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微波能强化膜材料制备与膜分离过程

工程科学与技术 2024年第2期56卷 129-138页

作者：余文清赵振宇李洪高鑫天津大学化工学院天津300072 天津大学精馏技术国家工程研究中心天津300072 物质绿色创造与制造海河实验室天津300192

微波能在化工领域的创新应用是化工电气化研究的热点趋势之一,涉及加热、工业废水处理、矿物除杂、有机催化、材料合成及医药灭菌等多个方向。微波作为一种外场强化手段应用于膜分离技术,不仅可以缩短膜材料制备时间,降低生产成本,还能... 详细信息

微波能在化工领域的创新应用是化工电气化研究的热点趋势之一,涉及加热、工业废水处理、矿物除杂、有机催化、材料合成及医药灭菌等多个方向。微波作为一种外场强化手段应用于膜分离技术,不仅可以缩短膜材料制备时间,降低生产成本,还能提高渗透通量,强化膜过程的分离性能。本文通过总结微波在制备分子筛膜(MOF、MFI型、NaA型等)、聚合物膜、混合基质膜等膜材料的典型应用优势,发现微波的引入可以使制备出的膜材料通量及选择性更高,这是因为分子筛膜的晶体大小更加均匀,晶体取向更加一致,膜层可以更薄、缺陷减少;使聚合膜的聚合率增大,表面更加光滑,内部结构更加规则;使混合基质膜的机械性能更好。阐述了微波技术在不同类别的膜材料制备应用中的强化机理,其中:在分子筛等无机膜制备中,微波可以降低有效活化能,调控晶体粒径,诱导晶体取向;在聚合物膜的制备过程中,微波可以改变膜结构,改变传热方向,增加聚合接枝率,降低反应活化能。归纳了微波提升膜材料在气体和液体分离方面性能的研究,考虑到该领域基础研究较少,根据微波的独特加热优势,提出选择性汽化、诱导氢键减弱、局部过热、诱导生成纳米气泡及分子扰动5个可能的微波强化膜分离机理,利用微波加热在膜分离中的补偿温度极化、减少膜污染、降低浓度极化,有望实现膜选择性和渗透通量的同步提升。

关键词：微波膜分离膜制备外场强化

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考虑充放电激励机制的电动汽车聚合商参与能量-调频市场多阶段运营策略

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电力自动化设备 2024年第6期44卷 176-184页

作者：葛乐王庆园王明深崔莉贾鹏振陈析孟南京工程学院电力工程学院江苏南京211167 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院江苏南京211103 南京四方亿能电力自动化有限公司江苏南京211111

完善电动汽车(EV)主动参与充放电双向互动调频的激励机制,综合考虑EV充放电行为在能量-调频市场中的多阶段交互影响,有利于准确评估聚合商参与电力市场的收益。提出了EV聚合商参与多品种市场的多阶段运营策略,以实现聚合商的运营收益最... 详细信息

完善电动汽车(EV)主动参与充放电双向互动调频的激励机制,综合考虑EV充放电行为在能量-调频市场中的多阶段交互影响,有利于准确评估聚合商参与电力市场的收益。提出了EV聚合商参与多品种市场的多阶段运营策略,以实现聚合商的运营收益最大化。基于充电行为特征的统计数据,建立单体EV的功率及能量响应边界,并考虑用户参与充电和放电控制的差异性,结合用户自身偏好、电池损耗,提出EV集群的充放电激励机制,并在此基础上建立EV集群功率及能量的响应边界约束。基于EV充放电调节控制的时序性和多阶段市场的调频需求,建立考虑多阶段时序交互的多品种市场运营收益优化模型。结合PJM市场的运营案例,验证所提充放电激励机制和运营策略的有效性,结果表明其能在保障用户充电需求的基础上,有效提升聚合商参与能量-调频市场的收益。

关键词：电动汽车聚合商能量-调频市场充放电激励机制多阶段运营

饱和黏土中水平受荷能量桩热–力响应特性研究

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岩石力学与工程学报 2024年第1期43卷 248-260页

作者：赵华王成龙陈志雄张鼎新彭宸重庆大学土木工程学院重庆400045 大足石刻研究院重庆402360 重庆市地质矿产勘查开发局重庆401121

针对能量桩热–力响应的研究主要考虑竖向荷载,考虑水平荷载影响的研究较少,为探究水平受荷能量桩的热–力响应特性,基于模型试验分析饱和黏土中水平受荷能量桩在不同温差梯度下的桩顶位移、桩身弯矩、孔隙水压力和桩前土压力等的变化... 详细信息

