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凝并和成核机理下颗粒尺度分布的Monte Carlo求解

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高等学校化学学报 2005年第11期26卷 2086-2089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

颗粒的凝并和成核现象影响其尺度分布,现有的Monte Carlo方法描述颗粒尺度分布的时间演变过程存在若干困难.提出了一种新的多重Monte Carlo(MMC)算法,基于时间驱动,利用加权的虚拟颗粒的思想,在模拟过程中保持虚拟颗粒总数不变和计算区... 详细信息

颗粒的凝并和成核现象影响其尺度分布,现有的Monte Carlo方法描述颗粒尺度分布的时间演变过程存在若干困难.提出了一种新的多重Monte Carlo(MMC)算法,基于时间驱动,利用加权的虚拟颗粒的思想,在模拟过程中保持虚拟颗粒总数不变和计算区域体积不变.利用该算法对“常凝并核,一阶成核”的情况下颗粒尺度分布的时间演变过程进行了数值求解,所得结果与数值解相符,表明MMC算法具有高且稳定的计算精度.另外,MMC算法由于跟踪比实际颗粒数目少得多的虚拟颗粒而具有较低的计算代价.

关键词： Monte Carlo方法颗粒尺度分布凝并成核通用动力学方程

静电增强湿式除尘器捕集可吸入颗粒物的定量描述

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燃烧科学与技术 2007年第2期13卷 119-125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

湿式重力喷淋除尘器一般对可吸入颗粒物的除尘效率较差,而借助静电力,则有望改善湿式除尘器对细微颗粒的除尘效果.首先介绍了静电增强湿式除尘器的捕集机制,包括布朗扩散、拦截、惯性碰撞和静电捕集;然后利用事件驱动常体积法描述了典... 详细信息

湿式重力喷淋除尘器一般对可吸入颗粒物的除尘效率较差,而借助静电力,则有望改善湿式除尘器对细微颗粒的除尘效果.首先介绍了静电增强湿式除尘器的捕集机制,包括布朗扩散、拦截、惯性碰撞和静电捕集;然后利用事件驱动常体积法描述了典型火电厂中三峰分布的烟尘颗粒群的尺度分布函数的动力学演变过程,以此量化静电增强湿式除尘器的除尘过程.结果表明,典型的传统湿式重力喷淋除尘器对PM的分级除尘效率在5%以上;如果液滴荷电,有望使得该除尘器对PM的分级除尘效率达到70%以上;如果颗粒荷电,PM的分级除尘效率将在25%以上;在液滴和颗粒同时荷上相反电荷的静电增强湿式除尘器中,PM的分级除尘效率接近100%.

关键词： Monte Carlo算法通用动力学方程可吸入颗粒物颗粒尺度分布沉积

处理多分散颗粒凝并和冷凝/蒸发问题的多重Monte Carlo算法

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化工学报 2005年第5期56卷 796-801页

作者：赵海波郑楚光徐明厚华中科技大学煤燃烧国家重点实验室湖北武汉430074

提出一个新的多重Monte Carlo (MMC) 算法来求解同时考虑凝并和冷凝/蒸发的通用动力学方程(GDE),该算法基于时间驱动, 模拟过程中保持模拟颗粒数目不变和计算区域体积不变. 描述了时间步长确定方法, 同时处理凝并和冷凝/蒸发的方案针... 详细信息

提出一个新的多重Monte Carlo (MMC) 算法来求解同时考虑凝并和冷凝/蒸发的通用动力学方程(GDE),该算法基于时间驱动, 模拟过程中保持模拟颗粒数目不变和计算区域体积不变. 描述了时间步长确定方法, 同时处理凝并和冷凝/蒸发的方案针对常凝并核和常冷凝核, 常凝并核和线性冷凝核, 线性凝并核和线性冷凝核三种特殊工况, MMC算法模拟了颗粒尺度分布函数的时间演变, 与理论分析解进行了比较, 表明MMC算法能解决普通Monte Carlo算法的计算精度和计算代价不能协调的矛盾, 具有较小的计算代价和较高的计算精度, 能够适用于工程应用.

