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Highly adaptive and broadband triboelectric energy harvester with stretching silicone rubber strip for variable harmonic frequency vibration

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Nano Research 2024年第5期17卷 4089-4099页

作者： Taili Du dianlong Shen Ziyue Xi Hongyong Yu Fangyang Dong Cong Zhao Meixian Zhu Yongjiu Zou Peiting Sun Minyi Xu Dalian Key Laboratory of Marine Micro/Nano Energy and Self-powered Systems Marine Engineering CollegeDalian Maritime UniversityDalian 116026China Collaborative Innovation Research Institute of Autonomous Ship Dalian Maritime UniversityDalian 116026China

An enormous number of wireless sensing nodes(WSNs)are of great significance for the Internet of Things(IoT).It is tremendously prospective to realize the in-situ power supply of WSNs by harvesting unutilized mechanical vibration energy.A harmonic silicone rubber triboelectric nanogenerator(HSR-TENG)is developed focusing on ubiquitous constant working frequency machinery.The unique design of the strip serving as a flexible resonator realizes both soft contact and high and broadband output.The significant factors influencing the 1^(st)-order vibration mode of the strip are developed for realizing the harmonic frequency adaptation to external vibration.The surface treatment of the strip improves the output performance of HSR-TENG by 49.1%as well as eliminates the adhesion effect.The HSR-TENG is able to achieve a voltage output bandwidth of 19 Hz under a vibration strength of 3.0,showing its broadband capability.The peak power density of 153.9 W/m^(3)is achieved and 12×0.5 W light-emitting diodes(LEDs)are successfully illuminated by the HSR-TENG.It can continuously power a temperature sensor by harvesting the actual compressor vibration energy.In brief,the HSR-TENG provides a promising way for constant frequency vibration energy harvesting,so as to achieve in-situ power supply for the WSNs in the vicinity.

关键词： vibration energy harvesting triboelectric nanogenerator flexible silicone rubber strip harmonic vibration broadband

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PEMFC电化学氢泵活化方法及其强化机制

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材料工程 2023年第6期51卷 20-28页

作者：戴海勤杨代军明平文李冰张存满汪殿龙同济大学汽车学院新能源汽车工程中心上海201804 河北科技大学材料科学与工程学院石家庄050018

质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)通常需活化才能发挥其最佳性能。与传统的活化方法相比,电化学氢泵可以节约时间和氢气成本。电化学氢泵是一种使氢气在阳极氧化成质子,然后质子在外加电场作用下迁移到阴... 详细信息

质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)通常需活化才能发挥其最佳性能。与传统的活化方法相比,电化学氢泵可以节约时间和氢气成本。电化学氢泵是一种使氢气在阳极氧化成质子,然后质子在外加电场作用下迁移到阴极并且被还原成氢气的方法。借助极化曲线测试、交流阻抗测试和循环伏安测试等方法研究电化学氢泵活化后PEMFC的发电性能、内部阻抗和催化剂电化学活性比表面积(electrochemical specific area,ECSA)的变化,进而分析其活化机理。此外,研究不同电流密度、进气湿度和活化温度对氢泵活化效果的影响。结果表明:氢泵活化后,燃料电池发电性能显著提升,Tafel斜率降低,电荷传输阻抗和质量传输阻抗降低,欧姆阻抗基本不变,ECSA增加,因此氢泵活化机制与催化剂活性物种数量、催化层微观结构有关。在电流密度200 mA·cm^(-2)下氢泵活化的效果强于100 mA·cm^(-2)。在进气湿度为150%RH下氢泵活化的效果强于100%RH和200%RH。另外,活化温度对氢泵活化效果的影响不大,在常温下氢泵活化30 min即可使燃料电池完全活化。

关键词：质子交换膜燃料电池电化学氢泵活化交流阻抗循环伏安

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质子交换膜燃料电池的快速活化方法展望

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工程热物理学报 2022年第12期43卷 3331-3343页

