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Zn掺杂ZIF-67构筑光热-相变储能一体化材料的性能研究

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材料导报 2024年

作者：李辉郭文尧肖强强王梦千杜守勤李国宁李诗杰郭敏马晓玲伯明翰大学化学工程学院山东建筑大学热能工程学院山东泛在新能源集团股份有限公司

有机固-液相变材料(PCM)存在导热系数低和相变易泄漏的问题，且不具备光热转化能力，在太阳能储热领域应用受限。为此，本文采用Zn掺杂ZIF-67调控支撑体孔道结构，采用真空熔融吸附法负载硬脂酸(SA)构筑光热相变储能一体化材料(SA/CoxT... 详细信息

有机固-液相变材料(PCM)存在导热系数低和相变易泄漏的问题，且不具备光热转化能力，在太阳能储热领域应用受限。为此，本文采用Zn掺杂ZIF-67调控支撑体孔道结构，采用真空熔融吸附法负载硬脂酸(SA)构筑光热相变储能一体化材料(SA/CoxT)。借助N2吸附-脱附(BET)、傅里叶红外光谱(FTIR)、X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和拉曼光谱(Raman)进行表征，揭示CoxT对SA导热性能、定形能力和光热转化能力的影响。结果表明，CoxT能够显著提高SA导热系数，并使其具有良好光热转化性能，且相变过程未发生泄漏。其中，SA/Co2900的储热效率可达78.69%，导热系数(0.543 W/(m·K))相较于SA提高了201.67%，光热转化效率为73.82%。SA/Co2900在相变过程未出现形貌变化和泄漏，重复循环储/放热100次后仍然具有良好的储热能力。

关键词：相变储热定形 ZIF-67 光热转化 Zn掺杂

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等腰梯形截面聚能装药射流成型及侵彻特性

兵工学报 2022年第4期43卷 748-757页

作者：王钰婷黄正祥祖旭东马彬肖强强贾鑫南京理工大学机械工程学院江苏南京210094

为研究等腰梯形截面聚能装药射流成型及对靶板的毁伤特性,开展脉冲X光摄影试验以及侵彻深度试验。利用ANSYS/LSDYNA有限元软件对射流成型过程进行数值模拟,研究其余参数不变,装药截面内切圆尺寸变化对射流成型特性的影响。结果表明:等... 详细信息

为研究等腰梯形截面聚能装药射流成型及对靶板的毁伤特性,开展脉冲X光摄影试验以及侵彻深度试验。利用ANSYS/LSDYNA有限元软件对射流成型过程进行数值模拟,研究其余参数不变,装药截面内切圆尺寸变化对射流成型特性的影响。结果表明:等腰梯形截面聚能装药形成的射流具有横向速度,横向速度呈梯度分布;除射流头部外,其余部分在拉伸运动后期出现非凝聚现象,非凝聚的射流由两束横向速度不同、尺寸不同的流体构成;射流横向速度的存在明显降低了射流的侵彻能力;装药截面内切圆直径从56 mm增加至67.2 mm(56 mm的1.2倍)时,射流的非凝聚现象消失,装药截面内切圆直径增加至84 mm(56 mm的1.5倍)时,射流不具备明显的横向速度。

关键词：聚能装药射流成型侵彻等腰梯形截面

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Zr基非晶合金药型罩射流的成型研究

弹道学报 2022年第1期34卷 65-71页

作者：陈亮祖旭东黄正祥肖强强韩伟南京理工大学机械工程学院江苏南京210094 中国人民解放军32381部队北京100071

射流成型情况关系到对目标的侵彻毁伤效果。非晶合金材料有着不同于金属材料的独特力学特性,其用于聚能装药中形成的射流形态十分特殊,可以在保证一定侵彻深度的同时提高开孔孔径。将数值模拟和试验验证相结合,对Zr基非晶合金药型罩射... 详细信息

射流成型情况关系到对目标的侵彻毁伤效果。非晶合金材料有着不同于金属材料的独特力学特性,其用于聚能装药中形成的射流形态十分特殊,可以在保证一定侵彻深度的同时提高开孔孔径。将数值模拟和试验验证相结合,对Zr基非晶合金药型罩射流成型特性展开研究。将Zr基非晶合金和Cu药型罩形成的射流进行对比分析,发现具有明显差异。这是由于非晶合金材料在高应变率下的微小塑性不予考虑,经过弹性压缩阶段后,由于Zr基非晶合金材料屈服强度极大,几无塑性,药型罩破碎,形成大量质量不均的粒子,仿真上体现为密度分布,并向轴向汇聚形成粒子流,由于粒子质量不等,在碰撞汇聚时,小质量粒子径向速度较大,分布在外围,大质量粒子则靠近轴心,形成大直径的非凝聚高速集束粒子流,并通过X光摄像试验结果进行验证。基于脆性材料模型的本构方程和SPH数值仿真方法能够对射流成型近似模拟,当射流因药型罩加工质量问题致使质量不均匀时,仿真与实际具有一定差距。

