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基于温敏漆的液滴撞击壁面蒸发过程传热特性研究

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基于温敏漆的液滴撞击壁面蒸发过程传热特性研究

作者：张凯祺华北电力大学

学位级别：硕士

液滴撞击壁面现象在生活中随处可见,撞击可以强化液滴与壁面间的换热效果,在很多科学领域有着极高的研究价值。然而撞击后的蒸发包含着复杂的运动规律和传热传质机理,给进一步研究带来了困难。温敏漆作为一种新型的非接触式测温方法,具... 详细信息

液滴撞击壁面现象在生活中随处可见,撞击可以强化液滴与壁面间的换热效果,在很多科学领域有着极高的研究价值。然而撞击后的蒸发包含着复杂的运动规律和传热传质机理,给进一步研究带来了困难。温敏漆作为一种新型的非接触式测温方法,具有响应快、标定简单及成本低等优点,是研究液滴撞击表面传热特性的有效手段。本文针对液滴撞击加热壁面蒸发过程的传热特性,制作并应用温敏漆测量液滴与壁面间的温度分布。进而探讨了工质物性、初始表面温度和We数等因素对液滴蒸发过程传热特性的影响。本文首先进行了加热壁面上固着液滴蒸发实验,选择正戊烷、HFE7100和正己烷三种液滴,使用温敏漆记录了接触面温度分布的变化。结合建立的传热模型,计算接触面热流密度分布,并使用红外热像仪从上方捕捉热成像图,结果表明温敏漆与红外热像仪捕捉到的接触线轮廓一致。研究表明固着液滴蒸发过程包括三个阶段:液滴初始加热阶段,对流单元蒸发阶段和薄膜蒸发阶段。其中,对流单元蒸发阶段占据蒸发过程的大部分时间,温敏漆捕捉到的温度分布图中存在明显的温度梯度,红外热像仪可以观测到对流单元。其中正戊烷沸点最低,液滴内部的热流运动最为剧烈;HFE7100粘度最大,液滴内部热流运动最弱;HFE7100汽化潜热最小,蒸发过程中最大热流密度最小。进而将温敏漆应用于液滴撞击加热壁面蒸发过程传热特性研究。选择了正戊烷、HFE7100两种工质,液滴体积为10μL,初始表面温度分别为50℃和60℃,液滴撞击速度分别为0.8m/s和1.2m/s。通过测量撞击过程中接触面温度分布,计算热流密度分布。实验结果表明正戊烷液滴撞击壁面后,由于沸点低于初始表面温度,液滴内部发生核化,热流密度高于HFE7100;We数增大,液滴破碎,有效传热面积增加,总蒸发时长减少;初始壁温增大,液滴破碎更加剧烈。HFE7100液滴碰壁后发生飞溅,热流密度和有效传热面积发生振荡;We数增加,振荡持续时间增加;初始壁温增大,HFE7100总蒸发时间变短,液滴铺展尺寸越大,有效换热面积越大。

关键词：液滴撞击传热特性温度测量温敏漆

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低压环境固着盐水液滴蒸发析晶过程实验研究

真空科学与技术学报 2021年第3期41卷 260-267页

作者：梁秀俊米梦龙张凯祺刘璐孔淑贤刘海艳华北电力大学动力工程系保定071003 华北电力大学科技学院保定071003

实验研究了低压环境下固着盐水液滴在不同基底表面(铜、载玻片和聚四氟乙烯)的蒸发析晶过程,分析了表面性质和环境压力的影响。结果表明,低压环境下易在接触线处析出白色盐晶。铜表面由于表面能较大,接触面上覆盖盐晶体,液滴蒸发过程接... 详细信息

