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风向改变对非平角冠毛结构周围流场和拖曳力系数影响的数值研究

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Acta Mechanica Sinica 2024年第5期40卷 75-89页

作者：傅林涛范庆黄宗柳陈菲 School of Architecture and Civil Engineering Chengdu University Chengdu China Zhuhai Campus of Zunyi Medical University Zhuhai China Key Laboratory of Fluid and Power Machinery Ministry of Education Xihua University Chengdu China

蒲公英种子的良好飞行能力归功于其冠毛结构特征.以往研究主要集中于风从蒲公英种子的冠毛结构底部通过至顶部(简称为“一型风”)时,空气流动与种子的相互作用.然而,由于大气流和种子结构特征的多样性,蒲公英种子从花序头部脱落或空中... 详细信息

蒲公英种子的良好飞行能力归功于其冠毛结构特征.以往研究主要集中于风从蒲公英种子的冠毛结构底部通过至顶部(简称为“一型风”)时,空气流动与种子的相互作用.然而,由于大气流和种子结构特征的多样性,蒲公英种子从花序头部脱落或空中飞行过程中,风从蒲公英冠毛结构顶部通过至底部(简称为“二型风”)的情况也很常见.但是,目前尚缺乏二型风情况下空气流动与种子相互作用的相关研究.本文中,我们通过数值模拟,考虑风速、冠毛结构角度和孔隙率的变化,研究和比较了在两种风型下冠毛结构模型的拖曳力系数和周围流场分布特征。结果表明:由于风向的反转,流场分布特征和拖曳力系数会发生显著变化.当风从第一型转为第二型时,冠毛丝对气流的干扰从背风侧移前至迎风侧,导致在第二型风时涡环大多数情况下附着在非扁平冠毛结构模型的中心圆盘上,而在第一型风时则发生涡环分离。当风从第一型变为第二型时,压力诱导的拖曳力对总拖曳力的贡献显著增加,从而增强了非扁平冠毛结构模型的拖曳力系数.然而,随着风速、冠毛结构角度和孔隙率的增加,这种增强作用会逐渐减弱.这些发现将有助于种子风驱扩散的定量预测,并为微型仿生飞行器的设计提供一定指导.

关键词：结构模型空气流动拖曳力结构角度冠毛流场分布定量预测风向

MOF-聚合物整体材料的制备及对中草药中异牡荆素和蔓荆子黄素的固相萃取

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MOF-聚合物整体材料的制备及对中草药中异牡荆素和蔓荆子黄素的固...

作者：柳苹河北大学

学位级别：硕士

中草药作为中国传统医学的重要组成部分,有着悠久的历史和丰富的传承。随着现代科技的进步和人们对健康需求的提高,越来越多的人更加关注中草药及其治疗效果。黄酮类化合物是以2-苯基色原酮为母核而衍生的一类黄色色素,广泛存在于中草... 详细信息

中草药作为中国传统医学的重要组成部分,有着悠久的历史和丰富的传承。随着现代科技的进步和人们对健康需求的提高,越来越多的人更加关注中草药及其治疗效果。黄酮类化合物是以2-苯基色原酮为母核而衍生的一类黄色色素,广泛存在于中草药中。越来越多的研究报告表明,黄酮类化合物具有抗癌和抗肿瘤活性。然而,中药基质复杂,且多数黄酮类化合物含量较低,所以建立合适的方法对中药中的黄酮类有效成分进行富集和进一步的分离纯化尤为必要。本文首先制备了金属有机骨架(Metal organic Framework,MOF)材料MOF-801,利用MOF-801材料上带有的-COOH基团,对其进行衍生化反应,使其表面带有C=C终端,与甲基丙烯酸月桂酯(LMA)作为共聚单体,与交联剂、致孔剂、引发剂混合均匀后制备MOF-聚合物整体材料。然后利用扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)和氮气吸附-脱附法表征MOF-801和所制备MOF-801/聚合物整体材料。将MOF-801/聚合物整体材料用作固相萃取(SPE)吸附剂,通过与高效液相色谱(HPLC)仪联用对黄酮类抗癌活性成分异牡荆素进行在线富集,考察了流动相的组成、流速、柱温和p H等条件对异牡荆素回收率的影响。经在线SPE萃取后,异牡荆素在洗脱组分中的含量为9.1%,高于其在原药材鸡眼草中的含量(0.07%)。实验结果表明,MOF材料的加入不仅增加了整体材料的比表面积,还提高了整体材料对异牡荆素的吸附量。此外,MOF材料的加入还可以降低聚合物整体材料的背压。此方法在0.2μg/m L～5.00×10～2μg/m L范围内具有良好的线性关系,校准方程为y=0.53705x-1.32086,相关系数为0.9995。日间、日内精密度小于2.23%。三种中草药中异牡荆素的加标回收率在96.48%～99.31%之间。此外,在上述聚合物整体材料的基础上,加入α-甲基丙烯酸(MAA),制得MAA-MOF-801/聚合物整体材料。将MAA-MOF-801/聚合物整体材料用作SPE吸附剂,通过与HPLC联用,对中草药中的黄酮类抗癌活性成分蔓荆子黄素进行了在线富集,考察了流动相的组成、流速、柱温和p H等条件对蔓荆子黄素回收率的影响。经在线SPE萃取后,蔓荆子黄素在洗脱组分中的含量为60.63%,远高于其在原药材蔓荆子中的含量(0.03%)。此方法在0.13μg/m L～5.00×10～2μg/m L范围内具有良好的线性关系,校准方程为y=0.63135x+0.70981,相关系数为0.9992。日间、日内精密度小于1.63%。蔓荆子中蔓荆子黄素的加标回收率在95.74%～100.50%之间。以上结果表明,本文制备的两种MOF-聚合物整体材料是较为理想的吸附剂,所建立的SPE-HPLC方法可以用于富集纯化中药材中微量黄酮类抗癌活性成分。