针对能量桩热–力响应的研究主要考虑竖向荷载,考虑水平荷载影响的研究较少,为探究水平受荷能量桩的热–力响应特性,基于模型试验分析饱和黏土中水平受荷能量桩在不同温差梯度下的桩顶位移、桩身弯矩、孔隙水压力和桩前土压力等的变化规律。研究结果表明:对桩体的加热和制冷均会引起额外的桩顶位移,并且制冷引起的额外桩顶位移更大,达到0.22%D(D为桩体直径),而加热引起的额外桩顶位移为0.13%D;加热和制冷后桩体的极限承载力与测试桩相比均有所增大,并且加热后增大得更多,约增加32.7%,而制冷后约增加26.1%,这是因为与制冷相比,加热时的热固结效应会导致土体的强度明显增加;加热和制冷对最大弯矩的位置没有明显影响,加热和制冷前、后最大弯矩均出现在37.5%L(L为桩的埋深)深度处;加热和制冷后最大弯矩均增大,制冷时最大弯矩先增大,然后逐渐稳定,而加热时最大弯矩先减小,然后逐渐增大,并超过加热前的弯矩,在此期间桩顶位移持续增大,推测加热初期桩体可能发生了刚性转动;加热和制冷会对桩前土压力造成不同影响,总体表现为上部增大,下部减小;加热和制冷会导致土体孔隙水压力随温度发生变化,从而产生正的或负的超孔隙水压力。

关键词：土力学能量桩热–力响应特性模型试验温差梯度饱和黏土

考虑电动汽车共享储能特性的园区综合能源系统低碳运行

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电力系统自动化 2024年第5期48卷 21-29页

作者：王义靳梓康王要强刘明洋梁军郑州大学电气与信息工程学院河南省郑州市450001 河南省电力电子与电能系统工程技术研究中心河南省郑州市450001 国网河南省电力公司电力科学研究院河南省郑州市450052 卡迪夫大学工程学院英国卡迪夫CF243AA

园区综合能源系统拥有高效的能源利用率,然而其储能设备前期投入较高等问题仍然明显。为此,提出了计及电动汽车集群共享储能特性的园区综合能源系统低碳调度模型。首先,介绍了园区综合能源系统的运行框架,分别建立了用户及含有碳排放权... 详细信息

园区综合能源系统拥有高效的能源利用率,然而其储能设备前期投入较高等问题仍然明显。为此,提出了计及电动汽车集群共享储能特性的园区综合能源系统低碳调度模型。首先,介绍了园区综合能源系统的运行框架,分别建立了用户及含有碳排放权交易机制的微网运营商模型。其次,充分挖掘多类型电动汽车的集群可调度潜力,制定了利用电动汽车作为储能单元的运行策略。然后,为使园区中各主体利益最大化,构建了含多用户与微网运营商的主从博弈模型。最后,以某市园区综合能源系统为研究对象进行分析。结果表明,所建立的模型不仅能降低园区中用于储能设备的成本,而且可以有效减少碳排放,实现微网运营商与用户聚合商之间的双赢。

关键词：电动汽车可调度潜力综合能源系统碳排放权交易主从博弈需求响应

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竖向和水平组合荷载下能量桩单桩变形特性

岩土力学 2024年第3期45卷 788-796页

作者：蒋济泽王成龙黄煜镔赵华陈志雄重庆大学土木工程学院重庆400045 大足石刻研究院重庆402360 重庆市地质矿产勘查开发局重庆401121

能量桩作为一种新型能源地下结构,在承受上部建筑荷载同时,能够获取浅层地热能。目前针对水平荷载与竖向荷载共同作用下的能量桩热力学特性的研究较少,而水平荷载与竖向荷载共同作用下,桩身温度变化会引起桩体弯矩、水平和竖向位移等发... 详细信息

能量桩作为一种新型能源地下结构,在承受上部建筑荷载同时,能够获取浅层地热能。目前针对水平荷载与竖向荷载共同作用下的能量桩热力学特性的研究较少,而水平荷载与竖向荷载共同作用下,桩身温度变化会引起桩体弯矩、水平和竖向位移等发生变化。基于模型试验,对桩体施加10次冷热循环,开展了竖向和水平组合荷载下能量桩的变形特性研究。结果表明,组合荷载下冷热循环会进一步增大桩身弯矩,且对桩体中部的影响更大,最大桩身弯矩增幅达到了117%;冷热循环会产生桩顶累积位移,试验桩竖向位移增加了0.201 mm,温度作用引起的水平位移增加值达到了1.46%D(D为桩体直径);同时,冷热循环会导致桩向桩前倾斜,10次冷热循环后转角达到1.88×10^(-3)rad,且会随着循环次数增加有缓慢增加趋势;加热时桩前土压力减小,而制冷时使桩前土压力增大。

