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废锂离子电池正极材料锂选择性回收及短程再生研究

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废锂离子电池正极材料锂选择性回收及短程再生研究

作者：汤建建华中科技大学

学位级别：硕士

随着中国新能源汽车行业蓬勃发展,锂离子电池的使用量不断增大,接踵而来的废旧锂离子电池处理成为行业可持续发展的一大难题。同时,中国锂(Li)资源匮乏,长期依赖国外进口,从废旧锂离子电池正极材料中回收Li金属资源,实现废旧电池资源化... 详细信息

随着中国新能源汽车行业蓬勃发展,锂离子电池的使用量不断增大,接踵而来的废旧锂离子电池处理成为行业可持续发展的一大难题。同时,中国锂(Li)资源匮乏,长期依赖国外进口,从废旧锂离子电池正极材料中回收Li金属资源,实现废旧电池资源化利用,有利于维护我国资源战略安全。现有研究利用HO等还原作用将所有金属浸出,导致Li回收率低下;而通过还原作用优先提取Li的研究匮乏,对还原作用下选择性浸出Li的过程和反应机制认识不够,限制了废旧锂离子电池Li回收和再生应用。本论文以乙酸锰为浸出剂水热处理废旧三元正极材料,利用Mn水热过程的还原驱动作用高效选择浸出并回收Li,构建了Li回收-正极材料再生体系,研究了再生正极材料的反应过程和影响因素。最后对整个回收再生工艺进行生命周期评价,考察其环境效益和经济效益。本论文主要研究内容如下:(1)乙酸锰水热选择浸出废旧正极材料锂的工艺优化和浸出机理研究乙酸锰水热处理废旧正极材料时Li的最优浸出条件为:液固比为1/75 L/g,浸出剂Mn与正极材料中Li摩尔比(Mn/Li)为1:2 mol/mol,200℃水热反应24 h;此时Li的浸出率为91.87%,Ni、Co、Mn未浸出,Li浸出选择性达到100%。反应动力学分析表明100℃～200℃时Li浸出受表面化学反应控制,反应活化能为23.93 k J/mol。E-p H相图分析表明Mn等过渡金属离子因还原驱动易发生氧化反应,转化为高价态金属氧化物,从而可能将正极材料Li浸出。浸出残渣表征和条件因素对Li浸出影响实验揭示了Li选择浸出机理:Mn因还原驱动被氧化成Mn O,废旧正极材料作为电子受体,其中的Co、Mn金属价态降低,而弱还原驱动仅能破坏Li-O氧笼,释放出Li,同时CHCOO作为p H缓冲剂消耗H,促进浸出反应正向进行。(2)锂选择性回收与浸出残渣短流程再生正极材料研究乙酸锰水热处理废旧正极材料得到富锂浸出液和浸出残渣。富锂浸出液经NaCO回收得到纯度为99.85%的LiCO,回收率为92.53%,与浸出残渣一并用于正极材料短程再生。烧结温度显著影响再生正极材料性能,850℃烧结10 h再生的正极材料在0.5C倍率下放电比容量为117.6 m Ah/g,循环充放电100圈后容量保持率为82.0%。短程再生经历初步形成-晶体生长-晶体收缩降低混排-结构优化过程,并且受废旧正极材料Li选择浸出效果影响:Li浸出率越高,残渣结构越疏松多孔,有利于烧结过程物质化学反应和结构重排,再生的正极材料电化学性能越好。金属Al、Fe、Mg等杂质提高了再生正极材料的循环性能,但是显著降低了其放电比容量;而Mg掺杂再生Li(Ni Co Mn)MgO由于Li迁移能量势垒降低,使得氧化还原活性提高,其在0.5C下放电比容量提升至126.9 m Ah/g,循环充放电100圈后容量保持率高达93.6%。(3)乙酸锰水热法与传统工业生产工艺生命周期评价对比研究建立生命周期模型对本论文提出的乙酸锰水热法与工业生产中的传统湿法、火法工艺进行生命周期评价对比分析发现,乙酸锰水热法具有显著的环境效益,相较传统生产工艺更有利于缓解人类致癌毒性、土壤酸化等问题。浸出过程在乙酸锰水热法中的环境影响贡献超过80%,其对海洋生态毒性、淡水生态毒性等环境负面影响明显低于传统生产工艺。生命周期终点模型评价还表明,由于物质消耗低、流程短等优势,乙酸锰水热法在人体健康、生态环境、资源的损害方面也明显低于传统生产工艺,具有显著的绿色环保、低碳优势。此外乙酸锰水热法经济效益也非常明显,在处理相同质量废旧电池时经济效益是传统湿法的4.48倍、传统火法的6.44倍。

