表面反應(yīng)的案例
基于ANSYS Fluent軟件的顆粒表面反應(yīng)專題應(yīng)用培訓(xùn)
課程名稱：基于ANSYS Fluent軟件的顆粒表面反應(yīng)專題應(yīng)用培訓(xùn)
預(yù)排開課日期：4/11-4/12
課程難度：高階級
培訓(xùn)費：5000
備注：實際開課日期或因?qū)W員報名情況進(jìn)行調(diào)整，最終日期請以笛佼科技官方確認(rèn)為準(zhǔn)。
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學(xué)員能力提升目標(biāo)
· 了解ANSYS化熱反應(yīng)/燃燒相關(guān)解決方案
· 熟悉ANSYS Fluent顆粒表面反應(yīng)的類型及應(yīng)用場景
· 掌握ANSYS Fluent顆粒表面反應(yīng)速率的常用定義方式：標(biāo)準(zhǔn)界面/UDFs
· 掌握ANSYS Fluent顆粒表面反應(yīng)的常用分析流程
· 熟悉顆粒表面反應(yīng)的常見案例
授課內(nèi)容提綱
一、化學(xué)反應(yīng)模擬概述及ANSYS化學(xué)反應(yīng)解決方案介紹
二、ANSYS Fluent顆粒表面反應(yīng)類型及設(shè)置簡介
三、ANSYS Fluent顆粒表面反應(yīng)速率UDFs定義介紹
四、ANSYS Fluent顆粒表面反應(yīng)案例分享
4.1、金屬顆粒表面反應(yīng)應(yīng)用案例分享
4.2、碳酸鈣顆粒分解反應(yīng)應(yīng)用案例分享（基于缺省表面反應(yīng)速率定義方式）
4.3、碳酸鈣顆粒分解反應(yīng)應(yīng)用案例分享（基于UDFs方式定義表面反應(yīng)速率）
4.4、煤氣化應(yīng)用案例介紹(體積反應(yīng)/顆粒表面反應(yīng))
師資力量
CAE行業(yè)資深工程師團隊，學(xué)歷碩博為主，均擁有多年客戶仿真項目實操經(jīng)驗，理論素養(yǎng)與實戰(zhàn)經(jīng)驗雙保險。
培訓(xùn)優(yōu)勢
采用線下小班精講形式，理論知識+案例講解+上機輔導(dǎo)，附贈培訓(xùn)相關(guān)資料，可獲取講師微信課后交流。
上課地址
上海市楊浦區(qū)國安路432號保輝國際大廈D座802室
其他說明
1. 培訓(xùn)計算機及相關(guān)軟件操作權(quán)限由笛佼科技現(xiàn)場提供；
2. 培訓(xùn)結(jié)束后將獲取笛佼科技官方培訓(xùn)證書；
3.
展開 原位拉曼光譜研究鉑單晶表面氧還原反應(yīng)機理取得新突破
【引言】
鉑基催化劑表面的氧還原反應(yīng)（ORR）是燃料電池最重要的陰極反應(yīng)。雖然經(jīng)過幾十年的研究，ORR的具體反應(yīng)路徑并沒有真正解析清楚。人們一般認(rèn)為鉑表面的ORR過程可分為兩類：一類是氧分子經(jīng)過4電子的還原過程最終生成H2O或OH；另一類則是氧分子經(jīng)過2電子的還原過程生成過氧化物。但實際鉑基催化劑表面的ORR過程的具體反應(yīng)路徑并未形成共識，因為該過程牽涉到眾多痕量、短壽命的中間物種，難以被有效地捕獲。同時復(fù)雜的電化學(xué)環(huán)境也給ORR反應(yīng)路徑和機理的研究帶來挑戰(zhàn)。雖然原子級平滑的單晶表面具有確定的表面原子排布結(jié)構(gòu)以及表面能級，是關(guān)聯(lián)實驗和理論的理想模型體系。然而原子級平滑的單晶表面難以獲得增強的拉曼信號，無法獲得ORR反應(yīng)直接的光譜證據(jù)，限制了人們對ORR反應(yīng)過程的理解和高活性催化劑的制備。李劍鋒教授課題組首次利用電化學(xué)殼層隔絕納米粒子增強拉曼光譜（SHINERS）技術(shù)，原位研究了Pt(hkl)單晶表面的ORR反應(yīng)過程。