关键词：能量桩组合荷载模型试验冷热循环热力学特性

典型地层下TBM滚刀刀座系统振动特性实验研究

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工程设计学报 2024年第2期31卷 263-270页

作者：郑永光杨妹中铁工程装备集团有限公司河南郑州450016 中南大学机电工程学院湖南长沙410083

在全断面硬岩隧道掘进机(tunnel boring machine,TBM)滚刀破岩过程中,强冲击载荷下产生的切削应力通过刀座系统传递至刀盘,引起刀座系统剧烈振动,造成螺栓松动断裂甚至滚刀掉落等严重的工程问题。为此,通过开展破岩实验来研究TBM滚刀刀... 详细信息

在全断面硬岩隧道掘进机(tunnel boring machine,TBM)滚刀破岩过程中,强冲击载荷下产生的切削应力通过刀座系统传递至刀盘,引起刀座系统剧烈振动,造成螺栓松动断裂甚至滚刀掉落等严重的工程问题。为此,通过开展破岩实验来研究TBM滚刀刀座系统的振动特性。利用多功能刀具切削性能测试实验台开展TBM滚刀切削红砂岩和花岗岩的实验,并采集滚刀破岩过程中的三向载荷和刀轴振动加速度数据。通过对比分析红砂岩和花岗岩地层下滚刀破岩的载荷—时间历程曲线,得到破岩过程中滚刀刀座系统载荷的动态变化特性,以及不同地层下滚刀刀轴的振动响应特性。研究结果可为TBM滚刀刀座系统的减振设计提供理论依据。

关键词：全断面硬岩隧道掘进机滚刀破岩滚刀刀座系统载荷特性振动响应

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泰安市区秋季大气挥发性有机物污染特征及来源解析

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北京大学学报（自然科学版） 2024年第2期60卷 329-340页

作者：王璐周旭刘跃辉刘慧张英磊范光宇北京首创大气环境科技股份有限公司北京100176 中国气象局人工影响天气中心北京100081 航天宏图信息技术股份有限公司北京100195 陕西省气象台西安710014

采用罐采样预浓缩/气相色谱-质谱联用法,对泰安市区秋季(2020年10月17日至27日)115种大气挥发性有机污染物(VOCs)进行观测。结果表明,采样期间泰安市区秋季VOCs体积分数为(67.50±25.55)×10^(−9),其中以烷烃(34.86%)和含氧挥发性有机物... 详细信息

采用罐采样预浓缩/气相色谱-质谱联用法,对泰安市区秋季(2020年10月17日至27日)115种大气挥发性有机污染物(VOCs)进行观测。结果表明,采样期间泰安市区秋季VOCs体积分数为(67.50±25.55)×10^(−9),其中以烷烃(34.86%)和含氧挥发性有机物(OVOCs)(32.03%)为主。分别应用臭氧生成潜势(OFP)和OH消耗速率LOH评估观测期间VOCs的大气化学反应活性,发现秋季泰安市区的OFP为(241.50±6.91)×10^(−9),主要由OVOCs(39.92%)和芳香烃(33.03%)贡献。LOH为7.34±0.33 s^(−1),OVOCs贡献56.32%。使用气溶胶生成系数法(FAC)估算观测期间VOCs对二次有机气溶胶(SOA)生成潜势的贡献,结果表明SOA生成潜势为(366.58±37.80)×10^(−9),以芳香烃(98.79%)为主。特征物种比值分析结果显示,泰安市区秋季VOCs受机动车尾气、溶剂使用和燃烧源等本地源的影响较大。PMF源解析结果表明,机动车排放对VOCs的贡献占比最高为26.1%,其中来自汽油车尾气排放和柴油车尾气排放的贡献分别为19.4%和6.7%;溶剂使用和工业源对VOCs的贡献占比相当,分别为20.1%和19.9%;固定燃烧源和液化石油气(LPG)使用的贡献分别为16.2%和12.3%;植物源贡献占比最低,为5.4%。

关键词：挥发性有机物(VOCs) 反应活性二次有机气溶胶(SOA) 特征物种比值来源解析

基于机器视觉的煤尘环境下掘进空间煤岩界面感知与精准识别

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煤炭学报 2024年第7期49卷 3276-3290页

作者：张云童亮来兴平曹胜根闫保旭刘永孜孙浩强杨彦斌何伟西安科技大学能源学院陕西西安710054 中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室江苏徐州221116

巷道掘进过程中煤岩识别技术是掘进机截割头自动调整的核心,同样是制约矿山智能化建设的关键难题之一。针对当前采掘失衡,掘进工作面缺乏成熟有效的煤岩识别方案,现有基于图像的煤岩识别模型存在分割精度差、无法灵活部署等问题,提出一... 详细信息

