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毫米通道内非牛顿流体微观混合过程的实验与CFD模拟

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毫米通道内非牛顿流体微观混合过程的实验与CFD模拟

作者：宋钊毅北京化工大学

学位级别：硕士

毫米通道反应器是发展比较迅速的化工过程强化手段之一,在化学合成、催化反应、生物工程、医药制造、石油化工等领域有着广泛的应用。毫米通道反应器具有尺寸小、比表面积大、传递速度快等优势,能够显著增强液液均相的微观混合过程。在... 详细信息

毫米通道反应器是发展比较迅速的化工过程强化手段之一,在化学合成、催化反应、生物工程、医药制造、石油化工等领域有着广泛的应用。毫米通道反应器具有尺寸小、比表面积大、传递速度快等优势,能够显著增强液液均相的微观混合过程。在聚合反应、药物化学品合成工业中,常涉及非牛顿体系。目前,针对毫米通道反应器内非牛顿流体液相混合反应的研究较少,这限制了反应器在处理非牛顿体系快速反应过程的工业应用。本文以毫米通道反应器为研究对象,基于Villermaux-Dushman反应体系,实验研究反应器内非牛顿流体的微观混合性能以及关键影响因素,进而提出强化微混效率的三个方案（增加内构件、旋转与两者协同）,同时构建毫米通道内非牛顿流体流动的三维CFD模型,分析反应器内强化非牛顿流体微观混合的机制;在此基础上,构建新型毫米通道内非牛顿流体流动、混合与反应的三维CFD模型,并采用响应面分析方法,阐明影响过程的关键因素。主要研究结果如下:（1）毫米通道内微观混合效率实验结果表明,通道直径越大,对微观混合效率越不利;在较低羧甲基纤维素钠（CMC）浓度（0.2wt.%～0.4wt.%）条件下,随CMC浓度增加,离集指数稍微上升,但提高流量会使离集指数下降;在较高CMC浓度（大于0.6wt.%）条件下,随CMC浓度增加,离集指数急剧上升,此时提高流量反而会使离集指数升高;在较高表观黏度/黏度相近条件下,非牛顿流体的离集指数随流量的变化规律与牛顿型流体的相反。基于团聚模型,获得毫米通道反应器内非牛顿流体的微观混合特征时间范围在0.19～4.29ms。（2）内构件、旋转以及协同作用强化毫米通道微观混合实验结果表明,在较高CMC浓度条件下,增加内构件会使得低流量下反应器内离集指数降低,而对于高流量下的几乎无影响;通道旋转可明显降低反应器内离集指数,两者协同的效果最佳。反应器内CFD模拟结果表明,内构件对反应器内剪切应力影响可忽略,不能有效降低表观黏度,对微观混合效率影响较小;通道旋转会显著提高剪切应力,导致流体的表观黏度降低,从而使得离集指数显著下降;内构件与旋转的协同作用能够进一步提高剪切应力,协同作用要比单一因素更有利于提高微观混合效率。（3）采用修正的有限速率/涡耗散模型,构建的新型T型毫米通道反应器内混合与反应的三维CFD模型。模拟结果表明,在一定操作条件下,旋转毫米通道反应器（R-MCR）内模拟获得的离集指数与实验结果的误差在±15%以内,表明CFD模型的有效性;回归出R-MCR内模型参数—涡耗散常数的经验关联式为Am=0.57Re-0.78β0.12,且回归式的模拟结果与实验结果的误差不超过±20%。响应面分析结果表明,流量对离集指数的影响大于旋转速度,旋转速度的影响大于CMC浓度,总体来说三个因素对离集指数的影响都比较显著;CMC浓度固定为0.8 wt.%,当旋转速度为40rpm,流量从20ml/min升高到165ml/min,离集指数提高了144.67%;当流量为165ml/min,旋转速度从40rpm增加至160rpm,离集指数降低了106.13%。

关键词：毫米通道微观混合 CFD 强化机制非牛顿流体

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高超声速火箭橇凿削磨损机理分析

西安交通大学学报 2024年第8期58卷 136-144页

作者：陈科儒孙琨陈诚齐博毅党峰西安交通大学金属材料强度国家重点实验室西安710049 中国兵器工业试验测试研究院西华阴714200陕西安交通大学航天航空学院西安710049