关键词：废旧锂离子电池锂选择性回收三元正极材料短程再生生命周期评价

非饱和土中毛细水作用下X70钢的电化学腐蚀行为研究

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非饱和土中毛细水作用下X70钢的电化学腐蚀行为研究

作者：魏建建太原理工大学

学位级别：硕士

随着国民经济的发展,我国油气管网建设规模不断扩大,工程会经过许多地质条件复杂的地域,埋地管线钢材使用寿命受不同类型土壤含水量、含盐量等因素影响严重。此外,非饱和土中水分和盐分通过毛细作用向土壤浅层运移,对埋地输气管道造成... 详细信息

随着国民经济的发展,我国油气管网建设规模不断扩大,工程会经过许多地质条件复杂的地域,埋地管线钢材使用寿命受不同类型土壤含水量、含盐量等因素影响严重。此外,非饱和土中水分和盐分通过毛细作用向土壤浅层运移,对埋地输气管道造成腐蚀并会引起管道不同深度位置上管线钢材的差异性腐蚀现象。因此,开展非饱和土中毛细水作用下的埋地管线钢腐蚀问题研究迫在眉睫。研究结果对于探究管道服役区域土壤腐蚀性以及提出埋地管线钢专业防腐建议具有重要意义。本文针对埋地管线钢受到毛细水上升的动态腐蚀环境中X70钢的腐蚀行为进行了系统研究,将X70钢预先埋入不同初始含水量和含盐量(氯盐)粉质黏性一维土柱中,在恒定试验温度下利用一维土柱仪模拟毛细水上升的腐蚀环境,运用电化学阻抗谱(EIS)和极化技术研究不同初始含水量、含盐量以及毛细水上升对土壤腐蚀性的影响,分析了X70钢在土壤环境中短期(7d)和长期(90d)电化学腐蚀行为,结合3D轮廓成像和扫描电子显微镜(SEM)分析X70钢的微观形貌和腐蚀机理。主要结论如下:(1)土柱中初始含水量和含盐量的多少会影响土柱中毛细水上升速率的快慢。在本试验研究限定条件之下,土柱初始含水量越高毛细水上升速率越慢,反之则越快,且越靠近土柱底部的位置受这种规律影响越显著;当土柱中Na Cl含量低于3.0%时Na Cl的存在会促进毛细水的上升,当Na Cl含量达到3.0%时Na Cl的存在会抑制毛细水的上升。(2)毛细水作用下,不同初始含水量和含盐量土壤腐蚀环境中X70钢的短期(7d)电化学腐蚀行为区别显著。三个不同初始含水量土柱1#和4#两位置X70钢腐蚀速率均呈现随土柱初始含水量的增大而增大的规律。四个不同含盐量土柱1#位置X70钢腐蚀速率随着土壤腐蚀环境中Na Cl含量的增大而增大,4#位置X70钢腐蚀速率随着土壤腐蚀环境中Na Cl含量的增加呈现出先减小再增大的规律。(3)90天龄期内,不同初始含水量和Na Cl含量小于3.0%的土柱1#位置X70钢的腐蚀速率随腐蚀龄期增加均呈现先增大后减小的规律。土柱4#位置X70钢的腐蚀速率随龄期的变化规律受毛细水影响显著。90天龄期时,初始含水量为12.24%和14.24%的土柱4#位置腐蚀体系中X70钢因处于毛细水湿润锋影响区域而腐蚀速率骤增。不同Na Cl含量土柱4#位置X70钢的腐蚀速率同样会因为湿润锋的存在以及离子的聚集而显著增加。(4)电化学阻抗谱结果表明,X70钢电化学腐蚀的等效电路模型受毛细水上升影响显著。非饱和土壤腐蚀环境中X70钢电化学腐蚀行为存在较大差异,X70钢电化学腐蚀等效电路模型随毛细水湿润锋位置的改变是一个动态变化的过程,湿润锋以上位置X70钢等效电路模型为R(WRCPE1);湿润锋和湿润锋以下位置X70钢等效电路模型为R(CR(WRCPE1))。(5)土壤环境中,尤其盐渍土壤环境中金属腐蚀问题非常严重,并且往往由于埋地管线受水盐迁移等因素影响造成不同位置的差异性腐蚀。90天时盐渍土中1#和4#位置X70钢腐蚀速率差异非常大,其中Na Cl含量为1.0%的土柱1#、4#两位置差异性腐蚀现象最为显著,二者腐蚀速率相差28.67倍。