巷道掘进过程中煤岩识别技术是掘进机截割头自动调整的核心,同样是制约矿山智能化建设的关键难题之一。针对当前采掘失衡,掘进工作面缺乏成熟有效的煤岩识别方案,现有基于图像的煤岩识别模型存在分割精度差、无法灵活部署等问题,提出一种应用在掘进工作面下基于图像分割的煤岩截割界面感知与精准识别方法。该方法结合掘进工作面实际截割情况,采用Mobile-NetV2特征提取网络作为DeepLabV3+的主干网络,使模型更好地兼顾分割精度和模型复杂度;将空洞空间卷积池化金字塔模块输出的高级特征进行通道注意力(SE)操作,分配通道权重以强化对重点特征信息的训练;在主干网络输出的浅层特征引入通道空间注意力(CA)机制,使浅层特征图中的低级表征信息加权,从而设计出融合双注意力机制于DeepLabV3+的煤岩截割界面识别模型。同时搭建煤尘环境下煤岩识别实验平台模拟掘进机截割后形成的煤岩截割面,研发巷道掘进过程中煤岩截割界面采集方法,并以实际矿井的掘进工作面为工程背景,验证该煤岩识别模型的分割精度以及实际应用性。研究结果表明:SE-CA-DeepLabV3+模型的平均交并比和平均像素精度分别为97.15%和98.51%,相较于其他模型具有更优的分割性能。将所建立模型对来自陕北试验矿井掘进工作面的原始煤岩图像进行验证,平均误差为0.7%,每秒传输帧数为43 fps,满足井下现场应用部署条件。

关键词：煤岩截割界面 SE-CA-DeepLabV3+ 巷道掘进煤岩识别平台图像分割

水合阳离子对煤泥矿物颗粒表面水化的影响机理

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煤炭学报 2024年第2期49卷 1111-1122页

作者：闵凡飞束庆东陈军刘春福凌云嘉安徽理工大学材料科学与工程学院安徽淮南232001

为探索水合阳离子对煤泥矿物颗粒表面水化的微观影响机理,以煤泥中主要矿物高岭石和石英为研究对象,依据煤泥水溶液环境构建了[Na(H_(2)O)_(5)]+及[Ca(H_(2)O)_(8)]^(2+)两种煤泥水中常见的水合阳离子构型,并采用密度泛函理论对这2种水... 详细信息

为探索水合阳离子对煤泥矿物颗粒表面水化的微观影响机理,以煤泥中主要矿物高岭石和石英为研究对象,依据煤泥水溶液环境构建了[Na(H_(2)O)_(5)]+及[Ca(H_(2)O)_(8)]^(2+)两种煤泥水中常见的水合阳离子构型,并采用密度泛函理论对这2种水合阳离子在高岭石(001)面、(001)面和α-石英(001)面的单一吸附及与水分子间的竞争吸附进行了模拟计算。模拟结果表明,单一水合阳离子在3种表面的吸附能均比水分子的吸附能低出50%以上,其在矿物表面的吸附稳定性顺序为:α-石英(001)面>高岭石(001)面>高岭石(001)面;在竞争吸附作用下,竞争稳定构型的吸附能比单一水合阳离子在高岭石、石英表面上的吸附能低出34%~57%,其中2种吸附条件下[Ca(H_(2)O)_(8)]^(2+)构型均比[Na(H_(2)O)_(5)]+构型更稳定。水合阳离子在3种表面上单一吸附时,与表面形成强氢键作用,比水分子与高岭石、石英表面间的氢键作用更强,2种水合阳离子在矿物表面的氢键强弱顺序均为:高岭石(001)面>α-石英(001)面>高岭石(001)面;在竞争吸附作用下,[Na(H_(2)O)_(5)]+与矿物表面间的氢键作用增强,[Ca(H_(2)O)_(8)]^(2+)与矿物表面间的氢键作用减小;由于氢键作用不能完全对应吸附能的变化,经分析可知,吸附构型中存在静电作用,水合阳离子单一吸附构型中的静电作用比水分子吸附时更强,而在竞争吸附作用下,水合阳离子与矿物表面间静电作用增强,同时[Ca(H_(2)O)_(8)]^(2+)比[Na(H_(2)O)_(5)]+与对应矿物表面间的静电作用更强。由于水合阳离子在高岭石、石英表面的强吸附作用,导致煤泥颗粒脱水更加困难,同时可能增加颗粒间的水化斥力,从而导致颗粒在煤泥水中分散更稳定。

关键词：煤泥颗粒表面水化水合阳离子高岭石石英密度泛函理论

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