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规整填料表面氮氧气液逆流流动特性研究

规整填料表面氮氧气液逆流流动特性研究

作者：詹高铭浙江大学

学位级别：硕士

工业气体市场规模逐年递增,基于低温精馏的空气分离法是氮、氧等工业气体大规模生产的主要方法。作为低温精馏的核心塔内件,规整填料是气液两相主要传热传质发生的场所。由于低温精馏实验在低温装置材料选择、测量设备精度要求、低温环... 详细信息

工业气体市场规模逐年递增,基于低温精馏的空气分离法是氮、氧等工业气体大规模生产的主要方法。作为低温精馏的核心塔内件,规整填料是气液两相主要传热传质发生的场所。由于低温精馏实验在低温装置材料选择、测量设备精度要求、低温环境维持等方面的高难度、高成本等问题,低温精馏工况的设计和填料的开发长期依赖常温水力或化工流体的实验测试结果,在常温基础上简单采用放大系数和冗余设计来修正偏差。然而,低温流体与常温流体的物性差异导致其在规整填料表面的气液逆流特性存在不同,最终使得规整填料主要性能压降和传质的变化也不同。针对低温工况下规整填料性能进行研究有助于精细化低温精馏设计,为解决低温精馏装备向大型化、高效化发展的瓶颈问题提供可行方向。只有掌握气液两相逆流条件下低温工质在规整填料表面真实的流动和传质规律,才能对低温精馏过程进行针对性改进。本文从逆流气体对规整填料表面流体降液膜流动特性的影响出发,对低温工况下填料性能压降和传质速率进行分析,并与常温工质水的流动特性进行对比分析,主要研究内容如下:（1）建立了规整填料内代表性特征单元低温氮氧工质和空气-水工质的逆流三维CFD模型,结合实验对比分析了逆流气体对不同工质流动影响的差异。以Mellapak 250Y填料尺寸为基础,结合数值模拟和实验方法,在实际精馏中典型气液负荷工况范围内对比了空气-水系统和低温氮氧系统的流动流型和润湿率。对比研究发现逆流气体作用下水和低温氮氧物系在填料表面的润湿率变化不同甚至呈现相反趋势。气体F=0～2.5 Pa0.5范围内,F因子对液氮流型和润湿率影响显著,随着F增大,液氮在填料表面迅速出现干区,润湿率降低了32.8%;而水的流型仍主要呈现溪流,模拟结果显示水的润湿率在F=0～2.0 Pa0.5范围内略有上升,增加了1.54%。并观察到低温氮氧工质流过填料波峰时会产生脱离壁面的小液滴,这会加剧气液相间相互作用,而水没有出现这种现象。因此,由于常低温工质在填料表面流动的显著差异,以往规整填料理论模拟中忽略逆流气体影响的假设在低温精馏过程中不适用,且依托常温水力实验测试指导低温精馏设计并不准确。（2）开展了不同流量逆流气体对液氮工质在填料表面流动特性影响的实验和模拟研究,分析了流型分布、润湿率、持液率、平均液膜厚度等参数的变化规律。模拟和实验中均观察到液氮在填料表面呈现膜状流动,逆流气体作用下首先在填料悬空面上出现液氮干区。润湿率随F因子变化有降低-平缓变化-迅速恶化的趋势,气体F=0～2.5 Pa0.5范围内润湿率平均约降低27.78%,F因子超过1.3 Pa0.5后润湿率变化率约为此前的5.29倍,进入迅速恶化阶段。模拟结果进一步显示随F因子增加持液率呈下降趋势,平均降低了1.52%,F超过1.5 Pa0.5后持液率迅速降低,降低速率约为此前的5.8倍。平均液膜厚度有先增加后降低的趋势,所研究工况内均在F=1.5 Pa0.5时取得最大值,F超过1.5 Pa0.5后平均液膜厚度变化速率是F=0.5～1.5 Pa0.5范围内的2.03倍。（3）揭示了逆流气体影响下规整填料关键性能压降和传质速率的变化规律,探究了更适用于低温精馏过程的气相F因子的操作范围。模拟结果表明湿压降随液体流量和F因子的增加而增加,在50 m3/（m2·h）和F=2.5 Pa0.5时达到最大压降223.53 Pa/m。随着F因子的增加,湿压降的变化率也增加,高F=2～2.5 Pa0.5范围内湿压降的增长率是低F=0～0.5 Pa0.5范围内湿压降增长率的大约3.24倍。这可能与F因子增加导致的液滴飞溅返混、气液逆向波纹以及脱离壁面的小液滴的等两相间不稳定波动的出现和加剧有关。模拟和实验均表明随着F因子的增加,传质系数随之增加,传质速率有先增加后减小的趋势。液体喷淋密度10 m3/（m2·h）工况下在F=1.37 Pa0.5时达到最大传质速率,20m3/（m2·h）和30 m3/（m2·h）工况下在F=1.70 Pa0.5时达到最大传质速率,但其增长率仅为F=1.0～1.3 Pa0.5范围内的约1/4和1/10。这与F因子高于1.3 Pa0.5后润湿率的急剧恶化有关,有效传质面积的迅速减小最终导致传质速率的降低。综合考虑湿压降和传质速率,低温精馏中F因子的选择应在1.3 Pa0.5之内。