关键词：非饱和土毛细作用水盐迁移 X70钢电化学腐蚀

甘肃省精神分裂症治疗费用现状与变化趋势及影响因素研究

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甘肃省精神分裂症治疗费用现状与变化趋势及影响因素研究

作者：李建建兰州大学

学位级别：硕士

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西北农村社区热电沼气多联供系统的性能研究

西北农村社区热电沼气多联供系统的性能研究

作者：周建建兰州理工大学

学位级别：硕士

随着国家双碳目标的提出,在西北地区生物质锅炉清洁供暖逐渐替代传统燃煤锅炉供暖,但生物质锅炉普遍存在排烟温度高的问题,为了充分利用生物质锅炉的烟气余热以及满足当地用户热电气多层次的用能需求,本文以武威市凉州区某农村社区为工... 详细信息

随着国家双碳目标的提出,在西北地区生物质锅炉清洁供暖逐渐替代传统燃煤锅炉供暖,但生物质锅炉普遍存在排烟温度高的问题,为了充分利用生物质锅炉的烟气余热以及满足当地用户热电气多层次的用能需求,本文以武威市凉州区某农村社区为工程背景,构建了一种以太阳能和生物质能为能量输入且耦合生物质锅炉烟气余热回收的热电气多联供系统,首先对社区建筑热电气负荷进行了预测,并计算选型系统的关键设备;其次通过TRNSYS软件模拟并分析系统全年的动态性能及热电平衡,最后将原供能系统与传统分供系统作为对比对象,综合评价三种供能模式下在能源性、环保性和经济性的差异,得到以下结论:(1)采暖季热负荷受环境温度变化波动较大,平均热负荷为47.5 W/m,每户的电负荷和沼气负荷分别为6.80 k W·h/d和1m/d。生物质锅炉的排烟温度降低到40℃时,1 kg燃料完全燃烧产生的烟气可回收的总热量为1342.35 k J,其中回收的显热量占55.08%,潜热量占44.92%,冷凝水量为0.339 kg。凉州区主要农作物小麦、玉米、大麦和豆类四种农作物秸秆年干物质可收集的总量为720927.4吨,其中玉米占比82.5%,小麦占比15%,豆类占比1.3%,大麦占比0.8%;主要禽畜牛、猪、羊、鸡四种粪污可收集的干物质总量为1393.2吨/d,分别占比46.9%、13.7%、31.8%和7.6%,生物质资源可收集量可满足社区全年的用能需求。系统的主要设备选型结果为:沼气发电机组的装机容量为180 k W、光伏发电系统的安装容量504.21 k Wp、冷凝式换热器的总面积为115 m和蓄热水箱的体积为34.28 m。(2)沼气发电机组全年日均耗气量为1988.26 m,平均电效率为34.55%,平均负荷率为89.99%,采暖季的平均热回收效率为44.82%,非采暖季的平均热回收效率为23.47%。