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水下无线电能传输系统设计与控制方法研究

水下无线电能传输系统设计与控制方法研究

作者：张元启西安理工大学

学位级别：硕士

无线电能传输(Wireless Power Transfer,WPT)技术不需要线缆连接,具有灵活性好、安全性高等优点,是解决水下设备能源补给的关键手段。水下环境复杂多变,存在海水温度、海水盐度、洋流和海水压力等环境因素造成的干扰,这些干扰会对无线... 详细信息

无线电能传输(Wireless Power Transfer,WPT)技术不需要线缆连接,具有灵活性好、安全性高等优点,是解决水下设备能源补给的关键手段。水下环境复杂多变,存在海水温度、海水盐度、洋流和海水压力等环境因素造成的干扰,这些干扰会对无线电能传输系统的阻抗和耦合系数等参数产生影响,导致系统输出不稳定,使系统产生失谐。因此需要建立考虑动态海水环境影响的无线电能传输系统模型,并对无线电能传输系统采用合理的控制策略实现环境参数变化时系统的稳定输出以及对系统谐振点的跟踪。本文重点对海水环境对无线电能传输系统特性的影响以及频率跟踪-恒压/恒流组合控制策略进行研究。本文主要从以下几方面展开研究工作:首先,确定了水下无线电能传输系统电路结构,分析了海水环境中耦合线圈的阻抗特性。结合耦合线圈阻抗变化,建立了水下无线电能传输系统模型。分析了如温度、盐度、压力、洋流等海洋环境影响因素对水下无线电能传输系统的影响。研究了水下无线电能传输系统的磁场分布以及涡流损耗分布特点。最后分析了线圈互感以及负载电阻变化对水下无线电能传输系统传输特性的影响。其次,针对水下无线电能传输系统输出电压和电流不稳定的问题,设计了基于移相控制的恒压/恒流输出控制策略。基于广义空间状态平均法建立了水下无线电能传输系统的数学模型。基于移相控制方法,推导了水下无线电能传输系统移相角和输出电压电流的关系式,确定了恒压/恒流控制的移相角约束条件。设计了恒压/恒流输出控制策略的实现流程,并在MATLAB/Simulink软件中搭建仿真模型对控制策略进行验证。再者,针对受海水环境影响而造成的系统谐振点偏移问题,在恒压/恒流输出控制的基础上设计了频率跟踪-恒压/恒流组合控制策略,通过对逆变器的控制实现输出电压和输出电流的恒定以及系统谐振频率的实时跟踪。文中对水下无线电能传输系统的频率特性进行分析,阐明了频率分裂现象产生的原因。介绍了频率跟踪控制策略的控制原理,推导了频率跟踪控制器的传递函数。最后,设计了频率跟踪-恒压/恒流输出组合控制策略的实现流程,并通过MATLAB/Simulink仿真软件搭建仿真模型验证该控制策略的有效性和可行性。最后,搭建了100W功率等级的实验样机平台对本文理论成果进行验证。当负载电阻发生变化时,输出电压和输出电流可以实现100V以及1.2A输出的恒定。实验结果表明,本文所提出的频率跟踪-恒压/恒流控制策略能够有效地实现负载电阻变化时直流电压和直流电流的稳定输出。当线圈间发生偏移导致互感发生变化,造成系统失谐,使得逆变器输出电压电流出现相位差时,本文提出的控制系统能够调节系统的工作频率,使系统恢复谐振状态,逆变器输出电压电流间相位差变为零。实验结果表明,采用本文提出的控制方法对传输效率的提升约5%。

关键词：水下无线电能传输系统海水环境影响恒压/恒流控制频率跟踪

农业文化遗产地居民旅游感知对旅游支持的影响研究

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农业文化遗产地居民旅游感知对旅游支持的影响研究

作者：魏启福建农林大学

学位级别：硕士

面向选区激光熔化的刹车踏板拓扑优化与成型研究

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面向选区激光熔化的刹车踏板拓扑优化与成型研究

作者：郭志启重庆交通大学

学位级别：硕士

轻量化是“双碳”政策背景下汽车的发展策略,目前,新能源汽车开发和迭代频次越来越快。铝合金选区激光熔化(SLM)成型兼具材料的轻量化、结构设计自由、近净成型和成型快速的优点,成为原型制备的首选工艺。为快速开发某型汽车刹车踏板,... 详细信息

