时程反应分析.ppt

在化学反应中，某物质的浓度（物质的量浓度）
随时间的变化率称反应速率。反应速率只能为正 值，且并非矢量。
1、平均速率
用单位时间内，反应物浓度的减少或生成物浓度
的增加来表示。
=
c
t
当△c为反应物浓度的变化时，取负号；△c为生
成物浓度的变化时，取正号
只能描述在一定时间间隔内反应速率的大致情况
-
在活着的有机物体内，有一部分碳元素为稳定同 位素碳-12，还有一小部分是放射性同位素碳-14。 生物活着时通过呼吸来补充碳-14，而当某种植 物或动物死亡后，其体内的碳-14就开始衰变 （一级反应），但稳定同位素碳-12的含量不会 变。在已知碳-14衰变速度的前提下（碳-14的半 衰期为5730年），可以通过测量样品中的碳-14 衰变的程度来计算出样品的年代。
-
25
一、化学反应速率
1、浓度对反应速率的影响
（5）一级反应及其特点
凡反应速率与反应物浓度一次方成正比的反应， 称为一级反应，其速率方程可表示为：
积分上式可得：
当上式t =可0表时示，为c =：c0（起始浓度），则B = lnc0。故
或
或
-
26
一、化学反应速率
1、浓度对反应速率的影响
4
一、化学反应速率
（一）反应速率及其表示方法
2、瞬时速率
若将观察的时间间隔△t缩短，它的极限是△t 0 ， 此时的速率即为某一时刻的真实速率—— 瞬时速 率：
对于下面的反应来说，a A+ b B = g G+ h H 其反应速率可用下列任一表示方法表示：
-
5
一、化学反应速率
（一）反应速率及其表示方法
在基元步骤中，发生反应所需的最少分子数目称 为反应分子数。根据反应分子数可将反应区分为 单分子反应、双分子反应和三分子反应三种，如：

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反应进度（extent of reaction）
设反应为： R P
t 0 nR (0) nP (0)
t t nR (t) np (t)
nR (t) nR (0) np (t) nP (0)


d dnB B
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2019-10-13
平均速率
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瞬时速率
R P
vR

d[R ] dt
vp

d[P] dt
在浓度随时间变化的图上，在时间t 时，作交点的切线，
就得到 t 时刻的瞬时速率。显然，反应刚开始，速率大，然后 不断减小，体现了反应速率变化的实际情况。
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瞬时速率
第十一章 化学动力学
2019-10-13
化学热力学的研究对象和局限性
研究化学变化的方向、能达到的最大限度以及
外界条件对平衡的影响。化学热力学只能预测反应
的可能性，但无法预料反应能否发生？反应的速率
如何？反应的机理如何？例如：
rGm$ / kJ mol1
1 2
N2

3 2
H2
NH3 (g)
16.63
H2

1 2
O2
H2O(l)
237.19
热力学只能判断这两个反应都能发生，但如何使它发
生，热力学无法回答。
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化学动力学的研究对象
化学动力学研究化学反应的速率和反应的机理以及 温度、压力、催化剂、溶剂和光照等外界因素对反应 速率的影响，把热力学的反应可能性变为现实性。
反应速率方程中，反应物浓度项不出现， 即反应速率与反应物浓度无关，这种反应称为 零级反应。常见的零级反应有表面催化反应和 酶催化反应，这时反应物总是过量的，反应速 率决定于固体催化剂的有效表面活性位或酶的 浓度。

MIDAS的 入数据，否则可能导致分析结果 不准确
参数选择敏感：参数选择不当可 能导致分析结果不稳定或偏差
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
计算量大：对于大规模模型，计 算时间较长，需要高性能计算机 支持
无法处理非线性问题：对于非线 性问题，MIDAS方法可能无法给 出准确结果
单击此处添加副标题
用MIDAS进行时程分析的
步骤
汇报人：XX
目录
01 02 03 04 05 06
添加目录项标题 MIDAS简介
建立MIDAS模型 运行MIDAS模型
结果分析 注意事项与局限
01
添加目录项标题
02
MIDAS简介
什么是MIDAS
MIDAS是Mixed Data Sampling的缩写，是一种用于分析不同频率数据的统计方法。
结果比较：将MIDAS时程分析的结果与其他类似模型或实际数据进行比较，以验证模型 的准确性和适用性。
结果应用：根据分析结果，对实际工程或项目进行优化设计或改进，以提高其性能和安全 性。
06
注意事项与局限
使用MIDAS的注意事项
确保数据质量：在使用MIDAS进行时程分析时，需要确保输入的数据是准确和可靠的。
03
建立MIDAS模型
确定模型类型
确定模型的时间范围和样本 频率
根据研究目的和数据选择合 适的MIDAS模型
确定模型的滞后阶数和参数 估计方法
考虑模型的稳定性和适用性
设定模型参数
确定模型类型和阶数
确定模型中的滞后项数和自回归 项数
添加标题
添加标题
设定时间间隔和样本频率
添加标题
添加标题
估计模型参数并进行诊断检验