【成果簡介】
近日，廈門大學(xué)的李劍鋒教授和西班牙Alicante大學(xué)的Juan Miguel Feliu（共同通訊作者）等人，采用原位電化學(xué)殼層隔絕納米粒子增強拉曼光譜（SHINERS）和密度泛函理論（DFT），研究了Pt(hkl)單晶表面的ORR反應(yīng)過程。該研究在Pt(111)單晶表面獲得ORR中間物種HO2*的光譜證據(jù)，在Pt(110)和Pt(100)單晶表面，則獲得ORR中間物種OH*的光譜證據(jù)。而在堿性條件下，他們在Pt(hkl)三個基礎(chǔ)單晶表面獲得ORR過程的中間物種O2-的光譜證據(jù)。
展開 表面處理技術(shù)分享（第二十四講：鈍化反應(yīng)的機理簡述）
1、成相膜理論(“物理隔離”)
成相膜理論認(rèn)為，鈍化的核心是金屬表面生成了一層獨立的固相保護(hù)膜。當(dāng)金屬發(fā)生陽極溶解時，溶解產(chǎn)生的金屬離子與介質(zhì)中的氧、氫氧根等粒子結(jié)合，在金屬表面沉積形成一層致密、覆蓋完整的固體產(chǎn)物薄膜。這層薄膜如同給金屬穿上了一件“防護(hù)服”，將金屬基體與腐蝕介質(zhì)機械地隔離開來，從物理層面阻礙陽極溶解過程的持續(xù)進(jìn)行。
成相膜的關(guān)鍵特征是“致密性”和“覆蓋性”：膜層結(jié)構(gòu)緊密，孔隙率極低，能有效阻擋離子的遷移與擴散；同時，膜與金屬基體結(jié)合牢固，不易脫落，確保長期防護(hù)效果。例如，不銹鋼表面的鈍化膜主要由Cr?O?組成，這層膜結(jié)構(gòu)致密、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，即便受到輕微劃傷，也能在空氣中快速自愈，繼續(xù)發(fā)揮防護(hù)作用。
2、吸附理論(“表面改性”)
與成相膜理論不同，吸附理論強調(diào)鈍化的核心是金屬表面反應(yīng)能力的降低，而非物理隔離。該理論認(rèn)為，金屬鈍化時，表面會快速吸附一層氧或含氧粒子（如O2?、OH?等），形成一層極薄的吸附層。這層吸附層雖未形成獨立的固相膜，卻能改變金屬/溶液界面的電子結(jié)構(gòu)，顯著提高金屬陽極溶解的活化能，使金屬表面的反應(yīng)活性大幅下降，從而達(dá)到鈍化效果。
吸附理論很好地解釋了某些特殊情況：例如，部分金屬在極低濃度的氧化劑中就能實現(xiàn)鈍化，且鈍化膜厚度遠(yuǎn)超化學(xué)計量比，這無法用成相膜理論的“物理隔離”來解釋，而吸附層對表面活性位點的覆蓋與抑制作用則能給出合理答案。
目前普遍認(rèn)為，實際鈍化過程中，成相膜與吸附層可能同時存在，二者協(xié)同作用實現(xiàn)金屬的穩(wěn)定鈍化。
四、電化學(xué)視角解析鈍化全過程
鈍化過程的本質(zhì)是復(fù)雜的電化學(xué)反應(yīng)，通過分析金屬的陽極極化曲線，可清晰觀察到鈍化的四個特征階段，直觀理解金屬從“活性溶解”到“穩(wěn)定鈍態(tài)”的轉(zhuǎn)變過程。
展開 液固兩相流中顆粒撞擊對不銹鋼表面電化學(xué)反應(yīng)的影響
(a)純液體射流
(b)液固兩相射流
圖5 13Cr表面極化曲線
圖5為純液體和液固兩相射流中的13Cr表面極化曲線，圖（a）純液體中的極化曲線顯示出隨液體流速增加，金屬表面腐蝕電位降低，同時腐蝕電流密度增加。圖（b）顯示在液固兩相流中，陽極極化曲線發(fā)生劇烈跳動，電流密度不斷在10-2和10-3量級變化。這種變化可能受顆粒撞擊影響，不銹鋼表面鈍化膜不斷被剝離然后再鈍化，無法形成穩(wěn)定的陽極鈍化區(qū)間。