关键词：低温精馏气液逆流规整填料流动可视化流动特性

室温磷光碳点/SiO_(2)复合材料的制备与应用进展

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复合材料学报 2024年第5期41卷 2220-2235页

作者：金鹏王巍孙争光武艺詹园湖北大学材料科学与工程学院功能材料绿色制备与应用教育部重点实验室高分子材料湖北省重点实验室武汉430062 武汉纺织大学纺织纤维及制品教育部重点实验室武汉430200

碳点(Carbon dots,CDs)作为发光材料,在传感、信息安全、生物医学等领域具有重要应用潜力。然而,制备光学性能稳定、寿命长、发光效率高的CDs基室温磷光(RTP)材料仍然是一个巨大的挑战。将CDs固定在SiO_(2)载体上构建CDs/SiO_(2)复合材... 详细信息

碳点(Carbon dots,CDs)作为发光材料,在传感、信息安全、生物医学等领域具有重要应用潜力。然而,制备光学性能稳定、寿命长、发光效率高的CDs基室温磷光(RTP)材料仍然是一个巨大的挑战。将CDs固定在SiO_(2)载体上构建CDs/SiO_(2)复合材料,利用CDs与SiO_(2)之间的协同作用,不仅可以提高CDs的分散性,实现CDs稳定的固态荧光;而且还能诱导三重激发态,产生稳定的三重态激子以实现CDs长寿命发光,这对拓展CDs基复合材料的应用领域具有重要意义。本文综述了近年来RTP CDs/SiO_(2)复合材料的制备方法、性能与应用,总结了其发展中存在的问题,并对RTP CDs/SiO_(2)复合材料的发展方向进行了展望。

关键词：发光材料 CDs/SiO_(2)复合材料室温磷光三重态制备方法传感

基于等效同步功率的孤岛并联构网变流器系统暂态稳定性分析

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电力系统自动化 2024年第2期48卷 140-150页

作者：邹赵悦吴超王勇田杰詹长江上海交通大学电子信息与电气工程学院上海市200240 南京南瑞继保电气有限公司江苏省南京市211102

随着构网变流器在微电网中应用的增长,其对微电网暂态稳定的影响受到了广泛关注。不同于单机无穷大系统,孤岛并联构网变流器系统的频率和功角差相互耦合,暂态响应特性更为复杂。为精准分析孤岛并联构网变流器系统的暂态响应,文中基于功... 详细信息