针对高超声速下火箭橇运行过程中凿削磨损产生的机理模糊不清问题,基于有限元-光滑粒子流体动力学法(FEM-SPH法),利用有限元软件ABAQUS构建了三维火箭橇靴-轨模型,FEM-SPH法是一种既能保证计算精度,又能克服网格畸变的新型模拟方法。在... 详细信息

针对高超声速下火箭橇运行过程中凿削磨损产生的机理模糊不清问题,基于有限元-光滑粒子流体动力学法(FEM-SPH法),利用有限元软件ABAQUS构建了三维火箭橇靴-轨模型,FEM-SPH法是一种既能保证计算精度,又能克服网格畸变的新型模拟方法。在该模型中,滑靴和轨道所使用的材料分别为VascoMax 300钢、AISI 1080钢,并赋予各自材料属性,通过设定航向速度为2000 m/s,竖直速度为2.5 m/s以及温度为673 K,模拟了高超声速下靴-轨凿削磨损现象的演变过程。模拟结果表明:凿削磨损是在高温高应力作用下和靴-轨之间形成嵌入式结构后,经过持续地破坏滑靴底部所产生的,最终形成泪滴状蚀坑。进一步分析表明,竖直速度和温度的增加都会提高凿削发生的概率。在航向速度为2000 m/s、初始温度为673 K时,竖直速度超过1.50 m/s就会发生凿削现象;在航向速度为2000 m/s、竖直速度为2.5 m/s,温度超过293 K就会发生凿削现象。该研究成果不仅有助于高超声速下靴-轨凿削磨损的产生机理进一步完善,还为高超声速火箭橇试验的安全发射提供了新的理论支持。

关键词：火箭橇试验凿削现象有限元-光滑粒子流体动力学法竖直速度温度

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碳量子点/硫醇—烯复合材料在白光LED的应用以及其介电特性研究

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碳量子点/硫醇—烯复合材料在白光LED的应用以及其介电特性研究

作者：柴鑫毅郑州轻工业大学

学位级别：硕士

碳量子点（CQDs）具有制备方法简单、发光波长可调、量子产率高以及电学特性好等优点,因此在发光二极管（LED）、发光太阳能聚光器以及柔性电子器件具有广泛的应用前景。尽管人们对CQDs的光学特性进行了广泛研究,但是对其发光机理仍然... 详细信息

碳量子点（CQDs）具有制备方法简单、发光波长可调、量子产率高以及电学特性好等优点,因此在发光二极管（LED）、发光太阳能聚光器以及柔性电子器件具有广泛的应用前景。尽管人们对CQDs的光学特性进行了广泛研究,但是对其发光机理仍然没有形成统一的认识。除此之外,当CQDs与高分子聚合物相结合时,由于有机材料与无机材料相容性较差,使得CQDs的团聚现象比较明显,这不但会降低CQDs的发光效率,还会使得CQDs基复合材料的介电性能变差。因此,寻找与CQDs相容性好的高分子聚合物,对拓宽CQDs在白光LED、波长转换器以及薄膜电容器等柔性电子器件的应用至关重要。针对上述问题,本文的研究内容主要分为以下三个部分:（1）采用溶剂热反应法分别制备出了O-CQDs和N,O-CQDs两种量子点材料,利用“点击”化学反应将CQDs与非计量硫醇-烯（OSTE）聚合物交联固化,形成CQDs/OSTE复合材料。固化后,O-CQDs和N,O-CQDs的发光效率分别提高了6倍（16.5%）和4倍（17.6%）左右。通过对两种CQDs的微结构（TEM、XPS、FTIR和EPR谱）以及光学特性（吸光度谱、光致发光谱和TRPL光谱）的分析,我们认为交联固化后与氧相关的非辐射复合中心的减少、非辐射跃迁过程的抑制以及N和S的协同效应是提高CQDs材料发光效率的主要原因。（2）采用365 nm的紫外芯片为激发光源,以蓝绿光CQDs/OSTE和红光CdSe@ZnS/OSTE复合材料作为发光介质,构筑了一种“三层”WLED发光结构。利用热重分析技术和紫外光老化实验对复合材料的热稳定性及光稳定性进行了测试,测试结果表明这两种复合材料具有良好的稳定性。在CQDs和CdSe@ZnS体积分数分别为2.46%和2.65%时,制备出了CIE色坐标为（0.353,0.381）、发光效率达到85 lm W-1以及相对色温为4826 K的暖白光LED。（3）通过改变CQDs的体积分数,研究了不同频率下CQDs/OSTE复合材料的电学特性,包括介电常数、介电损耗及电导率。着重分析了CQDs掺杂浓度对复合材料介电性能的影响,并测试了不同频率下复合材料的介电常数,发现在100 Hz的频率下,随着CQDs填量的增大,介电常数从8.2增加到33,提升了4倍左右,其归因于麦克斯韦-瓦格纳-西拉等界面极化效应和偶极极化的增强。最后,测试了CQDs/OSTE复合材料的介电参数随温度的变化特性。实验结果表明CQDs/OSTE复合材料的介电常数和介电损耗随温度的升高都逐渐增大,我们认为偶极极化和界面极化的协同作用,决定了复合材料介电性能对温度的依赖特性。

