数值软件自适应性能优化搜索过程评价技术研究

随着计算机硬件的快速变化,如何充分利用计算机资源,使软件性能尽可能逼近处理器峰值是人们关心的问题.针对特定硬件平台手工优化程序,或者依赖编译器优化技术,存在人工介入,难与硬件更新同步等问题.而采用自适应性能优化技术实现的高性能数学软件包(SANS)如FFTW,ATLAS,PHiPAC,OSKI等,可有效解决前两种方法存在的问题,降低开发成本,提高软件可移植性.针对自适应性能优化技术中,优化参数搜索过程十分耗时的问题,提出对优化搜索过程的评价指标Pt,并给出用此指标控制优化搜索过程的方法.实验表明运用该指标可以在较短的时间内得到一个合理的性能值.

生物油热解与燃烧特性的实验研究

生物质快速热解制油技术能以连续的工艺和工厂化的生产方式将木屑等生物质转化为易储存、易运输、能量密度高的生物油，是目前受到较多关注的一种转换技术。生物油既可以在锅炉中直接燃烧使用，也可用于热解气化制备合成气，再进一步合成为高品质的液体燃料。 为更好地处理生物油燃烧与热解过程中出现的问题，并为燃烧与热解反应装置的设计及优化提供必要数据，本文首先对由木屑在自热式生物质热解液化装置中热解得到的生物油进行了各种理化特性的分析，之后利用热重、热重-红外联用、管式炉等对生物油的热解与燃烧特性进行了实验研究。 生物油在氮气与氧气气氛下、不同升温速率的热重分析试验表明：生物油的热解分为两个阶段，第一阶段为生物油中低沸点有机物的挥发以及各组分间反应生成各类产物的过程，第二阶段为各种重组分的裂解过程。而生物油的燃烧则分为三个阶段，即前期的挥发与裂解和最后焦炭的燃烧过程。升温速率的升高使得氮气气氛中生物油样品的初始失重温度、失重峰值温度及对应的最大失重速率均有所增大，且在较高升温速率(20℃/min)下，较少含炭残余物形成。随升温速率升高，生物油着火温度提高，最终失重率无显著变化。采用热重-红外联用技术，对生物油热解过程中所释放气体进行了实时监测，在线分析结果表明，反应初始阶段主要析出物为自由水、低沸点的酸类、醇类、醛类、酮类等，随后主要释放物为水、CO2等，主要来自重组分的裂解。最后根据热重数据对热解与燃烧各段反应进行了动力学拟合。动力学分析结果表明：氮气气氛中生物油的热解过程可用两个一级反应来描述，对应其热解过程中的两个不同阶段，而生物油的燃烧过程可用三个一级反应来表示。 生物油的管式炉热解实验表明：随热解温度的升高，生物油产气率不断提高，在1100℃时达到最大值398ml/g。生物油热解气体产物中主要包含H2、CO、CO2及烃类如CH4、C2H4、C2H6等,产气热值在16.9～19.1MJ/Nm3间。在900℃下，生物油各种产物气体、残炭、焦油的比例约为30:6:64,残炭含量低于同温度下木粉热解结果，而焦油含量较高。