随着构网变流器在微电网中应用的增长,其对微电网暂态稳定的影响受到了广泛关注。不同于单机无穷大系统,孤岛并联构网变流器系统的频率和功角差相互耦合,暂态响应特性更为复杂。为精准分析孤岛并联构网变流器系统的暂态响应,文中基于功角耦合运动方程建立双机频率和功角差的三阶暂态同步模型,并且分析了双机出力差异和下垂系数对于暂态稳定的影响特征。为揭示出力和下垂系数对于暂态稳定的耦合机理,对双机系统进行等效同步功率分析,并且提出一种基于构网变流器出力的自适应下垂系数优化策略,可以根据出力差异自适应提升双机系统的等效同步功率,进而提升系统暂态稳定性。最后,采用实时仿真验证了三阶暂态模型的正确性和所提控制策略的有效性。

关键词：构网变流器孤岛微电网暂态稳定性相平面分析等效同步功率自适应下垂系数

基于目标鲁棒的电动汽车及基站储能联合参与电力市场的决策模型

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电网技术 2024年第8期48卷 3361-3372,I0109,I0110页

作者：詹泽伟徐湘楚纪陵米增强新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 河北省保定市071003 南京国电南自电网自动化有限公司江苏省南京市211100

随着电动汽车(electric vehicle,EV)和第五代移动网络技术(5th generation mobile communication technology,5G)基站规模的不断增长,聚合商作为一种能够将众多EV和5G基站聚合起来的主体,在电力市场进行投标决策时会面临多重不确定因素... 详细信息

随着电动汽车(electric vehicle,EV)和第五代移动网络技术(5th generation mobile communication technology,5G)基站规模的不断增长,聚合商作为一种能够将众多EV和5G基站聚合起来的主体,在电力市场进行投标决策时会面临多重不确定因素。为应对市场电价和调频信号的不确定性以及EV和基站储能的时序响应能力可能存在互补性的问题,提出了一种基于目标鲁棒的EV和基站储能联合参与电力市场的决策方法。基于EV和基站储能单体模型建立了聚合商的聚合模型;计及市场电价和调频信号的不确定性,构建了聚合商参与电力市场的目标鲁棒优化模型;通过算例验证了所提模型相于传统不确定性优化模型的优越性,以及EV和基站储能联合参与电力市场可显著提高聚合商的收益。所提策略可为聚合商的投标决策提供参考,聚合商可利用所提模型合理地平衡决策行为的经济性和鲁棒性。

关键词：电动汽车 5G基站聚合商目标鲁棒决策模型

基于机器学习的Kelvin源格林函数数值预报

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海洋工程 2024年

作者：周子轩朱仁传詹可上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院海洋工程全国重点实验室

快速、准确地计算Kelvin源格林函数及其偏导数是求解船舶移动兴波问题的基础及核心，其主要困难源于远场波动项积分核的高频振荡。鉴于机器学习理论中多层感知机(Multilayer Perceptron，简称MLP)的强大非线性映射能力，构建了针对Kelvi... 详细信息

快速、准确地计算Kelvin源格林函数及其偏导数是求解船舶移动兴波问题的基础及核心，其主要困难源于远场波动项积分核的高频振荡。鉴于机器学习理论中多层感知机(Multilayer Perceptron，简称MLP)的强大非线性映射能力，构建了针对Kelvin源格林函数及其偏导数的MLP数值预报模型。模型训练及测试所需的高精度数据样本均由自适应积分方法生成。为了充分利用样本信息，降低训练耗时，提出了一种基于收敛函数的创新采样策略，实现对近自由面区域的局部加密采样。数值分析结果表明，MLP模型预报精度良好，且效率显著优于自适应积分等数值方法。该模型不仅在兴波问题求解中有重要应用价值，也为机器学习在传统水动力领域的应用开辟了新的思路。

关键词： Kelvin源格林函数远场波动项高频振荡多层感知机

中国土壤侵蚀的社会经济空间驱动因素研究：基于多尺度地理加权回归模型的分析

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华中农业大学学报 2024年

作者：栗珂珂周詹杭王真华中农业大学资源与环境学院华中农业大学公共管理学院华中农业大学国土空间治理与绿色发展研究中心

土壤侵蚀威胁粮食安全和生态系统服务，是中国面临的严峻环境问题之一，同时受到自然因素和人类活动的共同影响。目前国内已有大量研究关注社会经济因素对土壤侵蚀的驱动作用，但关于两者之间空间非平稳关系的探讨和影响因素作用尺度差... 详细信息

