气相法制备纳米颗粒过程的monte carlo模拟及反问题方法研究

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1、分类号学号M201170936学校代码10487密级硕士学位论文气相法制备纳米颗粒过程的MonteCarlo模拟及反问题方法研究学位申请人：郝晓明学科专业：热能工程指导教师：赵海波教授答辩日期：2014年1月14万方数据AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterinEngineeringPopulationBalance-MonteCarlosimulationforgas-to-particlesynthesisofnanopa

2、rticlesandinverseproblemmethodologyCandidate：HaoXiaomingMajor：ThermalEngineeringSupervisor：Prof.ZhaoHaiboHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan430074,P.R.ChinaJanuary,2014万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研

3、究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师

4、签名：日期：年月日日期：年月日I万方数据华中科技大学硕士学位论文摘要通过高温气溶胶反应器制备纳米颗粒近来引起了科学界和工业界的广泛关注，因为其可以制备特定化学物理特性的高纯纳米颗粒，而这些纳米颗粒是制备具有各种优良特性的纳米材料的基元。模拟这一制备过程能够有效地增进对于短时间内和复杂工艺条件下颗粒动力学的了解。然而这一类型模拟目前仍然存在挑战，主要原因是这一过程涉及包括颗粒成核、凝并和烧结等多种动力学事件，生产过程处于复杂工业生产条件下，温度分布等多因素影响着纳米颗粒产物的品质。不仅如此，目前频繁使用的颗粒动力学模型在某些情况下可能

5、并不是十分准确，辨识有效的动力学模型参数十分有必要。本文使用颗粒群平衡模拟-蒙特卡洛(populationbalance-MonteCarlo,PBMC)方法模拟高温气溶胶反应器中纳米颗粒物动力学演变过程，通过耦合各类先进模型，在提高并保证了计算精度的同时，极大地降低了计算代价，使得MonteCarlo方法能够快速有效地模拟这一纳米颗粒生产过程。通过扩展的MonteCarlo方法，进一步了解了制备过程中纳米颗粒物的动力学演变过程及相应的动力学事件竞争关系，建立起模拟正问题过程。基于建立的快速有效的PBMC，本文使用了两种反问题方法，

6、依次辨识了烧结、成核和凝并三种动力学事件模型中的不确定动力学参数。辨识得到的核模型参数有效可靠，使得模拟结果与实验测量值一致，提高了模拟的可信度，而且首次发现了烧结核模型中两个动力学参数之间的类动力学补偿效应，两个机理参数间简单的线性关系使得我们更好的了解了特征烧结时间公式可能暗含的物理意义，两个不确定参数减少为一个，使得在以后的工作中能够更容易辨识有效烧结核模型参数。关键词：颗粒群平衡；MonteCarlo方法；反问题方法；纳米颗粒物II万方数据华中科技大学硕士学位论文AbstractNanoparticlessynthesisv

7、iaaerosolroutehasrecentlyattractedthegrowinginterestsofthescientificandindustrialcommunitiesbecauseitcanproducehigh-puritynanoparticleswithspeciallytailoredchemicalandphysicalproperty,whichweretheelementfornanomaterials.Theprocesssimulationofnanoparticlesynthesisviathe

8、gas-phasemethodisessentialtounderstandthedetaileddynamicevolutionofnanoparticleswithinaveryshorttimeperiodunderhighte