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Advances in numerical methods for the solution of population balance equations for disperse phase systems

science china Chemistry 2009年第8期52卷 1063-1079页

作者： SU JunWei1,GU ZhaoLin2,3 & XU X.Yun41 department of Mechanical engineering and Automation,school of Mechanical engineering,xi’an jiaotong university,xi’an 710049,china 2 Key Laboratory of Mechanics on Disaster and Environment in Western china,Ministry of Education,Lanzhou 730000,china 3 department of environmental science and technology,school of human settlements and civil engineering,xi’an jiaotong university,xi’an 710049,china 4 department of Chemical engineering,Imperial College London,London SW7 2AZ,UK 1. department of Mechanical engineering and Automation School of Mechanical Engineering Xi’an Jiaotong University Xi’an 710049 China 2. Key Laboratory of Mechanics on Disaster and Environment in Western china Ministry of Education Lanzhou 730000 China 3. department of environmental science and technology School of Human Settlements and Civil Engineering Xi’an Jiaotong University Xi’an 710049 China 4. department of Chemical engineering Imperial College London London SW7 2AZ UK

Accurate prediction of the evolution of particle size distribution is critical to determining the dynamic flow structure of a disperse phase system.A population balance equation(PBE),a non-linear hyperbolic equation of the number density function,is usually employed to describe the micro-behavior(aggregation,breakage,growth,etc.) of a disperse phase and its effect on particle size *** solution is the only choice in most *** this paper,three different numerical methods(direct discretization methods,Monte Carlo methods,and moment methods) for the solution of a PBE are evaluated with regard to their ease of implementation,computational load and numerical *** attention is paid to the relatively new and superior moment methods including quadrature method of moments(QMOM),direct quadrature method of moments(DQMOM),modified quadrature method of moments(M-QMOM),adaptive direct quadrature method of moments(ADQMOM),fixed pivot quadrature method of moments(FPQMOM),moving particle ensemble method(MPEM) and local fixed pivot quadrature method of moments(LFPQMOM).The prospects of these methods are discussed in the final section,based on their individual merits and current state of development of the field.

关键词： population balance equation direct discretization method Monte Carlo method moment methods disperse phase system

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The application of geographic information technology to coastal geomorphology

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Acta Oceanologica Sinica 2009年第5期28卷 49-57页

作者： GUO Wei LI Shuheng ZHU Dakui school of human settlements and civil engineering Xi＇an Jiaotong University Xi＇an 710049 China department of Computer sciences Xi＇an Jiaotong University Xi＇an 710049 China department of Urban and Resources sciences Northwest University Xi＇an 710032 China Faculty of environmental sciences University of Waterloo Waterloo N2L3G1 Canada Key Laboratory of Coast ＆ Island Development of Ministry of Education Nanjing University Nanjing 210093 China

With the development of modern oceanic observation technologies, coastal survey data have been experiencing a substantial growth. The integration management of the data from different disciplines, different sources and different formats has become a major research field in coastal geomorphology by using Geographic Information System （GIS）. This paper puts forward a new methodology framework of GIS techniques in coastal ocean geomorphology, including data acquisition, process, analysis, and representation. It focuses on some major GIS techniques to study the land-ocean interaction mechanism, such as spatial analysis, submarine topography model and three-dimension （3D） visualization, and apply its result to coastal urban planning, harbor site selection and geomorphology environment about coral reef and islands on the continental shelf. The case studies cover the whole coastal ocean to serve the social community, economical development and diplomatic rights for decision-making all round in the coastal zone. The research shows clearly that the application of coastal multi-source geospatial platform has changed the traditional coastal geomorphology science dramatically from its research scope, fields and methods, however, as made clear in this paper, extracting accurate information from remote sensing data and GIS databases for coastal geomorphological applications is a nontrivial challenge that requires the combined knowledge and skills of information scientists and geomorphologists.