回转窑热解处理废锌锰电池试验研究

我国电池生产量已经达到209亿节（2003年），多年来一直占据世界第一大电池生产国的地位，其中锌锰电池占大多数。废锌锰电池丢弃后，其中的重金属物质会逐渐渗透到地下，污染土壤和水体。重金属在生物体内富集，会使生物体致畸或致变。但同时，废锌锰电池中也含有大量有用的资源如锌、二氧化锰等。应对其进行回收利用，变废为宝。本文介绍了废锌锰电池回收处理的主要技术及研究进展，不同的处理技术回收废锌锰电池时的目标产物各不相同，但一般可分为以下几种：以单质形式回收锌、锰和汞；以合金的形式回收锌和锰；回收锌和二氧化锰；回收各金属元素制备复合微量元素肥料；回收锌、锰元素制备锰锌铁氧体；回收锌、锰元素制备硫酸锌和碳酸锰等。本文对一些废锌锰电池回收处理技术的优缺点从无害化程度、资源化程度、产品等级、工艺要求以及二次污染五个方面进行了分析和比较。在对国内外废锌锰电池回收处理技术进行分析比较的基础上提出了一种成本较低、可操作性较强的处理技术：先以干法除去废锌锰电池中的汞，然后以湿法除去其它的有害重金属并进一步加工制备有机螯合微量元素肥料。 本文以回转窑中物料停留时间的经验公式和传热学的知识设计和计算了回转窑的长度和内径尺寸、电热丝的功率以及外围的保温材料厚度等参数。用保温材料和润滑油相结合的方式对回转窑的连接部分实行密封。通过调整回转窑的转速和回转窑支架两端高度差的方式控制物料在回转窑中的停留时间，从而调节热解时间的长短。利用自动控制设备调节电热丝的功率从而调节试验中的热解温度。利用该回转窑在不同条件下对热解处理废锌锰电池进行了试验研究，热解过程中产生的尾气和颗粒物用一系列吸收液进行吸收和固定。 在热解试验中改变影响热解过程的三种因素：热解温度、热解时间和载气流速并按三因素四水平的正交方法安排试验。改变废锌锰电池热解过程中的热解温度、热解时间和载气流速三种因素进行正交试验并利用正交统计学的方法分析了这三种因素对热解除汞率的影响。利用ICP检测仪测定了各吸收液中汞的含量，并分析热解气体产物经过系列吸收液时汞被吸收的情况以及汞的形态分布。利用气相色谱仪对尾气成分进行了测定，并对热解过程中产气的过程和规律进行了分析。用X射线衍射测试的方法研究了热解前后锌锰电池的物质形态变化情况。对除汞率的正交统计分析表明，合适的热解条件为：热解温度690℃，热解时间100min，载气流速0.06m3/h，在这种试验条件下热解处理废锌锰电池的除汞率达到100%。同时还得到：热解时间对除汞效果影响最大，热解温度次之，载气流速的影响较小。ICP测试的结果表明：热解尾气在经过试验中设置的吸收瓶后，其中的汞被完全吸收，尾气中95%以上的汞以单质的形式存在。气相色谱分析的结果表明，热解开始后，废锌锰电池中的有机质迅速分解，其产物为C2H4、CH4和H2等。一段时间后，有机质的分解量大幅度减少，同时废电池中的石墨碳和高价金属氧化物发生氧化还原反应，生成CO气体。对废锌锰电池原料以及热解残渣的X射线衍射分析表明，当热解温度为350℃时，X射线衍射图谱上2θ值为35°附近的区域有新峰出现，但不明显，说明有结晶体形成但量不大。500℃时上述峰明显增强，这是由于ZnO和FeO形成了结晶体，同时在2θ值为41°附近有新峰出现，这是高价锰氧化物与石墨碳发生氧化还原反应生成了MnO并形成了结晶体。650℃时，2θ值在41°附近的峰显著增强，且热解过程中形成的峰稳定下来，基本上不再有新的结晶体生成。热解后，高价锰氧化物的相对含量从32.2%下降到4.6%，而MnO的相对含量则从6.4%上升到38.6%。热解后的残渣中晶体物质含量大，金属元素大多以低价态存在，适合于制备有机螯合微量元素肥料。

广东典型藻类特点及其能源利用可能性研究

大型海藻的生产力高，生产成本低，是一种理想的能源作物。广东省是我国海洋大省之一，约35万平方公里的海域，海藻物种丰富，为海藻养殖提供了有利的条件。我省是能源消耗大省，大部分依靠外省调入和进口，发展海藻能源技术是缓解能源问题的重要途径之一。目前，海藻作为生物质的利用技术还不成熟。在本论文中，选用我省常见的江蓠、马尾藻和麒麟菜三种的大型的海藻进行热解和发酵实验。 首先，对海藻在不同温度下（400℃～900℃）热解得到的各产物（气体、焦油和残渣）产率和热值以及气体组分进行了分析，研究了各热解产物产率、热值和气体组分随温度的变化规律，分析热解过程中的K、Ca、Na、Mg等元素的析出和迁移规律。用去离子水和稀盐酸对海藻进行洗滤预处理，研究其热解特性，进行热重分析，建立海藻热解的反应动力学模型，并计算海藻的动力学参数。分析结果表明：热解气体中的主要成分为H2、CO、CH4、C2H4、C2H6等，热解气低位热值介于5～15 MJ/m3之间。海藻本身具有灰分含量较高和热值较低的特点，水洗可以有效地脱除部分的碱金属，并可以减少灰分含量，改善海藻的热解特性。 其次，以江蓠和马尾藻为底物进行发酵。结果表明：海藻中含有大量金属阳离子，直接发酵容易溶解到料液中，抑制微生物生长，影响发酵效果。用淡水浸泡以后的海藻能容易进行发酵。江蓠的产气率要高于马尾藻。在发酵温度为35℃，简单破碎，料液浓度为5%的条件下，江蓠TS（总固体）产气率是390.6L/kg 。在55℃，颗粒大小0.6～0.9mm，料液浓度为5%的条件下，马尾藻TS产气率是173.1L/kg。 通过对比海藻热解和发酵过程及结果的比较可以发现，海藻热解产气率低，碱金属容易析出；海藻发酵可以直接利用湿原料，产气率高，但发酵时间较长，需要合适的菌种。在目前没有特殊专有技术的情况下，采用发酵比采用热解实现海藻的能源化利用可能性更大。 最后，对本论文的研究探讨进行总结，并对今后进一步完善该工作提出了建议。