• 1、建模时在需要设置连接属性（消能器、隔震支座、弹 性连接等）的位置布置斜撑，该斜撑的布置是临时性的， 它在计算前处理被消能器取代。 • 好处是：这样布置更灵活、直观，约束作用方向也好确定 。 • 建议此种方式。
43
概念—
采用这种方式建模时，局部 坐标系采用斜撑的局部坐标 系表达，具体为：U1为斜 撑起点至终点方向(按建模 顺序1点到2点)；在杆件竖 直布置时，U2为整体坐标 系Y轴方向，其他情况U2为 U1与整体坐标系Z轴平面内， 并与U1垂直。U3根据右手 螺旋法则确定。
50
隔震结构设计
• 隔震结构：利用隔震元件，以集中发生在隔震 层的较大相对位移，阻隔地震能量向上部结构 传递。
• 基本思想：是在建筑中设置柔性隔震层，地震 产生能量在向上部结构传递过程中，大部分被 柔性隔震层吸收，仅有少部分传递到上部结构 ，从而降低上部结构的地震作用，提高其安全 性。
51
隔震结构设计
解决减震隔震计算中所有的非线性属性计算问题 也提供直接积分方法计算减隔震结构。
• 还可采用振型分解法的上部结构计算，计算结果是考虑 了隔震垫阻尼效应的、延长的周期结果的各层地震作用
58
隔震层以下的结构设计
《抗规》12.2.9 ： 1、隔震层支墩、支柱及相连构件，应采用隔震结构罕遇地 震下隔震支座底部的竖向力、水平力和力矩进行承载力验算 。 2、隔震层以下的结构（包括地下室和隔震塔楼下的底盘） 中直接支承隔震层以上结构的相关构件，应满足嵌固的刚度 比和隔震后设防地震的抗震承载力要求，并按罕遇地震进行 抗剪承载力验算。隔震层以下地面以上的结构在罕遇地震下 的层间位移角限值应满足表12.2.9要求。
天然地震波库数量丰富（每个特征周期下有80-200条）

部分模化法
将反应器的一部分进行放大或缩小， 以研究其放大效应或缩小效应。
相似放大法
通过相似理论来预测大试实验结果， 需要保证相似条件得到满足。
04
流动与混合
流动模型与流型
1 2
层流模型
适用于低雷诺数的流体，流速较低，流体呈层状 流动。
湍流模型
适用于高雷诺数的流体，流速较高，流体呈湍流 状态。
3
过渡流模型
化学反应影响流动特性
化学反应释放的热量和产生的压力变化会影响流体的流动状 态。
流动与混合实验技术
实验设备
包括管式反应器、搅拌釜式反应器、喷射式反应器等。
实验方法
通过测量流体的流速、压力、温度等参数，分析流动与混合对化学反应的影响 。
05
传递过程与反应器的热力学基础
传递过程基础
传递过程定义
物质和能量的传递是自然界和工程领域中普遍存在的现象，传递 过程是研究物质和能量传递规律的科学。
通过调节进料浓度来控制反应物浓度，保证反应的稳定性和效率。
催化剂选择与优化
选择合适的催化剂并优化其用量，提高反应效率和选择性。
反应器放大与缩小
经验放大法
根据小试实验数据和经验公式，通过 比例放大来预测大试实验结果。
数学模拟放大法
通过建立数学模型来模拟反应过程， 并利用计算机技术进行放大和缩小实 验。
管式反应器
适用于连续操作和大量生产，传热效果好， 适用于高粘度液体和悬浮液。
流化床反应器
适用于固体颗粒的反应，传热效果好，适用 于大规模生产。
反应器设计基础
反应动力学
研究反应速率和反应机理，为反应器设计提 供基础数据。
热力学
研究反应过程中的能量变化和物质平衡，为 反应器设计提供热力学依据。