3
小結(jié)
當(dāng)顆粒撞擊金屬表面時，通常會瞬間破壞表面已建立的穩(wěn)定電化學(xué)反應(yīng)平衡體系，使未發(fā)生反應(yīng)的基體金屬與反應(yīng)物接觸，形成新的反應(yīng)步驟。因此，研究顆粒撞擊過程金屬表面的電化學(xué)參數(shù)變化是分析沖蝕腐蝕協(xié)同作用的重要方向，包括液體局部流動狀態(tài)分析，近壁面物質(zhì)傳遞分析，金屬表面粗糙度影響分析，金屬硬度變化分析，縫隙腐蝕分析等內(nèi)容。
此外，作為影響電化學(xué)反應(yīng)進(jìn)程的重要因素，在多數(shù)液固兩相流中物質(zhì)傳遞速率直接影響電化學(xué)反應(yīng)進(jìn)程，進(jìn)而改變腐蝕速率。
圖6 單顆粒撞擊金屬表面邊界層變化示意圖
如圖6所示為單顆粒撞擊金屬表面時，近壁面液體流動變化示意圖，其中顆粒侵入邊界層和離開邊界層過程都會產(chǎn)生反應(yīng)物濃度突變的情況，進(jìn)而使瞬時表面電流密度增加，促進(jìn)腐蝕發(fā)生。
展開 
使用 COMSOL 進(jìn)行等離子體化學(xué)仿真
設(shè)置 窗口用于指定氧離子和氬離子之間的離子-離子復(fù)合的反應(yīng)。
當(dāng)其中一個物質(zhì)的電子激發(fā)能大于另一個物質(zhì)的電離勢時，就會發(fā)生潘寧電離 (A* + A* => e + A+ + A)。在電荷轉(zhuǎn)移 反應(yīng) (A+ + B => A + B+) 中，來自中性物質(zhì)的電子轉(zhuǎn)移到正離子或從負(fù)離子轉(zhuǎn)移到中性粒子。在離子-離子復(fù)合 (A– + B+ => A + B) 中，負(fù)離子和正離子相互作用并產(chǎn)生中性物質(zhì)。對于某些操作條件，這是描述負(fù)放電所必需的負(fù)離子損失機制。
涉及分子種類的等離子體化學(xué)更為復(fù)雜，因為電子碰撞和重物質(zhì)締合反應(yīng)的解離創(chuàng)造了非常豐富的原子和分子物質(zhì)系統(tǒng)。例如，在原料氣體為 SF6，O2 和 Ar 的放電過程中，像 F 和 SOx，SFx 和 SOx 等族新物質(zhì)也會存在。
表面反應(yīng)
在 COMSOL Multiphysics 中，使用 表面反應(yīng)功能 指定重物質(zhì)的表面反應(yīng)，如圖 3 所示。這個功能會自動為重物質(zhì)設(shè)置與物質(zhì)熱速度成比例的通量邊界條件。
圖3 模型開發(fā)器顯示了用戶自定義的氬氣和氧氣混合物的等離子體化學(xué)的表面反應(yīng)功能。 設(shè)置窗口顯示了 表面反應(yīng)功能，用于指定表面氬離子的中和以及二次電子的發(fā)射。
下面，我們從等離子體的角度介紹一些重要的表面反應(yīng)。討論了表面物質(zhì)的產(chǎn)生和損失，但我們沒有具體介紹某種物質(zhì)的表面反應(yīng)或體反應(yīng)發(fā)生了什么。(有關(guān)后者的更多信息，請嘗試使用等離子體模塊的表面化學(xué)反應(yīng)教程模型)。
傳輸損失
在等離子體反應(yīng)器中，通過平衡產(chǎn)生機制與體積和表面損失來實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)操作。通常，表面損失是主要機制。在實踐中，這意味著電子碰撞反應(yīng)會產(chǎn)生電子-離子對;電子在表面被吸收，而離子被中和到基態(tài)。如果沒有為給定物質(zhì)(包括激發(fā)態(tài))引入損失機制，那么該物質(zhì)可以無限生長。因此，無法實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)，導(dǎo)致數(shù)值模擬失敗。
