有机粘土疏水性吸附过程的分子模拟:烷基碳原子数和有机物logK_(ow)的影响

基于从分子尺度上解析改性剂烷基碳原子数和有机物疏水性对有机粘土吸附能力的影响机制,以从头算的量子化学计算方法(MP2/6-31g(d))模拟了有机粘土在水溶液中的吸附过程.通过计算吸附前后几何构型、能量、化学键和电荷分布等参数的变化,分析了影响有机粘土疏水性吸附的关键因素,并对疏水性吸附作用力的化学本质进行了初步探讨.计算结果表明,烷基碳原子数增加对提高有机物吸附能的作用并不显著,长链烷基提高有机粘土吸附容量的真正原因在于其可提供更多的有机物吸附位.有机物的疏水性(以正辛醇-水分配系数logKow表征)是影响疏水性吸附过程的关键因子,水分子的引力作用对疏水性吸附具有决定性影响,理论上解释了普遍存在的有机物吸附量与logKow呈正相关的实验现象.疏水性吸附力的作用前提是有机物为疏水性,即当水分子的引力作用较弱时疏水性作用力才可以表现出来;而对于亲水性有机物,疏水性吸附力会被水分子的引力所抵消,吸附强度减弱.模拟红外光谱和电荷分布结果表明,吸附前后无化学键断裂和电子得失的发生,只有原子电荷密度的微小变化,据此推测疏水性吸附力以分子间弱相互作用力——London色散力为主.     

基于响应曲面法袋式除尘器清灰性能的数值研究

利用计算流体动力学（CFD）方法,采用二维、可压缩、非稳态流动数学模型,对袋式除尘器脉冲喷吹过程中滤袋内的清灰流场进行了数值模拟,比较了滤袋壁面压力峰值的模拟值和试验值.同时,利用该模型,基于响应曲面法并使用统计软件MinitabV15研究了喷嘴直径、喷吹高度、文丘里管喉管直径、文丘里管及布袋长度对袋式除尘器清灰性能的影响,并得出了这5个影响因子的二次多项式预测模型.结果表明,滤袋表面压力峰值的模拟值与试验值变化趋势基本上是一致的,误差在10%左右,从而验证了本文数值计算模型的可靠性.在上述5个影响因素中,喷嘴直径（d）、文丘里管喉管直径（de）及布袋长度（L）对清灰性能影响显著,其中,清灰性能随着喷嘴直径和文丘里管喉管直径的增大而提高,随着布袋长度的增大先提高后降低.在本文所研究的尺寸范围内,当d=20mm、de=60mm及L=3360mm时,清灰效果分别达到最优.所得结论有助于进一步改善袋式除尘器的清灰性能.     

东南沿海生物气溶胶的扩散模拟研究

将沿海扩散模式OCD与区域输送模式相嵌套,集成在区域空气质量模拟系统RegAQMS中,由天气研究和预报模式WRF提供气象场,大气边界层模式计算湍流场和边界层特征参数,并引入生物气溶胶的干湿沉积、生物学衰变、温度和湿度衰减、紫外辐射衰减等过程,使得RegAQMS具备模拟生物气溶胶浓度分布的能力.利用改进后的RegAQMS,以2008年7、8月为例,针对东南沿海地区,进行了口蹄疫病毒生物气溶胶扩散有关物理和生物过程的敏感性试验,对地面口蹄疫病毒浓度进行模拟和风险等级评估.敏感性试验表明,考虑干湿沉积、温度、湿度和生物学衰减过程之后,7、8月地面病毒平均浓度(≥0.01μg.m-3的网格点平均)分别减小61.9%和65.6%,污染区面积分别减小25.6%和50.1%,温度衰减是影响夏季病毒浓度的最主要过程,生物学衰减和干湿沉积也起着较大的作用,湿度衰减的影响很小.风险和感染评估结果表明,在与前人研究类似的源释放条件下,研究区域大部分为低等风险区和安全区,高等风险区以上的面积较小,呈条状分布在两个主要风频的下风向,7月和8月的风险区面积分别占整个区域面积的61.6%和54.2%,感染区面积占整个区域面积的不到1%.受海洋大气和海峡地形作用的影响,流场规则、日风向变化和水平湍流强度小,这些是引起病毒较高传播风险和感染的主要原因.     

感潮河网溢油归宿的数值模拟研究

基于拉格朗日油粒子模型、溢油风化模型以及三维水动力、泥沙和吸附质模型构建了溢油双层数学模型.模型不仅能够模拟油膜的运动轨迹、岸边吸附与冲刷、油品性质变化过程,而且通过耦合泥沙吸附及沉积动力学过程,能够更加客观地模拟溢油从水体向底泥环境的迁移过程,更全面地反映溢油在环境中的归宿.此外,本文以假设溢油事故为背景,模拟和分析了洪、枯季节条件下珠江广州段溢油事故对河网陆地边界、河网水质及底泥环境的影响.     