实验研究了低压环境下固着盐水液滴在不同基底表面(铜、载玻片和聚四氟乙烯)的蒸发析晶过程,分析了表面性质和环境压力的影响。结果表明,低压环境下易在接触线处析出白色盐晶。铜表面由于表面能较大,接触面上覆盖盐晶体,液滴蒸发过程接触直径几乎不变,接触角逐渐减小。在载玻片表面,当环境压力较高时,液滴蒸发造成接触线收缩,伴随盐晶体的生长和移动接触角波动。在聚四氟乙烯表面,接触面处易产生气泡,气泡的生长和爆裂导致接触角明显波动。Pe数可以揭示液滴蒸发过程外部传质扩散和内部离子扩散的相对大小。研究成果有助于指导海水淡化的工业应用。

关键词：液滴蒸发结晶表面性质环境压力

橡胶材小蠹5个化学感受蛋白与信息化合物的分子对接

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热带作物学报 2024年

作者：张凯郭技星王倩邬祺许哲源邓礼楠周祥海南大学热带农林学院热带农林生物灾害绿色防控教育部重点实验室

橡胶材小蠹Xyleborus affinis是橡胶树的主要害虫之一，利用信息化合物对其进行监测或诱集防控已成为橡胶害虫防治的关键手段，在昆虫识别信息化合物的过程中，化学感受蛋白（Chemosensory proteins， CSPs）发挥着重要作用。为了探究... 详细信息

橡胶材小蠹Xyleborus affinis是橡胶树的主要害虫之一，利用信息化合物对其进行监测或诱集防控已成为橡胶害虫防治的关键手段，在昆虫识别信息化合物的过程中，化学感受蛋白（Chemosensory proteins， CSPs）发挥着重要作用。为了探究化学感受蛋白在橡胶材小蠹识别信息化合物中的作用，本研究克隆并鉴定了5个橡胶材小蠹化学感受蛋白XaffCSP1～5基因。利用生物信息学方法分析了XaffCSPs核酸及氨基酸序列特征，利用分子对接技术解析了XaffCSPs与橡胶材小蠹15种信息化合物的结合能力及结合模式，其中包括14种寄主植物挥发物和1种聚集信息素。结果表明，橡胶材小蠹5个XaffCSPs基因开放阅读框（Open reading frame， ORF）长度为366～417 bp，编码121～138个氨基酸，预测蛋白质分子量为13.95～16.08 kDa，氨基端含有17～20个氨基酸残基组成的信号肽，蛋白质结构二级结构均以α螺旋为主，并且5个XaffCSPs均具4个保守的半胱氨酸位点，符合昆虫化学感受蛋白的典型特征。系统发育树结果显示除XaffCSP5单独一支外，XaffCSP1～4分别与其他小蠹不同CSP聚为一支。利用trRosetta平台对XaffCSPs进行模型构建，5个XaffCSPs的三维模型均由6个α螺旋组成，模型评估结果表明模型质量良好。分子对接结果显示5个XaffCSP对α-古巴烯和长叶烯均表现出很强的结合能力。此外，XaffCSP4对萜品油烯和柠檬烯结合较强，而XaffCSP5对莰烯、α-蒎烯和β-蒎烯有较强结合。5个XaffCSPs与顺式-马鞭草烯醇结合能力相对较弱。研究表明5个XaffCSPs与寄主植物挥发物有较好的亲和力，可能参与了橡胶材小蠹对寄主植物挥发物的识别，研究为阐明橡胶材小蠹识别信息化合物的分子机制奠定理论基础，对橡胶材小蠹的防控有重要意义。

关键词：橡胶材小蠹化学感受蛋白序列分析信息化合物分子对接

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泡沫铝复合材料的研究进展与展望

金属功能材料 2022年第5期29卷 49-56,68页

作者：孙麟陈世龙张凯祺姚彦桃辽宁石油化工大学环境与安全工程学院辽宁抚顺113001

泡沫铝复合材料具有质轻,比强度、比刚度高,良好的吸能、吸声、阻尼、隔热等优异性能,是一种新型的结构功能材料,被广泛应用于汽车、建筑、军工、航空航天等领域。泡沫铝复合材料常用的增强相有硬质陶瓷颗粒、纤维和空心微珠/钢球等,传... 详细信息

