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耦合绿电煤气化生产化学品过程CO_(2)减排潜力

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洁净煤技术 2024年第4期30卷 111-119页

作者：孙益郭啸晋徐祥中国科学院工程热物理研究所能源动力研究中心北京100190 中国科学院大学北京100049 江苏中科能源动力研究中心江苏连云港222069

耦合可再生能源生产的绿电为煤气化反应供热以消除燃烧供热实现自热平衡的影响,不仅可有效降低气化过程CO_(2)排放量,还能提高合成气氢碳比(H/C),从而降低以煤气化为源头生产化学品的水煤气变换工段中CO_(2)排放。对不同类型的常规气化... 详细信息

耦合可再生能源生产的绿电为煤气化反应供热以消除燃烧供热实现自热平衡的影响,不仅可有效降低气化过程CO_(2)排放量,还能提高合成气氢碳比(H/C),从而降低以煤气化为源头生产化学品的水煤气变换工段中CO_(2)排放。对不同类型的常规气化反应器和相应的耦合绿电反应器进行建模与模拟,判明合成气组分的主要影响因素,分析了温度对合成气组分的影响,探讨合成气H/C随温度变化规律,并计算不同化学品生产过程的CO_(2)减排潜力。结果表明,耦合绿电的气化反应器合成气中CO_(2)排放较常规气化反应器分别减少了12.63%(固定床)、11.01%(气流床)、9.23%(输运床)和5.12%(流化床),且H/C呈上升趋势;温度对合成气组分影响较大,热解解耦和气化反应的反应器一定程度上影响合成气组分;温度低于1500 K时,H/C随温度升高而降低;温度高于1500 K时,H/C随温度升高而缓慢升高;耦合绿电煤基化学品生产过程CO_(2)排放大幅减少,操作在更低温度和压力的气化反应器具有更高的合成气H/C和CO_(2)减排潜力;耦合绿电的固定床系统效率优势明显;考虑到耦合绿电的高温反应器存在的技术困难,耦合绿电的固定床、流化床和输运床反应器更具可行性。

关键词：煤气化流程模拟 CO_(2)减排氢碳比绿电

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轮轨激励与气动载荷对高速列车转向架结构载荷的分量贡献研究

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中国科学：技术科学 2024年第6期54卷 1120-1136页

作者：袁征陈贤佳纪占玲李岑罗为李强孙守光杨国伟魏宇杰北京交通大学机械与电子控制工程学院北京100044 中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室北京100190 中国科学院力学研究所流固耦合系统力学重点实验室北京100190 中国铁道科学院集团有限公司机车车辆研究所北京100081 北京交通大学智慧高铁系统前沿科学中心北京100044 中国科学院大学工程科学学院北京100049

准确认知高速列车的结构载荷来源是开展疲劳可靠性设计的基础,本文聚焦于厘清高速列车转向架结构载荷中来自轮轨激励与气动作用的分量贡献.首先通过气动-多体动力学耦合计算,得到了单列车明线运行和单列车通过隧道工况不同外载作用下的... 详细信息

准确认知高速列车的结构载荷来源是开展疲劳可靠性设计的基础,本文聚焦于厘清高速列车转向架结构载荷中来自轮轨激励与气动作用的分量贡献.首先通过气动-多体动力学耦合计算,得到了单列车明线运行和单列车通过隧道工况不同外载作用下的高速列车转向架结构载荷,进而通过计算不同外载作用下的结构载荷特征差异分析了外部载荷等因素对结构载荷特征的影响.研究表明来自轮轨的激励是决定转向架结构载荷幅值的主因,而气动载荷是引起结构载荷均值变化的关键.本文进一步通过信号分析理论中的时域贡献网络求解方法量化了不同载荷来源对结构载荷的分量贡献,发现轮轨激励在明线和隧道工况下都是转向架结构载荷的主要分量贡献;同时也注意到隧道工况下,气动载荷对结构载荷的贡献显著上升.本文厘清了不同载荷来源在两种工况下对结构载荷的影响,相关结论可为高速列车关键结构的抗疲劳设计提供依据.