展開 織物表面微滴噴射反應(yīng)成形導(dǎo)電線路基礎(chǔ)研究
研究背景
智能紡織品是一種能依據(jù)外界條件變化而作出反應(yīng)的紡織品，可實現(xiàn)對溫度、力、運動及生物活性等量的監(jiān)測及信息傳遞功能，因而在用保健等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。而作為連接電子信息系統(tǒng)各元件的導(dǎo)電線路與織物的柔性化集成制備是該技術(shù)發(fā)展的前提和基礎(chǔ)。目前織物表面導(dǎo)電線路制備方法主要有植入式和絲網(wǎng)印刷等。植入式是將導(dǎo)電纖維通過刺繡、編織、縫紉、織造等手段植入到織物紋理中形成導(dǎo)電線路，其中刺繡無需借助額外設(shè)備，可直接在織物中形成任意形狀的導(dǎo)電線路，但導(dǎo)線穿過織物時會產(chǎn)生彎曲及扭曲，因而要求導(dǎo)電紗線具有較高強度和彈性，以避免制造過程產(chǎn)生斷裂。織造和編織技術(shù)需在精確控制經(jīng)紗和緯紗交互的同時將導(dǎo)電紗線一并織進(jìn)到織物結(jié)構(gòu)中，致使加工難度大、成本高、工藝復(fù)雜。絲網(wǎng)印刷技術(shù)利用導(dǎo)電漿料來成形導(dǎo)電線路，工藝簡單，但后續(xù)較高的燒結(jié)溫度影響織物本身性能。結(jié)合目前現(xiàn)有的導(dǎo)電線路制備方法，綜合考慮織物表面打印柔性導(dǎo)電線路的技術(shù)要求，本文提出采用微滴噴射和化學(xué)反應(yīng)相結(jié)合的方法，利用自行開發(fā)的雙噴頭微滴噴射系統(tǒng)，在織物表面定點精確沉積金屬鹽和還原劑微滴，通過化學(xué)反應(yīng)在織物上沉積成形銀金屬導(dǎo)電線路。
試驗方法
利用微滴噴射與化學(xué)反應(yīng)相結(jié)合的織物表面導(dǎo)電線路成形方法，以課題組開發(fā)的氣動式雙噴頭微滴噴射系統(tǒng)為實驗平臺，以抗壞血酸和硝酸銀作為噴射材料，通過二者的氧化還原反應(yīng)置換出銀單質(zhì)，在織物表面沉積成形銀導(dǎo)線。
展開 FLUENT反應(yīng)流與燃燒模擬高級培訓(xùn)！！！
培訓(xùn)大綱：
第一章 FLUENT燃燒模擬簡介
1.1 燃燒模擬的應(yīng)用
1.2 軟件功能概述
1.3 計算網(wǎng)格
1.4 反應(yīng)動力學(xué)、湍流與化學(xué)反應(yīng)之間的相互作用
1.5 量綱分析
第二章 FLUENT燃燒模型之一
2.1 渦耗散模型
2.2 非預(yù)混模型
第三章 FLUENT燃燒模型之二
3.1 火焰面模型
3.2 預(yù)混燃燒模型
3.3 部分預(yù)混燃燒模型
第四章 FLUENT詳細(xì)化學(xué)反應(yīng)和表面反應(yīng)
4.1 層流有限率模型
4.2 ISAT理論
4.3 EDC模型
4.4 概率密度函數(shù)輸運模型
4.5 表面反應(yīng)模型
4.6 動力學(xué)模型
4.7 相關(guān)算例介紹
第五章 FLUENT離散相（DPM）反應(yīng)和噴霧模型
5.1 離散相模型
5.2 噴霧模型
5.3 二次霧化，焦炭反應(yīng)和噴霧
第六章 FLUENT輻射模型
6.1 DTRM模型
6.2 P1模型
6.3 Rosseland模型
6.4 DO模型
6.5 S2S模型
6.6 日光輻射模型
第七章 FLUENT污染物模型
