多尺度传递过程研究进展
多尺度方法在复合材料力学分析中的研究进展
多尺度方法在复合材料力学分析中的研究进展摘要：本文从多尺度方法的适用情况入手，对其在复合材料力学分析当中的研究进展进行了分析阐述，科学地指明了该方法的应用前景。
关键词：力学原理；复合材料；多尺度方法；应用分析一、前言近年来，多尺度的方法在对长度和时间的尺度互相作用上得到了越来越广泛的研究，在内涵和外延上非常丰富。
由于这种多尺度方法当前在我们日常生活中普遍存在，几乎在力学、宏观、微观等很多领域都可见一斑，所以在材料形状变化和效果削减的科学研究中经常遇到。
多尺度方法融合了时间和空间尺度的双重属性，同时兼容了耦合的特征，在材料科学和工程专业中相对复杂计算中应用的非常多。
尤其是在进行同尺度之间不相关因素进行计算，复合材料以及结构不同材料进行使用能力模拟分析，甚至对材料的微观属性或者物理性能进行分析的时候，使用这种多尺度的方法效果非常明显。
由于复合材料在物理和化学特质上有着显著的差异，并且依靠宏观、微观和介观等迥异的尺度结构存在，按照相对复杂的特点构成，通常在腐蚀能力的防御上、坚硬程度的比值上比较高，而紧密程度、蠕变性能上又比较低，与其他生物质的兼容上非常突出，所以目前在土木工程施工建设以及航空航天事业的发展上，应用的非常广泛。
另外，因为复合材料属于多相品类，在力学原理和失效性能上同承重能力、外来应力、边界环境等宏观特质息息相关，并且也关系着组合能力、坚固结构、内部布局同材料本身的界面属性，所以考虑到复合材料的后期使用问题，就应当利用多尺度方法对其结构特点进行深入系统的分析研究。
因此，笔者试针对多尺度方法在复合材料力学分析这的研究进展情况，谈些粗浅的想法。
二、多尺度方法在纤维增强复合材料力学分析中的应用纤维增强复合材料即属于多相类型，在研究上一般包括细观和宏观的力学分析方法。
宏观方法主要从唯象的角度去考虑，按照均衡假定的原理，视复合材料为宏观均衡化的参照物，假设增强属性与基体是一致的，忽略分相的制约情况，而只分析复合材料的均衡反映能力。
多尺度分子通信系统中的信息传输技术
将高效调制方法与生物分子编码方案相结合，形成一套完整的信息 传输方案，以提高整个系统的性能。
编码调制联合优化策略
研究编码调制联合优化策略
针对多尺度分子通信系统中的信息传输需求，研究 编码和调制技术的联合优化策略，以提高整个系统 的性能。
优化策略性能评估
对所研究的联合优化策略进行性能评估，包括误码 率、传输速率、功率效率等指标，以验证其在实际 应用中的有效性。
纳米线通信
利用纳米线作为信息传输媒介，实现 高速、低功耗的信息传输。
微流控技术
通过微流控芯片实现微小颗粒或分子 在介观尺度上的精确操控和信息传递 。
宏观尺度信息传输策略
无线通信网络
构建无线通信网络，实现宏观尺度上的信息传输和共享。
光纤通信技术
利用光纤作为信息传输媒介，实现大容量、远距离的信息传 输。
国内在多尺度分子通信系 统研究方面起步较晚，但 近年来发展迅速，取得一 系列重要成果。
发展趋势
未来多尺度分子通信系统 研究将更加注重跨尺度信 息传输、高效能量利用和 安全性等方面。
研究内容、目的和方法
研究内容
针对多尺度分子通信系统中的信 息传输技术，研究跨尺度信息传 输、信号调制与解调、噪声抑制
等关键技术。
宏尺度
通过宏观设备与系统集成，实现跨尺度信息传输 和协同工作。
信息传输技术挑战与问题
1 2
分子通信的随机性和不确定性
由于分子通信过程中分子的随机运动和不确定性 ，导致信息传输的可靠性和稳定性受到影响。
通信延迟和带宽限制
分子通信过程中的传播延迟和有限的分子种类和 数量限制了通信系统的带宽和实时性。
3
多尺度分子通信系统中的信息传输
多尺度传递过程研究进展
存档日期：存档编号北京化工大学研究生课程论文课程名称：计算流体力学与传热课程代号：_________ ChE515 _________任课教师：张建文完成日期：2012年12月20日专业：化学工程学号：姓名：成绩：_________________________多尺度传递过程研究进展摘要：本文介绍了化工中多尺度的研究方法以及传递研究的新进展。
着重介绍了现代化工多尺度传递过程研究的三种新方法：平均方法、直接模拟法以及耦合方法，并与传统的研究思路做比较。
最后提出了多尺度传递过程研究中出现的问题并对多尺度传递过程研究提出展望。
关键词：多尺度传递过程Advances in MultiscaleTransportProcessAbstract: This article describes a multiscale chemical method and the new advance of transport process. Mainly introduce three modern chemical multiscale methods in transport process study: average method, the direct simulationmethod,and coupling method.Finally this paper puts forward a multi scale transfer process and research problems and to propose the prospect of the study on multi scale transfer process. Key words: multiscale ,transport process一、引言1.1 化工中的多尺度问题多尺度的术语现在被广泛地使用，例如Villemaux 提出计算化学工程的多尺度应用，Lerou 和Ng 的文章《化学反应工程, 研究多目标任务的多尺度方法》等, 但不同学者所认的“尺度”的含义可能并不相同。