关键词： coastal geomorphology geographic information system (GIS) spatial analysis threedimensional visualization

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The Comparison of environmental Time Series Statistical Prediction Methods

The Comparison of Environmental Time Series Statistical Pred...

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2012 Asia Pacific Conference on environmental science and technology(APEST 2012)

作者： Jing Zhang1 a Hongqiang Jiang1 b Zhijing Chen2 c Xuxiang Li2 d and Yaling Lu1 e 1 Key Laboratory of environmental Planning and Policy Simulation Chinese Academy for environmental Planning Beijing 100012 china 2 department of environmental science and technology school of human Settlement and civil engineering xi’an jiaotong university xi’an 710049 china

Four approaches of time-series analysis,neural network,wavelet analysis,nonparametric regression were briefly outlined in the beginning of this *** daily average concentrations of SO2,NO2 and PM10 in xi’an during September 27,2006 to May 3,2008 were analyzed using different methods,e.g.,time-series analysis,BP neural network,RBF neural network,de-noising BP neural network,de-noising RBF neural network,and nonparametric regression,and the concentrations of SO2 in xi’an from April 4,2008 to May 3,2008 were *** forecasting results were compared and discussed in order to evaluate the effects of different *** results show that all the methods mentioned can be used in time series analysis of air pollutants and the de-noising BP neural network is more scientific.

关键词： Time Series Analysis Artificial Neural Networks Wavelet Analysis Nonparametric Regression forecast data analysis.

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Pb、Zn和Cd复合重金属潜在超富集植物的筛选与胁迫响应特征

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环境科学 2024年第8期45卷 4870-4882页

作者：范拴喜张楠孙旻涵侯宪东陕西地建西安交大土地工程与人居环境技术创新中心西安710049 宝鸡文理学院地理与环境学院宝鸡721013 陕西省灾害监测与机理模拟重点实验室宝鸡721013

为了筛选Pb、Zn和Cd复合重金属超富集植物,对宝鸡市典型铅锌矿和冶炼厂区优势植物进行调查、采样和分析,初步筛选出一种潜在的Pb、Zn和Cd复合重金属超富集植物,并采用土培盆栽试验观测其在Pb、Zn和Cd复合重金属胁迫下叶绿素(叶绿素a、... 详细信息

为了筛选Pb、Zn和Cd复合重金属超富集植物,对宝鸡市典型铅锌矿和冶炼厂区优势植物进行调查、采样和分析,初步筛选出一种潜在的Pb、Zn和Cd复合重金属超富集植物,并采用土培盆栽试验观测其在Pb、Zn和Cd复合重金属胁迫下叶绿素(叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素、总叶绿素)、抗氧化酶(SOD、CAT、POD)和其他生理指标(MDA、脯氨酸)的响应特征,再通过大田试验,进一步验证并确定了其对Pb、Zn和Cd复合重金属的富集能力,以期为Pb、Zn和Cd复合重金属污染土壤修复提供科学依据和技术支撑.结果表明,野外调查发现聚合草对Pb、Zn和Cd的富集量、富集系数(BCF)和转移系数(TF)均满足国际上超富集植物指标限值要求,是一种潜在的Pb、Zn和Cd复合重金属超富集植物;土培盆栽试验显示,随着Pb、Zn和Cd复合重金属胁迫梯度的提高,聚合草叶片中叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量逐渐降低,直至胁迫梯度大于等于Ⅳ时,导致植物光合系统紊乱;蓖麻叶片中的叶绿素含量呈现“低促高抑”现象,而胁迫过高则激发了自身其他保护系统使得毒害减轻而升高;另外,与CK相比,聚合草和蓖麻的叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素和总叶绿素各自均存在显著性差异(P<0.05).聚合草和蓖麻叶片中的SOD酶活性均呈现先增加后降低再增加的趋势;聚合草叶片中CAT酶活性先升后降的趋势,呈现“低促高抑效应”,而蓖麻叶片中CAT酶活性呈现持续降低的趋势;聚合草叶片中POD酶活性总体呈现增加趋势,而蓖麻叶片中POD酶活性先升后降低再升高;聚合草叶片中MDA含量总体呈现下降趋势,而蓖麻叶片中MDA含量总体呈上升特征;此外,各胁迫梯度之间,聚合草和蓖麻的SOD、CAT、POD、MDA及脯氨酸均存在显著性差异(P<0.05).大田试验结果表明,聚合草对Pb、Zn和Cd的富集量、BCF和TF均可以达到超富集植物指标限值要求,是一种潜在的Pb、Zn和Cd复合重金属超富集植物种质资源,能作为Pb、Zn和Cd复合重金属污染土壤修复的优选植物.