7.1 NOx模擬
7.2 SOx模擬
7.2 Soot模擬
第八章 FLUENT燃燒模擬技巧
第九章 FLUENT燃燒模擬算例
9.1 煤粉旋流燃燒
9.2 GE LM-1600燃?xì)鉁u輪燃燒室
9.3 使用EDC模型考慮詳細(xì)化學(xué)反應(yīng)機理模擬氣體燃燒
9.4 使用概率密度函數(shù)輸運模型考慮詳細(xì)化學(xué)反應(yīng)機理模擬氣體燃燒
9.5 使用zimont完全預(yù)混模型模擬燃燒
9.6 液滴燃燒的模擬
9.7 穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)火焰面模型模擬燃燒與化學(xué)反應(yīng)流
9.8 利用有限反應(yīng)速率模型自定義反應(yīng)過程參數(shù)模擬燃燒與化學(xué)反應(yīng)流
9.9 焦炭多步反應(yīng)過程模擬
9.10 SNCR模型模擬脫硝
9.11 表面多步反應(yīng)模擬（表面催化反應(yīng)模擬）
9.12 富氧燃燒爐反應(yīng)模擬
9.13 氣化爐反應(yīng)模擬
答疑
展開 工程熱物理所在化石燃料燃燒與綠色利用研究中獲進(jìn)展
動力學(xué)模擬方面，發(fā)展了較大單環(huán)芳烴的氧化機理，實驗上觀測到幾十種燃燒和氧化中間產(chǎn)物，結(jié)合量子化學(xué)計算得到這些中間產(chǎn)物的熱力學(xué)和化學(xué)反應(yīng)的動力學(xué)參數(shù)，對這些燃料氧化過程中產(chǎn)生污染物的機理進(jìn)行了反應(yīng)路徑和敏感性分析；構(gòu)建了航空模型燃料（正癸烷+均三甲苯、正十二烷+正丙苯+三甲基環(huán)己烷）的點火機理，特別是從動力學(xué)角度分析了負(fù)溫度效應(yīng)對燃料轉(zhuǎn)化的影響規(guī)律，該結(jié)果對于理解和發(fā)展新的航空模型燃料具有重要的指導(dǎo)作用。
催化燃燒方面，發(fā)展了用于制備組分可控催化劑的化學(xué)氣相沉積方法，實驗上成功獲得了單、雙和三過渡態(tài)金屬氧化物薄膜，并從動力學(xué)角度揭示了催化劑的形成機理，為開發(fā)設(shè)計新的活性催化劑奠定了堅實的理論和實驗基礎(chǔ)；建立了利用超聲分子束質(zhì)譜和原位漫反射分別研究催化燃燒氣相和表面反應(yīng)機理的方法，該方法通過原位診斷巧妙地獲得氣相燃燒中間體和表面吸附及價態(tài)變化的信息，為理解催化燃燒反應(yīng)路徑和建立精確的催化燃燒模型提供了實驗數(shù)據(jù)庫；量化計算了模型尾氣分子在過渡態(tài)金屬氧化物表面反應(yīng)的動力學(xué)信息，得到了氣體分子在催化劑表面吸附和反應(yīng)的能壘及速率常數(shù)，考慮了缺陷表面對催化反應(yīng)的影響，計算了ER、LH和MvK對于催化反應(yīng)的貢獻(xiàn)比例，為進(jìn)一步發(fā)展催化模型提供了理論支撐。
該工作得到科技部重點研發(fā)計劃課題、國家自然科學(xué)基金重大研究計劃、面上基金、中科院創(chuàng)新交叉團隊和德國洪堡基金會研究合作小組等的支持。
展開 4月23-26日 北京 | Fluent燃燒及化學(xué)反應(yīng)流計算理論與工程應(yīng)用專題
一、專題目標(biāo)：
通過理論與工程實例相結(jié)合的方式進(jìn)行講解，掌握利用Fluent軟件對工程中的組分?jǐn)U散、化學(xué)反應(yīng)、燃燒等物理現(xiàn)象進(jìn)行建模與仿真計算
二、工程案例：12個工程案例
三、典型問題：組分?jǐn)U散、體積反應(yīng)、燃燒、表面反應(yīng)、多相反應(yīng)、污染物預(yù)測。
