非結(jié)構(gòu)化自適應(yīng)建表方法在多尺度模擬中的研究及應(yīng)用.pdf

1、傳統(tǒng)不可再生能源開(kāi)發(fā)利用伴隨著嚴(yán)重的污染和浪費(fèi)問(wèn)題，并且即將被耗盡。為了實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)與能源、環(huán)境的協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展，必須發(fā)展高效、無(wú)污染的先進(jìn)能源形式。先進(jìn)的能源系統(tǒng)要求極高效率和近零排放，高度復(fù)雜性和多尺度是其本質(zhì)特性。多尺度模擬研究必須要考慮系統(tǒng)中各個(gè)尺度之間的耦合效應(yīng)，因此就會(huì)產(chǎn)生比傳統(tǒng)模擬復(fù)雜得多的問(wèn)題，其中最主要的難點(diǎn)之一就是：多尺度模擬的計(jì)算代價(jià)過(guò)大。因此如何解決多尺度模擬計(jì)算代價(jià)過(guò)大的問(wèn)題就顯得尤為關(guān)鍵。
　　為了解決多

2、尺度模擬及優(yōu)化中計(jì)算代價(jià)過(guò)大的問(wèn)題，本文在微觀尺度上采用動(dòng)力學(xué)蒙特卡羅法(kineticMonteCarlo，簡(jiǎn)稱kMC)模擬微觀變量，在宏觀尺度上，利用非結(jié)構(gòu)化自適應(yīng)建表方法(insituadaptivetabulation，簡(jiǎn)稱ISAT)處理宏觀變量。在誤差容許范圍內(nèi)盡可能采用ISAT方法，避免耗時(shí)的kMC微觀模擬步驟。相比全部采用kMC微觀模擬，這種方法節(jié)省了計(jì)算時(shí)間，提高了計(jì)算效率，從而為多尺度模擬和優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。
　　為

3、了檢驗(yàn)ISAT方法節(jié)省計(jì)算時(shí)間，提高計(jì)算效率的效果，以固體氧化物燃料電池(SOFC)為研究對(duì)象，分別將ISAT方法應(yīng)用于氫氧化學(xué)反應(yīng)過(guò)程和氧化釔穩(wěn)定氧化鋯（YSZ）電解質(zhì)中氧空位擴(kuò)散過(guò)程的kMC模擬中，主要的工作包括：
　　1、重點(diǎn)研究了非結(jié)構(gòu)化自適應(yīng)建表方法（ISAT）的原理及實(shí)現(xiàn)方法。深入討論了不同階數(shù)ISAT方法的誤差控制，并對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的多種操作方法做了詳細(xì)的介紹，最后歸納總結(jié)了ISAT方法的具體步驟。
　　2、以

4、固體氧化物燃料電池(SOFC)氫氧化學(xué)反應(yīng)為對(duì)象，在不同溫度，氫氧當(dāng)量比條件下，將ISAT方法引入氫氧反應(yīng)的kMC模擬中，得到電流密度以及各組分摩爾百分比隨時(shí)間的變化情況，分析不同參數(shù)條件對(duì)SOFC電流密度的影響，重點(diǎn)分析了ISAT的效率和精度。
　　3、將ISAT方法應(yīng)用于SOFC電解質(zhì)中氧空位擴(kuò)散過(guò)程的一維kMC模擬中，在不同溫度、自發(fā)擴(kuò)散躍遷勢(shì)壘、外加電壓頻率、電介質(zhì)層數(shù)以及初始各層氧空位數(shù)目等條件下進(jìn)行模擬，分析各個(gè)參數(shù)對(duì)