关键词：碳量子点硫醇-烯荧光增强 LED 介电性能

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论对中国式现代化理论体系的整体性把握

陕西师范大学学报（哲学社会科学版） 2024年第3期53卷 167-176页

作者：王军旗刘东阳天津大学马克思主义学院天津300354

中国式现代化理论体系是百年大党在探索中国现代化道路的历史进程中取得的重大理论成果,实现了马克思主义现代化理论中国化时代化新的飞跃。研究中国式现代化理论体系的整体性,要从理论渊源、基本特征和原始创新3个视角进行把握和理解。... 详细信息

中国式现代化理论体系是百年大党在探索中国现代化道路的历史进程中取得的重大理论成果,实现了马克思主义现代化理论中国化时代化新的飞跃。研究中国式现代化理论体系的整体性,要从理论渊源、基本特征和原始创新3个视角进行把握和理解。第1个视角着力回答中国式现代化理论体系源于哪里,认为中国式现代化理论体系源于马克思主义现代化理论,扎根于中华优秀传统文化的深厚沃土之中;第2个视角着力回答中国式现代化理论体系特在何处,认为中国式现代化理论体系具有历史性、人民性、时代性、科学性、战略性等基本特征;第3个视角着力回答中国式现代化理论体系新在何方,认为中国式现代化理论体系的原始创新,表现在确立了现代化理论研究的新范式、取得了对现代化规律认识的新高度、开辟了马克思主义世界观方法论的新境界及创造了人类文明新形态。

关键词：中国式现代化中国式现代化理论体系马克思主义中国化

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锂枝晶生长的数值模拟方法研究

锂枝晶生长的数值模拟方法研究

作者：党毅北京化工大学

学位级别：硕士

随着锂离子电池已经接近石墨负极的理论容量极限,能够承载更高能量密度的锂金属电池正在受到广泛关注。然而锂金属阳极在充电过程中会自发地形成锂枝晶,对电池安全性构成严重威胁。因此,探究锂枝晶的形成过程对于锂金属电池的实际应用... 详细信息

随着锂离子电池已经接近石墨负极的理论容量极限,能够承载更高能量密度的锂金属电池正在受到广泛关注。然而锂金属阳极在充电过程中会自发地形成锂枝晶,对电池安全性构成严重威胁。因此,探究锂枝晶的形成过程对于锂金属电池的实际应用至关重要。为了研究枝晶的生长行为,本文从经典的雪花结晶问题出发,利用元胞自动机和相场理论这两种研究相变行为的数值模拟方法,探究了外界条件对雪花生长形貌的影响。相场模型通过偏微分方程捕捉了相变的连续性,元胞自动机模型凭借其离散性和局部性的特点能够高效地模拟雪花生长。通过对比三种经典的雪花图案,系统地分析了元胞自动机和相场模型的参数关系并为元胞自动机模型参数提供了物理解释。在雪花问题的基础上,本文根据锂枝晶的相场模型方程,结合偏心正方形元胞自动机算法实现了锂枝晶生长过程的数值模拟。这种结合使得模型同时具备高效的计算能力和物理可解释性。利用该模型本文探究了环境条件对锂枝晶形貌和生长速度的影响,发现在高过电位下,锂枝晶的侧枝生长速度存在明显提升。这一发现有助于理解锂枝晶的形成机制,对抑制锂枝晶生长具有指导意义。综上所述,通过元胞自动机和相场理论的结合,本文为锂枝晶问题的研究提供了新的数值模拟方法。这一研究不仅丰富了锂金属电池的理论基础,还为结晶问题的模拟提供了新的视角。