热能储控过程多尺度热质传递现象及机理
热能储控过程多尺度热质传递现象及机理热能储控过程是指通过储能装置将热能储存起来，以便在需要时释放出来供应能量。
在热能储控过程中，多尺度热质传递现象及机理起着重要的作用。
多尺度热质传递是指在不同尺度下的热质传递现象。
在热能储控过程中，热质传递可以发生在宏观尺度下的储能装置表面，也可以发生在微观尺度下的储能材料内部。
在宏观尺度下，热质传递主要通过传导、对流和辐射等方式进行。
传导是指热量通过物质内部的分子振动传递，对流是指热量通过流体的流动传递，辐射是指热量通过电磁波辐射传递。
在微观尺度下，热质传递主要通过分子间的碰撞和传递进行。
在热能储控过程中，多尺度热质传递现象的机理是非常复杂的。
首先，在宏观尺度下，储能装置的表面温度与环境温度之间存在温差，热量通过传导、对流和辐射等方式从高温区传递到低温区。
传导过程中，热量通过物质内部的分子振动传递，传热速率与物质的导热性能有关。
对流过程中，热量通过流体的流动传递，传热速率与流体的流速和热传导系数有关。
辐射过程中，热量通过电磁波辐射传递，传热速率与表面的辐射能力和环境的吸收能力有关。
在微观尺度下，储能材料内部的热质传递机理更为复杂。
储能材料通常由大量的微观颗粒组成，热质传递可以发生在颗粒之间的接触面上。
在颗粒之间，热质传递主要通过分子间的碰撞和传递进行。
传热速率与颗粒的热传导系数、颗粒的间隙和颗粒的接触面积有关。
此外，储能材料内部还存在着孔隙和通道等微观结构，这些结构对热质传递也有影响。
孔隙和通道的形状和尺寸可以影响热质传递的路径和速率。
热能储控过程中的多尺度热质传递现象及机理对热能储存和释放的效率有重要影响。
通过研究和优化多尺度热质传递现象及机理，可以提高热能储控系统的能量转换效率和储能性能。
例如，通过改变储能装置的表面形状和材料，可以增加热质传递的表面积和热传导率，提高热能的储存和释放速率。
通过调控储能材料的微观结构和孔隙大小，可以改善热质传递的路径和速率，提高热能的储存和释放效率。
多尺度方法在复合材料力学研究中的进展
多尺度方法在复合材料力学分析中的研究进展摘要简要介绍了多尺度方法的分量及其适用围，详细论述了多尺度分析方法在纤维增强复合材料弹性、塑性等力学性能中的研究进展，最后对多尺度分析方法的前景进行了展望。
关键词多尺度分析方法，复合材料，力学性能，细观力学，均匀化理论1 引言多尺度科学是一门研究不同长度尺度或时间尺度相互耦合现象的跨学科科学，是复杂系统的重要分支之一，具有丰富的科学涵和研究价值。
多尺度现象并存于生活的很多方面，它涵盖了许多领域。
如介观、微观个宏观等多个物理、力学及其耦合领域[1]。
空间和时间上的多尺度现象是材料科学中材料变形和失效的固有现象。
多尺度分析方法是考虑空间和时间的跨尺度与跨层次特征，并将相关尺度耦合的新方法，是求解各种复杂的计算材料科学和工程问题的重要方法和技术。
对于求解与尺度相关的各种不连续问题。
复合材料和异构材料的性能模拟问题，以及需要考虑材料微观或纳观物理特性，品格位错等问题，多尺度方法相当有效。
复合材料是由两种或者两种以上具有不同物理、化学性质的材料，以微观、介观或宏观等不同的结构尺度与层次，经过复杂的空间组合而形成的一个多相材料系统[2]。
复合材料作为一种新型材料，由于具有较高的比强度和比刚度、低密度、强耐腐蚀性、低蠕变、高温下强度保持率高以及生物相容性好等一系列优点，越来越受到土木工程和航空航天工业等领域的重视。
复合材料是一种多相材料，其力学性能和失效机制不仅与宏观性能（如边界条件、载荷和约束等）有关，也与组分相的性能、增强相的形状、分布以及增强相与基体之间的界面特性等细观特征密切相关，为了优化复合材料和更好地开发利用复合材料，必须掌握其细观结构对材料宏观性能的影响，即应研究多尺度效应的影响。
如何建立起复合材料的有效性能和组分性能以及微观结构组织参数之间的关系，一直是复合材料研究的重点，也是复合材料研究的核心目标之一。
近年来，随着细观力学的发展和渐近均匀化理论的深化，人们逐渐认识并开始研究复合材料宏观尺度和细观尺度之间的联系，并把二者结合起来。
多尺度材料的力学行为研究
多尺度材料的力学行为研究材料力学是研究材料在受力下的变形和破坏行为的科学，而多尺度材料力学研究则是在不同尺度上对材料的力学性能进行综合研究。
多尺度材料力学的发展不仅仅是为了更好地解释和预测材料力学性能的变化规律，还为新材料的设计和开发提供了思路和方法。
在多尺度材料力学研究中，首先需要从微观层面进行材料结构的分析。
由于材料的力学性能与其微观结构的相互作用密切相关，研究材料的微观结构能够揭示材料的力学行为的本质。
常用的手段包括原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等，这些手段可以观察到材料内部的晶体结构、原子排列和缺陷等信息。
除了观察材料的微观结构，还需要通过实验和计算手段来研究材料的力学行为。
实验上可以利用拉伸机、压力机等设备对材料进行拉伸、压缩等加载试验，得到材料的应力-应变曲线。
计算上则可以利用分子动力学(MD)、有限元分析(FEA)等方法模拟材料受力过程，得到材料的力学行为。