四、知 識 點：組分輸運模型、燃燒模型的選擇及參數(shù)設(shè)置、污染物模型參數(shù)設(shè)置。
核殼納米結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑、光催化應(yīng)用及應(yīng)用前景
理論上，所有光催化反應(yīng)都是由電荷載體驅(qū)動的，電荷載體的行為可分為電荷產(chǎn)生、分離、遷移和表面反應(yīng)。每個步驟中電荷利用的效率決定了光催化的整體性能。核殼（YS）結(jié)構(gòu)可以為電荷載體的有效利用提供理想的平臺。通常，核殼結(jié)構(gòu)由中空殼和內(nèi)芯構(gòu)成，其可以增強中空空間中的光散射并提供大表面以產(chǎn)生足夠的活性位點，這兩者都可以顯著提高電荷利用的效率。另外，可以采用許多策略來改造核殼結(jié)構(gòu)，以進(jìn)一步增強每個步驟中的電荷行為。關(guān)于核殼結(jié)構(gòu)的現(xiàn)有綜述主要集中在核殼應(yīng)用的普遍性，而基于核殼的改善光催化性能的策略尚未得到詳細(xì)說明。
【成果簡介】
近日，天津大學(xué)鞏金龍教授從提高光催化性能的策略詳細(xì)闡述了核殼結(jié)構(gòu)，并概述了核殼結(jié)構(gòu)的分類，合成，形成機制和光生載流子行為的合理調(diào)控，以實現(xiàn)非均相光催化反應(yīng)中核殼結(jié)構(gòu)的有效利用。最后，作者提出核殼結(jié)構(gòu)以后的發(fā)展方向會在光催化水分解、CRR、與單原子催化結(jié)合、以及研究光反應(yīng)過程中形成核殼的原子級機制和電荷傳輸?shù)臅r間分辨過程。該成果近日以題為“Rational design of yolk–shell nanostructures for photocatalysis”發(fā)表在知名綜述Chem. Soc. Rev.上。
【圖文導(dǎo)讀】
圖一：半導(dǎo)體光催化劑的完整催化過程（一、光輻射產(chǎn)生載流子；二、電子和空穴遷移到催化劑表面；三、表面反應(yīng)）
(a) 光催化半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)，以及電荷產(chǎn)生和氧化還原反應(yīng)的機理；
(b) 多相光催化的典型結(jié)構(gòu)和光催化過程中載流子行為的步驟。
展開 21場仿真免費網(wǎng)絡(luò)培訓(xùn)來襲，首波報名啟動！
表：安世亞太2017系列免費網(wǎng)絡(luò)培訓(xùn)課程安排
序號
主題
課程提要
時間
(14:00-15:00)
1
基于ANSYS Fluent的DPM顆粒表面反應(yīng)及應(yīng)用介紹
顆粒反應(yīng)常見于煤粉燃燒，石灰石分解，金屬顆粒燃燒，脫硫等過程中。本課程主要介紹ANSYS Fluent可以處理的顆粒表面的反應(yīng)類型，以及如何利用UDF定義顆粒的表面反應(yīng)速率。
4月18日
2
Fluent多項流模型
主要介紹Fluent軟件在多項流仿真中的典型應(yīng)用，包括VOF模型及混合模型，離散流模型及歐拉模型。演示關(guān)于空化反應(yīng)及自由表面流動的詳細(xì)案例。
4月19日
3
電廠熱力系統(tǒng)仿真技術(shù)與應(yīng)用
本次培訓(xùn)介紹了快速構(gòu)建電廠熱力系統(tǒng)的操作案例，并利用Flownex軟件的內(nèi)含部件模型（汽輪機、鍋爐、換熱器、泵、風(fēng)機等）來實現(xiàn)動態(tài)過程仿真。
4月20日
4