土壤侵蚀威胁粮食安全和生态系统服务，是中国面临的严峻环境问题之一，同时受到自然因素和人类活动的共同影响。目前国内已有大量研究关注社会经济因素对土壤侵蚀的驱动作用，但关于两者之间空间非平稳关系的探讨和影响因素作用尺度差异性的关注仍存在不足。为探究社会经济活动对土壤侵蚀的复杂驱动机制，本文以中国346个地级市为研究对象，以2017年为参考年，基于土壤侵蚀预报（RUSLE）模型和多尺度地理加权回归（MGWR）模型，揭示中国各地级市土壤侵蚀的空间异质性，并探索社会经济因素对中国各地级市土壤侵蚀速率的空间驱动作用及因素间的作用尺度差异。研究显示：中国各地级市土壤侵蚀速率的空间分布具有明显的空间正相关性，侵蚀热点主要分布在西部地区、东北地区、云贵高原和四川盆地以及黄土高原；与基于全局回归的模型及传统的地理加权回归模型相比，MGWR可以大大提高社会经济变量对土壤侵蚀速率的解释程度，模型拟合优度达到0.87；从驱动因素来看，除人均地区生产总值外，各驱动因素对中国各地级市土壤侵蚀速率的影响方向会随着空间位置变化产生结构性差异；平均而言，人口密度是对中国各地级市土壤侵蚀速率贡献最大的因素；中国地级市土壤侵蚀速率在西部地区更容易受到复种指数的影响，在东部地区社会经济因素对土壤侵蚀速率的驱动机制更为复杂，不同驱动因素作用的空间尺度差异更明显。研究表明，决策者应充分考虑人类活动对土壤侵蚀影响的空间异质性，以实现水土保持的可持续发展。

关键词：土壤侵蚀土壤侵蚀预报模型地理加权回归模型社会经济因素空间非平稳性

基于改进粒子群算法的含分布式电源配电网的故障定位与恢复重构

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基于改进粒子群算法的含分布式电源配电网的故障定位与恢复重构

作者：詹先荣太原科技大学

学位级别：硕士

随着我国大力发展以清洁能源为主的分布式电源(Distributed Generation,DG),接入电网的DG数量和种类持续增加,这导致配电网的结构和潮流分布变得更加复杂。因此,实现故障的快速准确定位和系统的恢复重构面临着更大的挑战。针对含有DG的... 详细信息

随着我国大力发展以清洁能源为主的分布式电源(Distributed Generation,DG),接入电网的DG数量和种类持续增加,这导致配电网的结构和潮流分布变得更加复杂。因此,实现故障的快速准确定位和系统的恢复重构面临着更大的挑战。针对含有DG的配电网,本文进行了故障区段定位和故障恢复重构的深入研究,具体研究内容如下:首先对分布式电源进行了分类,并分析了不同DG并网接入方式对故障定位和潮流计算的潜在影响,为构建包含DG的配电网模型提供了理论基础。由于DG的并网会对配电网的电压分布产生影响,并可能干扰故障定位算法的准确性,甚至引发电能质量问题。为了保障电力系统的稳定运行并实现准确的故障定位,本文提出了一种针对含分布式电源的配电网故障定位问题的改进粒子群算法。该算法通过自适应策略对粒子群算法的惯性权重和学习因子进行动态调整,并引入免疫算法策略,以提升全局搜索能力和收敛速度,从而更有效地实现故障区段的精确定位。通过在多个模拟配电网故障场景的仿真试验中应用,该算法展现了较高的收敛性、寻优精度以及一定的抗干扰能力。并且相较于传统粒子群算法和遗传算法,所提算法在避免局部最优解方面表现出更优的性能,且收敛速度有显著提升。配电网的重构过程依赖于精确的潮流计算,而DG的并网使得潮流计算变得更加复杂。为此,本文在传统的前推回代算法基础上,通过引入节点分层改进策略,针对不同位置和容量的DG并网情况进行研究。利用IEEE33节点系统作为算例,验证了改进潮流计算方法的有效性,并分析了DG并网对节点电压的具体影响。为制定含有分布式电源的故障恢复重构方案,本文结合了量子计算和粒子群算法的优点。首先,通过混沌映射生成随机数序列来初始化粒子群的位置,增强了种群的多样性和随机性,有效避免了算法陷入局部最优解的问题。其次,采用了十进制整数编码方式来表示开关状态,简化问题的复杂度,提高计算效率。在算法的迭代过程中,通过更新粒子的速度和位置,并融合量子粒子群算法的特性,实现了全局寻优和快速收敛。在网络损耗最小化和电压偏差最小化的目标函数指导下,重构过程中还引入了辐射性判定步骤,以增强重构方案的实际应用性和可操作性。最终仿真实验结果表明所提算法在含有分布式电源的配电网面临多重故障时,能够快速准确地找到最优解,并且在收敛速度和电压提升方面展现了其优越性。