热学微流控系统中瞬态相变传热研究

微尺度相变传热广泛存在于微反应器、微型燃料电池、微蒸发器、微冷凝器、微热管、微汽泡执行器等微流控器件中，研究微流控系统中的相变问题对于微流控器件的设计和运行具有重要的科学意义。本文针对三类典型的微尺度相变问题，即微尺度流动沸腾、微尺度流动凝结以及微加热器上的汽泡动力学进行了深入细致的研究，实验研究中所采用的实验件均为标准MEMS微加工工艺制作，克服了常规机械加工所造成的表面粗糙度的影响。 考虑到微流控系统中大量应用交叉型、弯曲型等复杂结构的微通道，在微尺度流动沸腾研究中，设计了一种具有交错微通道结构的微流控芯片，并以丙酮为工质，对该芯片内的流动沸腾进行了研究。发现了周期为毫秒量级微时间尺度的流型结构，整个周期包括单相液体充液、两相分层流以及部分蒸干的液膜流三个阶段；在单个微通道区域，由于蒸发动量力的作用，液膜沿流动方向呈非均匀分布，蒸干首先发生在上游；由于液相弗劳德数较小，导致微通道中依然存在分层流流型。由于毕渥数较小，芯片背面温度几乎与芯片内壁面温度保持同步变化。虽然红外热像仪的响应频率较低，但仍然可以鉴别出由于流型周期性转换导致的壁面温度脉动。 在微尺度流动凝结换热研究中，为便于获取凝结过程的动态流动特性，设计了一种低高宽比的单微通道，并以水为工质，对该微通道中的流动凝结换热进行了研究。实验中采取了空气自然对流冷却和 水强制对流冷却两种冷却强度。研究发现，该微通道中的凝结换热呈周期性，其周期在毫秒量级。在通道上游入口处，存在一个呈准静止状态的长汽弹，汽弹前端周期性脱离汽泡。增加冷却强度会使汽泡的脱离频率增大，脱离直径减小；长汽弹前端周期性脱离汽泡是由于汽液界面具有较大的韦伯数。汽泡在该微通道内的运动过程中直径基本不变是由于汽泡在通道内的滞留时间远小于汽泡完全冷凝所需的总时间。 为澄清并联通道的多通道效应对微尺度凝结换热的影响，作者设计了由三个矩形通道组成的并联微通道冷凝器。研究发现，通道中的流型结构与单通道凝结过程类似，均为上游呈准静止状态的长汽弹和下游周期性的汽泡脱离。在中间通道和侧通道中，总共发现了三种不同的汽泡脱离模式，即单汽丝断裂模式、双汽丝同步断裂模式以及双汽丝非同步断裂模式。多通道效应主要表现在由于硅基固体导热的影响，三个通道中具有不同的温度分布，中间通道的温度关于其中心线成对称分布，而两侧通道中的高温区域均靠向中间通道。虽然硅具有良好的导热性，整个硅基上的温差很小，但在微尺度下，小温差依然可以导致较大的温度梯度，造成中间通道的双汽丝关于其中心线成对称分布，并且总是发生同步断裂；侧通道中的双汽丝偏向中间通道，并且在靠近中间通道的一侧汽丝总是首先发生断裂。由于温度梯度引起的Maragnoni对流效应，侧通道中的汽泡脱离后便靠向高温侧。 在微汽泡动力学研究中，设计了一种尺寸为 的Pt薄膜微加热器，研究了脉冲控制参数对微加热器上汽泡动力学特性的影响。研究发现在该微加热器上发生汽泡核化时，核化温度均达到液体的过热极限，因此为均质核化过程。在不同的脉冲控制参数下，存在三类不同的汽泡动力学特性，即（1）汽泡爆炸性生长和冷凝以及汽泡二次生长；（2）汽泡爆炸性生长继而分裂、吸引并聚合；（3）汽泡振荡生长而后持续生长并最终达到稳定状态。在第（1）类中，汽泡二次生长是由于脉冲加热过程中在玻璃基片上储存了热量；在第（2）类中，汽泡冷凝过程中的Marangoni效应导致分裂后的汽泡互相吸引并最终聚合。在第（3）类中，汽泡尺寸最终达到稳定是由于汽泡内蒸汽的发生量与汽液界面上蒸汽的凝结量相等。 本文的研究将为微反应器、微型燃料电池、微换热器、微汽泡执行器等相变微流控系统的设计和运行提供科学指导。