ANSYS結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化分析技術(shù)
ANSYS參數(shù)優(yōu)化全流程剖析與講解。包括了實際工程中遇到的參數(shù)優(yōu)化問題全過程，實驗設(shè)計（DOE），參數(shù)敏感性分析，多軟件平臺調(diào)用，不同優(yōu)化方法的原理、應(yīng)用以及盛行歐洲的參數(shù)優(yōu)化平臺ANSYS-optiSLang的軟件操作介紹。
4月25日
5
Genesis for ANSYS高級拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)
主要介紹拓?fù)鋬?yōu)化軟件Genesis的基本理論，方法和應(yīng)用。
展開 
在 COMSOL 中模擬表面吸附
在之前的文章中，我們了解了為什么表面是具有特殊化學(xué)意義的位置，并討論了用于描述表面反應(yīng)的理論，包括描述多孔介質(zhì)均質(zhì)模型中的表面。本文我們將討論化學(xué)物質(zhì)通過吸附作用附著到表面時的特性。吸附在許多催化和傳感過程中起著至關(guān)重要的作用，因此我們要考慮如何將吸附包含到化學(xué)模型中。
什么是吸附？
有時候，化學(xué)物質(zhì)會吸附在表面上，這種現(xiàn)象可能發(fā)生在氣相中的固體表面以及浸沒在液體溶液中的固體表面。化學(xué)物質(zhì)在表面上聚集的能力在傳感和分離過程中都非常有用，這也是催化反應(yīng)的一種方式。在本系列的第一篇文章中，我們討論了為什么表面通常具有獨特的化學(xué)性質(zhì)。
粘附在表面的過程稱為吸附。請不要將吸附與吸收一詞混淆，吸收是指一種化學(xué)物質(zhì)被吸收到固體或溶液中。
BET 多層吸附示意圖，這是吸附的其中一種類型。圖片由 Life of Riley 提供。在CC BY-SA 3.0許可下使用，通過Wikimedia Commons分享。
吸附可能涉及表面與被吸附物之間的化學(xué)鍵形成(化學(xué)吸附)或者涉及表面與被吸附物之間通過氫鍵或范德華力等分子間作用力產(chǎn)生的吸引（物理吸附)。一般來說，物理吸附分子在表面上更容易發(fā)生移動，吸附力也比較弱。
等溫吸附
吸附過程可以描述為平衡反應(yīng)：
其中，氣相中的化學(xué)物質(zhì) A(g) 稱為吸附物：它以一定的吸附速率被吸附，然后以一定的解吸速率進(jìn)行解吸。
我們?nèi)绾螐臄?shù)學(xué)上描述這個平衡反應(yīng)呢？最簡單的方法之一是美國物理化學(xué)家 Irving Langmuir 發(fā)現(xiàn)的。
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因此，我們使用 2D 模型來研究測試條中的傳輸和反應(yīng)。2D 模型允許我們沿著測試條的長度和厚度使用更高分辨率的網(wǎng)格。
這些模型結(jié)合使用了 COMSOL Multiphysics 中用于多孔介質(zhì)流動的理查茲方程 接口和稀物質(zhì)傳遞接口。形成 IgM-C、IgG-C 和抗 AA-C 絡(luò)合物的反應(yīng)由 化學(xué) 接口定義。此外，測試線上的表面反應(yīng)也由化學(xué) 接口定義。對于 2D 模型，我們使用了兩種不同的方法:
假設(shè)絡(luò)合物在測試線上的吸附僅發(fā)生在膜表面
假設(shè)檢測中的吸附過程發(fā)生在測試線位置下方的整個膜厚度上
含 2D 模型組件和 理查德方程模型的模型樹，化學(xué)、稀物質(zhì)傳遞，表面反應(yīng)接口，和 反應(yīng)工程接口。生成空間相關(guān)模型節(jié)點將傳輸和化學(xué)接口添加到已經(jīng)存在的 2D 模型組件的理查德方程接口。