关键词：固相萃取异牡荆素蔓荆子黄素 MOF-801 富集纯化

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基于依存句法分析的数学表达式查询扩展方法

计算机应用与软件 2024年第4期41卷 251-255,290页

作者：董斯文李新福杨芳田学东河北大学网络空间安全与计算机学院河北保定071002

传统的数学表达式检索方法主要面向表达式的二维结构,难以检索出具有相同语义但结构不同的数学表达式。针对这一问题,设计一种基于依存句法分析的数学表达式查询扩展方法。以FDS(Formula Description Structure)解析表达式结构信息的检... 详细信息

传统的数学表达式检索方法主要面向表达式的二维结构,难以检索出具有相同语义但结构不同的数学表达式。针对这一问题,设计一种基于依存句法分析的数学表达式查询扩展方法。以FDS(Formula Description Structure)解析表达式结构信息的检索方法为基础,通过依存句法抽取表达式周围文本中的语义词,并建立运算符、表达式、语义词间索引;通过语义词二次查询,实现检索语义相同但结构不同数学表达式的目的。实验结果表明,依存分析能有效地抽取数学表达式语义词,加入语义的表达式检索方法,查全率和查准率都有了一定的提高。

关键词：表达式检索 FDS 依存句法分析语义词扩展查询

温和条件下甲烷直接氧化制增值化学品铑基催化剂的制备及其性能研究

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温和条件下甲烷直接氧化制增值化学品铑基催化剂的制备及其性能研...

作者：庞柳北京化工大学

学位级别：硕士

甲烷资源丰富,是一种极具发展前景的化工原料,但其存储和运输困难。在温和条件下将甲烷直接氧化制备甲醇等增值化学品是一条具有广阔应用前景的途径。贵金属Rh可有效活化甲烷中的碳氢键,本论文将Rh分别负载在H-ZSM-5和纳米Ti O2载体上,... 详细信息

甲烷资源丰富,是一种极具发展前景的化工原料,但其存储和运输困难。在温和条件下将甲烷直接氧化制备甲醇等增值化学品是一条具有广阔应用前景的途径。贵金属Rh可有效活化甲烷中的碳氢键,本论文将Rh分别负载在H-ZSM-5和纳米Ti O2载体上,制备了Rh/H-ZSM-5和Rh/Ti O2催化剂。考察了催化剂在温和条件下对甲烷直接氧化制甲醇及甲酸的催化性能。利用多种表征方法对催化剂的结构进行分析并结合原位表征技术对甲烷直接氧化制甲醇的反应机理做出解释。具体研究内容如下:1.利用等体积浸渍法制备的Rh/H-ZSM-5为催化剂,以分子O2作为氧化剂,在反应温度低于100 ~oC和CO共存条件下将甲烷直接氧化制备甲酸。研究结果显示:增加酸度可以提高催化剂的活性和甲酸的选择性。在酸的促进下,反应温度为50 ~oC和90 ~oC时,催化剂的活性分别可以达到3.56 mol HCOOH/mol Rh/h和23.96 mol HCOOH/mol Rh/h。其中,在90 ~oC的条件下,HCOOH的选择性最高,可以达到98.48%。EPR分析结果表明,酸能促进·OH的生成,进而提高Rh/H-ZSM-5催化剂对甲烷直接氧化制甲酸的活性。2.以Rh/TiO2为催化剂,氧气和氢气为反应物,在酸性条件下进行甲烷直接氧化制甲醇的研究。当反应温度为70 ~oC、气体总压为41 bar（CH4:30 bar,H2:10 bar,O2:1 bar）,硫酸浓度为1.5×10-1mol/L时,催化剂的活性为549.56μmolmethanol/gcat/h(11.31 molmethanol/mol Rh/h),且甲醇的选择性高达99%以上。利用CH4-DRIFTS与EPR探究反应机理:通入的氢气与氧气可以原位生成·OH并与CH4活化产生的CH3·结合生成CH3OH。