发酵罐日平均总负荷为2930.12 k W·h,进料负荷占比95.36%,保温负荷占比为4.64%,发酵罐日平均温度在35℃左右,可满足中温厌氧发酵的温度需求。PV发电系统的日发电量受太阳辐射的影响波动较大,平均日发电量为2858.41 k W·h,采暖季的平均发电效率为16.23%。采暖季冷凝式换热器日平均回收显热量为1621.61 k W·h、潜热量为753.6 5 k W·h、冷凝水量为1114.4 kg,平均供水温度为44.35℃。变频泵在供暖初期和末期变频泵以低功耗低频率运行,日均耗电量为415.67 k W·h,日平均频率运行范围为35～45.3 Hz。(3)整个采暖季沼气发电机组、冷凝式换热器、生物质锅炉的供热量分别为235692.4 k W·h、358664.09 k W·h和4403274.66 k W·h,沼气发电机组供热占比为4.7%,冷凝式换热器供热占比为7.2%,生物质锅炉占比为88.1%;采暖季日均总电负荷为6206.09 k W·h,非采暖季日均总电负荷为4438.90 k W·h,系统全年总发电量为2410095.87 k W·h,其中沼气发电机组的发电量占比58.87%;PV发电子系统的发电量占比41.13%。(4)在采暖季和非采暖季多联供系统平均一次能源利用率分别为58.60%和25.98%,相较于传统分供系统的平均一次能源节约率分别为41.52%和-19.07%。多联供系统全年平均日CO排放量为6664.07 kg,相较于原供能系统和传统分供系统全年CO减排总量分别为1742.26 t和4409.44 t;多联供系统相较于传统分供系统全年平均日CO减排率为66.86%,相较于原供能系统采暖季平均日CO减排率为32.89%,非采暖季平均日CO减排率为58.92%。(5)多联供系统初投资为681.20万元,年运维费用为61.92万元,费用年值为116.58万元,三种供能模式下多联供系统初投资最高,年运维费用和费用年值最低,多联供系统相较于原供能系统和传统分供系统费用年值节省率为50.35%和64.19%;在多联供系统使用寿命年限内,净现值为2307.61万元,动态投资回收期为3.14年,在经济上是可行的。

关键词：烟气余热热电气联供性能分析综合评价

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蜂窝肺CT影像病灶区域智能分割算法研究

蜂窝肺CT影像病灶区域智能分割算法研究

作者：卫建建太原理工大学

学位级别：硕士

蜂窝肺是一种生存期短、致死率高的肺部疾病,特征表现为肺泡纤维化,导致肺部出现蜂窝状病变。该疾病五年内的生存率不及30%,急性患者的生存期仅为2个月左右,因此疾病的早期确诊能够帮助患者延长生命、提高疾病后期的生活质量。目前,放... 详细信息