关键词：锂金属电池锂枝晶数值模拟元胞自动机相场理论

烟草NtPMT1启动子G-box元件对烟草烟碱合成、生长及质量的影响

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烟草NtPMT1启动子G-box元件对烟草烟碱合成、生长及质量的影响

作者：郭佳毅河南农业大学

学位级别：硕士

激光刻蚀缺陷增强Pt/TiO光催化还原CO性能的实验研究

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西安交通大学学报 2024年

作者：张文斐张元周屈兰李娜刘东霞西安交通大学能源与动力工程学院马里兰大学化学与生物分子工程系

针对二氧化钛（TiO2）在光催化反应中光响应能力差、光生载流子易复合等问题，采用激光刻蚀方法对锐钛矿TiO2进行改性，并对其由于激光刻蚀造成的结构和性质的变化以及Pt负载后的金属-载体相互作用特征进行研究。实验结果表明：激光刻... 详细信息

针对二氧化钛（TiO2）在光催化反应中光响应能力差、光生载流子易复合等问题，采用激光刻蚀方法对锐钛矿TiO2进行改性，并对其由于激光刻蚀造成的结构和性质的变化以及Pt负载后的金属-载体相互作用特征进行研究。实验结果表明：激光刻蚀导致锐钛矿TiO2的晶粒尺寸增大，形成了金红石相，并在TiO2中产生了氧空位（Ov）和Ti3+缺陷，导致其带隙的缩小和对可见光响应的增强；与原始TiO2中存在的缺陷相比，激光刻蚀诱导的缺陷更稳定，还原性更强，以得到的缺陷型TiO2作为载体制备的缺陷型Pt/TiO2催化剂中的金属-载体相互作用也更剧烈，这使其具有更强的电子转移能力和载流子分离性能，也使其在光催化还原二氧化碳（CO2）过程中表现出极佳的反应活性和产物选择性。该研究结果可为激光刻蚀催化剂载体和催化剂在光催化中的材料特性和催化应用提供理论支持。

关键词：激光刻蚀二氧化钛载体缺陷金属-载体相互作用二氧化碳光催化

基于滚滑高副的表面织构对摩擦噪声影响机制的研究

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基于滚滑高副的表面织构对摩擦噪声影响机制的研究

作者：杨超毅中北大学

学位级别：硕士

基于改进YOLO v5的复杂环境下花椒簇识别与定位方法

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农业机械学报 2024年第3期55卷 243-251页

作者：黄华张昊胡晓林聂兴毅兰州理工大学机电工程学院兰州730050

花椒树产果量大,枝干纵横交错,树叶茂密,给花椒的自动化采摘带来了困难。因此,本文设计一种基于改进YOLO v5的复杂环境下花椒簇的快速识别与定位方法。通过在主干提取网络CSPDarknet的CSPLayer层和Neck的上采样之后增加高效通道注意力EC... 详细信息

花椒树产果量大,枝干纵横交错,树叶茂密,给花椒的自动化采摘带来了困难。因此,本文设计一种基于改进YOLO v5的复杂环境下花椒簇的快速识别与定位方法。通过在主干提取网络CSPDarknet的CSPLayer层和Neck的上采样之后增加高效通道注意力ECA(Efficient channel attention)来简化CSPLayer层的计算量,提升了特征提取能力。同时在下采样层增加协同注意力机制CA(Coordinate attention),减少下采样过程中信息的损失,强化特征空间信息,配合热力图(Grad-CAM)和点云深度图,来完成花椒簇的空间定位。测试结果表明,与原YOLO v5相比较,改进的网络将残差计算减少至1次,保证了模型轻量化,提升了效率。同帧数区间下,改进后的网络精度为96.27%,对比3个同类特征提取网络YOLO v5、YOLO v5-tiny、Faster R-CNN,改进后网络精确度P分别提升5.37、3.35、15.37个百分点,连株花椒簇的分离识别能力也有较大提升。实验结果表明,自然环境下系统平均识别率为81.60%、漏检率为18.39%,能够满足花椒簇识别要求,为移动端部署创造了条件。

关键词：花椒簇识别农业机器人深度学习目标检测 YOLO v5

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