关键词：甲烷铑催化剂甲酸甲醇

空气幕与挡风墙组合在U型竞技场地中防风效果的数值模拟研究

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空气幕与挡风墙组合在U型竞技场地中防风效果的数值模拟研究

作者：柳方园石家庄铁道大学

学位级别：硕士

木基炭材料构建3D自支撑电极及其在对称超级电容器中的应用

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木基炭材料构建3D自支撑电极及其在对称超级电容器中的应用

作者：张俊柳齐鲁工业大学

学位级别：硕士

储能装置在能源循环系统中占据重要地位,其中超级电容器因其突出的安全性能和较高的功率密度,成为储能技术领域的重点研究对象。碳材料因具备大比表面积、发达的孔隙结构以及出色的稳定性等特点,被普遍认为是制备高效超级电容器电极的... 详细信息

储能装置在能源循环系统中占据重要地位,其中超级电容器因其突出的安全性能和较高的功率密度,成为储能技术领域的重点研究对象。碳材料因具备大比表面积、发达的孔隙结构以及出色的稳定性等特点,被普遍认为是制备高效超级电容器电极的理想材料。生物质作为全球唯一的可再生碳资源,凭借其丰富的储量、合理的成本优势以及较高的碳含量,成为构筑高效超级电容器电极的优质前驱体。利用生物质资源制备具有适宜孔隙结构和优良电化学性能的多孔碳材料,对高性能超级电容器电极的研发具有重要的战略意义。然而,生物质基炭材料在能量存储容量方面的潜力尚未得到充分发掘,主要原因是粉末状形态限制了其有效的质量负载。因此,探索和发展具有良好自支撑结构的生物质基炭电极设计理念和技术路线,对于进一步提升超级电容器储能性能以及推动其实际应用具有重要的现实价值和理论意义。本研究基于木材的天然结构优势,调控其孔隙结构,制备出3D自支撑超级电容器电极,制备过程无需掺杂以及化学活化,即可取得优良的电化学性能,在电化学储能领域展现出巨大的应用潜力。（1）通过脱木质素协同梯度碳化过程,构建特定的三维（3D）自支撑分层木基炭电极。利用木材自身的天然结构优势,通过脱木质素,调控木材的孔隙结构,通过梯度碳化有效控制碳化塌缩,协同构建了3D自支撑分层木基炭多孔结构,并作用于超级电容器电极。构建的木基炭电极在单电极电化学体系中表现出高达229 F g(或3.7 F cm)的比电容,其能量密度达到11.6 Wh·kg,功率密度为3500 W kg,且具有73%的良好倍率性能。制备过程无需任何活化或酸刻蚀工艺,且制得样品的能量密度和功率密度优于其他碳基超级电容器。该研究创新了一种构建具有3D自支撑分层结构的木基炭电极的方法,并在无化学掺杂前提下,通过炭体结构调控达到了良好的电化学性能。（2）通过结合多级碳化和绿色CO活化工艺进一步调控木基自支撑炭材料结构与性能,使其具有合理的孔径结构分布、良好的润湿性和电子传导能力。在单电极电化学体系中,0.5 A·g电流密度下获得高达842.5 F·g的优异比电容值。更重要的是,将电极组装成对称超级电容器后,由于炭电极自支撑/分层结构与氧化还原电解液产生的赝电容效应协同作用,使炭电极表面的静电吸附能力增强,在0.125 A·g电流密度下比电容值提升至66.3 F·g。此外,在水系条件下,即使在功率密度为100 W·kg时,系统仍能保持高能量密度(23.6 Wh kg)。制备的自支撑木基炭材料无需掺杂任何物质或进行后续处理即可构建对称电极,并且在水系条件下通过简便工艺即可实现高能量密度。（3）基于木材的化学构成与天然结构制备高强度高负载电极。通过微波水热法对木材化学组分进行适度分离,去除部分不稳定组分,在最大程度保留木材天然稳固结构的同时,构造应有的孔隙度并保证成碳率。制得的炭材料既具有稳固的抗压性能,长使用寿命,宽酸碱适用范围,又同时具备高负载性能。面电容可达15.84F cm(1m A cm的电流密度下),在距离首次测试7日后,继续进行长达一万次以上的连续循环(200 m A cm),电容保持率仍达到90%,库伦效率几乎100%,表现出优异的电化学储能潜力。该策略强调不破坏木材固有的精密结构,而是通过科学方法将其转化为高负载且稳定的炭质电极,其电极厚度超过4400微米,大大提升了电极的质量负载和能量存储能力。本研究提出了一种崭新的超级电容器电极构建策略,即从实际需求出发,秉持尊重并充分利用木材天然结构的原则,对其进行适度干预和优化,旨在实现生物质资源与人类生产和生活需求的有效契合。

