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植酸改性提高污泥基水热炭的镉吸附固定性能

环境科学 2024年第8期45卷 4956-4966页

作者：高海龙商岑尧裴晓东谢慧芳王冰玉江苏省生态环境评估中心南京210036 南京理工大学环境与生物工程学院南京210094 南京理工大学化工污染控制与资源化江苏省高校重点实验室南京210094

在污泥水热炭化过程中添加植酸,采用一步共水热法制备得到植酸改性水热炭(PHC),在对其表面形貌、孔隙结构、元素组成、官能团和热稳定性进行表征的基础上,系统比较了镉(Cd)在未改性水热炭(HC)和PHC上的吸附行为,并考察了腐植酸、温度和p... 详细信息

在污泥水热炭化过程中添加植酸,采用一步共水热法制备得到植酸改性水热炭(PHC),在对其表面形貌、孔隙结构、元素组成、官能团和热稳定性进行表征的基础上,系统比较了镉(Cd)在未改性水热炭(HC)和PHC上的吸附行为,并考察了腐植酸、温度和pH对吸附过程的影响,最后通过土壤钝化试验评估了PHC对土壤中Cd的固定能力.结果表明,PHC表面富含磷酸基团,电负性和热稳定性增强,具有较低的重金属浸出风险,对Cd的吸附速率和最大吸附容量分别是HC的1.88倍和1.22倍,这归因于磷酸基团的引入增强了对Cd的络合作用和静电作用;升温、pH值增加和腐植酸共存都有利于Cd在PHC上的吸附;在其他重金属共存(Cu、Zn和Pb)时,PHC表现出较强的选择性,对Cd的吸附容量高于其他金属0.77~6.88倍.PHC还具有良好的土壤Cd固定效率(56.1%~81.1%),且缓解了土壤速效养分的流失,显著增加了土壤有效磷含量.总之,植酸改性的污泥基水热炭可以有效去除水体Cd,同时也可作为土壤改良剂,有效稳定土壤Cd含量,是一种具有应用前景的污泥资源化途径.

关键词：植酸改性水热炭镉(Cd) 吸附固定

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激波冲击下液滴的雾化特性研究

计算力学学报 2024年第4期41卷 781-789页

作者：赵家兴岳亚军刘凇含刘志鹏南京理工大学机械工程学院南京210094

液滴与激波之间的相互作用存在于旋转爆轰发动机、推进技术和云雾爆轰等应用中.本文目的是探究液滴与激波相互作用时其行为和演变特征,建立可靠的数值计算模型并分析液滴的变形和雾化机理.利用激波管生成不同马赫数的激波冲击液滴并采... 详细信息

液滴与激波之间的相互作用存在于旋转爆轰发动机、推进技术和云雾爆轰等应用中.本文目的是探究液滴与激波相互作用时其行为和演变特征,建立可靠的数值计算模型并分析液滴的变形和雾化机理.利用激波管生成不同马赫数的激波冲击液滴并采用高速摄影相机拍摄液滴的演变特征.基于VOF模型和自适应网格技术建立了数值计算模型,将数值计算的结果与实验结果对比验证了数值计算模型的正确性.实验结果表明,在激波作用下,液滴先后经历了变形阶段和雾化阶段.马赫数的增加会显著加快液滴变形和雾化的过程.数值计算结果表明,激波后的诱导气流在液滴表面存在边界层分离现象.边界层分离导致了液滴表面压力分布不均,致使液滴变形和压缩.液滴剥离则是液滴侧面的气流和背风面的驻涡流动对液滴表面的剪切作用共同造成的.