海底沉积层中水合物成藏过程模拟

水合物成藏是一种动态演变过程，从生成和分解速度相对大小角度提出了天然气水合物的动态成藏理论；分析指出天然气水合物储层状态主要存在三种类型：成长型（包括渗透型与扩散型）、成熟型和消退型，必须结合经济型指标对这三种类型水合物藏进行开采可行性研究。 通过在自制的透明鼓泡反应釜内模拟气体迁移与水合物形成实验，解释了气体迁移对体系内传热与传质、溶解性质、过压等的影响因，进一步指出需要研究新的水合物相图。 从传热角度建立了水合物生长模型，计算并比较了南海北部陆坡琼东南盆地里甲烷水合物在渗漏系统和扩散系统下的生长速度，指出前者比后者快约20-40倍。 建立了水-气（游离气）-水合物-盐反应的多相流模型，演绎了在四个不同时刻随着水合物的形成，溶解度、渗透率、毛细压力、饱和度及盐度等的联动演变关系，并分析和比较了在沉积层水合物稳定区域内不同游离气饱和度和甲烷渗漏通量情况下水合物的形成过程和三种成藏类别。 反演了神狐海域水合物的形成，指出该区很可能是属于发育阶段的成长型渗漏系统水合物储藏，按照甲烷渗漏通量为0.5kg/m2·a计算，该地区已演化了约4800a，还需要约2700ka孔隙中水合物可到最大体积饱和度，达约75%，并在此后游离气将溢出沉积层进入海水中；计算得最终的甲烷水合物储量约为1.47×109m3，即该区最终将储存着约2200亿立方米甲烷气，是现在预测的约13倍！

智能玻璃建筑节能特性分析

智能玻璃能够根据人的意愿或者外界环境的变化动态的调节太阳光的输入，是新一代的建筑节能玻璃，目前引起广泛的关注。本文选取了两种典型的智能玻璃——电致变色玻璃和VO2热色玻璃，采用动态能耗分析软件EnergyPlus分别对其建筑节能特性进行了分析，具体研究内容如下： （1）讨论了电致变色玻璃不同控制方式对其节能效果的影响。结果表明，电致变色玻璃选用合适的控制方式可以显著降低建筑的能耗，但如果控制方式选用不当，采用电致变色玻璃后建筑的能耗反而会高于采用普通白玻的能耗。此外，无论在何种控制方式下，采用电致变色/LOW-E的节能效果都要优于电致变色/白玻中空玻璃。 （2）对VO2光学薄膜的膜系结构进行了优化，研究了外观颜色与膜层厚度的关系，设计出的TiO2(135nm)/VO2(50nm)/ITO(45nm)/glass三层膜结构相对于VO2(50nm)/glass的单层膜结构，太阳能调节量提高了从3.7%提高到9.8%，半导体状态时的可见光透过率从33.6%提高到55.5%，金属状态时的可见光透过率从34.0%提高到50.0%，同时半导体与金属状态时的膜面发射率都有很大程度的降低。 （3）研究了VO2热色玻璃的热学性能和建筑节能特性，重点分析了膜层结构、膜面位置、建筑的地理位置等因素对VO2热色玻璃建筑节能效果的影响。结果表明，对于单层VO2热色玻璃，其功能膜面朝向室内比朝向室外可以获得更好的节能效果，而对于由VO2热色玻璃与白玻组成的双层玻璃，其功能膜面位于室内玻璃的外侧时VO2很难起到相应的调节作用。另外，与其他类型的玻璃相比，虽然一定膜层结构下VO2热色玻璃在不同地区的建筑能耗低于白玻，但是在全年以采暖为主的严寒地区和全年以空调为主的夏热冬暖地区，VO2热色玻璃的节能效果分别不及高透型和遮阳型LOW-E玻璃。

用分子动力学模拟甲烷水合物热激法分解

用分子动力学模拟方法研究甲烷水合物热激法分解，系统地研究注入340 K液态水的结构Ⅰ型甲烷水合物的分解机理.模拟显示水合物表层水分子与高温液态水分子接触获得热能，分子运动激烈，摆脱水分子间的氢键束缚，笼状结构被破坏.甲烷分子获得热能从笼中挣脱，向外体系扩散.热能通过分子碰撞从外层传递给内层水分子，水合物逐层分解.对比注入277K液态水体系模拟结果，得出热激法促进水合物分解.