k/
k
K
1/ p
E
E
1
H
r
ln
k
ln
k
1
ln
K
p
d ln k dT
d ln k dT
1
d ln K p dT
1
H r 1R4T 2
E
E
1
H r
对于吸热反应，ΔHr>0 对于放热反应，ΔHr<0
EE
EE
●反应 速率与 温度的 关系
r k f (X A) k g(X A)
r
dk
dk
( T ) xA f ( X A ) dT g( X A ) dT
kcA0 (1 X A ) (cB0
B A
cA0 X A )
(2.48)
XA——t
● 变
AA BB PP
ci
ni V
XA
容
过 程
* rA kcAcB
1 V
dnA dt
kcA cB
30
AA BB PP
组分
A B
反应前(XA=0)
nA0
1 j A1 2 j A2 ij Ai 0 rj
1M A1 2M A2 iM Ai 0 rM
M
i ij r j (*) j 1
rj
？
i
●忽略次要反应，确定独立反应数M；
●测M个组分的 i
●对每个组分按（*）式,建立M个线 性方程；
●求解代数方程组，得 rj.
22
例：乙苯催化脱氢反应可以用下列方程式表示
不受其他反应的反应组分浓度的影响。
特殊 情况
●多相催化反应； ●变容气相反应.

内容
边界非线性时程分析
减隔震设计必要性 边界非线性分析必要性 边界非线性时程分析 减隔震支座模拟 时程分析工况定义 时程分析结果
midas Civil
边界非线性时程分析
减隔震设计必要性
midas Civil
边界非线性时程分析
减隔震设计必要性
midas Civil
边界非线性时程分析
边界非线性时程分析必要性
对于非规则的减隔震桥梁应进行非线性时程分析，即边界非 线性时程分析！
midas Civil
边界非线性时程分析
边界非线性时程分析
边界非线性时程分析是结构的一部分处于非线性时，适用的非线性时程分析方法。主要用于分析安装减隔震装 置的桥梁非线性特性的功能。减隔震装置防止结构构件在设计荷载下产生塑性变形，使结构处于弹性状态，非 线性主要发生在减隔震装置上。
设计参数
慢（快）时摩擦系数 （us）
程序处理方式 用户输入
时程分析时自动计算
摩擦系数变化参数r 用户输入
滞回变 量
（Z）
滑动前初始刚度k 摩擦摆轴力P 摩擦系数μ
用户输入 时程分析自动计算 根据公式3自动计算 时程分析自动计算
恢复力 （f）
滞回循环参数αβ
滑动面半径R 剪切位移d及摩擦摆轴力 P μ、 Z
注意： 1.高阻尼相对铅芯橡胶支座，仅输入参数发生变化。对于程序采用同样方法处理。 2.高阻尼中给出了竖向压缩刚度，便于我们输入竖向刚度。
midas Civil
边界非线性时程分析
减隔震支座模拟-摩擦摆式减隔震橡胶支座
midas Civil
边界非线性时程分析
减隔震支座模拟-摩擦摆式减隔震橡胶支座
摩擦系 数 （μ）

我们如何将现场真实的响应通过 已有条件和手段推算出来？？？
20 16
Thank you message
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柱塞流末端通过弯头A侧的总时 间，为：
t2 = L/v = 5 ft/55 ft/sec = 91 milliseconds
动态分析---前期工作
计算Force-Time profile
柱塞流末端从弯头A侧到B侧所 用的时间t3与t1相同
t3 = t1 = 21 milliseconds
谱分析
3.3 选择“Force Sets”，并定义载荷的大小、方向、所在节点及“force set” 的序号。请注意，在“Force”和“Direction”中填入的+/-号，应与管道模 型输入保持一致。
谱分析
3.4 选择“Spectrum Load Cases”,将DLF曲线与“Force Set”进行组合
时程分析的典型工作流程
• 3.2) 定义force-time曲线
时程分析的典型工作流程
注意这里，我们之前填“满载”的地方，我们填入的数值是1. 如果此处 比“满载”小，此处还可以填入小数。
尽管CAEARII在此处显示的单位是“lb”，实际上这里代表的是一个乘数。 该数将与“Force Set”里设置的另一乘数相乘。所以，你可以在这两个位 置里灵活设置“载荷&系数”
时程分析的典型工作流程
• 3.3) 定义载荷的大小、方向、位置和该载荷 的序号（1,2,3,4…）
时程分析的典型工作流程
• 3.4) 将载荷通过代号与Time-History进行结 合
时程分析的典型工作流程
• 3.5) 如果对应力感兴趣，可以通过“Static/Dynamic Combinations”选 项，将SUS与OCC结合。（谱分析时有描述）