知道材料的基本力学行为后，可以进行多尺度的力学分析。
多尺度力学分析是将宏观层面和微观层面相互协调起来，从而揭示不同尺度上材料的力学行为。
通过多尺度力学分析，可以研究材料的应力传递、能量传递等物理机制，进一步理解材料的塑性、疲劳等性能。
在多尺度材料力学研究中，也有一些具体的应用。
例如，可以将多尺度力学研究应用于新材料的设计和开发。
通过对材料的微观结构和力学性能进行综合研究，可以针对特定应用需求优化材料的性能，并提出合理的加工工艺。
另外，多尺度力学研究还可以用于材料的损伤分析和维修。
通过在不同尺度上对材料的力学行为进行研究，可以分析材料的裂纹扩展、疲劳寿命等问题，为材料的维修和寿命预测提供依据。
多尺度材料力学研究是材料科学领域的一个前沿课题，对于推动材料科学的发展具有重要意义。
通过研究材料的微观结构和力学性能，在揭示材料力学行为规律的同时，也为新材料的设计和应用提供了新思路和方法。
未来，随着计算机技术和实验手段的不断发展，多尺度材料力学研究将会更加深入和广泛，为材料科学的进步做出更大的贡献。
多尺度方法在微_纳接触行为模拟中的应用进展_吴聪颖
多尺度方法在微/纳接触行为模拟中的应用进展＊吴聪颖,段芳莉,郭其超(重庆大学机械传动国家重点实验室,重庆400044)摘要 多尺度方法在求解的不同区域采用不同尺度的力学模型,在精确描述材料力学行为的同时,提高了计算效率,是近年来得到较大发展和广泛应用的一种材料计算方法。
介绍了跨原子和连续介质多尺度算法的过渡区设计、基本算法,以及影响算法精度的主要因素。
评述了多尺度方法在微/纳粗糙表面接触行为研究中的应用,在三维多尺度算法中更好地控制温度将提高模拟精度。
关键词 多尺度方法 跨原子和连续介质力学 微/纳尺度接触中图分类号:O485 文献标识码:AThe Development with the Application of Multi -scale Methods in theSimulation of Micro /Nano -scale ContactWU Congying ,DUAN Fangli ,G UO Qichao(The State K ey L abo ra to ry of M echanical T r ansmissio n ,Cho ng qing U niver sity ,Cho ng qing 400044)Abstract M ulti -scale me tho ds do not adopt the same mechanical models in different areas .Because of its effi -ciency and exactness in de scribing the mechanical co nduct ,as a new method o f ma te rial computing ,it has been develo -ped rapidly and used widely .T he design o f tr ansition region and basic principle o f the ato mic -co ntinuum multi -sca lemethod are intr oduced w ith the major facto rs w hich affect the algo rithm ′s accur acy .A t the same time ,the multi -sca le methods ′applications in simulating the co ntact conduct of micr o /nano -scale ro ug h surfaces are reviewed .The accur acy of simula tion will be improv ed if the temperature is co nf rolled bet te r in 3D multi -scale methods .Key words multi -scale methods ,the atomic -continuum me thod ,micro /nano -scale co ntact ＊国家自然科学基金(50875271);重庆市自然科学基金(CST C 2009BB4200);中央高校基本科研业务费资助课题(CDJZ R -11280001) 吴聪颖:男,1987年生,硕士生 E -mail :eleven -cy @0 引言随着微/纳元器件的面世,材料的微观特性越来越受到重视。
多尺度生态学研究新进展
多尺度生态学研究新进展生态学是对生物和环境之间相互作用的科学研究。
然而，生态学的研究范围非常广泛，从个体到生态系统都有所涉及。
在这个过程中，多尺度研究成为了一个非常重要的话题。
本文将介绍多尺度生态学研究的新进展。
什么是多尺度生态学？多尺度生态学是指将不同尺度的生态学研究结果密切相关起来，寻找它们之间的关联和相互作用，从而更好地理解生态系统的结构和功能。
尺度的范围包括个体、种群、社会、生态系统等。
这一领域的主要目的是研究生物和环境之间的相互作用，并对其进行系统性分析。
多尺度研究方法在多尺度研究中，有许多不同的方法可以使用。
其中最常用的方法是“自上而下”和“自下而上”两种。
自上而下的方法是一种从较高的层次开始，逐渐降低分析尺度的过程。