轻量化是“双碳”政策背景下汽车的发展策略,目前,新能源汽车开发和迭代频次越来越快。铝合金选区激光熔化(SLM)成型兼具材料的轻量化、结构设计自由、近净成型和成型快速的优点,成为原型制备的首选工艺。为快速开发某型汽车刹车踏板,解决刹车踏板拓扑设计、铝合金SLM成型关键技术及成型件可靠性分析问题,本文进行了面向增材制造的拓扑优化和成型工艺及性能的研究。首先,为降低刹车踏板重量并保证其使用寿命,通过材料分布和结构的拓扑优化,在满足设计载荷250N条件下,将踏板质量由0.519kg减少到0.242kg;踏板最大应力为87.03MPa、最大变形为0.85mm,虽比优化前的最大应力42.62MPa和变形量0.37mm大,但小于材料的屈服强度331.22MP和踏板允许变形量4.68mm,表明该拓扑优化结构具有足够强度和刚度,满足性能要求。然后,对铝合金踏板进行SLM成型工艺研究。为探究AlSi10Mg合金SLM成型的最佳工艺,采用30μm层厚铺粉,以不同激光功率和扫描速率打印单熔道块体试样,用光学显微镜观察熔池。试样分析发现,在较高的能量密度下,金属粉体容易挥发,导致材料表面出现球化、孔洞,致密度和力学性能下降,最优参数组合为激光功率220W、扫描速度1600mm/s、扫描间距0.1mm。随后,采用最优参数和拓扑优化后的结构对刹车踏板进行水平,竖直和45°倾斜3种摆放方式的成型过程仿真。结果表明,水平放置成型不仅节省支撑材料和成型时间,也使打印过程应力最小,最终采用水平放置作为踏板的摆放和支撑方案。最后,对SLM成型的AlSi10Mg合金试样进行了拉伸和疲劳实验研究。拉伸强度均值可达470.04MPa,屈服强度均值为331.22MPa,延伸率均值为5.03%。疲劳断口分析表明,失效主要是SLM成型中气孔、夹杂物等缺陷造成的微裂纹引起,当裂纹扩展到一定程度后,有效截面无法承载疲劳荷载而引起破坏。本文根据疲劳实验数据,拟合出了SLM成型铝合金零件的应力-疲劳寿命(S-N)曲线,将实验数据导入ANSYS软件进行疲劳仿真,结果显示刹车踏板疲劳寿命最小处为4.621×10～9次,超过设计寿命10～7次冲击,刹车踏板满足使用寿命要求。本文面向增材制造的刹车踏板拓扑优化与SLM成型工艺及性能研究,为汽车零件轻量化设计、快速成型和快速评估提供了完整和高效解决方案。

关键词：选区激光熔化面向增材制造汽车刹车踏板拓扑优化疲劳性能

BiOI及其复合材料的制备与光催化性能的研究

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BiOI及其复合材料的制备与光催化性能的研究

作者：马东启盐城工学院

学位级别：硕士

随着人类工业化进程的加快,水污染问题变得日趋严重。发展绿色的半导体光催化技术,可以通过将太阳能转化为化学能,解决当今社会面临的环境危机。在众多光催化材料中,BiOI因其较强的氧化能力、独特的晶体结构和较好的可见光吸收效果等优... 详细信息