关键词：非晶合金药型罩射流成型粒子流脆性

十二水磷酸氢二钠复合相变材料制备及应用于大棚降温的节能效果

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储能科学与技术 2023年第12期12卷 3635-3642页

作者：肖强强孙佳康唐洪达张林华刁乃仁李辉山东建筑大学热能工程学院山东中瑞新能源科技有限公司山东济南250101

温室大棚利用温室效应原理,维持植物适宜的生长环境。当光照强烈时,大棚内的温度可能超过植物正常的生长温度,此时需要采取适当的降温措施。本工作将相变储热技术应用于温室大棚,采用被动控温原理降低大棚的峰值温度,减少主动降温的能... 详细信息

温室大棚利用温室效应原理,维持植物适宜的生长环境。当光照强烈时,大棚内的温度可能超过植物正常的生长温度,此时需要采取适当的降温措施。本工作将相变储热技术应用于温室大棚,采用被动控温原理降低大棚的峰值温度,减少主动降温的能耗。选择十二水磷酸氢二钠为相变材料,添加成核剂和增稠剂后制得复合相变材料以改善水合无机盐的过冷和稳定性问题,使用步冷曲线法、差示扫描量热仪、同步热分析仪等测试材料性能。将复合相变材料封装成板,装配到温室大棚中,在实际光照条件下测试相变板对大棚内部热环境的影响。结果表明,4%质量分数的九水硅酸钠可以将十二水磷酸氢二钠的过冷度由12℃降低至0.5℃;黄原胶作为增稠剂,当质量分数为5%时,材料循环稳定性良好;复合材料的相变温度和潜热分别为34.2℃和194.5 J/g,适合用于温室大棚。连续24 h的温度检测显示大棚的峰值温度相比未装配相变板的参考大棚降低3.5℃,峰值时间推迟32 min,高温总时长相比参考大棚明显缩短。因此,十二水磷酸氢二钠复合相变材料应用于温室大棚可以起到改善大棚高温环境,降低制冷能耗的作用。

关键词：温室大棚相变材料十二水磷酸氢二钠降温能耗

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铜锌合金的动态力学特征及本构关系

兵器材料科学与工程 2022年第2期45卷 58-65页

作者：武国飞肖强强黄正祥祖旭东南京理工大学机械工程学院江苏南京210094

为准确可靠的拟合铜锌合金在高应变率下的本构模型,用霍普金森压杆(SHPB)装置和电子万能试验机分别对帽形、圆柱、拉伸试样进行动态冲击试验和准静态拉伸试验,得到不同应变率下的应力-应变曲线,进而得到JohnsonCook本构模型相关参数。... 详细信息

为准确可靠的拟合铜锌合金在高应变率下的本构模型,用霍普金森压杆(SHPB)装置和电子万能试验机分别对帽形、圆柱、拉伸试样进行动态冲击试验和准静态拉伸试验,得到不同应变率下的应力-应变曲线,进而得到JohnsonCook本构模型相关参数。结果表明:剪切应变率为6.3×10^(4)~7.8×10^(4)s^(-1)时,铜锌合金表现出明显的应变率强化效应及热软化效应;在真实压缩应变率为1400~2245 s^(-1)时,用线性拟合获得的应变率强化参数能反映铜锌合金的动态力学特性,但不能准确反映其在更高应变率下的动态力学性能;用Cowper-Symonds应变率强化效应系数修正公式得到符合较高应变率下的应变率强化参数,C_(1)、C_(2)分别为2.0×10^(-3)、0.71,修正后的Johnson-Cook本构模型计算结果与试验数据吻合度较高,说明可有效预测铜锌合金的动态力学性能。

关键词：动态力学性能不同应变率绝热温升单轴压缩本构模型

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冲击波影响下的聚能射流侵彻扩孔方程

高压物理学报 2011年第4期25卷 333-338页

作者：肖强强黄正祥顾晓辉南京理工大学机械工程学院江苏南京210094

当聚能射流侵彻速度大于靶板声速时,由于冲击波的产生导致波阵面后材料的状态参数发生改变,影响聚能射流的侵彻扩孔过程,致使波阵面前后不能直接应用伯努利方程求解。在考虑侵彻过程中冲击波影响的基础上,对射流轴向侵彻和径向扩孔的力... 详细信息

当聚能射流侵彻速度大于靶板声速时,由于冲击波的产生导致波阵面后材料的状态参数发生改变,影响聚能射流的侵彻扩孔过程,致使波阵面前后不能直接应用伯努利方程求解。在考虑侵彻过程中冲击波影响的基础上,对射流轴向侵彻和径向扩孔的力学特性进行了分析,并对冲击波的传播和衰减进行了假设,着重探讨侵彻速度大于靶板声速时冲击波的影响。针对侵彻速度大于和小于靶板声速两种情况,建立了相应的侵彻模型,提出了一个新的聚能射流侵彻扩孔方程。将该方程与Szendrei-Held模型进行了比较,结果表明,新模型更符合Held等人的实验数据,冲击波对轴向侵彻的影响远小于对径向扩孔的影响。

