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宽域飞行器垂直发射状态下的振荡气动特性研究

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空天技术 2023年第2期2023卷 20-27+57页

作者：孙志欣刘汉涛李海桥中北大学能源与动力工程学院

宽域飞行器经历低速起降、亚/跨/超/高超声速爬升和巡航过程，具有宽速域、高空域、飞行环境复杂的特征，已成为当前高超声速技术领域的重要发展方向。针对宽域飞行器垂直发射过程中遇到的侧风干扰和模型振荡非定常问题，采用基于动网... 详细信息

宽域飞行器经历低速起降、亚/跨/超/高超声速爬升和巡航过程，具有宽速域、高空域、飞行环境复杂的特征，已成为当前高超声速技术领域的重要发展方向。针对宽域飞行器垂直发射过程中遇到的侧风干扰和模型振荡非定常问题，采用基于动网格和转捩修正SST k-ω湍流模型的URANS计算方法，对宽域飞行器低速大攻角状态进行了仿真计算。研究了飞行器在发生小幅振荡过程中，背风区涡结构分布和非定常演变规律，获得了飞行器气动力/力矩的变化规律以及飞行器表面的压力载荷分布特征，给出了关键位置监测点上的时域和频域特性，这些工作为评估以及优化控制宽域飞行器发射过程中的气动风载环境提供了参考。

关键词：宽域飞行器垂直发射振荡翼型非定常效应风载

基于电化学老化衰退模型的锂离子动力电池外特性

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物理学报 2022年第3期71卷 339-347页

作者：李晓杰喻云泰张志文董小瑞中北大学能源动力工程学院太原030051

当前锂离子动力电池电化学模型存在模型复杂、建模难度大、计算效率低、老化评估效果差的问题,本文提出一种考虑电池衰退老化的机理模型(ADME).本文首先通过有限差分法对伪二维(P2D)电化学模型进行离散降阶处理,得到简化伪二维(SP2D)模... 详细信息

当前锂离子动力电池电化学模型存在模型复杂、建模难度大、计算效率低、老化评估效果差的问题,本文提出一种考虑电池衰退老化的机理模型(ADME).本文首先通过有限差分法对伪二维(P2D)电化学模型进行离散降阶处理,得到简化伪二维(SP2D)模型.在SP2D模型的基础上,基于阴阳两极发生的副反应导致的衰退老化现象,提出一种考虑电池衰退老化的机理模型.其次,使用多变量偏差补偿最小二乘法实现模型参数辨识.最后通过动力电池衰退老化性能循环实验,对比分析了恒流、脉冲工况下SP2D模型和ADME模型的终端电压输出.结果表明:ADME模型较为简单、计算效率和估算精度高,可以有效评估电池容量老化衰退,得到理想的锂离子动力电池外特性曲线.

关键词：锂离子电池机理模型偏差补偿参数辨识

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应急搜索UAV集群协同任务规划策略

电子与信息学报 2022年第1期44卷 187-194页

作者：鲁旭涛智超群张丽娜秦英伟李静王英中北大学机电工程学院太原030051 中北大学信息与通信工程学院太原030051 中北大学电气与控制工程学院太原030051 中北大学能源动力工程学院太原030051

目前应急搜索无人机(UAV)集群存在搜索效率低、覆盖完整性低、多机组网稳定性差等问题。对此,该文提出一种基于优化模糊C聚类算法(O-FCMA)结合优化混合粒子群算法(O-HPSO)的终端-路由UAV区域搜索任务规划策略。以UAV监测区域范围为基础... 详细信息

目前应急搜索无人机(UAV)集群存在搜索效率低、覆盖完整性低、多机组网稳定性差等问题。对此,该文提出一种基于优化模糊C聚类算法(O-FCMA)结合优化混合粒子群算法(O-HPSO)的终端-路由UAV区域搜索任务规划策略。以UAV监测区域范围为基础,通过建立搜索区域的空间模型,进一步运用O-FCMA进行区域几何划分,并采用O-HPSO实现划分区域内的路径规划,以实现多UAV集群搜索总体任务的规划。仿真实验结果表明,采用O-HPSO结合O-FCMA进行无源UAV区域搜索任务较ACO或模拟退火算法结合K聚类算法或FCMA相比,在保证搜索区域全覆盖条件下,有源搜索与无源搜索过程中UAV决策时间分别降低了7%~21%和16%~31%,搜索效率分别提升了7%~13%和3%~7%。结果表明所提方法有效降低了UAV集群的决策时间,提升了搜索效率。