关键词：木基炭自支撑电极对称超级电容器储能

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抚育间伐对杉木人工林生态效益的影响

抚育间伐对杉木人工林生态效益的影响

作者：柳煌中南林业科技大学

学位级别：硕士

杉木是我国南方主要造林树种,我国的杉木人工林多为纯林,初植密度普遍较大,过纯过密的杉木林多数存在林木生长迟缓、物种单一、地力衰退、生产力下降等问题,生态效益和经济效益都得不到正常发挥,急需进行提质改造。抚育间伐是人工林经... 详细信息

杉木是我国南方主要造林树种,我国的杉木人工林多为纯林,初植密度普遍较大,过纯过密的杉木林多数存在林木生长迟缓、物种单一、地力衰退、生产力下降等问题,生态效益和经济效益都得不到正常发挥,急需进行提质改造。抚育间伐是人工林经营的重要举措,以往许多学者参与研究过人工林的抚育间伐,普遍认为抚育间伐对人工林生态系统的各个组成部分都有重要影响,但在抚育间伐对杉木人工林生态效益的系统研究方面仍显不够。本研究以岳阳市华容塔市国有林场9年生杉木人工林为研究对象,设置对照组(CK:0%,2000株/hm2)、轻度间伐组(T1:20%,1600株/hm2)、中度间伐组(T2:30%,1400株/hm2)和重度间伐组(T3:40%,1200株/hm2)共4种间伐处理,通过对林木生长、林下植被、土壤理化性质、林地水文等指标的系统监测,分析不同间伐强度对杉木人工林生态效益的影响,探究可有效地提升杉木林生态效益的适宜间伐强度和间伐间隔期,并确保其经营的可持续性。主要研究结果如下:1.抚育间伐对杉木生长具有正向促进作用。研究发现间伐显著增加了杉木胸径、单株材积和总蓄积量,年均增长量均为T3>T2>T1>CK,即在重度间伐下促进效果最明显,但抚育间伐对树高生长的影响不大。2.抚育间伐能够显著改变杉木林分的径阶结构。研究发现,加大间伐强度,杉木林径阶峰值靠右偏移,在重度间伐下,2016年径阶范围为8-22cm,胸径为14cm左右的林木较多。间伐处理6年后,2022年径阶范围为14-34cm,胸径为24cm左右的林木较多。并且大径阶林木所占的百分比明显提高,因此抚育间伐有利于大径阶林木的培育。3.通过对人工林连年生长量的分析发现,抚育间伐对林木生长的促进作用具有时间效应。间伐处理后,前期间伐对树高的促进作用比较明显,中期间伐对胸径的促进作用比较明显。间伐对林木单株材积和林分总蓄积量连年增长量的影响也较大。间伐处理6年后,抚育间伐对树高、胸径、单株材积和总蓄积量的影响都趋于平缓。4.抚育间伐改变了林下植物的组成,间伐后,喜光喜温植物种类增加,重要值提升,耐阴喜湿植物种类减少,重要值下降,林地总的植物种数有所增加。抚育间伐增加了林下植被的物种丰富度和生物多样性程度,间伐处理6年后,林下植物 Margalef 指数、Pielou 指数和 Shannon-Wiener 指数排序为 T3>T2>T1>CK。Simpson 指数排序为 T3>T2>T1=CK。5.抚育间伐能够改善土壤理化性质,提升土壤肥力。研究发现,间伐降低了土壤容重,增加了土壤总孔隙度、最大持水量和蓄水量,提升了土壤持水保水能力。T2、T3时,土壤具备更大的最大持水量。T1、T2时,土壤蓄水能力更强。间伐后土壤养分含量呈现升高趋势,其中水解氮、有效磷、速效钾、有机碳含量均呈增加趋势,T3时水解氮含量和速效钾含量最大,T2时有效磷和有机碳含量最大。抚育间伐6年后,土壤pH值与间伐强度呈正比,6年的变化值排序为T3>T2>T1>CK,各处理间均存在显著差异(PT3(71.5分)>T1(69.3分)>CK(45.9分)。研究结果表明,对9年生杉木人工林进行抚育间伐,从生态效益考虑,宜采用中等强度间伐,即每公顷保留1400株,间伐间隔期为3、4年,从经济效益考虑,宜采用重度间伐,即每公顷保留1200株,间伐间隔期为5年。

关键词：杉木抚育间伐生态效益层次分析法