城市生活有机垃圾厌氧降解的过程机理与工程应用研究

首先进行城市生活有机垃圾典型组分的厌氧发酵产甲烷和产氢特性研究，在此基础上，设计厌氧发酵联产氢气和甲烷的组合工艺提高能源回收效率，并采用厨余垃圾和废纸联合厌氧消化的方式避免厨余垃圾单独厌氧消化的挥发性脂肪酸抑制。其次，结合国内近年出现的城市生活垃圾分选技术，分别以机械干分选有机垃圾和水分选有机垃圾为原料进行厌氧发酵产甲烷实验，并根据实验结果设计日处理500吨城市生活垃圾厌氧沼气工程及进行经济性评价。主要结论如下：（1）糖和淀粉类的生化产甲烷能力为260 mL/gVS，纤维素，粗纤维、蛋白类和脂类分别为244、145、258 、757 mL/gVS；蛋白质类原料在厌氧消化过程中容易形成“抑制型稳态”；脂类原料容易导致长链脂肪酸抑制。（2）碳水化合物（糖、淀粉和纤维素）是最佳的厌氧发酵制氢原料，蛋白类、脂类和木质纤维类均不适宜作为厌氧发酵制氢原料。采用厌氧发酵联产氢气和甲烷的组合工艺可以显著提高能源回收率。（3）厨余垃圾单独厌氧发酵容易受到VFAs的强烈抑制，采用厨余垃圾与废纸联合厌氧发酵，能够避免VFAs抑制。（4）水分选有机垃圾的生物可降解性优于机械干分选有机垃圾，在原料TS浓度为11%~16%时的甲烷产率为273~314 L/kgVS。（5）国家财政补贴，税收优惠和CDM额外收益决定了城市生活垃圾的厌氧消化与热电肥联产工程的经济可行性。