这个方法主要侧重于寻找系统中的整体模式和规律。
自下而上的方法则是从较低的层次开始，在逐渐升高分析尺度的过程中，研究系统的各个组成部分。
这个方法更侧重于研究系统中个体的行为和生物学基础的结构。
在进行多尺度生态学研究的过程中，还需要使用很多数学和计算机工具来分析所收集到的数据。
这些工具可以帮助研究人员更好地理解数据的意义和关联，并查找数据之间的连续性和模式。
研究领域多尺度生态学的研究范围非常广泛。
以下是一些主要的领域。
1. 生物多样性这个领域研究各种因素影响生态系统生物多样性的程度。
因素的范围可以涉及从个体到生态系统的各种层次，包括环境因素、物种间相互作用等。
2. 水文生态学水文生态学研究水文过程与生态系统之间的关系。
这包括了涉及水量管理、河流流量、水生植物生长以及与水相关的气候、土壤和地形等各种因素。
3. 土壤生态学这个领域的重点是研究土壤生态系统的结构和功能。
它可以包括从微生物到植物的各种层次，并考虑他们之间的相互作用。
4. 气候变化生态学随着全球气温持续上升，对于气候变化生态学的研究也变得越来越重要。
作为一个跨学科领域，它涵盖了物理、生物学、生态学、社会科学和地球科学等多个领域。
多尺度模型的研究方法
多尺度模型的研究方法引言：多尺度模型是一种将不同尺度的信息融合起来的建模方法，通过考虑不同尺度下的特征和关联性，能够更全面地理解和解释复杂系统的行为和性质。
在科学研究和工程应用中，多尺度模型已被广泛应用于各个领域，如材料科学、生物医学、地球科学等。
本文将介绍多尺度模型的研究方法，并探讨其在不同领域中的应用。
一、多尺度模型的概念和原理多尺度模型是一种将系统的特征和行为从不同尺度上进行描述和建模的方法。
传统的单一尺度模型通常只能提供局部信息，无法全面理解系统的整体性质。
而多尺度模型则可以从宏观到微观，从整体到局部，将不同尺度的信息融合起来，以更准确地描述系统的行为。
多尺度模型的建立主要包括以下几个步骤：1. 确定尺度层次：根据研究对象的特性和问题的需求，确定所需的尺度层次，例如宏观尺度、中观尺度和微观尺度。
2. 信息融合：从不同尺度获取系统的特征和行为信息，并进行融合处理，以得到全面的描述。
3. 建立链接：通过建立不同尺度之间的关联性，将融合后的信息在不同尺度间进行传递和交互，以建立起整个多尺度模型。
4. 验证和优化：对建立的多尺度模型进行验证和优化，以提高模型的精度和可靠性。
二、多尺度模型在材料科学中的应用材料科学是多尺度模型应用最为广泛的领域之一。
材料的性能和行为往往受到多个尺度因素的影响，如晶体结构、原子间相互作用等。
通过建立多尺度模型，可以更好地理解材料的微观机制和宏观性能，并为材料的设计和优化提供指导。
例如，在材料的强度研究中，可以通过将原子尺度的位错信息与晶体尺度的应力分布相耦合，建立多尺度的位错模型，从而揭示材料的塑性行为。
此外，多尺度模型还可应用于材料的缺陷分析、界面行为模拟等方面，为材料科学研究提供了有力的工具和方法。
三、多尺度模型在生物医学中的应用生物医学领域是另一个多尺度模型应用广泛的领域。
生物系统的复杂性和多样性使得单一尺度的模型往往无法准确描述生物现象。
通过建立多尺度模型，可以将从基因组、细胞、器官到整个生物体的信息进行融合，以更好地理解生物系统的结构和功能。
复杂系统科学复杂体系多尺度研究
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多尺度科学的研究进展
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化 学 进 展
第 17 卷
单元组成 ,层次之间没有包含和被包含的关系 。在 水平结构中 ,每一层次由不同的子系统和单元组成 。
层次理论的核心观点之一是各层次之间的过程 速率的差异[54] 。一般而言 ,处于层次系统中高层次 的动态行为常常表现出尺度大 、频率小和速率小的 特点 ;而处于层次系统中低层次的动态行为常常表 现出尺度小 、频率高和速率大的特点 。不同层次之 间有相互作用的关系 ,即高层次结构对低层次结构 有制约作用 ,而低层次系统又为高层次系统提供机 制和功能 。由于低层次结构尺度小 、频率高和速率 大的特点 ,在分析高层次行为时 ,低层次信息往往可 以以平均值的形式来表示 。层次结构既是复杂系统 演化的产物 ,又是我们分析复杂系统问题的方法 ,层 次系统的可分解性是应用层次理论的前提 。我们常 常可以根据周期 、频率 、速率 、反应时间等标准 ,同时 考虑结构和功能表现出的边界或表面特征来分解复 杂系统 。
在天 文 学 领 域 最 近 也 开 始 关 心 多 尺 度 现 象[41 ,42] :一是不同尺度的黑洞物理 ,通过天文观测测 量黑洞的主要参数 (质量和角动量) ,研究质量分布 函数 ,揭示黑洞在宇宙各种尺度上的演化和循环作 用[41] ;二是星系和大尺度结构 ,宇宙学模型是如何 制约星系形成的 ,多尺度相互作用是如何影响星系 的演化 ,各种物理性质 (如形态 、光谱) 的星系之间是
多尺度传递过程的研究进展
存档日期：存档编号:北京化工大学研究生课程论文课程名称：计算流体力学与传热课程代号：ChE515任课教师：张建文完成日期：2012 年12 月23 日专业：化学工程与技术学号：2012200028姓名：王冰洁成绩：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿多尺度传递过程的研究进展摘要：近些年来，化学家们开始关注多尺度现象，而在更广泛的意义上是关注一门新学科—多尺度科学。