随着人类工业化进程的加快,水污染问题变得日趋严重。发展绿色的半导体光催化技术,可以通过将太阳能转化为化学能,解决当今社会面临的环境危机。在众多光催化材料中,BiOI因其较强的氧化能力、独特的晶体结构和较好的可见光吸收效果等优点,被认为是一种具有广阔应用前景的光催化材料。然而,与其他半导体催化剂相似,原始BiOI在光催化反应中仍然面临着光生载流子难分离、还原能力差等缺点,这极大程度的抑制了BiOI材料的发展。因此,为了解决以上问题,本论文以提升BiOI光生载流子分离迁移效能为出发点,发展缺陷态引入与复合体系构建的方法,有效提升了BiOI的光氧化还原能力,使其展现出更为优异的光催化活性,实现了在光催化降解污染物性能方面的提升。（1）为了提高BiOI光生电子与空穴的分离效率,本研究借助溶剂热法制备了一种新型的BiOI/CN异质结构。通过对复合体系内光生电子与空穴的迁移机制进行调控,成功地在异质结构内部搭建了type-II型载流子迁移通道。BiOI和CN两者交错排列的能带结构加速了光生载流子的传输效率,减少了光生电子与空穴间的复合。光催化性能测试结果表明,相较于单体CN和BiOI,BiOI/CN异质结构展现出了明显提升的光氧化四环素和青霉素G钠的催化活性。（2）为了提高BiOI的光还原能力,本实验设计氧空位调变BiOI的导带位置,借助光照作用下的BiOI前驱体离子结合机制和NaSO溶液的还原功能,发展了一种富含氧缺陷的BiOI材料（BiOI-OVs）,并通过改变NaSO溶液的p H值来调控BiOI中氧空位含量。莫特肖特基测试和VB-XPS价带谱测试结果均表明,相较于原始BiOI,BiOI-OVs导带位置向更负方向移动。与此同时,BiOI内氧缺陷的形成能够作为新的反应活性位点,捕获参与反应的光生电子和空穴,大大降它们之间的复合几率。相较于原始BiOI,BiOI-OVs材料在不同的p H环境下,均表现出了明显增强的光催化还原重铬酸钾效率。（3）为了增加BiOI的光生载流子迁移数量,实现光催化活性的进一步提升,实验借助一步煅烧法制备了BiOI/BiOI异质结构,通过调控煅烧温度控制BiOI表面BiOI的负载量。原位转化过程促使异质结构中BiOI与BiOI之间形成了较好的界面融合结构,通过对基元相间的界面融合状态进行调控,极大缩短了光生载流子的传输距离,提升了异质结构的光还原能力。光催化性能测试结果表明,BiOI/BiOI异质结构展现出了比单体材料更加优异的降解四环素能力。

关键词： BiOI 光催化异质结氧空位载流子迁移污染物降解

基于高浓度氧空位材料的电子转移调控对活化过硫酸盐增强去除甲硝唑的机制研究

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基于高浓度氧空位材料的电子转移调控对活化过硫酸盐增强去除甲硝...

作者：陈欢启广西大学

学位级别：硕士

晋西黄土小流域土壤有机碳空间分布特征及其影响因素

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生态学杂志 2024年第5期43卷 1373-1380页

作者：左启林于洋查同刚北京林业大学水土保持学院北京100083 北京林业大学山西吉县森林生态系统国家野外科学观测研究站北京100083

植被恢复影响土壤有机碳(SOC)空间分布。为阐明黄土丘陵沟壑小流域SOC的空间变异特征及其影响因素,以晋西蔡家川流域内的4个典型子流域(南北窑农地流域、北坡人工林流域、柳沟封禁流域、人祖山天然次生林流域)为研究对象,通过野外调查... 详细信息

植被恢复影响土壤有机碳(SOC)空间分布。为阐明黄土丘陵沟壑小流域SOC的空间变异特征及其影响因素,以晋西蔡家川流域内的4个典型子流域(南北窑农地流域、北坡人工林流域、柳沟封禁流域、人祖山天然次生林流域)为研究对象,通过野外调查与室内测定SOC含量,采用经典统计学和地统计学方法,分析流域尺度0~100 cm SOC的分布规律及其与环境因子的关系。结果表明:不同子流域SOC含量不同,柳沟封禁流域>天然次生林流域>北坡人工林流域>南北窑农地流域;相对于人工恢复,自然恢复能累积和储存更多的SOC;空间上,SOC呈自西向东逐渐降低的趋势,随深度增加,SOC的分布格局更具均一性;植被类型、土地利用方式、地形特征等因素影响小流域尺度SOC空间分布格局;灌草地SOC含量最高(14.43±8.91 g·kg^(-1)),其次是林地(13.11±6.98 g·kg^(-1)),农地SOC含量最低(8.48±2.98 g·kg^(-1));较之农地,灌草地和林地SOC含量分别提高70.2%和54.6%;在0~20 cm土层,坡度为15°~25°时SOC含量出现最大值;在0~20 cm土层,不同坡向对SOC含量大小排序为阴坡(15.82±7.63 g·kg^(-1))>半阴坡(12.94±7.53 g·kg^(-1))>半阳坡(11.48±6.28 g·kg^(-1))>阳坡(11.1±6.19 g·kg^(-1))。研究结果为评价黄土流域植被恢复的土壤生态效应提供依据。在植被恢复和重建过程中,要注意人工林天然化、对应的天然林进行封禁管理。