替代燃料二甲醚的燃烧特性及其污染物甲醛的生成消耗机理研究

化石燃料的不可再生性决定了其不能长久为全球经济和科技的发展提供能源动力，从可持续发展和能源战略的角度考虑，能够替代石油及其衍生品的清洁替代燃料研究已经成为提高能源供应安全、改善环境污染问题、应对气候变化的重要措施，对替代燃料的研究和应用已经成为各方关注和开发的热点。 二甲醚(DME、CH3OCH3)是一种最简单的醚类，它不含C-C健，可以由天然气、煤、生物质燃料等大量制备，而且具有较高的辛烷值(55-60)，较低的碳氢化合物、CO排放，没有PM排放，因而被认为是一种非常有发展前景的发动机替代燃料，已经受到了广泛的关注。但是，在发动机燃用DME的实验研究表明，在其排气中有非常规污染物甲醛(HCHO)、乙醛(CH3CHO)，甲酸甲酯(HCOOCH3)等排放，这些有机污染物会对环境和人类健康产生严重的危害，在环保要求日益严格的趋势下，这就制约了二甲醚的规模化应用。因此，对二甲醚燃烧性能、氧化中间产物甲醛等的产生和排放机理、相关污染物抑制技术需要进行着重研究，这对二甲醚燃料规模化应用、相关二甲醚燃烧器设计、燃烧性能的优化以及污染物控制技术的研究等都有着重要的理论指导意义和参考价值。 为了充分理解二甲醚燃料的燃烧特性、非常规污染物甲醛的产生和消耗机理，本文以实验和二甲醚化学反应动力学机理为指导，对二甲醚预混燃烧的燃烧特性、相关污染物和甲醛产生和消耗的机理做了详细的研究；并针对二甲醚燃料的不同应用背景，对二甲醚燃料低温下的氧化和甲醛生成特性、DME与LPG掺混燃烧特性和甲醛生成消耗机理进行了深入的研究，具体工作有： 研究了二甲醚预混燃烧特性、火焰中甲醛等污染物的产生特性，建立了火焰中甲醛取样、测量的方法和实验平台。并对当量比和燃料流量对二甲醚预混燃烧的燃烧特性、甲醛生成特性影响进行了考察，实验结果表明二甲醚是一种优良的替代燃料，在二甲醚火焰中甲醛是其重要的中间产物，甲醛浓度分布与当量比和预混气流速密切相关。当量比一定时，随着预混气流速的增加，火焰中甲醛产生的范围变窄，且甲醛浓度峰值逐渐移向燃烧器出口，而甲醛产生的浓度峰值数值上相差不大，甲醛在形成峰值后被快速消耗，其浓度在0.1mm内下降到几乎为零；在二甲醚流量一定时，随着当量比的增加，火焰中产生了更多的甲醛，火焰中甲醛分布的范围也变宽，而且当量比越大，甲醛的消耗也变缓，在当量比为0.8时，甲醛浓度从峰值到被消耗距离变为2mm，远大于当量比0.6和0.7下0.1mm的消耗距离。 对二甲醚预混燃烧进行数值研究和化学动力反应机理分析后发现，在二甲醚燃烧中，二甲醚的氧化反应途径主要是通过脱氢生成CH3OCH2和在高温下的直接裂解反应而进行，其中脱氢反应是低温下二甲醚消耗的主要途径，而在高温反应阶段(T>1000K)，DME的直接裂解和燃料的脱氢反应共同起主导作用；非常规污染物甲醛通过DME脱氢产物CH3OCH2的裂解和外部氧化而生成，在高温时通过DME直接裂解后被氧化产生；甲醛的消耗反应则是通过与H、O、OH和CH3基的氧化反应而完成，其中与O、OH基的反应在燃烧中起主要作用。因此二甲醚燃烧中甲醛的抑制关键在燃烧中甲醛的消耗阶段，采取有效的技术措施，如优化燃烧器结构提高二甲醚燃烧室内的温度、在燃烧区保证充足的氧气供应等措施，加快甲醛的消耗速度以促进其被完全氧化，可以实现二甲醚燃烧中甲醛的零排放。 针对柴油发动机燃用DME燃料时，燃料在燃烧室停留时间过短，造成部分未燃二甲醚随尾气排放，对DME在低温下(<800K)的氧化特性和甲醛生成特性进行了实验研究。结果表明，二甲醚在200℃左右就开始发生氧化反应，在200~400℃温度范围内被氧化而生成大量中间产物甲醛，且在此温度范围内甲醛不易被氧化分解，而发动机尾气温度（一般在200~600℃之间）处于甲醛最易生成的范围，因此未燃二甲醚在尾气中发生低温氧化反应生成的甲醛，是发动机燃用DME而排放高浓度甲醛的重要来源。研究结论为柴油发动机燃用DME抑制非常规污染物甲醛的排放提供了新的参考。 DME作为替代燃料，部分替代及与其他石化系燃料掺混燃烧是目前的重要应用方向，对DME与LPG掺混燃烧特性和甲醛生成特性进行了实验研究，结果表明，在DME与LPG掺混燃烧中，固定当量比和燃料质量流量的条件下，两种燃料存在一个最佳掺混比，在此掺混比例下，混合燃料着火提前，燃料燃烧性能最佳；DME与LPG混合燃料中，二甲醚是燃烧中甲醛产生的主要来源，控制DME的完全氧化和燃烧是抑制DME与LPG掺混燃烧排放甲醛的主要途径，这为更好地应用DME与LPG混合燃料提供了参考。 能否清洁高效燃烧是决定替代燃料DME应用规模和途径中的关键任务，本文对DME燃烧特性、非常规污染物甲醛的生成排放特性、低温下DME的氧化特性、DME与LPG掺混燃烧特性的研究，从不用的应用方向和领域对DME清洁高效燃烧进行了探讨和研究，研究成果可以为清洁高效利用二甲醚、抑制甲醛排放，以及开发相关燃烧技术、燃烧器提供实验依据和理论指导。本文在DME燃烧特性和非常规污染物甲醛的产生与排放方面取得了具有创新性的研究结果。

种子汽泡传热原理与实验研究

两相流动不稳定性是在各种水力学直径通道内所遇到的复杂现象，这些不稳定性对热能系统可能造成有害影响。本文以丙酮为工质，在受热微通道入口处设置微汽泡发生器，采用脉冲电压激励产生可控微汽泡，并以微汽泡为种子尝试对热微通道内沸腾不稳定性及传热的控制。实验研究表明低频种子汽泡热控能够减轻各参数的脉动幅度；高频种子汽泡热控能彻底抑制沸腾不稳定性；种子汽泡技术的优点是能够在各发泡频率下抑制沸腾不稳定性，强化换热。本研究结果为解决微通道内沸腾不稳定性提供了一种崭新有效的手段，大大延长了待冷却芯片的使用寿命。