关键词：液滴激波雾化 VOF模型

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环糊精金属有机框架材料对发射药静态燃烧火焰特性的影响

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含能材料 2024年第8期32卷 839-847页

作者：李雯佳柴亚朦方嵩杭王彬彬丁亚军肖忠良周杰南京理工大学化学与化工学院江苏南京210094 南京理工大学特种能源材料教育部重点实验室江苏南京210094

通过蒸汽扩散法成功合成了3种环糊精金属有机框架(CD-MOF)材料,并采用单晶X-射线衍射对其单晶结构进行解析。作为潜在的消焰剂,相比传统的硝酸钾热分解温度(722.0℃),3种CD-MOF更低(250.9℃;261.0℃;290.3℃),更容易释放钾离子,且在硝... 详细信息

通过蒸汽扩散法成功合成了3种环糊精金属有机框架(CD-MOF)材料,并采用单晶X-射线衍射对其单晶结构进行解析。作为潜在的消焰剂,相比传统的硝酸钾热分解温度(722.0℃),3种CD-MOF更低(250.9℃;261.0℃;290.3℃),更容易释放钾离子,且在硝化纤维素(NC)中显示出良好的物理分散性和化学相容性。此外,添加CD-MOF的NC在热分解时产生的易燃和有害气体(CO、NO、NO_(2)和N_(2)O)更少。添加γ-CD-MOF的单基药在燃烧时表现出最小的火焰面积(119.6 mm^(2)),而添加β-CD-MOF的单基药显示出更低的火焰面积标准偏差(8.4 mm^(2)),表明其消焰效能更稳定。相比之下,添加KNO_(3)的单基药火焰面积最大(392.7 mm^(2))。

关键词：环糊精金属有机框架发射药硝化纤维素静态燃烧火焰热分解

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引信用双工形压电驱动器的设计及其驱动特性

哈尔滨工业大学学报 2024年第8期56卷 135-144页

作者：王旭建王新杰李峰南京理工大学机械工程学院南京210094

为实现引信安全系统状态的恢复功能,满足引信全域安全控制的需求,提出了一种双工形压电驱动器应用于机电安全系统中。首先,参考双足式压电驱动器并根据设计要求对双工形压电驱动器进行了结构设计,并分析了其工作机理。然后,对设计的双... 详细信息

为实现引信安全系统状态的恢复功能,满足引信全域安全控制的需求,提出了一种双工形压电驱动器应用于机电安全系统中。首先,参考双足式压电驱动器并根据设计要求对双工形压电驱动器进行了结构设计,并分析了其工作机理。然后,对设计的双工形压电驱动器进行了结构优化,基于优化结果给出驱动足的运动轨迹方程,保证了驱动足形成类椭圆运动轨迹。接着,搭建了实验平台对双工形压电驱动器样机进行驱动特性测试分析,确定了最佳工作频率,并得到了双工形压电驱动器往返运动速度和激励电压峰峰值的关系曲线。最后,针对引信高冲击工作环境,提出双工形压电驱动器抗高过载措施,并对压电驱动器进行抗高冲击过载实验。结果表明:压电驱动器的运动速度与激励电压峰峰值呈正相关,且在频率为130 Hz的激励电压作用下,压电驱动器的运动速度最佳;双工形压电驱动器在20 kg冲击载荷作用下仍能正常工作,验证了抗高过载措施的有效性。进一步验证了双工形压电驱动器实现引信安全状态可恢复功能的可行性。

关键词：压电驱动器双工形可恢复式引信结构优化驱动特性抗高过载

霍普金森杆实验方法中材料弹性阶段杨氏模量及其曲线准确性分析

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爆炸与冲击 2024年第9期44卷 128-141页

作者：周玄王伯通武一丁陆文成马铭辉余毅磊高光发南京理工大学机械工程学院江苏南京210094

霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)实验中试件的应力不均匀对应力-应变曲线的弹性阶段有显著影响,而弹性阶段是研究混凝土等低声速材料或高应变率加载条件下某些金属材料的关键。针对一维杆系统,利用一维弹性增量波理论... 详细信息

霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)实验中试件的应力不均匀对应力-应变曲线的弹性阶段有显著影响,而弹性阶段是研究混凝土等低声速材料或高应变率加载条件下某些金属材料的关键。针对一维杆系统,利用一维弹性增量波理论,推导了线性入射波作用时应力应变和杨氏模量的解析式,研究了试件两端应力差和速度差对试件弹性阶段曲线及杨氏模量准确性的影响;进一步给出了任意形状入射波作用下试件弹性阶段曲线和切线杨氏模量的求解方法,分析了入射波斜率和形状特征对试件应力均匀性及曲线的影响。结果表明:试件弹性阶段曲线及杨氏模量的准确性与试件两端应力差的变化趋势有关,但并不完全依赖试件两端应力差,与入射波斜率、形状特征以及试件屈服强度等因素耦合相关;线性加载波斜率增大,切线模量和割线模量与实际值的差异均增大,在斜率较大时,割线模量的准确性要高于切线模量;入射波形状以正弦波为参考,曲线的初始斜率低时,切线模量的准确性高于割线模量,曲线的初始斜率高时则相反。

关键词： SHPB 杨氏模量应力均匀性应力波

激光功率对激光粉末床熔融成形Al_(2)O_(3)-ZrO_(2)共晶陶瓷熔池形态、微观组织和力学性能影响的研究

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中国激光 2024年第10期51卷 231-243页

作者：熊志伟张凯刘婷婷廖文和南京理工大学机械工程学院江苏南京210094

熔融生长的Al_(2)O_(3)-ZrO_(2)共晶陶瓷具有优异的高温性能。采用激光粉末床熔融(LPBF)直接制备Al_(2)O_(3)-ZrO_(2)共晶陶瓷,研究了不同激光功率下的单道形貌特征及块体表面质量、物相组成、微观组织结构的演变规律和力学性能。结果表... 详细信息

熔融生长的Al_(2)O_(3)-ZrO_(2)共晶陶瓷具有优异的高温性能。采用激光粉末床熔融(LPBF)直接制备Al_(2)O_(3)-ZrO_(2)共晶陶瓷,研究了不同激光功率下的单道形貌特征及块体表面质量、物相组成、微观组织结构的演变规律和力学性能。结果表明,激光功率的提升将增加熔池的长度和单沉积道的宽度。Al_(2)O_(3)-ZrO_(2)共晶陶瓷的表面粗糙度(Ra)和气孔率均随着激光功率的增加先降低后升高。在没有添加Y2O_(3)等稳定剂的条件下,Al_(2)O_(3)-ZrO_(2)共晶陶瓷的物相主要包括α-Al_(2)O_(3)、m-ZrO_(2)和亚稳相t-ZrO_(2)。随着激光功率的增加,m-ZrO_(2)逐渐减少,这是由于LPBF的快速冷却过程抑制了马氏体相变。样件的晶粒尺寸随着激光功率的增加呈增大趋势,晶界密度减小,因此测量的显微硬度和断裂韧性呈现下降的趋势。当激光功率为60 W时,得到硬度为Hv=17.19 GPa和断裂韧性为KIC=6.67 MPa·m1/2的最优力学性能样品。

关键词：激光技术激光粉末床熔融 Al_(2)O_(3)-ZrO_(2)共晶陶瓷熔池晶粒尺寸断裂韧性

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考虑输出约束和输入饱和的弹仓自适应控制

兵工学报 2024年第3期45卷 789-797页

作者：鲍丹卫俞凯金鑫侯保林南京理工大学机械工程学院江苏南京210094

针对存在参数不确定性和外部扰动的某链式回转弹仓的位置跟踪控制问题,提出一种自适应控制方案。该方案基于神经模糊系统(Neuro-Fuzzy System,NFS)、非线性扰动观测器(Nonlinear Disturbance Observer,NDO)及障碍Lyapunov函数(Barrier L... 详细信息