关键词：黄土高原小流域土壤有机碳空间分布地统计学

核心素养背景下高中化学课堂有效练习设计策略研究

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核心素养背景下高中化学课堂有效练习设计策略研究

作者：贾文启扬州大学

学位级别：硕士

ZIF-8衍生多孔炭材料的制备及其储锌性能研究

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ZIF-8衍生多孔炭材料的制备及其储锌性能研究

作者：魏明启安徽理工大学

学位级别：硕士

微液膜反应器可控制备γ-Al2O3及其负载金属催化剂的研究

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微液膜反应器可控制备γ-Al2O3及其负载金属催化剂的研究

作者：庞茂启北京化工大学

学位级别：硕士

作为常见的无机非金属材料,γ-Al2O3凭借良好的热稳定性、均匀的孔道结构和高比表面积等优势,在工业催化、医药、电子元件等领域得到广泛的应用。然而,氧化铝表面酸性的不可控、较小的孔径使其应用受到了限制。因此,本文基于微液膜反应... 详细信息

作为常见的无机非金属材料,γ-Al2O3凭借良好的热稳定性、均匀的孔道结构和高比表面积等优势,在工业催化、医药、电子元件等领域得到广泛的应用。然而,氧化铝表面酸性的不可控、较小的孔径使其应用受到了限制。因此,本文基于微液膜反应器具有强化微观混合和反应的优势,通过成核/晶化隔离过程成功制备了表面酸性可控、大孔径的片状氧化铝,并将其通过浸渍、掺杂等方式制备用于丙烷脱氢的催化剂,本文主要研究内容如下:（1）微液膜反应器辅助表面酸性可控、大孔径片状氧化铝载体可控制备及其负载金属催化剂性能研究。采用具有强化微观混合和反应特点的微液膜反应器,通过对氧化铝制备过程中成核阶段和晶化过程的有效分离,实现沉淀过程中的爆发式成核以及晶核同步晶化。在此基础上,通过控制微液膜反应器对成核阶段施加的外场力,实现对氧化铝晶核的微观调控,进而制备出具有不同表面酸性的氧化铝材料。此外,在晶化过程中引入尿素分解释放二氧化碳气泡对氧化铝材料进行扩孔,最终实现对大孔径、低强酸及酸性可控的片状氧化铝的可控制备。以此为基础负载金属镍,通过一系列表征证实了自制氧化铝通过Al-O-Ni之间的强相互作用将促进催化剂表面丙烯脱附的Ni2+稳定的结合在氧化铝表面,有效的避免了焦炭对活性金属镍的掩盖。（2）微液膜反应器辅助氧化铝中高分散骨架锡的制备及负载金属催化剂的应用。基于制备的大孔径、表面酸性可控、低强酸的片状氧化铝,利用微液膜反应器对杂化金属的高分散的特性,实现氧化铝中高分散骨架锡的可控制备。通过浸渍法将骨架锡作为金属铂结合的锚点,成功构筑结合在高分散氧化铝骨架锡上铂的Pt/Sn-Al-J催化剂,并且在丙烷脱氢反应中展示出优异的催化活性。通过UV-vis、HAADF-STEM及EDS等一系列表征证实锡在氧化铝载体中以六配位及四配位骨架锡的形式存在,并且铂结合在高分散的四配位骨架锡之上。此外,Pt-O-Sn的强相互作用使得骨架锡成为铂颗粒表面焦炭转移至氧化铝载体表面的桥梁,体现出好的抗积炭性能。

关键词：微液膜反应器大孔径表面酸性可控强相互作用 γ-Al2O3 骨架锡锚点焦炭迁移