关键词：聚能射流侵彻扩孔冲击动力学冲击波

橡胶夹层厚度对复合靶板抗射流侵彻性能的影响

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高压物理学报 2012年第5期26卷 551-556页

作者：祖旭东黄正祥贾鑫肖强强南京理工大学智能弹药技术国防重点学科实验室江苏南京210094

通过分析应力波在橡胶复合靶板中的传播特性,研究了复合靶板上各层质点速度在应力波作用下的变化情况,分析了应力波在橡胶复合靶板对射流干扰中的作用,结合射流在空气中的断裂模型,提出了射流在复合靶影响下的断裂模型;分析了橡胶夹层... 详细信息

通过分析应力波在橡胶复合靶板中的传播特性,研究了复合靶板上各层质点速度在应力波作用下的变化情况,分析了应力波在橡胶复合靶板对射流干扰中的作用,结合射流在空气中的断裂模型,提出了射流在复合靶影响下的断裂模型;分析了橡胶夹层厚度对复合靶板抗射流侵彻性能的影响;通过脉冲X光照相技术和穿深实验,研究了橡胶夹层厚度不同时,在射流以68°倾角侵彻下,橡胶复合靶板对56mm口径基准成型装药射流的干扰情况及射流的剩余侵彻能力。研究结果表明:理论分析与实验结果相吻合;橡胶复合靶板对射流有很好的干扰作用;在满足结构效应的情况下,随着天然橡胶夹层厚度的增加,应力波对射流的干扰能力降低,射流的变形程度减小,复合靶板的防护能力降低。

关键词：冲击力学橡胶复合靶抗侵彻性能橡胶夹层

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梯形截面战斗部预制破片爆炸飞散数值模拟

弹箭与制导学报 2023年第3期43卷 26-32页

作者：金鑫肖强强黄正祥马彬祖旭东贾鑫南京理工大学机械工程学院江苏南京210094

研究梯形截面杀伤战斗部预制破片飞散特性规律,为梯形截面杀伤战斗部的设计提供参考。运用ANSYS/LS-DYNA软件建立了5种不同形状梯形截面杀伤战斗部模型,并进行了爆炸驱动预制破片的数值模拟,得到了破片分布规律、梯形面上破片飞散速度... 详细信息

研究梯形截面杀伤战斗部预制破片飞散特性规律,为梯形截面杀伤战斗部的设计提供参考。运用ANSYS/LS-DYNA软件建立了5种不同形状梯形截面杀伤战斗部模型,并进行了爆炸驱动预制破片的数值模拟,得到了破片分布规律、梯形面上破片飞散速度、不同起爆点破片的飞散特性。结果表明:4个梯形面上的破片形成了4个破片束,下面破片飞散角最大,可达105°,梯形斜面上的破片飞散方向相对于斜面法向朝梯形下方偏转,最大偏转34.5°。θ为60°之前,梯形面上的破片平均速度随着θ的增大提高了8.6%,梯形下面破片平均速度大于梯形上面。θ过大会降低梯形下面和斜面上破片平均速度。梯形斜面上最大速度破片位于斜面上部。梯形对称轴上不同位置的起爆点对梯形面上破片周向飞散角和斜面破片偏转角影响不大,但是可以提高对侧方向破片飞散速度,下面破片增幅达3.7%。θ为45°、起爆点设置在梯形上面可使下面破片获得最大的杀伤威力。

关键词：梯形截面装药杀伤战斗部破片飞散特性数值模拟

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饱含液体的单胞结构对射流的干扰特性分析

爆炸与冲击 2017年第6期37卷 1101-1106页

作者：张弦祖旭东黄正祥肖强强贾鑫南京理工大学机械工程学院江苏南京210094

基于虚拟原点理论、冲击波反射理论和射流干扰理论,考虑液体的喷散特性和径向汇聚特性,改进并完善了射流侵彻饱含液体的单胞结构的理论模型,得到了精确的射流受干扰速度区间的表达式、液体喷散速度的表达式和液体喷散流量的表达式。通... 详细信息

基于虚拟原点理论、冲击波反射理论和射流干扰理论,考虑液体的喷散特性和径向汇聚特性,改进并完善了射流侵彻饱含液体的单胞结构的理论模型,得到了精确的射流受干扰速度区间的表达式、液体喷散速度的表达式和液体喷散流量的表达式。通过对比理论和试验得到的射流受干扰的速度区间,证明了本文理论模型的可靠性。研究结果表明:液体的喷散和径向汇聚都会影响射流的稳定性,使射流出现颈缩和提前断裂,降低射流的剩余头部速度从而降低射流的剩余侵彻能力。

关键词：聚能射流单胞结构干扰区间射流稳定性