某危险废物填埋场地下水污染预测及控制模拟

以某危险废物填埋场为研究对象,在收集其水文地质资料基础上,运用Visual Modflow建立填埋场地下水水流和溶质运移耦合模型,对填埋场防渗层发生渗漏后,渗滤液中Cr6+在地下水中的运移过程以及地面硬化、防渗墙和排水沟3种污染控制措施对污染羽阻隔效果进行模拟预测.结果表明,Cr6+随地下水流方向运移形成污染羽,10 a后污染羽到达水塘边界,运移距离约为1 450 m,但随后10～20 a之间污染羽扩散范围没有明显扩大;地表硬化后,20 a内污染羽未扩散至水塘边界;防渗墙设置到上层含水层底部时,监测井Cr6+浓度高于未设置防渗墙时浓度,设置到下层含水层底部时,Cr6+浓度与设置于上层含水层时监测结果相反;排水沟日排水量达到2 642 m3时能有效控制污染羽扩散,20 a后污染羽尚未污染监测井;地表硬化与排水沟组合控制污染物扩散,效果最佳,同时排水沟日排水量可减少为1 878 m3.因此,当填埋场发生渗漏时,建议采用设置排水沟与周边地表硬化组合的地下水污染控制措施.     

火电湿法烟气脱硫流程优化的实现方案研究

在给定脱硫流程模拟优化参数的情况下,尝试了基于DCS系统和基于OA局域网的两种优化控制改进方案,后一种方案解决了优化控制系统的安全性、稳定性、扩展性、易管理等问题。同时采用该控制系统的3号脱硫系统的控制效果最佳,且脱硫效率循环浆液泵功率比随着操作方式相近度的提高而呈递增趋势。     

城市居住区毒气扩散数值模拟

针对某居住区附近氯气储罐连续泄漏,通过求解三维不可压缩Navier-Stokes方程、K-ε湍流模型和物质浓度方程,模拟毒气在建筑物扰动条件下的扩散过程以及浓度时空分布特征,以毒气负载为基础给出近地面毒气危害区域,探讨毒气扩散对周边居民的影响。     

硫酸铝渣和硫铁矿烧渣制聚硅酸硫酸铁的研究

研究硫酸铝渣和硫铁矿烧渣制聚硅酸硫酸铁的工艺流程及其主要参数.提取硫酸铝渣中的SiO2得到Na2SiO3溶液,提取硫铁矿烧渣中铁得到FeSO4结晶.用FeSO4结晶制备聚合硫酸铁.用含3.5% SiO2的Na2SiO3溶液,控制pH=4.0,制得聚硅酸,将聚合硫酸铁加入聚硅酸制得聚硅酸硫酸铁絮凝剂.红外光谱分析表明,聚硅酸硫酸铁结合了SO2-4.检测了聚硅酸硫酸铁对模拟浊水和垃圾填埋场渗滤液的絮凝效果,用铁和硅物质的量比为0.5、用量0.5 mL/L的聚硅酸硫酸铁,处理模拟浊水,除浊率可达90%以上.用铁和硅物质的量比为1.5、用量4.0 mL/L的聚硅酸硫酸铁处理垃圾填埋场渗滤液生化处理尾水,CODCr去除率可达60%.     

基于Anylogic的某高铁客运站人群疏散设施优化研究

高铁客运站突发事件下人员疏散具有不确定性、复杂性等特点,为研究疏散设施如何优化才能满足人员疏散要求,本文基于某高铁站客流路线图绘制高铁站人流疏散模型,利用Anylogic仿真软件进行疏散时间与疏散人数、楼梯宽度、闸机数量关系的模拟研究,并且对疏散出口区域的人流密度和人流量进行统计分析.结果表明:随着楼梯宽度的增加,总疏散时间会逐渐减小,但当楼梯宽度增加到一定程度时,总疏散时间反而会增大然后趋于稳定;随着闸机台数的增加,总疏散时间刚开始减小,后逐渐趋于稳定;分散设置疏散出口,适当控制闸机与闸机之间的距离,可避免闸机出口处人流密度过高.最后根据模拟结果,给出不同状态下人员疏散设施优化的合理建议,疏散设施的优化在一定程度上可以避免出现人员拥挤踩踏的群死群伤事故.     

上、下悬窗阻风能力对比研究

环境风会改变排烟窗附近的烟气流向和速度,影响建筑内烟气流动,进而导致建筑自然排烟效率受到影响。采用数值模拟方法,对比研究了排烟窗开启角度和环境风对上、下悬窗阻风能力的影响,分析了不同开窗角度下,悬窗进风量和进风区域随开窗角度和风速的变化规律。结果表明:上、下悬窗相对进风量与开窗角度均成指数关系,但上悬窗阻风能力弱于下悬窗,上悬窗开窗角度大于45°后即失去阻风能力,而下悬窗开窗角度大于75°后才逐渐失去阻风能力,且开窗角度小于30°时,下悬窗至少能比上悬窗多减少50%空气进入室内。上悬窗开窗角度小于56°时,主要进风区域为近窗下侧水平区域;下悬窗开窗角度小于30°时,主要进风区域为窗体两侧及远窗下侧竖直区域,随着开窗角度增大,上、下悬窗主要进风区域均过渡到远窗下侧竖直区域。窗体用于日常通风时建议优选上悬窗。若要用于排烟,则应首选下悬窗,开窗角度15°即可满足阻风要求,若选用上悬窗,开窗角度不宜大于45°。