作者：蓝弋林杨代军楚天阔明平文李冰汪殿龙同济大学汽车学院上海每201804 河北科技大学材料科学与工程学院石家庄050091

新制造的质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)通常需要所谓的活化过程使其它达到其额定或最佳性能。通过活化过程,可以使得其膜电极组件充分润湿,并建立有效的电子、质子、气体以及液态水的传输通道,提高了PE... 详细信息

新制造的质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)通常需要所谓的活化过程使其它达到其额定或最佳性能。通过活化过程,可以使得其膜电极组件充分润湿,并建立有效的电子、质子、气体以及液态水的传输通道,提高了PEMFC的发电性能和稳定性。根据活化工艺的不同,这一过程可能需要数小时甚至更久的时间才能完成,并可能消耗大量的氢燃料,从而导致无法接受的时间成本和经济成本;活化工艺亟待优化。为了能够在足够短的时间内完成该活化过程,本文回顾了行业内普遍应用的活化方法,总结了关于PEMFC调节和潜在机制的可用信息,将活化类型分为四种:在线活化、离线活化、综合活化和恢复性活化。对于每种活化技术,都概述了实验程序和结果,并对PEMFC活化工艺的未来研究发展方向进行了展望。

关键词：质子交换膜燃料电池活化工艺活化机理快速活化

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大功率低纹波等离子喷涂斩波电源研制

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焊接学报 2023年第3期44卷 92-97,I0008页

作者：汪殿龙黄浩邹显鑫梁志敏吴朝军河北科技大学河北省材料近净成形技术重点实验室石家庄050000 航天材料及工艺研究所北京100076

等离子喷涂电源通常采用可控硅整流电源或逆变电源,存在效率低、输出电流纹波大等问题,难以满足等离子喷涂工艺的特殊要求.文中提出了一种基于八相交错并联Buck变换器的大功率等离子喷涂斩波电源.首先设计了斩波电源的电路拓扑,分析了... 详细信息

等离子喷涂电源通常采用可控硅整流电源或逆变电源,存在效率低、输出电流纹波大等问题,难以满足等离子喷涂工艺的特殊要求.文中提出了一种基于八相交错并联Buck变换器的大功率等离子喷涂斩波电源.首先设计了斩波电源的电路拓扑,分析了斩波电源的工作原理和电流纹波产生机理,阐明了并联相数、占空比对电流纹波的影响规律,并进行了仿真验证.然后,基于等离子喷涂工艺对电源特性的要求,设计出功率为40 kW的四相交错并联模块,在CAN总线协同控制下,组成80 kW的八相交错并联斩波式等离子喷涂电源.最后,搭建了等离子喷涂斩波电源样机,进行了喷涂试验,测试了电源的输出纹波和效率.试验结果表明,与传统的可控硅整流电源和逆变电源相比,斩波电源的电流纹波率降低50%以上,电源效率最高达到94.5%.

关键词：等离子喷涂斩波电源 Buck变换器交错并联电流纹波

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降水对华北主要粮食作物灌溉需求影响特征

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农业机械学报 2023年第1期54卷 296-305页

作者：王电龙冯慧敏张宝忠魏征杜旭婷太原工业学院环境与安全工程系太原030012 中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室北京100038 山西农业大学城乡建设学院太谷030801

探明华北地区作物灌溉需求规律及主控因素是合理制定水资源规划,缓解该区地下水超采的重要依据。本文基于华北60个气象站近50年(1971—2020年)逐日气象资料,采用FAO推荐的Penman-Monteith公式计算作物需水量,并分析降水对主要粮食作物(... 详细信息