蜂窝肺是一种生存期短、致死率高的肺部疾病,特征表现为肺泡纤维化,导致肺部出现蜂窝状病变。该疾病五年内的生存率不及30%,急性患者的生存期仅为2个月左右,因此疾病的早期确诊能够帮助患者延长生命、提高疾病后期的生活质量。目前,放射科医生通过观察病患的CT扫描图像确诊病情,医师使用人工标注的方式对患者的病情进行判断。但该方法不仅费时费力,而且具有主观性,容易出现误诊、漏诊。目前,基于人工智能的方法已经被广泛应用于肺部病变以及其他肿瘤CT图像的诊断与评估,且深度学习在医学图像处理任务中具备出色的性能,故可以利用深度学习技术对蜂窝肺CT图像进行分割,辅助临床医生进行病情诊断,改善患者的生活质量,从而为指导临床决策和预后治疗提供合适的方案。由于蜂窝肺的病灶形状不规则、CT图像中病变与周围肺部组织对比度较低,现有医学图像分割网络对蜂窝肺病灶进行精准分割依然存在挑战。针对现有模型泛化性不足、分割精度较低等问题,本文提出两种蜂窝肺CT图像分割算法,主要研究工作如下:(1)由于蜂窝肺病灶形状不规则、对比度较低,现有分割模型的泛化性不足,本文结合Transformer与CNN架构,提出一种基于Sep Vi T和上下文特征融合的蜂窝肺分割算法。首先,构建多尺度通道混合卷积(Multi-scale Channel Shuffle Convolution,MCSC)模块,保持部分通道的原始性特征,增强不同信道之间的交互,有效提取图像中病灶的特征信息;其次,在网络瓶颈层引入可分离Vision Transformer(Separable Vision Transformer,Sep Vi T)模块,激活特征图中的全局特征,弥补卷积唯局部性的弊端,促进全局与局部信息的融合;最后,加入上下文感知融合模块,通过对双路径特征计算权重,对特征重新分配,增强编码器与解码器语义关联性。本文实验表明,本文方法在蜂窝肺CT图像分割任务上具备更好的分割性能。(2)针对现有模型参数量大、计算复杂、类别不平衡等问题,通过对U型网络架构深入剖析,本文提出一种基于类不平衡与多级降采样特征融合的蜂窝肺分割算法。首先,对U型网络的跳跃连接阶段进行实验分析,利用CA模块对编码器的低级特征进行深层次激活,沿着高、宽两个方向重新进行特征计算,解决原始跳跃连接中语义差距导致局部特征提取不充分的问题;之后,为弥补网络中池化操作丢失的特征,构建一种新型的下采样特征模块,在跳跃连接阶段进行多尺度信息的融合,改善上采样过程中更多病灶细节信息的恢复;最后,使用F-DLoss函数解决减少类别不平衡对分割网络的影响。通过与多个主流分割模型相比,在蜂窝肺数据集上的实验结果表明本文方法能够实现更好的分割效果。

关键词：深度学习医学图像分割通道混合卷积可分离Transformer 坐标注意力 F-DLoss损失函数

隧道及地下工程远程自动化监测与预警系统构建研究

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现代隧道技术 2023年第2期60卷 62-72页

作者：于建中铁十九局集团第五工程有限公司大连116100

基于Python编程语言和大数据,构建可实现工程监测、综合预警、可视化、参数反演及实时动态分析等功能的自动化监测预警系统。该自动化监测预警系统可对施工过程中岩土体压力、位移、渗透水压等进行实时监测,并自动采集监测数据进行远程... 详细信息

基于Python编程语言和大数据,构建可实现工程监测、综合预警、可视化、参数反演及实时动态分析等功能的自动化监测预警系统。该自动化监测预警系统可对施工过程中岩土体压力、位移、渗透水压等进行实时监测,并自动采集监测数据进行远程无线传输,自动存储到数据库中,借助互联网云平台进行数据共享;监测数据可供IA-BP算法模块、预警预报模块调用,采用IA-BP智能算法对数据库内监测数据进行反演及智能预测分析,并进行单项阈值和IA-BP智能算法综合对比分析,达到工程灾害预警预报目的。

关键词：隧道及地下工程自动化监测智能化施工预警系统

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航空发动机角接触球轴承轴向力间接测量方法

航空学报 2022年第9期43卷 176-183页

作者：杜建建潘贤德刘天一中国航发商用航空发动机有限责任公司上海200241

航空发动机角接触球轴承轴向力是发动机设计中的一个重要参数,明确实际轴向力大小及方向对于轴承的安全可靠应用至关重要。提出了一种基于相似原理和量纲分析的π定理进行关键影响参数分析,以获得角接触球轴承轴向力的间接测量方法。该... 详细信息