泡沫铝复合材料具有质轻,比强度、比刚度高,良好的吸能、吸声、阻尼、隔热等优异性能,是一种新型的结构功能材料,被广泛应用于汽车、建筑、军工、航空航天等领域。泡沫铝复合材料常用的增强相有硬质陶瓷颗粒、纤维和空心微珠/钢球等,传统的制备技术有粉末冶金法、压力浸渗法、熔体渗流法和原位生成技术等。泡沫铝复合材料作为一种新型的结构功能材料,其压缩和吸能、吸声和阻尼性能受到了广泛关注。主要针对泡沫铝复合材料的增强相、制备工艺和主要性能等方面的研究进展进行了介绍,并对该材料的研究趋势进行了总结展望。

关键词：泡沫铝复合材料增强相制备工艺性能

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泡沫铝材料的制备工艺及应用研究进展

铸造设备与工艺 2022年第6期 58-62,70页

作者：陈世龙孙麟张凯祺姚彦桃辽宁石油化工大学环境与安全工程学院辽宁抚顺113001

泡沫铝材料具有质轻,良好的吸声吸能、阻尼、隔热等优异性能,是一种新型的结构功能材料,被广泛应用于汽车、建筑、军工、航空航天等领域。对泡沫铝近年来的研究进展进行了介绍,重点概述了泡沫铝发泡剂的种类和选择,以及常见的泡沫铝制... 详细信息

泡沫铝材料具有质轻,良好的吸声吸能、阻尼、隔热等优异性能,是一种新型的结构功能材料,被广泛应用于汽车、建筑、军工、航空航天等领域。对泡沫铝近年来的研究进展进行了介绍,重点概述了泡沫铝发泡剂的种类和选择,以及常见的泡沫铝制备方法,并分析了各种制备方法的优缺点和所制备泡沫铝的特点。最后,对泡沫铝材料在交通运输、军工航天、建筑等领域的应用进行了总结,并对泡沫铝材料未来的研究热点与难点进行了总结展望。

关键词：泡沫铝发泡剂制备工艺应用

变功率加工对激光熔覆成形零件宏观形貌的影响

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热加工工艺 2024年第18期53卷 155-158页

作者：张宇祺张凯姜兴宇荣天骄沈阳工业大学机械工程学院辽宁沈阳110870 沈阳理工大学辽宁沈阳110159

通过创新使用模拟加工过程中实时调控激光功率的方法,对该模拟进行实验验证。获得激光功率的实时改变对于成形温度场和热应力场分布的影响规律;同时也得到了改变加工方法后成形试件的温度云图与宏观形貌特征。结果表明:通过改变激光加... 详细信息

通过创新使用模拟加工过程中实时调控激光功率的方法,对该模拟进行实验验证。获得激光功率的实时改变对于成形温度场和热应力场分布的影响规律;同时也得到了改变加工方法后成形试件的温度云图与宏观形貌特征。结果表明:通过改变激光加工方法,可有效降低成形试样的温度叠加效应与试样成形后的热应力,但达到一定临界点后会降低薄壁件成形效果与粉末利用率。此外改变加工方式还可有效提升试样的高度与可塑性。在实际激光零件加工与修复中,应合理运用加工过中实时改变激光功率的加工方法,既可有效降低成形试样出现加工缺陷的概率,又可提高能源利用率。

关键词：激光熔覆成形有限元模拟变功率加工宏观形貌热应力温度场

考虑冷热电多能流的混合储能系统三阶段能量优化调度策略

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电气工程学报 2024年第1期19卷 106-116页

作者：马振祺任浩栋张凯朱亮梁有珍蒋臣国网甘肃省电力公司电力科学研究院兰州730000

针对综合能源系统(Integrated energy system, IES)中可再生能源(Renewable energy, RE)能量耦合的复杂性和能量波动问题,提出了一种改进的混合储能系统(Hybrid energy storage system, HESS)三阶段能量优化调度。分析了IES中各种器件... 详细信息