高分子溶液中物理凝胶化的Monte Carlo模拟和小角中子散射研究

高分子凝胶广泛地存在于自然界以及日常生活中，按其形成作用力不同分为化学凝胶和物理凝胶两大类。由于高分子物理凝胶具有凝胶化的可逆性及其对环境条件强烈的响应性，因此，在近半个世纪的研究与应用中受到极大的关注。高分子溶液中的物理凝胶因其结构及形成机制复杂，在实验方面，除了散射技术及流变技术能够有效地揭示它的部分信息外，其它的实验手段很难用于这个领域的研究；在理论方面，化学凝胶的理论已经比较成熟，而物理凝胶的粘弹性质以及凝胶化是一个远离平衡态的松弛过程，除了一些特征的标度指数外，人们还没有得到适用于高分子物理凝胶的普适规律。当前，由于计算机模拟理论及模拟方法的发展，使得计算机模拟成为除了实验和理论研究方法之外的第三个重要的研究方法。但是，由于物理凝胶化行为的复杂性，用实验和理论获得的信息很难较好地描述凝胶化过程，而计算机模拟的高度透明性及反映信息的完整性，有助于理解这一复杂过程中所涉及的物理本质。因此，利用计算机模拟结合实验及理论方法深入研究高分子物理凝胶的形成机制、结构与性能关系已成为目前最有效的手段之一。 本论文主要运用Monte Carlo模拟方法，并结合小角中子散射（Small-Angle Neutron Scattering, SANS）和流变（Rheology）等实验手段从多个角度探讨了以下几类典型的高分子溶液物理凝胶化行为。 1. 温度对遥爪型三嵌段共聚物在选择性溶剂中的自组装及凝胶化行为影响的研究：采用二维简单方格子Monte Carlo模拟方法，结合逾渗（Percolation）理论，建立了溶胶－凝胶转变相图在统计热力学中的确定方法；甄别了具有特征构象的链，讨论了链及胶束的聚集，明晰了相互作用（体现为约化温度）、构象转变、聚集与凝胶化的一致的关联关系；提出了构象转变模型，进而明确了此体系的凝胶化过程，在微观尺度上表现为桥型链和环型链之间的竞争。 2. 模拟模型改进及其应用到持续长度对稀溶液中高分子链构象影响的研究：考虑到原始八位置键涨落模型效率低，实现复杂且不能应用到复杂的高分子体系，对该模型进行了改进，使其实现简单、效率高，并拓宽了该模型的应用范围。然后，以刚性对均聚物构象的影响为例，发现随着刚性增加，均聚物构象从球形椭球到棒状椭球的转变，并对比了自由连接链（Free Joint Chain, FJC）模型和蠕虫链（Wormlike Chain, WLC）模型在不同刚性范围内对高分子链末端距预测的偏差，首次给出了这两个经典模型的半定量的适用边界。 3. 溶剂尺寸对遥爪型三嵌段共聚物在选择性溶剂中的自组装及凝胶化行为影响的研究：用改进后的八位置键涨落Monte Carlo模型，研究了遥爪型三嵌段共聚物在选择性溶剂条件下的聚集和凝胶化对溶剂尺寸的依赖性，发现溶剂尺寸效应对凝胶化的作用是非单调的。由一个均聚物体系的对比模拟证明这种作用主要是由熵驱动的，并给出了中分子溶剂的半定量定义。在均聚物和嵌段共聚物溶液中，不同尺寸的溶剂分子可以使溶液由于高分子聚集不同而具有不同的微结构，并影响高分子链构象和溶液的性质。从多个角度研究了三嵌段共聚物在不同尺寸溶剂的溶液中所遵循的三种不同的凝胶化机理。 4. 聚氧化乙烯－氧化丙稀－氧化乙烯三嵌段共聚物（poly(ethylene oxide)-poly (propylene oxide)-poly-(ethylene oxide), PEO-PPO-PEO）重水溶液凝胶化的小角中子散射（SANS）和Monte Carlo研究：结合Pluronic F127（EO65PO99EO65）/D2O三嵌段共聚物溶液的特征，对照SANS数据，用改进后的八位置键涨落模型成功地从模拟中获得了F127/D2O的溶胶－凝胶转变相图。详细地考察了体系的微观结构，提出此类高分子溶液中形成的物理凝胶包含高分子逾渗网络的生成，以及被束缚溶剂（Bound Solvent）必须超过离散组分体系逾渗的临界体积分数的机理。着重研究了一定浓度的F127水溶液随温度升高引起的溶胶－凝胶转变以及凝胶－溶胶转变的Reentrant相行为，发现体系在低温区域的溶胶－凝胶转变遵循相同的机理，而在中等温度和较高温度以及不同浓度区域中的凝胶－溶胶转变遵循不同的机理。 5. 极性基团饱和度和溶剂条件对两亲性聚合物在溶液中的聚集行为和凝胶化影响的研究：用改进后的八位置键涨落模型，针对两亲性聚合物在不同溶剂条件的溶液建立了粗粒化模型，以两亲性聚合物中极性基团的饱和度，溶剂条件和高分子浓度为变量，考察了其对链构象、聚集及其凝胶化的影响。 6. 多糖水溶液凝胶化的流变和小角中子散射研究：用流变和SANS考察了两个多糖水溶液中物理凝胶化过程，针对由氢键主导的水基凝胶体系的典型特征进行了讨论，从分子链构象，聚集体结构及其关联以及流变特征等方面对聚强电解质角叉胶（Carrageenan）水溶液和聚弱电解质明胶（Pectin）水溶液进行了详细的讨论。考察了不同多糖的种类（聚合物链的电荷密度），盐的种类和浓度，溶液温度等对凝胶化和凝胶结构的影响，分析了不同多糖溶液的凝胶化机理。