IgM 反應(yīng)路徑的模型樹如上圖所示。化學(xué)，稀物質(zhì)傳遞 和表面反應(yīng) 接口都均是由反應(yīng)工程 接口建立的，其中使用了生成空間相關(guān)模型功能。
連接板中的化學(xué)反應(yīng)定義如下:
連接板中納米金顆粒上的 IgM 和 SARS Co-2 抗原之間的反應(yīng)定義為:
IgM +SCoAu(ads) => IgMC
術(shù)語(ads)用于表示抗原和納米粒子被吸附在連接板的孔結(jié)構(gòu)中，并被 IgM 吸附以形成 IgMC 絡(luò)合物，IgMC 絡(luò)合物溶解在溶液中。
可以得到IgG抗體的類似反應(yīng): IgG + SCoAu(ads) => IgGC
動物抗體與動物抗原在納米金顆粒上的反應(yīng)可定義為: AA + AAu(ads) => AAC
因此，IgMC、IgC 和 AAC 是共軛抗體絡(luò)合物。
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展開 力學(xué)所高溫氣體動力學(xué)國家重點實驗室（LHD）與大連化物所分子反應(yīng)動力學(xué)國家重點實驗室（MRD）學(xué)術(shù)討
為進(jìn)一步推動高溫氣體動力學(xué)領(lǐng)域的學(xué)科融合和交叉、促進(jìn)實驗室開拓發(fā)展，8月31日LHD赴中科院大連化物所與分子反應(yīng)動力學(xué)國家重點實驗室（MRD）開展學(xué)術(shù)討論。力學(xué)所黨委書記劉桂菊、學(xué)術(shù)委員會副主任姜宗林、LHD主任張新宇，大化所化學(xué)動力學(xué)研究中心主任楊學(xué)明院士、MRD主任張東輝院士等來自力學(xué)所和大化所的30余人參加討論會。會議由楊學(xué)明主持。
劉桂菊在致辭中表示，大化所、力學(xué)所各具風(fēng)格和特點，相互學(xué)習(xí)和交流將可能產(chǎn)生重要的思想火花，促進(jìn)合作的開展，LHD高度重視此次活動，針對預(yù)先溝通的四個主要問題準(zhǔn)備研討內(nèi)容主題，希望兩個國家重點實驗室進(jìn)一步落實合作的切入點以及具體內(nèi)容。
楊學(xué)明在致辭中向參會人員表示熱烈的歡迎，認(rèn)為分子反應(yīng)動力學(xué)和高溫氣體動力學(xué)關(guān)系到各自研究領(lǐng)域的下一步發(fā)展趨勢，期望通過交流找到學(xué)科交叉的具體合作點。
張新宇、楊學(xué)明分別介紹了LHD、化學(xué)動力學(xué)研究中心及MRD的總體情況和研究特點。本次會議共做8個專題學(xué)術(shù)報告，分別涉及化學(xué)動力學(xué)理論、高溫氣體動力學(xué)以及燃燒反應(yīng)、大連相干光源、超聲速燃燒和光學(xué)測量、交叉分子束、激波管化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)、反應(yīng)速率計算、高超風(fēng)洞和稀薄氣體風(fēng)洞等多個方面，與會成員展開熱烈討論。
會議雙方經(jīng)過細(xì)致討論，決定成立工作組，在飛行器表面反應(yīng)動力學(xué)、反應(yīng)速率測量、風(fēng)洞實驗中的光譜學(xué)和質(zhì)譜學(xué)、交叉分子束動力學(xué)和重大科研平臺建設(shè)等方面開展合作。
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