本文分析了传递过程中的多尺度现象，讨论了多尺度研究的几个主要内容和方法并分析了它们的特点。
多尺度科学应作为一门独立的科学来对待，多尺度现象将是21世纪科学家们面临的最大挑战。
关键词：多尺度、传递过程、研究进展Progress in Multi-scale transfer processAbstract：In recent years, chemists have started to pay attention to the phenomenon of multi-scale,the broader sense is concerned about a new subject - Multiscale Science. This paper analyzes the multi-scale phenomena in the transfer process, and discusses several major content and method of multi-scale research and analysis of their characteristics. The multi-scale science should be treated as an independent scientific. The multiscale phenomenon will be the biggest challenge faced by the scientists of the 21st century.Keyword：Multi-scale、transfer process、progress1 引言多尺度科学[l]是一门研究不同空间尺度或时间尺度相互耦合现象的跨学科科学，是复杂系统的重要分支之一，具有丰富的科学内涵和研究价值。
多尺度离子传输
多尺度离子传输是指在不同长度尺度上，离子在固体、溶液或界面中的迁移过程。
这种传输涉及到从原子尺度到宏观尺度的多个层面，包括离子在晶格中的扩散、离子在溶液中的迁移以及离子在电极表面的传输等。
尺度层面
1. 原子尺度：在这个尺度上，离子传输主要是指离子在晶体中的跳跃扩散，通过离子在晶格空位间的跃迁来完成。
2. 分子尺度：在这个尺度上，离子传输涉及到离子在分子间的作用，例如在电解质溶液中，离子在分子间隙中的移动。
3. 宏观尺度：这个尺度上的离子传输通常是指电流在电解质溶液或电极材料中的传导过程。
### 传输机制
1. 扩散：离子在无电场作用下，从高浓度区域向低浓度区域的自发移动。
2. 电迁移：在电场作用下，离子沿着电场方向的移动。
这包括离子在电解质溶液中的电渗流和离子在电极表面的迁移。
3. 渗透：溶液中的离子通过半透膜的移动。
应用领域
多尺度离子传输在许多领域都有重要的应用，包括：
电池和燃料电池：理解离子传输机制对于提高能源存储和转换设备的性能至关重要。
电解：在电解过程中，多尺度离子传输影响产物的收率和纯度。
电镀和腐蚀：离子传输控制着金属在电镀和腐蚀过程中的行为。
药物输送：在药物输送系统中，多尺度离子传输影响着药物释放的速率和效率。
研究方法
研究多尺度离子传输通常需要结合多种实验和理论计算方法，包括：
实验技术：如核磁共振、X射线散射、电化学测量等。
理论模型：如分子动力学模拟、扩散动力学模型、电化学模型等。
在材料科学、化学工程和物理学等领域，对多尺度离子传输的研究有助于设计和优化材料和工艺，以满足各种应用的需求。
旋转床超重力环境下多相流传递过程研究进展
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究也 由实 验 手 段 为 主 转 变 为 实 验 与数 值模 拟 相 结 合 的 手 段 ，对 有 关 的 数 值 模 拟 研 究 以 及 相 应 的 多 相 流 模 型 也 予
以 总 结 描 述 。在 此 基 础 上 ，对 旋 转 填 充 床 超 重 力 环 境 下 多 相 流 研 究 的未 来 发展 提 出 了 有 关 设 想 。 关 键 词 ：旋 转 填 充 床 ；超 重 力 环 境 ； 多相 流传 递 ；微 观 混 合 ；多 尺 度 现 象 ；过 程 强 化
研究进展--燃料电池中的传热传质与多尺度问题
3、单电池 、
PEMFC单电池由质子交换膜、阴极、阳极和双极板（或 称集流板）构成。 目前单电池的研究热点集中于流道和电极之间的传质传 热过程，特别是对各种流场的多维、 非等温、两相流模拟 以优化电池结构和操作条件。应用数值模拟来预测基本的 物理化学过程和内部传递是一个有力的工具。迄今为止， 已发展了多种PEMFC模型模拟电池内的传质传热现象。 这 些模型基本可以分为以下三类： ①基于电池或电池组的电压-电流关系来表征其性能的经验 模型； ②气体流动过程的CFD 模型; ③综合模拟电池内部的气体流动、传质、传热和电化学 过程的模型。
直接甲醇燃料电池主要由阴、阳极极板和膜电极构成， 其中膜电极包括质子交换膜、催化剂层和气体扩散层。催 化剂层是电化学反应的场所；质子交换膜导质子阻电子， 起到隔离反应物的作用；扩散层起到支撑催化剂层、收集 电流及传导反应物的作用；阴、阳极板起到支撑、集流、 分隔的作用。DMFC工作时，甲醇水溶液注入阳极，通过 扩散层到达阳极催化剂层，在催化剂的作用下发生氧化反 应生成CO2，释 放出电子和氢质子；产生的氢质子透过质 子交换膜 至阴极与氧气反应生成水，产生的电子从阳极经 外 电 路通过负载流向阴极形成电流。其电极反应如下：