探明华北地区作物灌溉需求规律及主控因素是合理制定水资源规划,缓解该区地下水超采的重要依据。本文基于华北60个气象站近50年(1971—2020年)逐日气象资料,采用FAO推荐的Penman-Monteith公式计算作物需水量,并分析降水对主要粮食作物(冬小麦和夏玉米)灌溉需求时空特征的影响。结果表明:在降水丰水年(25%),冬小麦作物灌溉需求指数IRI以0.50~0.75区间的高度灌溉需求分布区为主,夏玉米则以0.25~0.50区间的中度灌溉需求分布区为主,分布面积比率分别为研究区的92%、86%;在平水年(50%),冬小麦IRI以大于0.75的极高灌溉需求分布区为主,分布面积比率占56%,夏玉米仍以0.25~0.50的中度灌溉需求分布区为主,但分布面积比率扩大至100%;在枯水年(75%),冬小麦极高灌溉需求分布面积比率增大至97%,夏玉米则以0.50~0.75的高度灌溉需求分布区为主。降水量是影响IRI的主控因素,随降水量的增大,不同区位IRI均呈直线下降趋势,但对降水量变化的敏感性存在较大差异,其中,冬小麦以燕山山前平原、太行山前-冀中平原、中部-冀中平原和滨海平原最为敏感,降水量每增大100 mm,IRI降低0.14,夏玉米则以中部-冀中平原最为敏感,降水量每增大100 mm,IRI降低0.26。不同区位冬小麦和夏玉米IRI均服从正态分布,但随降水量变化,分布参数变化明显。

关键词：降水灌溉需求指数概率分析粮食作物华北平原

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泡沫材料的最新研究进展

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稀有金属材料与工程 2005年第3期34卷 337-340页

作者：戴长松张亮王殿龙胡信国哈尔滨工业大学黑龙江哈尔滨150001

综述了泡沫铝、泡沫钛、泡沫硅和泡沫铅等材料的制备方法,以及如何控制材料的组成和孔隙率来制备不同性能的材料,重点介绍了这些泡沫材料在汽车工业、人体植入材料、光学材料、微电子、计算机和铅酸电池等方面表现出来的优异性能,并展... 详细信息

综述了泡沫铝、泡沫钛、泡沫硅和泡沫铅等材料的制备方法,以及如何控制材料的组成和孔隙率来制备不同性能的材料,重点介绍了这些泡沫材料在汽车工业、人体植入材料、光学材料、微电子、计算机和铅酸电池等方面表现出来的优异性能,并展望其广阔的市场前景。

关键词：泡沫铝泡沫钛泡沫硅泡沫铅泡沫材料

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2Al2铝合金预置裂纹脉冲电流处理初探

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焊接 2022年第4期 32-36,47页

作者：王立伟毛亚宁王守勇梁志敏汪殿龙河北科技大学石家庄050018 河北省材料近净成形技术重点实验室石家庄050018

文中进行了脉冲电流对2Al2铝合金预制裂纹的修复试验,观察了脉冲电流处理前后试样的微观组织变化,测试了脉冲电流对试件硬度和抗拉强度的影响。试验结果表明,峰值电流为295 A,410 A和656 A,作用时间分别为1.5 s,1.5 s和2.25 s,电压为4 ... 详细信息

文中进行了脉冲电流对2Al2铝合金预制裂纹的修复试验,观察了脉冲电流处理前后试样的微观组织变化,测试了脉冲电流对试件硬度和抗拉强度的影响。试验结果表明,峰值电流为295 A,410 A和656 A,作用时间分别为1.5 s,1.5 s和2.25 s,电压为4 V的脉冲电流均可使裂纹呈愈合趋势。峰值电流为410 A的脉冲电流裂纹愈合效果最好,裂纹尖端周围区域晶粒得到细化。脉冲电流处理前、后试件硬度平均值分别趋近于130 HV,125 HV,脉冲电流在裂纹尖端区域的焦耳热效应使该区域发生回复与再结晶,内应力消除,硬度降低。脉冲电流处理前、后试件的平均抗拉强度分别为273 MPa,281.7 MPa,裂纹区域的高密度脉冲电流加速位错移动,使抗拉强度提高了3.19%。文中使用参数调控简便的UN1-1型对焊机作为脉冲电流处理电源,采用了锤击预制裂纹方法,得到的裂纹与实际更为接近,并通过试验验证了2Al2铝合金裂纹脉冲电流修复的可行性。

