中不同气态硫酸浓度下成核颗粒物数目和粒径的演化过程。计算结果表明:环境温度低、湿度高,H_2SO_4-NH_3-H_2O三元成核速率较大,并且核化生成的颗粒粒径主要处于1nm-3nm范围内。

关键词：二次气溶胶核化动力学颗粒群平衡模拟多重蒙特卡洛方法

来源：评论

学校读者我要写书评

暂无评论

颗粒凝并动力学Monte Carlo方法的高效GPU并行计算

引用

科学通报 2014年第14期59卷 1358-1368页

作者：赵海波徐祖伟刘昕史家伟郑楚光华中科技大学煤燃烧国家重点实验室武汉430074

Monte Carlo(MC)方法作为一种求解颗粒群平衡方程(PBE)的有效方法(PBMC),由于它对多维问题的适应性、符合实际颗粒动力学特征的离散和随机本质、程序结构相对简单、易于编程实现等优点受到人们持久、普遍的关注.但在涉及到颗粒凝并问题... 详细信息

Monte Carlo(MC)方法作为一种求解颗粒群平衡方程(PBE)的有效方法(PBMC),由于它对多维问题的适应性、符合实际颗粒动力学特征的离散和随机本质、程序结构相对简单、易于编程实现等优点受到人们持久、普遍的关注.但在涉及到颗粒凝并问题时,常规的PBMC方法计算代价较高,与模拟颗粒数目的平方成正比,限制了其工程应用.并行计算技术的快速发展,特别是近年来NVIDIA公司提出的计算统一设备架构(CUDA)为PBMC的快速高效模拟提供了一个良好的平台.本文在CUDA平台上实现了颗粒凝并动力学PBMC的图形处理器(GPU)并行计算(分别实现了累计概率法和接受-拒绝法选择凝并对)及中央处理器(CPU)的协同处理,与目前广泛运行于CPU的串行计算相比,取得了精确的计算结果和非常明显的加速,计算代价仅与颗粒数目成正比,在当前主流GPU/CPU设备上能够达到上百倍的加速比.

关键词：颗粒群平衡模拟凝并随机模拟并行计算 CUDA 计算效率

来源：评论

学校读者我要写书评

暂无评论

建议与咨询留下您的常用邮箱和电话号码，以便我们向您反馈解决方案和替代方法

时间限定

文献类型

馆藏选择

核心期刊

语言

文献类型

帮助

文字说明：

检索规则说明：

检索范例：

分类表

所选分类

限定检索结果

文献类型

馆藏范围

日期分布

学科分类号

主题

机构

作者

语言

请选择保存的检索档案：

请选择收藏分类：

通借通还

建议与咨询 留下您的常用邮箱和电话号码，以便我们向您反馈解决方案和替代方法

时间限定

文献类型

馆藏选择

核心期刊

语言

文献类型

帮助

文字说明：

检索规则说明：

检索范例：

分类表

所选分类

限定检索结果

文献类型

馆藏范围

日期分布

学科分类号

主题

机构

作者

语言

请选择保存的检索档案： 新增检索档案 确定 取消

请选择收藏分类： 新增自定义分类 确定 取消

通借通还

建议与咨询留下您的常用邮箱和电话号码，以便我们向您反馈解决方案和替代方法

请选择保存的检索档案：

请选择收藏分类：