现代纳米材料涂层工艺的特点是高温环境和复杂的化学反应,需要精确合成定制设计。这种流动过程极其复杂,除了粘性行为外,还具有传热和传质特性。智能纳米涂层利用磁性纳米粒子,可以通过外部磁场进行操纵。数学模型提供了一种廉价的洞察此类涂层动力学过程固有特性的方法。受此启发,在当前的工作中,开发了一种新的数学模型,用于双催化反应物种在轴对称涂层中扩散,该涂层包裹强制对流边界层流,该流来自浸没在饱和磁性纳米流体的均质非达西多孔介质中的线性轴向拉伸水平圆柱体。其中包括均相和异相反应、热源(例如激光源)和非线性辐射传输。部署了 Tiwari-Das 纳米级模型。使用 Darcy-Forchheimer 阻力公式来模拟多孔介质纤维的体积多孔阻力和二阶惯性阻力。磁性纳米流体是一种水性导电聚合物,由基础流体水和磁性 TiO 2 纳米粒子组成。TiO 2 纳米粒子是一种化学反应物质 (A),还存在第二种物质 (B)(例如氧气),它也发生化学反应。粘性加热和欧姆耗散也包括在内,以产生更物理上真实的热分析。这里提出的具有物质扩散(物质 A 和 B)的非线性守恒方程通过适当的流函数和缩放变量转换为一组非线性联合多阶 ODE。在 MATLAB bvp5c 程序中,使用四点 Gauss-Lobotto 公式求解上升非线性常微分边界值问题。使用 Adams-Moulton 预测校正数值方案(Unix 中编码的 AM2)进行验证。包括速度、温度、物质 A 浓度、物质 B 浓度、表面摩擦、局部努塞尔特数以及物质 A 和 B 局部舍伍德数的广泛可视化。关键词:Darcy-Forchheimer 模型;水性功能磁性聚合物;智能涂层流;二氧化钛纳米颗粒分数;非线性辐射;均相和非均相化学反应;数值;边界层包裹;努塞尔特数;舍伍德数。
L07 Chem 105 普通化学原理 I 本课程追溯了化学的发展,从早期的原子理论到现代的结构、键合和分子间相互作用的描述。在整个学期中,学生将学习如何从宏观的化学计量学观察、化学反应、元素和化合物的性质以及化学周期性发展到微观的分子结构和键合理解。本学期从与化学计量学、化学反应、溶液化学和气体性质相关的基础知识开始,重点是定量问题解决。然后介绍八位字节规则、路易斯结构和价壳电子对排斥 (VSEPR) 理论作为描述分子稳定性和结构的早期尝试。接下来介绍局部电子模型 (LEM) 和分子轨道理论 (MOT) 作为化学键的现代描述。本课程以分子间力(如氢键和范德华相互作用)结束。本课程是一系列严肃的入门课程,要求并培养代数计算和解决问题的技能。先决条件:一年高中化学或物理,或经教师许可。学分 3 个单位。A&S IQ:NSM、AN 建筑:ETH、S、NSM 艺术:NSM BU:SCI
个人轻型电动汽车(PLEV)市场在过去十年中迅速发展,并且是城市运输系统电气化和脱碳的重要组成部分,尤其是对于短途旅行。电动推进系统现在在各种轻型车辆中使用,从踏板和越野电动自行车的踏板辅助以及3和4轮的城市送货车(E-Bikes)到许多其他车辆,例如Hashoverboards和Electric Scooters(E Scooters)等许多其他车辆,其中许多目前都不适用。在英国出售的PLEV的电池储能系统主要使用锂离子细胞化学反应,该化学也广泛地在其他市场领域(例如个人电子设备,电动乘用车和电网存储)。所有这些市场都受益于锂离子细胞提供的高能量密度和功率密度,以及锂离子细胞全球市场的快速增长导致制造规模经济,从而大大提高了其负担能力。从2013年到2023年,锂离子电池的价格下跌了82%。然而,锂离子电池可能会发生严重的故障,称为热失控,其中细胞会经历高度放热的化学反应,这可能导致大量热,有毒,易燃气体的排气。当气体点燃时,可能会引起火灾甚至爆炸。
野火是一个复杂的多尺度过程,受与其他地球过程的非线性尺度相关相互作用的影响。导致火灾的物理过程发生在很宽的尺度范围内。虽然天气过程的特征尺度范围超过 5 个数量级,从大型天气系统的百公里尺度到小尺度效应和涡流的米尺度,但与燃料热分解和燃烧相关的化学反应发生在厘米或更小的尺度上,产生的火焰长度高达 60 米。火线以平均速度传播,速度约为几分之一米/秒,同时产生的火焰以 50 米/秒的速度传播,化学反应发生在数秒或更短的量级。火灾产生的风和浮力属于极端大气现象。天气是影响火灾行为的主要外部因素,火灾与大气之间的双向相互作用至关重要——众所周知,火灾会极大地影响其周围的天气。火灾通过动量、水蒸气和热量的流动与大气动力学相互作用,并通过水分和热量保持与土壤相互作用。
在电子到化学品研究线(使用可再生电力作为能源来驱动化学反应)中,一种全新的 CO 2 电解工艺概念已被添加到正在探索的概念集中:使用未分割电池的概念。通过这种“单室电解”证明了可行的甲酸生产。该概念导致了专利申请。为了进一步发展,它被纳入今年提交的 Horizon 2020 提案中。在光子到化学品研究线(使用阳光作为能源来驱动化学反应)中,已经开发出商业上可行的 CO 2 光(电)化学转化为甲醇的策略。此外,还开发了针对活性/时空产率优化的 CO 2 等离子体光转化为甲烷的催化剂,这项工作已经发表。用于将二氧化碳转化为甲烷和合成气的完整实验室规模微型工厂的首个设计已经完成,该装置将于 2021 年交付。今年已提交并批准了“地平线 2020”提案。
燃料电池是未来的技术,是通过化学反应和H 2 O作为废物释放热量的氢和氧来创建电能的设备。由于没有燃烧而产生的电力,因此污染较少。化学反应发生在聚合物电解质膜(PEM)燃料电池中的部分由膜组成。在这项研究中,研究了燃料电池的不同大小(5-25-50 cm 2)的燃料消耗,并通过实验确定影响性能的因素。首先,安装了PEM燃料电池,并根据已建立的电池的特征将适当量的氢(H 2)和氧(O 2)发送到燃料电池。在研究期间,确定了不同尺寸的燃料电池的性能。根据燃料电池中的C-H比值确定燃料电池的行为,并根据产生的电流发现功率值。根据燃料电池的大小评估了燃料电池的性能,并计算了其产生的电能量。在这种情况下,确定表面积为5 cm 2的燃料电池分别是C60H60中最有效的,C60H46中的25 cm 2和C60H46中的50 cm 2分别为50 cm 2。
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