关键词： Pb、Zn和Cd复合污染超富集植物生理特性植物修复聚合草蓖麻

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城市空间形态对热岛效应的影响研究:方法与进展

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建筑科学 2023年第6期39卷 244-255页

作者：张茜周典段城江湖北大学资源环境学院湖北武汉430062 区域开发与环境响应湖北省重点实验室湖北武汉430062 西安交通大学人居环境与建筑工程学院陕西西安710049 武汉工程大学土木工程与建筑学院湖北武汉430074

在全球变暖的气候背景下,热岛效应愈发加剧城市热风险和人口的脆弱性。由此可见,热岛研究反映城市可持续发展需求,具有重要科学意义。本文关注冠层城市热岛效应,总结并评述城市空间形态对热岛影响的主要研究方法和研究进展,注重探讨相... 详细信息

在全球变暖的气候背景下,热岛效应愈发加剧城市热风险和人口的脆弱性。由此可见,热岛研究反映城市可持续发展需求,具有重要科学意义。本文关注冠层城市热岛效应,总结并评述城市空间形态对热岛影响的主要研究方法和研究进展,注重探讨相关研究的共识发现和发展趋势。总结来说,实测、数值模拟和数理统计方法都具有更高精度、更高准确度的发展目标,并在使用上呈现多元互补特征。在城市空间形态对热岛的影响研究中,典型空间形态表征指标和空间组合方式对热岛的影响效果已达成基本共识;LCZ方案则是类型归纳研究中最成熟、普及度最高的方法;近年更多讨论关注城市空间形态对辐射收支和能量平衡的影响,将热岛研究推进到机制深度。

关键词：城市空间形态城市热岛效应影响物理机制

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铁氮共掺杂生物炭对二级水溶解性有机物的吸附特性与长效性评价

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环境科学 2022年第1期43卷 398-408页

作者：吴晨曦许路金鑫石烜金鹏康西安建筑科技大学环境与市政工程学院西安710055 西安交通大学人居环境与建筑工程学院西安710049

为经济高效地去除污水厂二级水中溶解性有机物(DOM),采用铁氮共掺杂生物炭材料(Fe-N-C)作为新型吸附剂,系统分析了该新型碳材料对于二级水DOM的吸附性能、动力学过程、选择性和作用机制.此外,通过固定床吸附装置深入考察了该吸附材料的... 详细信息

为经济高效地去除污水厂二级水中溶解性有机物(DOM),采用铁氮共掺杂生物炭材料(Fe-N-C)作为新型吸附剂,系统分析了该新型碳材料对于二级水DOM的吸附性能、动力学过程、选择性和作用机制.此外,通过固定床吸附装置深入考察了该吸附材料的长效性和重复利用性.结果表明,Fe-N-C对于二级水DOM具有突出的吸附性能,投加量仅为1.0 g·L^(-1)时,TOC、UV_(254)和UV_(280)的去除率分别高达40.18%、76.92%和78.26%,远远高于纯生物炭和常规活性炭的吸附效果;吸附过程符合伪二级动力学和Freundlich吸附等温线模型,表明其吸附过程是涉及化合价和交换电子的多层化学吸附;三维荧光光谱、相对分子质量分布和树脂分级表征等分析结果表明,Fe-N-C对于二级水DOM中的不同组分具有选择吸附性;以Fe-N-C为核心的固定床吸附柱对二级水TOC、UV_(254)和UV_(280)的最大去除率高达94.09%、95.65%和97.18%,同时具有良好的稳定性,处理量达620倍床体积时才接近吸附饱和,但经再生热处理后,吸附性能得以显著恢复.研究结果有望为高效吸附水处理技术的进一步发展提供参考与借鉴.