关键词：多重Monte Carlo算法凝并冷凝/蒸发通用动力学方程多分散性颗粒

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描述颗粒沉积动力学演变过程的一种随机算法

空气动力学学报 2006年第2期24卷 141-146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

为了解决普通Monte Carlo算法计算精度和计算代价无法协调的矛盾,发展了一种新的多重Monte Carlo(MMC)算法求解考虑多分散性颗粒沉积的通用动力学方程,该算法引入加权虚拟颗粒的概念,基于时间驱动MonteCarlo技术,模拟过程中保持虚拟颗... 详细信息

为了解决普通Monte Carlo算法计算精度和计算代价无法协调的矛盾,发展了一种新的多重Monte Carlo(MMC)算法求解考虑多分散性颗粒沉积的通用动力学方程,该算法引入加权虚拟颗粒的概念,基于时间驱动MonteCarlo技术,模拟过程中保持虚拟颗粒数目和计算区域体积不变。首先详细介绍了考虑颗粒沉积的MMC算法,包括时间步长的设置、颗粒是否沉积的判断、沉积后果的处理等。然后选定三个存在理论分析解的特殊工况对MMC算法进行验证,数值模拟结果与相应的理论分析解符合很好,表明该算法具有较高的计算精度,同时该算法计算代价很小。

关键词：通用动力学方程 Monte Carlo算法沉积颗粒物多分散性

用多重蒙特卡罗算法研究超细微颗粒物同时发生的凝并和破碎

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中国电机工程学报 2005年第16期25卷 96-101页

作者：赵海波郑楚光徐明厚华中科技大学煤燃烧国家重点实验室湖北省武汉市430074

超细微颗粒物的尺度分布由通用动力学方程(GDE)描述,该文发展了求解同时考虑凝并和破碎的GDE的一种多重MonteCarlo(MMC)算法,该算法可以抛弃当前MonteCarlo算法中广泛采用的“子系统”的概念,引入了加权的“虚拟颗粒”的概念,且基于时... 详细信息

超细微颗粒物的尺度分布由通用动力学方程(GDE)描述,该文发展了求解同时考虑凝并和破碎的GDE的一种多重MonteCarlo(MMC)算法,该算法可以抛弃当前MonteCarlo算法中广泛采用的“子系统”的概念,引入了加权的“虚拟颗粒”的概念,且基于时间驱动,模拟过程中保持虚拟颗粒数目和计算区域体积不变。首先详细描述了MMC算法,包括时间步长的确定方法、同时处理凝并和破碎的方案、凝并和破碎事件发生的判断准则、凝并伙伴的确定、处理凝并和破碎事件的后果时保持虚拟颗粒数目恒定的方法等;然后利用MMC算法对几种特殊工况进行了数值模拟,模拟结果与理论值符合很好,验证了MMC算法的计算精度,且该算法具有较小的计算代价。

关键词：多重蒙特卡罗算法凝并破碎通用动力学方程超细微颗粒

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凝并和冷凝/蒸发对颗粒尺度分布的影响

化学工程 2006年第6期34卷 21-25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

利用多重Monte Carlo算法对13种典型工况进行数值模拟,考察不同类型的凝并核和冷凝/蒸发核对多分散性颗粒尺度分布时间演变的影响。发现常凝并核要比线性和二次方凝并核对小颗粒的影响大一些、对大颗粒的影响小一些,线性和二次方凝并核... 详细信息