中国科学院高温气体动力学重点实验室研究进展

中国科学院高温气体动力学重点实验室是在钱学森先生和郭永怀先生创立的科研队伍的基础上于1994年组建的, 实验室成立以来一直坚持钱学森先生倡导的 "工程科学"理念, 面向国家安全和国民经济的重大战略需求, 主要研究高温、高超声速极端条件下, 具有分子振动与转动激发、解离、电离等内态变化介质的流动规律,推动气体动力学科的创新与发展; 并通过发展新理论、新方法、新概念和新技术, 突破国家重大需求项目的关键技术, 为作出基础性、前瞻性和战略性的研究成果:建设具有重要国际影响的高温气体动力学研究与人才培养基地.实验室2004年和2005年先后以优良成绩通过中科院和国家重点实验室评估; 2006年获得国家基金委创新群体; 2007年获得中科院/国家外专局国际合作伙伴; 2009年度中科院重点实验室评估排名第一.近年来,实验室以突破高超声速关键技术为目的, 在高焓高超声速气体流动、超声速燃烧与爆轰物理、稀薄气体与非平衡流动、高超声速飞行器气动构型理论等主要研究方向取得了重要进展, 在支撑中国高超声速流动模拟实验技术、高超声速推进技术、气动热预测与防护技术、高超声速飞行器设计技术等重大关键技术的突破方面发挥了重要作用、

流体力学半径对估算胶体微球聚集速率常数的影响

胶体粒子聚集速率常数实验值远低于理论值一直是被普遍关注的问题.聚集速率常数的理论推导是基于粒子的几何半径来考虑的,但决定粒子扩散速率及聚集速率的应该是粒子的流体力学半径(大于几何半径),因而它是使聚集速率常数实验值低于理论值的因素之一.影响流体力学半径的因素很多,其中,带电粒子在溶液中因表面存在双电层,会明显增大流体力学半径,造成聚集速率减慢.而双电层的厚度又随溶液中离子强度的不同而改变.本工作在聚集速率的公式中引入了修正因子,即几何半径与其流体力学半径之比,以修正由于用几何半径代替流体力学半径带来的误差.其中几何半径和流体力学半径可以分别用扫描电镜(SEM)和动态光散射(DLS)来测定.以两种粒径的聚苯乙烯带电微球为例,考察了在不同离子强度下,该误差的大小.结果发现,对于半径为30 nm的微球,用流体力学半径计算的慢聚集速率常数比理论值偏低约8%.该误差随离子强度增加而减少.对于快聚集情况,流体力学半径对聚集速率基本没有影响.

耗散粒子动力学处理复杂固体壁面的一种有效方法

耗散粒子动力学(dissipative particle dynamics,DPD)作为一种介观尺度拉格朗日型粒子方法,已经成功地应用于微纳米流动和生化科技的研究中. 复杂固体壁面的处理和壁面边界条件的实施一直是DPD方法发展及应用的一个障碍. 提出了处理复杂固体壁面的一种新的方法. 复杂固体区域通过冻结随机分布并且达到平衡状态的DPD粒子代表;所冻结的DPD粒子位于临近流动区域的一个截距内;在靠近固体壁面的流动区域中设置流动反弹层,当流动DPD粒子进入此流动层后反弹回流动区域. 应用这种固体壁面处理方法.