针对综合能源系统(Integrated energy system, IES)中可再生能源(Renewable energy, RE)能量耦合的复杂性和能量波动问题,提出了一种改进的混合储能系统(Hybrid energy storage system, HESS)三阶段能量优化调度。分析了IES中各种器件在不同时间尺度下的功率响应特性,表明三阶段能量优化调度方法可以与包括HESS在内的IES很好地耦合。比较分析了HESS在稳定功率波动和延长储能寿命方面优于单一储能系统的优点,提出了三阶段能量优化调度下超级电容的控制方法。根据日前预测数据,一次能源消耗、运营成本、二氧化碳排放被视为日前滚动优化阶段的优化目标。在日内滚动调整阶段,该方法可以减少RE日前预测误差的影响,实现日内能源调度平衡,确保IES设备的安全运行。考虑到IES中可再生能源比例较高的背景,创新性地利用HESS的优势来改善系统的功率响应特性。仿真结果表明,所提方法在提升系统功率响应速度、延长储能电池(Lithium-ion battery,LiB)寿命和减少碳排量上具有显著提升。

关键词：综合能源系统混合储能系统三阶段能量优化调度策略

基于EM-VB的分布式接收运动目标直接符号检测方法

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系统工程与电子技术 2024年第4期46卷 1422-1430页

作者：张凯田瑶中国人民解放军63891部队河南洛阳471003 中国人民解放军96862部队河南洛阳471000

相比于传统分布式组阵接收采用的参数差异估计、信号校准合成以及符号检测的逐级处理结构,直接利用多个观测信号进行符号检测能够抑制信号间校准精度不佳带来的性能损失问题,但现有方法主要针对收发均静止或收发理想同步的情形。研究了... 详细信息

相比于传统分布式组阵接收采用的参数差异估计、信号校准合成以及符号检测的逐级处理结构,直接利用多个观测信号进行符号检测能够抑制信号间校准精度不佳带来的性能损失问题,但现有方法主要针对收发均静止或收发理想同步的情形。研究了一种最大似然准则下的分布式接收运动目标直接符号检测方法,首先给出了直接符号检测求解模型,针对模型中多组未知参数的优化问题,推导分析了各参数近似闭式解,采用基于迭代重估的闭环处理结构,利用多个未知参数和信息符号进行联合寻优。仿真实验结果表明,所提方法性能明显优于传统合成处理方法,与现有联合处理结构相比,在观测站数目较多时具有明显优势。

关键词：分布式接收运动目标符号检测最大似然期望最大化

面向不确定性的多机器人路径鲁棒规划研究综述

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控制与决策 2024年

作者：张书凡毛剑琳张凯翔李睿祺李大炎王妮娅昆明理工大学机电工程学院昆明理工大学信息工程与自动化学院

多机器人路径规划为共享工作环境中的多个机器人规划从起始位置到目标位置的无冲突路径集合,是多智能体领域协同规划方向的重要问题.然而时钟漂移、动态障碍物、机器故障等现实因素,可能会导致多机器人系统的实际执行过程与规划方案存... 详细信息

多机器人路径规划为共享工作环境中的多个机器人规划从起始位置到目标位置的无冲突路径集合,是多智能体领域协同规划方向的重要问题.然而时钟漂移、动态障碍物、机器故障等现实因素,可能会导致多机器人系统的实际执行过程与规划方案存在时间上的偏差,导致机器人之间发生意外冲突.面向不确定性因素展开多机器人路径鲁棒规划并在一定程度上保证规划方案的安全执行,是当前路径规划领域的挑战之一.对此,首先整理不确定性下多机器人路径规划的问题描述,然后分别从面向不确定性的鲁棒规划算法、在线执行策略、以及评价指标等方面对目前研究进行综述,讨论各类解决办法的思路和特点.最后对多机器人路径鲁棒规划研究关键技术进行展望.

关键词：多机器人路径规划不确定性建模鲁棒规划冲突概率在线执行策略冲突和死锁避免