5、 总结 、
膜、电极材料及制备技术的优化与改进是PEMFC长期的 研发目标，也是直接影响电池性能的关键因素。单电池的研 究在燃料电池开发过程中起着承上启下的关键作用，它的研 究热点仍将集中于流道和电极之间的传质传热过程，通过对 各种流场的多维、非等温、多相流和多尺度的模拟，探索电 池结构和操作条件的优化。电堆和系统的研究将朝体积小、 重量轻、比功率高、成本低的方向发展。
难点： 难点：
对燃料电池整体过程的建模与预测在几何上跨3 对燃料电池整体过程的建模与预测在几何上跨3～4 个数量级； 个数量级；目前多数人仍用连续介质模型加上经验关 联式；我们在2 联式；我们在2年前就设想应用分子动力学模拟或者 DSMS来预测催化剂和交换膜中的迁移过程；目前日 DSMS来预测催化剂和交换膜中的迁移过程； 来预测催化剂和交换膜中的迁移过程 本、美国部分作者也在进行这一工作；但是如何从连 美国部分作者也在进行这一工作； 续介质跨到不连续介质，仍然是一个没有解决的问题。 续介质跨到不连续介质，仍然是一个没有解决的问题。
多尺度复合材料力学研究进展
01 引言
03 研究方法 05 结论
目录
02 研究现状 04 研究成果 06 参考内容
引言
复合材料因其优异的性能和广泛的应用而受到全球研究者们的。特别是在现代 社会中，复合材料在航空航天、生物医疗、汽车制造等领域的应用越来越广泛， 因此对于复合材料的研究具有重要意义。多尺度复合材料力学的研究，旨在从 纳米、细观和宏观等多个尺度探究复合材料的力学行为，为其设计和应用提供 理论基础和实验依据。
本次演示旨在探讨颗粒增强金属基复合材料力学性能的多尺度计算模拟方法。 首先，我们将简要介绍颗粒增强金属基复合材料及其力学性能的基本概念，以 便为后续内容的讨论奠定基础。接着，我们将详细阐述多尺度计算模拟在颗粒 增强金属基复合材料力学性能预测中的应用。最后，我们将对多尺度计算模拟 的优缺点进行评估，并探讨未来的研究方向。
研究成果
近年来，多尺度复合材料力学领域的研究取得了众多成果。在纳米尺度方面， 研究者们成功地揭示了纳米纤维、纳米颗粒等增强相与基体之间的相互作用机 制，发现了新的力学性能增强效应。例如，通过在纳米纤维增强复合材料中引 入氧化石墨烯等纳米颗粒，可以有效地提高材料的强度和韧性。
在细观尺度方面，研究者们通过对显微组织、界面等因素对材料力学性能的影 响进行深入研究，发现了细观结构对复合材料力学性能的调控作用。例如，通 过优化细观结构参数，可以显著提高细观复合材料的强度和韧性。
二、多尺度计算模拟在颗粒增强金属基复合材料力学性能预测中的应用
多尺度计算模拟方法具有将微观和宏观尺度相结合的优势，因此在颗粒增强金 属基复合材料力学性能预测中具有广泛的应用前景。在多尺度计算模拟过程中， 我们可以利用微观尺度模型对增强颗粒和基体界面进行详细描述，同时利用宏 观尺度模型对复合材料的整体性能进行评估。
大气中多尺度相互作用的研究进展
用；绝热和非绝热条件下的相互作用；正压大气和斜压大气有无地形效应条件下波包与基本气流的相互作用；波流相互
作用中中尺度扰动波包的发展；多种尺度动能和有效位能之间的能量转换等。上述理论很好地解释了一些天气现象，比
如平流层爆发性增温现象、北半球阻塞形式的形成和维持原因、寒潮爆发过程和西太平洋副热带高压变动以及与中国降
水的相关性等。多尺度系统之间的相互作用在台风和梅雨锋暴雨过程中尤为重要，不同尺度系统相互影响以及不同尺
度系统之间的能量转换对台风和梅雨锋暴雨的发生、发展以及消亡过程有重要的影响。
关键词：多尺度相互作用；E-P 通量；波包理论；大气能量学
中图法分类号: P43
文献标志码：Ａ doi:10.3969/j.issn.1004-9045.2018.03.001
Research progress on atmospheric multiscale interaction
SHEN Xinyong1,SHA Sha1,2,LIU Liangke1,LI Xiaofan3
(1. Key Laboratory of Meteorological Disaster, Ministry of Education / Joint International Research Laboratory of Climate and Environment Change / Collaborative Innovation Center on Forecast and Evaluation of Meteorological Disasters,
摘 要：大气运动的形式多种多样，大气中存在多种尺度的天气系统，大气中多尺度相互作用成为近几十年来关注的热
点问题。该文对大气多尺度作用的研究进行了总结和回顾。目前，多尺度相互作用的研究主要集中在 E-P 通量、波包理
多尺度科学的研究进展
多尺度科学的研究进展
柴立和
【期刊名称】《化学进展》
【年(卷),期】2005(017)002
【摘要】近些年来,化学家们开始关注多尺度现象,而在更广泛的意义上是关注一门新学科-- 多尺度科学--研究具有广泛时空尺度耦合现象的科学.本文分析了包括化学在内的各个学科中的多尺度现象,讨论了多尺度研究的几个主要内容和方法并展望了它的未来. 我们认为,多尺度科学应作为一门独立的科学来对待,多尺度现象将是21世纪科学家们面临的最大挑战.