关键词：分布式电源故障定位故障重构粒子群算法 AIBPSO

关于生成式人工智能的应用规范研究与启示——基于国际学术出版界的相关规范政策视角

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科技与出版 2024年第8期 27-33页

作者：刘倩王京山詹洪春中国传媒大学传播研究院北京100024 玉林师范学院商学院广西玉林537000

生成式人工智能的出现对学术出版的原创性造成了挑战。本文采用文献调查法和内容分析法对国际学术出版相关主体有关生成式人工智能的规范政策进行摘录和解读,审视国际学术出版界对生成式人工智能的规范措施。研究发现当前国际学术出版... 详细信息

生成式人工智能的出现对学术出版的原创性造成了挑战。本文采用文献调查法和内容分析法对国际学术出版相关主体有关生成式人工智能的规范政策进行摘录和解读,审视国际学术出版界对生成式人工智能的规范措施。研究发现当前国际学术出版界对生成式人工智能的规范主要分为工具本身的界定、作者身份限定、使用方式、版权处理以及编辑和同行评审使用规定五个方面。我国学术出版业可以从中得到借鉴和启示,制定有关生成式人工智能的标准化规范政策,促使学界对此形成共识,促进学术出版健康发展。

关键词：国际学术出版界生成式人工智能应用规范借鉴启示

线路阻抗对构网变流器降阶模型精度影响及次同步振荡分析

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电力自动化设备 2024年第6期44卷 169-175页

作者：孙千宸吴超王勇田杰詹长江上海交通大学电子信息与电气工程学院上海200241 南京南瑞继保电气有限公司江苏南京211102

在大部分关于构网变流器(GFM)次同步振荡稳定性的研究中,GFM通常被简化为只含有功率外环的三阶模型,这种降阶方法虽然简便,但其精确度会受到线路阻抗特征的影响,因此需要对GFM降阶模型适用性问题展开讨论,并提出更加精准的降阶模型。分... 详细信息

在大部分关于构网变流器(GFM)次同步振荡稳定性的研究中,GFM通常被简化为只含有功率外环的三阶模型,这种降阶方法虽然简便,但其精确度会受到线路阻抗特征的影响,因此需要对GFM降阶模型适用性问题展开讨论,并提出更加精准的降阶模型。分析电网线路阻抗特征变化对降阶模型精度的影响,结果表明线路阻感比变化或短路比变化时三阶模型不能精确反映系统特性的变化,会对系统稳定性产生错误判断,其原因在于线路阻抗参数会影响电压环与功率环的耦合特性,2个控制环路均会对GFM次同步振荡稳定性产生影响。提出一种更加准确的包含电压环的降阶模型,可以精确表征线路阻抗特征变化对系统特性的影响,更加适合复杂电网下GFM的稳定性分析。基于MATLAB/Simulink仿真验证了理论分析的正确性及所提模型的有效性。

关键词：构网变流器小信号模型参与因子分析线路阻抗次同步振荡