关键词：无人机多机协同任务规划模糊C聚类算法优化混合粒子群算法

碳点/g-CN复合催化剂的制备及其光催化性能

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复合材料学报 2023年

作者：郝彩红杨泽鹏常青薛超瑞李宁胡胜亮中北大学能源与动力工程学院

g-C3N4的光吸收和光生载流子的复合问题是限制其高效光催化应用的关键问题，为此本文以煤沥青为前驱体合成碳点(CDs)，然后采用超声辅助法制备了CDs/g-C3N4复合催化剂。通过TEM、XRD、UV-Vis漫反射光谱、PL光谱、EIS测试和光电流响应测... 详细信息

g-C3N4的光吸收和光生载流子的复合问题是限制其高效光催化应用的关键问题，为此本文以煤沥青为前驱体合成碳点(CDs)，然后采用超声辅助法制备了CDs/g-C3N4复合催化剂。通过TEM、XRD、UV-Vis漫反射光谱、PL光谱、EIS测试和光电流响应测试等表征了催化剂的结构和光学、光电性能。结果表明，CDs引入后能带结构的调控和界面的形成，拓展了复合光催化剂的光吸收范围，促进了光生电子和空穴的有效分离和迁移，从而有利于光催化反应的进行。以罗丹明B(RhB)为模型反应，在可见光照射下，CDs/g-C3N4复合催化剂的光催化活性明显高于单纯g-C3N4，在40 min内就可以实现98.6%的RhB降解率，其降解速率常数是单纯g-C3N4的6.8倍。活性物种捕获实验表明，降解体系中起主要作用的是·O2-。同时CDs/g-C3N4复合催化剂具有良好的稳定性，5次循环反应后，RhB的降解率仍达到97.5%，展示了其在可见光光催化方面较好的应用前景。

关键词：光催化 g-C N 碳点复合催化剂罗丹明B 降解

石墨烯负载单原子钴催化剂的制备及其电催化二氧化碳还原反应性能

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新型炭材料（中英文） 2022年第4期37卷 734-742页

作者：张会念王慧奇贾素萍常青李宁李莹施箫琳李子源胡胜亮中北大学能源动力工程学院山西太原030051

设计高选择性、稳定和低成本的催化剂将二氧化碳电化学转化为高附加值的碳产品以缓解二氧化碳排放和能源危机仍是一个挑战。通过将单原子CoN_(4)活性位点嵌入石墨烯基体中得到了一种强健和高效的CO_(2)还原电催化剂。结果表明,这些高度... 详细信息

设计高选择性、稳定和低成本的催化剂将二氧化碳电化学转化为高附加值的碳产品以缓解二氧化碳排放和能源危机仍是一个挑战。通过将单原子CoN_(4)活性位点嵌入石墨烯基体中得到了一种强健和高效的CO_(2)还原电催化剂。结果表明,这些高度分散的CoN_(4)位点具有出色的CO_(2)还原活性,在电压为−0.76 V(vs.RHE),过电位为0.65 V时,CO法拉第效率达~95%。同时,该催化剂具有优异的稳定性。本工作为设计高效CO_(2)还原电催化剂奠定了基础。

关键词： CO_(2)还原钴单原子催化电化学石墨烯

BiOBr/Bi复合光热粉体的制备及其界面光热驱动水蒸发性能

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复合材料学报 2022年第7期39卷 3271-3280页

作者：薛超瑞李洋森黄蕊蕊薛睿智黄耿鸿郝杰中北大学能源动力工程学院太原030051 中北大学材料科学与工程学院太原030051

针对太阳能转化应用,溴氧化铋(BiOBr)光催化性能优异,但其光热性能及应用有待研究开发。首先采用水热法制备了BiOBr纳米片粉末,然后利用硼氢化钠(NaBH_(4))对BiOBr粉末进行化学还原。样品表征结果显示,随着硼氢化钠浓度增加,致密的BiOB... 详细信息

针对太阳能转化应用,溴氧化铋(BiOBr)光催化性能优异,但其光热性能及应用有待研究开发。首先采用水热法制备了BiOBr纳米片粉末,然后利用硼氢化钠(NaBH_(4))对BiOBr粉末进行化学还原。样品表征结果显示,随着硼氢化钠浓度增加,致密的BiOBr纳米片首先转变为BiOBr/Bi复合多孔纳米片,然后转变为金属Bi多孔纳米片。金属Bi及多孔结构的形成有助于提升材料的光吸收性能及比表面积。经过20 g·L^(-1)NaBH_(4)溶液还原得到的BiOBr/Bi多孔纳米片具有最优的光吸收性能和比表面积,且润湿性能优异。光热驱动水蒸发测试结果表明,20 g·L^(-1)NaBH还原得到的BiOBr/Bi复合多孔纳米片具有最优的光热驱动水蒸发性能,水蒸发速率可达2.18 kg·m^(-2)·h^(-1),为纯BiOBr纳米片的2倍。