【总页数】6页(P186-191)
【作者】柴立和
【作者单位】天津大学环境科学与工程学院,天津,300072
【正文语种】中文
【中图分类】B023;O64
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辉;韩海生;孙伟;曹亦俊;刘炯天
5.科学发展观是蕴涵真理尺度价值尺度和审美尺度辩证统一的发展观 [J], 潘景余因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
二维催化材料多尺度结构和电子性质调控获新进展
二维催化材料多尺度结构和电子性质调控获新进展（学习版）编制人：__________________审核人：__________________审批人：__________________编制学校：__________________编制时间：____年____月____日序言下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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存档日期：存档编号:北京化工大学研究生课程论文课程名称：计算流体力学与传热课程代号：ChE515任课教师：张建文完成日期：2012年12月20日专业：化学工程学号：姓名：成绩：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿多尺度传递过程研究进展摘要：本文介绍了化工中多尺度的研究方法以及传递研究的新进展。
着重介绍了现代化工多尺度传递过程研究的三种新方法：平均方法、直接模拟法以及耦合方法，并与传统的研究思路做比较。
最后提出了多尺度传递过程研究中出现的问题并对多尺度传递过程研究提出展望。
关键词：多尺度传递过程Advances in MultiscaleTransportProcessAbstract: This article describes a multiscale chemical method and the new advance of transport process. Mainly introduce three modern chemical multiscale methods in transport process study: average method, the direct simulationmethod,and coupling method.Finally this paper puts forward a multi scale transfer process and research problems and to propose the prospect of the study on multi scale transfer process.Key words: multiscale ,transport process一、引言1.1化工中的多尺度问题多尺度的术语现在被广泛地使用，例如Villemaux提出计算化学工程的多尺度应用，Lerou和 Ng 的文章《化学反应工程,研究多目标任务的多尺度方法》等 ,但不同学者所认的“尺度”的含义可能并不相同。
对于从事化学和化工的人来说，传统上最重视的是结构、性能和制备的关系。
因此 ,我们最关注的应是结构的尺度 ,或具有一定有序结构的单元的尺度。
有序结构具有多层次，可按尺度大致区分为以下几种[1]：（1）微观结构(前纳米) :例如分子结构、晶胞结构。
如维生素C的分子结构等。
（2）微观结构（近纳米）：例如均匀流体的近程有序、界面层的非均匀结构。
分子的尺度大多小于1nm，从分子到各项同性的均匀流体似乎从前纳米直接跨越到宏观尺度。
流体是近程有序的，围绕每一个分子，在约3~5个分子的距离内，有一个密度周期起伏并逐渐衰减的有序结构，这种结构决定了整个流体的性质。
（3）介观结构（纳米-微米）这是一类在微观与宏观之间跨越纳米到微米广阔尺度范围的结构。
例如胶束、微乳液、囊泡、液晶、多孔颗粒等。
在材料和生命领域中起着重要的作用。
（4）宏观结构：即各种反应器及各种化工设备或其中流体的流动状态。
例如化学振荡、滴流床中的流速分布、循环流化床的床层等。
系统的特性归根结底是由它的不同尺度的结构所决定的。
而所谓的多尺度研究，则是要从更低的尺度层次的规律或性质，来预测所研究尺度层次的规律或性质。
进行研究时的理论方法，试验方法和计算机模拟方法已逐步形成三足鼎立之势[2]。
1.2化学工程的发展趋势-认识时空多尺度结构及其效应化学反应工程中的物质转化多数属复杂系统物质转化过程向产业化的过渡十分艰难，是制约我国化学工程乃至经济发展的瓶颈问题之一。
对物质转化过程的深入认识，特别是对其中时空多尺度结构的形成和变化规律的认识，是解决这一“瓶颈”的关键。
以前对问题的认识多属于对宏观现象的认识，而对其动态的随时空变化的多尺度结构的特征的认识是不深入的，具体的科学问题主要有：微尺度的构象和界面现象，颗粒尺度的形状效应，聚团尺度不同物相的自组织，设备尺度物料、温度、压力和流速分布，以及这些不同尺度结构之间的相互作用规律和耦合等，由于目前对上述科学问题的认识与研究尚未达到深入的程度，因而，人们仍难以解决化工生产中如定量设计、放大以及调控和优化等实际问题[3]。
传统的化学工程理论和方法难以从深层次解决这些问题。
必须摆脱传统的只从宏观现象认识问题的研究思路，从复杂体系的不同层次上深入研究这种时空多尺度的结构特征，进而研究其对物质传递、反应、分离及其对产品结构与性能的影响，并从中归纳时空多尺度结构形成的机制、稳定性和突变等共性规律，尽力分析、计算和测量时空多尺度结构及不同尺度结构之间相互作用规律的方法和理论。
重点突破相邻尺度现象之间和跨尺度作用的关联，各种多尺度结构的定量预测以及这些方法在实际过程如过程强化、微化工系统、过程耦合和过程放大中的验证和应用。