利用多重Monte Carlo算法对13种典型工况进行数值模拟,考察不同类型的凝并核和冷凝/蒸发核对多分散性颗粒尺度分布时间演变的影响。发现常凝并核要比线性和二次方凝并核对小颗粒的影响大一些、对大颗粒的影响小一些,线性和二次方凝并核对颗粒尺度分布的时间演变影响则取决于具体情况;常冷凝核要比线性冷凝核对小颗粒的影响大一些、对大颗粒的影响小一些;连续区布朗凝并核类似于常凝并核;扩散冷凝核对颗粒尺度分布的影响界于常冷凝核和线性冷凝核之间。

关键词：多重Monte Carlo算法凝并冷凝/蒸发通用动力学方程多分散性颗粒

同时发生的颗粒凝并和沉积现象的Monte Carlo模拟

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中国科学（E辑） 2006年第3期36卷 270-284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

同时发生的颗粒凝并和沉积所导致的离散系统动力学演变过程数学上可由通用动力学方程描述.MonteCarlo算法是求解通用动力学方程的一类重要方法.然而,常体积法由于模拟颗粒数目的波动而存在着计算代价和计算精度无法协调的矛盾,常数目法... 详细信息

同时发生的颗粒凝并和沉积所导致的离散系统动力学演变过程数学上可由通用动力学方程描述.MonteCarlo算法是求解通用动力学方程的一类重要方法.然而,常体积法由于模拟颗粒数目的波动而存在着计算代价和计算精度无法协调的矛盾,常数目法由于计算区域的不断收缩或扩展而难以工程实际应用和科学定量分析,且这些MonteCarlo算法均依赖于子系统概念而大大限制了其扩展性和应用范围.发展一种多重MonteCarlo算法求解同时考虑凝并和沉积的通用动力学方程.该算法引入加权虚拟颗粒的概念,基于时间驱动,在颗粒尺度分布时间演变过程中同步保持恒定的虚拟颗粒数目和稳定的计算区域体积,这使得MMC算法具有考虑边界条件、颗粒尺度分布空间扩散、甚至颗粒-流体动力学的可扩展性.利用多重MonteCarlo算法对几种特殊工况进行数值模拟,结果与理论分析解符合很好,表明该算法具备较高且稳定的计算精度和较低的计算代价,这是由于虚拟颗粒数目稳定且较少的缘故.最后分析了该算法的误差源以及相对误差.

关键词：多重Monte Carlo算法通用动力学方程凝并沉积颗粒尺度分布离散系统

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降雨过程中气溶胶湿沉降的数值模拟

环境科学学报 2005年第12期25卷 1590-1596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

为了参数化降雨湿去除气溶胶的过程,首先定量计算了雨滴和气溶胶的碰撞效率与它们尺度之间的依存关系,以及雨滴尺度谱满足对数正态分布时气溶胶的清除系数与其尺度的依存关系;然后利用多重Monte Carlo算法模拟了降雨过程中气溶胶尺度谱... 详细信息

为了参数化降雨湿去除气溶胶的过程,首先定量计算了雨滴和气溶胶的碰撞效率与它们尺度之间的依存关系,以及雨滴尺度谱满足对数正态分布时气溶胶的清除系数与其尺度的依存关系;然后利用多重Monte Carlo算法模拟了降雨过程中气溶胶尺度谱的时间演变过程,考察了气溶胶湿沉降过程与降雨类型和雨强的相关性.当雨滴尺度谱和气溶胶尺度谱均满足对数正态分布时,数值模拟的结果表明,典型的小雨、中雨和大雨过程对中等尺度气溶胶的湿去除效果均不理想,但都可以有效地湿去除大尺度气溶胶和小尺度气溶胶;3种降雨类型对大尺度气溶胶的湿去除效果均依次好于小尺度气溶胶和中等尺度气溶胶;对于任何尺度的气溶胶,雨强的增加将有利于其湿沉降.

关键词：湿去除通用动力学方程清除系数碰撞效率布朗扩散拦截惯性碰撞

《力学进展》分类目录 2006年第36卷第1(总第145)期～第4(总第148)期

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力学进展 2006年第4期 637-640页