航空发动机角接触球轴承轴向力是发动机设计中的一个重要参数,明确实际轴向力大小及方向对于轴承的安全可靠应用至关重要。提出了一种基于相似原理和量纲分析的π定理进行关键影响参数分析,以获得角接触球轴承轴向力的间接测量方法。该方法操作简单,可用于实时监测,能够获得轴向力的各个分量,利于轴向力的分析和调整。与台架试验中的测力环直接测量结果的对比表明,两者吻合较好,相对差异在可接受范围内。该间接测量方法可在工程中应用。

关键词：航空发动机角接触球轴承轴向力间接测量相似原理

基于GPU-CUDA并行的虚拟网格有限差分法求解器

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水动力学研究与进展（A辑） 2023年第4期38卷 523-527页

作者：辛建建石伏龙宁波大学海运学院宁波315211 重庆交通大学航运与船舶工程学院重庆400074

基于CPU/GPU异构体系架构的流体力学并行计算已经成为当前CFD研究领域的重点之一。该文自主开发了一高效虚拟网格法并行求解器以模拟绕动边界的不可压缩流动问题,基于GPU的计算统一设备架构(Computing Unified Device Architecture,CUDA... 详细信息

基于CPU/GPU异构体系架构的流体力学并行计算已经成为当前CFD研究领域的重点之一。该文自主开发了一高效虚拟网格法并行求解器以模拟绕动边界的不可压缩流动问题,基于GPU的计算统一设备架构(Computing Unified Device Architecture,CUDA)并行编程模型对该求解器进行加速。该文模型采用有限差分法在交错直角网格上求解不可压缩Navier-Stokes方程,采用虚拟网格通过在浸入边界内布置有限数量的虚拟网格(固体内部但邻近流体的网格)以计及浸入边界对流场的影响。通过合理分配线程块内线程数量,减少主机与设备之间的数据通信,充分利用共享内存和高效求解泊松方程,提高并行效率。为验证该并行求解器的精度和效率,对静止流体中二维振荡圆柱和三维振荡球体算例进行模拟,研究发现:GPU并行求解器相比于CPU串行求解器在不同网格上均获得至少一个量级的加速比,且网格数量越多,加速效果越好,在二维细网格上获得100倍以上的加速比,在三维较细网格上获得超过4 000倍的加速比。

关键词：虚拟网格法不可压缩流动并行计算 GPU-CUDA

共同富裕视域下宅基地使用权的运行:从“权能分离”到“权利行使”

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农村经济 2023年第10期 11-21页

作者：胡建浙江理工大学法政学院浙江杭州311103

在共同富裕的价值引领下,法律上应消弭农村宅基地与城市建设用地在权利配置上的不平等,以逐步实现城乡统一的建设用地“同地同权”。宅基地“三权分置”的关键是使“使用权”回归私权属性,以其权利行使为主线,打破权利运行各环节的制度... 详细信息

在共同富裕的价值引领下,法律上应消弭农村宅基地与城市建设用地在权利配置上的不平等,以逐步实现城乡统一的建设用地“同地同权”。宅基地“三权分置”的关键是使“使用权”回归私权属性,以其权利行使为主线,打破权利运行各环节的制度壁垒,构建多元化和规范化的权利运行制度,以增加农民的宅基地财产性收益。在具体制度构造上,运用土地正义和倾斜性保护等理论工具诠释宅基地使用权运行的法理基础;改革无偿分配与永久使用制度,实行有偿使用与期限制度,并完善其转让、置换、抵押、租赁、入股、继承和退出的法律规则;构建科学合理的宅基地价值评估机制,将社会保障、社会稳定、风貌遗址、景观旅游、复垦为耕地等非市场价值亦纳入评估范围;基于公共福祉,从主体、客体、土地规划与用途管制,以及政府保障性制度等诸方面构筑风险释缓机制。

关键词：宅基地三权分置使用权权利运行