通过计算和预测化工过程中时空多尺度结构以及研究相邻尺之间的内在联系及基本规律，定量设计和放大才能顺利进行，才能加快使实验室成果实现产业化的进程。
时空多尺度结构是指物质转化过程中浓度、压力、温度、流速等的非均匀分布，表现在时间上动态变化，空间上各点均存在差异，由此产生的效应是指这种结构的变化对过程反应、传递，进而对产品结构及性能产生的影响，其对转化过程起着主要的控制作用。
为保证系统内部物质转化条件满足工艺的要求，对化工过程的控制只能在系统或设备尺度进行，这些调控措施，通过对各种尺度的现象发生作用，最终对微观尺度的化学反应条件发生影响[4]。
1.3研究不同尺度结构的重要性对不同尺度结构的认识很可能成为21世纪化学工程的发展前沿，而预测相邻尺度结构之间的关系更是难点所在。
任一微尺度的物质转化只有大规模进行才能工业化；另一方面，实现微观尺度上的物质转化条件只能通过设备尺度的调控才能实现。
为适用化学工程发展的新要求，研究方法和手段也将出现新的变化，以满足建立钠、微尺度分子结构与设备尺度的过程之间关系的需要。
这些变化主要包括：不同尺度的模拟方法（如分子尺度的计算化学、介观尺度的结构模拟和计算流体力学、设备尺度的动态过程模拟等）；无接触式测量技术和高性能计算能力等。
二、传递过程的研究20世纪50年代以后，随着单元操作研究的不断深入，人们发现若干单元操作之间存在共性。
例如：过滤是了流体流动的一种特殊情况；蒸发是一种热量传递过程；吸收或萃取都遵循质量传递原理，由此可知，对于单元操作原理的深入研究，最终都可以归结于对于动量传递、热量传递、质量传递的研究。
化学工程学科研究的两个基本问题：以为过程的平衡、限度；二为过程的速率以及实现过程所需要的设备。
过程的平衡、限度问题属于化工热力学的范畴；而过程的速率问题包括化学反应过程的速率和物理过程的速率。
化学反应过程的速率及实现过程的设备是化学反应动力学和化学反应工程研究的内容。
化工传递过程侧重于物理过程的速率及传递机理的探讨，而单元操作则注重解决过程的设备及工程方面的问题。
传递过程规律的研究，常采用衡算的方法，即依据质量守衡、能量守衡（热力学第一定律）和动量守衡（牛顿第二运动定律）原理，在运动的流体中选择一特定的空间范围进行质量、能量和动量衡算，导出有关的衡算方程来解决传递过程规律问题[5][6]。
三、多尺度传递过程研究3.1传统的传递过程研究传统的传递过程研究主要是通过实验来进行。
如《鼓泡塔内热质同时传递过程研究》[7]这篇文献所示，通过实验来进行研究。
实验流程图如下所示：实验所用主要设备包括电蒸锅炉，鼓泡塔（塔内设有液体分布器及气体分布器），塔轴中心处设有若干热电偶测温点，ADAM数据采集模块和MCGS组态软件组成，每个测温点采样频率12Hz实现计算机多通道同步实时采样。
该篇论文对鼓泡塔内热质传递平衡时的塔内温度分布用实验数据进行分析，再将进出物料状态输入到填料塔数学模型的计算程序中，得到相同工艺条件下填料塔内的温度分布，比较二者的温度分布图形，以分析它们在热质传递过程中的效率问题。
又如《旋转填充床的流体力学特性与传递过程的理论研究进展》[8]这篇文献，使用高速频闪照相的方法和微型摄像机分别研究液体在填料中的流动形态来得到流体传递过程的信息。
从以上两个例子可以看出，传统的传递过程研究思路即通过宏观尺度上的实验手段来得到相应的实验数据，进而拟合或回归出模型参数或者开发新模型。
即传统的研究手段是基于宏观尺度实验上的。
但是，由于过尺度和介尺度问题的复杂性，要对这些问题直接或单独从理论分析上获得进展是非常困难的，而目前的实验手段也很难对系统中不同尺度的动态行为同时进行实时和无干扰的侧量，从而难以获得对介尺度结构动态形成过程的全面直观的认识，更难以定量分析和描述其形成的破碎机理。
如对颗粒与流体组成的多相流动系统，目前可以用数字高速摄影、正电子放射跟踪探测以及核磁共振等方法跟踪单个颗粒的运动轨迹，也可以用激光或相位多普勒测速埘技术对多相流体系中某一点的流固两相的微观流动特征进行测量还可以用射线层析成像叫和粒子图像测速等方法测定其二维或准三维界面上的动态浓度场或流场变化，但要同时获得大量颗粒或颗粒聚团的动态变化及其周围流体的详细运动信息目前还无法做到，或者成本将会极其昂贵[9]。
3.2现代多尺度传递过程研究新进展近年来，随着计算机技术的飞速发展和计算方法的不断完善，数值模拟方法已成为主要的研究手段之一，并且还在迅速发展中[10]。
它实际上是利用已知的基本理论和实验数据在计算机上进行的虚拟实验。
与真实的实验相比，它具有方便灵活、无干扰、信息详尽等优点。
特别是在模拟中可以采用真实环境中无法实现的条件和简化来研究不同因素对系统的影响，从而更深入地了解系统的行为。
值得注意的是，计算机模拟作为对现实过程的虚拟复现，模拟对象的结构和行为与模拟软硬件本身的结构和运算方式的一致性应该是保证模拟效率与精度的一种可行途径。
按照这个思路，既然多尺度结构是包括化工过程在内的大量自然与工业过程的共同特征，多尺度方法也应该是模拟这些过程的合理手段，而相应的计算软硬件也应该具有多尺度的体系结构。
从效率和实用性考虑，希望这种计算模式能够描述尽可能多的实际系统和过程，又保持显著的特征以便对计算硬件作高效的专门设计，从而有效调和效率与通用性间的矛盾。
由此可以建立一种高效、准确的多尺度计算模式。
对于化工过程中广泛应用的颗粒流体系统，采用多尺度计算模式和此类计算系统已能实现从反应器的整个回路到单颗粒周围详细流场的无缝耦合计算。
如下图所示，采用EMMS模型在顶层节点生成反应器内流场整体分布函数的主要参数后，通过大量GPU的并行处理即获得每个计算微元上接近稳态平均的初始值，整个过程可控制在数秒之内。
然后对应其中的局部区段，采用计算流体力学(CFD)与EMMS模型耦合的方法在中层和底层节点上能迅速获得精细的介尺度动态结构，其中二维模拟已能达到准实时(计算与实际过程的演化速度在同一量级)，并且同步地在显示阵列上可视化。