催化剂具有选择性
不同的催化剂对同一反应可能有不同的效果，选择合 适的催化剂可以提高目标产物的收率和选择性。
03
化学反应速率理论
碰撞理论
01
02
03
有效碰撞
发生化学反应的分子间碰 撞，必须满足能量和取向 的要求。
活化能
分子从常态转变为容易发 生化学反应的活跃状态所 需要的能量。
碰撞频率
单位时间内发生碰撞的分 子对数，与分子浓度、温 度、压力等因素有关。
02
影响化学反应速率的因素
温度对反应速率的影响
温度升高，反应速率加快
一般来说，温度越高，分子的平均动能越大，碰撞频率和有效碰撞几率增加，从而加快反应速率。
温度对反应速率的影响程度因反应而异
不同的化学反应对温度的敏感性不同，有些反应在低温下就能进行，而有些则需要高温条件。
浓度对反应速率的影响
浓度增加，反应速率加快
化学反应速率方程
描述了反应速率与反应物浓度的关系， 其中速率常数k与温度有关。
影响化学反应速率的因素
包括反应物浓度、温度、催化剂、压 力（对气体反应）等。
阿累尼乌斯方程
揭示了反应速率常数k与温度T的关系， 为预测不同温度下的反应速率提供了 依据。
学生自我评价报告
知识掌握程度
通过本次课程学习，我对化学反 应速率的概念、影响因素及相关 方程有了更深入的理解。
对于有气体或溶液参加的反应，增加反应物的浓度可以提高单位体积内活化分子的数目， 从而增加有效碰撞几率，使反应速率加快。
浓度对反应速率的影响受其他因素制约
例如，在固体或纯液体参加的反应中，由于它们的浓度是常数，因此改变它们的用量不 会改变反应速率。
催化剂对反应速率的影响

后处理------时程分析图形
菜单选项 结果 > 时程分析结果 > 时程分析图形
可以查看各节点位移及各单元的内力及应力情况 定义函数：位移（或梁单元内力） 添加新函数 名称：D1 节点号：在模型窗口选择某一节点 结果类型：位移 参考点：地面 输出分量：DX 时程分析荷载工况：SC1 包括振型号：全部
接续前次：
把前次荷载工况的位移、速 度、加速度、内力、铰的状 态、非线性连接单元等作为 这次荷载工况的初始条件进 行分析
说明：采用振型叠加 法，一定要定义特征 值分析控制
输出时间步长：
输出时程分析结果的 时间步骤数。将以(输 出步骤数 x 时间增量) 的间隔生成结果。
阻尼：程序提供
1.振型阻尼 2.质量和刚度因子（瑞利阻尼） 3.应变能因子
2.将荷载转换质量 菜单选项 模型 > 质量 > 将荷载转换成质量...
定义特征值分析控制
菜单选项 分析>特征值分析控制
定义取的振型数量
后处理------层间位移
菜单选项 结果>分析结果表格>层>层间位移（时程分析）
后处理------层位移
菜单选项 结果 > 分析结果表格 > 层 > 层位移
后处理------层剪力
后处理------层数据图形
菜单选项 结果 > 时程分析结果 > 层数据图形
进行时程分析后生成各层的数据图形，包括层剪力（按步骤(by step)查看和按最大值 查看）、层倾覆弯矩、层剪力/底部剪力系数。 方向：X轴方向 层：选某一层（或全选） 时程工况：SC1
70(110)
10）
620
注：括号内数值分别用于设计基本地震加速度为0.15g和0.30g的地区。