关键词：界面光热驱动水蒸发溴氧化铋化学还原光热多孔纳米片

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点火位置对X型转子发动机燃烧过程的影响

内燃机工程 2024年第3期45卷 50-58,69页

作者：邹润杨伟张磊苏铁熊张翼李良钰中北大学能源与动力工程学院太原030051

为探究X型转子发动机独特燃烧室内复杂湍流场与点火位置的耦合作用对混合气燃烧过程的影响,建立了X型转子发动机的三维计算流体动力学模型,并与试验结果进行对比验证,数值研究了不同点火位置下X型转子发动机缸内燃烧过程,揭示了点火位... 详细信息

为探究X型转子发动机独特燃烧室内复杂湍流场与点火位置的耦合作用对混合气燃烧过程的影响,建立了X型转子发动机的三维计算流体动力学模型,并与试验结果进行对比验证,数值研究了不同点火位置下X型转子发动机缸内燃烧过程,揭示了点火位置对火焰传播、燃烧特性及污染物形成的影响规律。结果表明,在压缩末期,X型转子发动机燃烧室内形成了包括涡流和单向流的复杂湍流场,这与点火位置的耦合作用显著影响火焰传播过程。为了获得较高火焰传播速度,点火位置不宜布置在漩涡区处。点火位置位于凹坑中部时,可以充分利用四周空间和涡团与单向流场过渡处形成的较高速度场加速火焰传播,从而提前燃烧重心,增加放热速率,而且峰值压力提高了25%,指示热效率超过30%;同时其也具有较低的HC和CO排放量;但是由于其缸内峰值温度较大,导致NO排放量增加。

关键词： X型转子发动机点火位置计算流体动力学仿真燃烧过程排放

FeTPPs-CuBTC协同强化低浓度煤层气吸附分离

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化工学报 2022年第9期73卷 3940-3949页

作者：席国君刘子涵雷广平中北大学能源动力工程学院山西太原030051

高效分离CH_(4)/N_(2)混合物是实现低浓度煤层气利用的关键之一。基于原位封装策略采用一锅法将FeTPPs成功封装至CuBTC的孔隙中,通过两者的协同作用达到强化CH_(4)/N_(2)混合气体吸附分离的目的。实验结果显示,FeTPPs的封装增强了吸附剂... 详细信息

高效分离CH_(4)/N_(2)混合物是实现低浓度煤层气利用的关键之一。基于原位封装策略采用一锅法将FeTPPs成功封装至CuBTC的孔隙中,通过两者的协同作用达到强化CH_(4)/N_(2)混合气体吸附分离的目的。实验结果显示,FeTPPs的封装增强了吸附剂与CH_(4)间的相互作用反而削弱了吸附剂与N_(2)间的相互作用,因此FeTPPs的封装有利于CH_(4)/N_(2)混合气体的吸附分离。基于理想吸附溶液理论(IAST)计算发现,在几乎不损失CH_(4)吸附量的情况下,常温常压下FeTPPs@CuBTC复合材料对CH_(4)/N_(2)混合气体的吸附选择性可达5.4,是CuBTC的1.28倍,也高于目前已报道的大部分zeotile和MOF材料。证实了FeTPPs封装策略在低浓度煤层气分离领域的应用潜力,也为新型吸附剂材料的开发提供了新的设计思路。

关键词：低浓度煤层气二元混合物吸附分离金属卟啉金属-有机骨架协同强化

超声场下刚性界面附近溃灭空化气泡的速度分析

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物理学报 2016年第4期65卷 180-187页

作者：郭策祝锡晶王建青叶林征中北大学机械与动力工程学院太原030051

为了揭示刚性界面附近气泡空化参数与微射流的相互关系,从两气泡控制方程出发,利用镜像原理,建立了考虑刚性壁面作用的空化泡动力学模型.数值对比了刚性界面与自由界面下气泡的运动特性,并分析了气泡初始半径、气泡到固壁面的距离、声... 详细信息

为了揭示刚性界面附近气泡空化参数与微射流的相互关系,从两气泡控制方程出发,利用镜像原理,建立了考虑刚性壁面作用的空化泡动力学模型.数值对比了刚性界面与自由界面下气泡的运动特性,并分析了气泡初始半径、气泡到固壁面的距离、声压幅值和超声频率对气泡溃灭的影响.在此基础上,建立了气泡溃灭速度和微射流的相互关系.结果表明:刚性界面对气泡振动主要起到抑制作用;气泡溃灭的剧烈程度随气泡初始半径和超声频率的增加而降低,随着气泡到固壁面距离的增加而增加;声压幅值存在最优值,固壁面附近的气泡在该最优值下气泡溃灭最为剧烈;通过研究气泡溃灭速度和微射流的关系发现,调节气泡溃灭速度可以达到间接控制微射流的目的.

关键词：超声场空化泡刚性界面微射流