关键词： 2Al2铝合金脉冲电流处理裂纹修复力学性能

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2A12铝合金预置裂纹脉冲电流处理初探

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焊接 2022年第4期 32-36+47页

作者：王立伟毛亚宁王守勇梁志敏汪殿龙河北科技大学河北省材料近净成形技术重点实验室

文中进行了脉冲电流对2A12铝合金预制裂纹的修复试验，观察了脉冲电流处理前后试样的微观组织变化，测试了脉冲电流对试件硬度和抗拉强度的影响。试验结果表明，峰值电流为295 A,410 A和656 A,作用时间分别为1.5 s, 1.5 s和2.25 s,电压... 详细信息

文中进行了脉冲电流对2A12铝合金预制裂纹的修复试验，观察了脉冲电流处理前后试样的微观组织变化，测试了脉冲电流对试件硬度和抗拉强度的影响。试验结果表明，峰值电流为295 A,410 A和656 A,作用时间分别为1.5 s, 1.5 s和2.25 s,电压为4 V的脉冲电流均可使裂纹呈愈合趋势。峰值电流为410 A的脉冲电流裂纹愈合效果最好，裂纹尖端周围区域晶粒得到细化。脉冲电流处理前、后试件硬度平均值分别趋近于130 HV,125 HV,脉冲电流在裂纹尖端区域的焦耳热效应使该区域发生回复与再结晶，内应力消除，硬度降低。脉冲电流处理前、后试件的平均抗拉强度分别为273 MPa, 281.7 MPa,裂纹区域的高密度脉冲电流加速位错移动，使抗拉强度提高了3.19%。文中使用参数调控简便的UN1-1型对焊机作为脉冲电流处理电源，采用了锤击预制裂纹方法，得到的裂纹与实际更为接近，并通过试验验证了2A12铝合金裂纹脉冲电流修复的可行性。

关键词： 2A12铝合金脉冲电流处理裂纹修复力学性能

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基于电喷发动机的液压挖掘机节能控制策略研究

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机床与液压 2023年第4期51卷 7-14页

作者：庞鑫曹旭阳刘伟嵬王殿龙王顶大连理工大学机械工程学院辽宁大连116024 徐州徐工挖掘机机械有限公司江苏徐州221000

为降低液压挖掘机的能耗损失,对所研究机型挖掘机的被控对象电喷发动机、液压泵进行建模,同时,对基于功率匹配的节能控制策略进行优化设计,运用PID算法和模糊控制算法建立控制过程模型,在确定能耗评价指标后进行仿真。仿真结果表明:新... 详细信息

为降低液压挖掘机的能耗损失,对所研究机型挖掘机的被控对象电喷发动机、液压泵进行建模,同时,对基于功率匹配的节能控制策略进行优化设计,运用PID算法和模糊控制算法建立控制过程模型,在确定能耗评价指标后进行仿真。仿真结果表明:新型控制策略在稳定工作点环节响应速度和鲁棒性更好,整体油耗降低2.1%,节能效果明显。

关键词：液压挖掘机节能控制策略转速反馈控制转矩反馈控制

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考虑吊钩组升降的伸缩臂起重机动力学模型研究

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大连理工大学学报 2017年第3期57卷 259-265页

作者：郑宇锋王殿龙大连理工大学机械工程学院辽宁大连116024

建立了一种模拟伸缩臂起重机转台回转,吊臂变幅、伸缩,吊钩升降的运动学、动力学模型.利用光滑连续的正余弦函数描述伸缩臂起重机的运动,使用拉格朗日方法列出吊钩组的动力学方程,并用时变约束方程描述吊钩钢丝绳的升降长度,最终组成微... 详细信息

建立了一种模拟伸缩臂起重机转台回转,吊臂变幅、伸缩,吊钩升降的运动学、动力学模型.利用光滑连续的正余弦函数描述伸缩臂起重机的运动,使用拉格朗日方法列出吊钩组的动力学方程,并用时变约束方程描述吊钩钢丝绳的升降长度,最终组成微分代数方程,使用约束稳定化方法进行求解.通过算例验证了伸缩臂起重机动力学模型的正确性.该模型可以为伸缩臂起重机的复合动作控制研究及虚拟吊装方案设计提供参考.

关键词：伸缩臂起重机运动学模型伸缩臂起重机动力学模型吊钩组升降

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