关键词：铁氮共掺杂生物炭吸附二级水溶解性有机物(DOM) 分级表征固定床吸附柱

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塔式曝气池内非牛顿活性污泥气液两相数值模拟

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中国环境科学 2017年第5期37卷 1783-1791页

作者：王乐苏军伟郑西朋杨顺生西南交通大学土木工程学院四川成都610031 西安交通大学人居环境与建筑工程学院陕西西安710049

基于欧拉-欧拉架构下,采用欧拉双流体模型耦合PBM(群体平衡模型)对活性污泥这一非牛顿流体下的实验室尺度塔式曝气池气液两相进行数值模拟,探讨不同污泥浓度下,塔式曝气池内气液两相流速度场、气含率、动力黏度等流体动力学行为,发现低... 详细信息

基于欧拉-欧拉架构下,采用欧拉双流体模型耦合PBM(群体平衡模型)对活性污泥这一非牛顿流体下的实验室尺度塔式曝气池气液两相进行数值模拟,探讨不同污泥浓度下,塔式曝气池内气液两相流速度场、气含率、动力黏度等流体动力学行为,发现低速下塔式曝气池内时均气相体积分数分布呈倒梯形柱状,时均流场及速度场均对称分布.随着污泥浓度增大,曝气池中下部气相体积分数高值区面积收窄,液相垂向速度峰值不断增高.低浓度污泥时,x方向液相速度呈现与牛顿流体相似的周期性摆动;污泥浓度越大,曝气池时均气含率越小,以水为介质时会高估曝气池内气含率;污泥浓度为10.2g/L时,动力黏度峰值最大,且曝气池中央黏度低值区呈"V"字形分布.

关键词：数值模拟群体平衡模型两相曝气池

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氮掺杂生物炭催化臭氧对于布洛芬的降解特性与机制

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环境科学 2022年第2期43卷 896-906页

作者：柴铖许路金鑫石烜吴晨曦金鹏康西安建筑科技大学环境与市政工程学院西安710055 西安交通大学人居环境与建筑工程学院西安710049

系统研究了新型氮掺杂生物炭材料(N-C)催化臭氧对于水中布洛芬(IBP)的氧化降解效能及机制,并深入探究了初始pH、臭氧投加量、催化剂投加量、不同阴离子和背景水质条件对IBP降解效率的影响.结果表明,相较于一些常见的碳基催化剂(g-C_(3)N... 详细信息

系统研究了新型氮掺杂生物炭材料(N-C)催化臭氧对于水中布洛芬(IBP)的氧化降解效能及机制,并深入探究了初始pH、臭氧投加量、催化剂投加量、不同阴离子和背景水质条件对IBP降解效率的影响.结果表明,相较于一些常见的碳基催化剂(g-C_(3)N_(4)、生物炭、颗粒活性炭)及金属催化剂(MnO_(2)、Fe_(3)O_(4)),N-C催化臭氧体系具有十分突出的有机污染物氧化降解性能,反应5 min对于IBP的去除率高达100%,并且能将臭氧利用率从10%提高到46%.该体系的处理效率随pH的升高而增强,相比于提高臭氧投加量,增大催化剂的浓度可以显著提高系统的处理能力.通过淬灭实验和EPR进一步证实了N-C可有效催化臭氧产生更多活性氧,如超氧自由基(·O_(2)^(-))和H_(2)O_(2)等,同时发现·O_(2)^(-)是该反应体系中主要的活性物质,对于IBP的降解起主导作用.

关键词：臭氧氧化催化臭氧氮掺杂生物炭布洛芬(IBP) 超氧自由基(·O_(2)^(-))

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