针对存在参数不确定性和外部扰动的某链式回转弹仓的位置跟踪控制问题,提出一种自适应控制方案。该方案基于神经模糊系统(Neuro-Fuzzy System,NFS)、非线性扰动观测器(Nonlinear Disturbance Observer,NDO)及障碍Lyapunov函数(Barrier Lyapunov Function,BLF),在实现高精度控制的同时满足输出约束和输入饱和的工程条件。通过BLF的设计,保证弹仓的位移跟踪误差约束在给定范围内。结合神经网络的函数逼近能力和模糊逻辑系统的推理能力,用于估计系统中的不确定性,减小对模型的依赖;两者结合的NFS作为NDO的一部分,进一步补偿估计误差和外部扰动,提高控制性能。此外,控制器设计考虑了运动过程中的执行器输入饱和问题。仿真结果表明,所设计的控制器在3种典型工况以及系统参数变化情况下均可实现弹仓的高精度位置跟踪控制,满足系统的约束条件。

关键词：链式回转弹仓自适应控制神经模糊系统输出约束输入饱和

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长尾喷管气凝胶隔热层结构设计

推进技术 2024年第5期45卷 166-175页

作者：高煜航郑健上官子晗南京理工大学机械工程学院江苏南京210094

固体火箭发动机长尾喷管外围通常放置舵机等控制系统,为了满足控制系统的工作温度要求,设计了一种用于长尾喷管段的新型热防护复合结构。长尾段隔热层采用具有低热导率、低密度特点的二氧化硅气凝胶材料。首先建立了气凝胶材料热导率计... 详细信息

固体火箭发动机长尾喷管外围通常放置舵机等控制系统,为了满足控制系统的工作温度要求,设计了一种用于长尾喷管段的新型热防护复合结构。长尾段隔热层采用具有低热导率、低密度特点的二氧化硅气凝胶材料。首先建立了气凝胶材料热导率计算模型,并对高温环境气凝胶材料导热性能进行测试。随后结合气凝胶材料热导率计算,建立了长尾喷管的热防护复合结构模型,并对喷管热防护结构模型进行了瞬态传热分析和力学性能分析。结果表明,喷管热防护结构设计满足材料力学性能。在发动机工作20 s后气凝胶材料可以将喷管的长尾段外壳壁面温度控制在320 K以下。相较于传统的高硅氧酚醛隔热材料,气凝胶材料隔热效果表现更优,且可以有效减少喷管热防护结构的消极质量。

关键词：固体火箭发动机长尾喷管热防护二氧化硅气凝胶传热

基于广义波阻抗理论的SHPB试验中弹性压缩阶段试件应力-应变曲线的应力波效应及其影响机理

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爆炸与冲击 2024年第9期44卷 98-111页

作者：高光发南京理工大学机械工程学院江苏南京210094

定量研究分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)试验中弹性压缩阶段试件中的应力波效应是解耦准确材料弹性曲线的基础。在满足平面波假设的基础上,基于广义波阻抗理论,对杆与试件面积不匹配时试件弹性压缩阶段应力波... 详细信息

定量研究分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)试验中弹性压缩阶段试件中的应力波效应是解耦准确材料弹性曲线的基础。在满足平面波假设的基础上,基于广义波阻抗理论,对杆与试件面积不匹配时试件弹性压缩阶段应力波演化造成的结构效应开展了定量理论研究,分析了不同情况下弹性阶段内试件唯象工程及实际材料应力-应变曲线的偏差特征与主要因素,并揭示了影响这种偏差的影响规律及其机理。研究表明:对于线性入射加载波,当无量纲时间为0.5的倍数时,即使其他参数改变,试件唯象与材料实际的应力-应变曲线仍对应相等;试件两端的应力差较大时,若应力差的变化趋于稳定,则试件唯象与材料实际的应力-应变曲线差异较小。计算了不同波动区间内试件的最大应力偏离值及其变化趋势和对应的无量纲时间,研究了入射波是双线性组合波时试件的应力-应变曲线。研究表明:双线性波入射时,2个线性区间可以独立分析,无论如何组合线性区间或应力差如何变化,只要试件两端应力差为近似恒定曲线,对应的试件唯象工程应力-应变曲线都是相对准确的。

关键词：分离式霍普金森压杆应力波效应应力均匀性假设动态应力-应变曲线