关键词：高速列车转向架结构载荷分量贡献轮轨激励气动载荷气动-多体动力学耦合

基于环状构象两性离子聚合物的抗粘附/光热杀菌表面性能分析

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分析化学 2024年第5期52卷 717-724页

作者：夏效禹张光宇苏朝晖中国科学院长春应用化学研究所高分子物理与化学国家重点实验室中国科学技术大学应用化学与工程学院

耐药细菌附着在医疗器械表面易引起感染，对公众健康造成严重威胁，因此，研发长效抗粘附与杀菌表面具有重要的意义。本研究在玻璃基底表面顺序沉积聚多巴胺(PDA)、银纳米粒子(AgNPs)和PDA，然后在PDA表面接枝环状构象的聚磺酸甜菜碱(PS... 详细信息

耐药细菌附着在医疗器械表面易引起感染，对公众健康造成严重威胁，因此，研发长效抗粘附与杀菌表面具有重要的意义。本研究在玻璃基底表面顺序沉积聚多巴胺(PDA)、银纳米粒子(AgNPs)和PDA，然后在PDA表面接枝环状构象的聚磺酸甜菜碱(PSBMA)，构建了具有抗粘附与光热杀菌作用的双重抗菌涂层PAP-PSBMA-loop。该涂层具有两性离子聚合物表面优良的抗污能力和PDA与AgNPs良好的光热转化能力，在近红外光辐照下显示出优异的抗细菌粘附与杀菌性能，与细菌共孵育7 d后，表面的细菌覆盖率仅为1.7%，有效地阻止了生物被膜的形成，在光照下可杀灭99%以上的表面细菌。

关键词：光热杀菌抗菌表面环状构象抗污涂层银纳米粒子

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仿生异质结构的非线性力学与优化设计

中国科学：物理学、力学、天文学 2024年第5期54卷 43-73页

作者：王泽文吴开金解丽丽何陵辉倪勇中国科学技术大学工程科学学院近代力学系中国科学院材料力学行为与设计重点实验室合肥230026 中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室北京100190

轻质高强韧结构设计一直是力学和材料等学科交叉的前沿问题,也是工程应用的不懈追求.生物材料经历数百万年进化,兼具轻质、高强度和高韧性力学性能,成为高性能工程材料设计的模板.然而,生物材料往往具有跨尺度、多层级的复相结构和界面... 详细信息

轻质高强韧结构设计一直是力学和材料等学科交叉的前沿问题,也是工程应用的不懈追求.生物材料经历数百万年进化,兼具轻质、高强度和高韧性力学性能,成为高性能工程材料设计的模板.然而,生物材料往往具有跨尺度、多层级的复相结构和界面特征,会产生非线性、多过程的变形和断裂行为,进而决定强度和韧性等力学性能.如何发展定量的力学模型、阐明生物材料的结构-界面-强韧力学性能间的关系,并为高性能仿生材料制备提供优化设计方案成了近期的研究前沿.本文以极具代表性的生物“砖泥交错结构”和“扭转纤维结构”为例,从力学模型和力学机制方面,首先梳理仿生异质结构代表性单元体(RVE)的非线性力学响应与其结构间的关联;然后讨论含主裂纹仿生异质结构的断裂行为及其与RVE结构间的关联;进一步,基于力学模型和机制,给出优化强度、韧性、抗冲击性和断裂韧性等性能的力学设计方案;最后,提出仿生异质结构非线性力学与优化设计中存在的挑战和未来的发展方向.

关键词：仿生异质结构非线性力学代表性单元体断裂力学优化设计

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大孔树脂对镍钴萃取废水中有机物的吸附性能

过程工程学报 2024年第2期24卷 227-237页

作者：向波刘晨明曹仁强段锋李玉平中国科学院绿色过程与工程重点实验室北京市过程污染控制工程技术研究中心中国科学院化学化工科学数据中心中国科学院过程工程研究所北京100190 中国科学院大学化学工程学院北京100049

镍钴溶剂萃取废水属于含高盐、高有机物废水,有机物不仅造成化学需氧量(COD)超标、还会引起蒸发结晶过程起泡、结晶困难和产生废盐等问题,严重制约废水近零排放。本研究通过对比四种典型大孔树脂的微观结构以及对镍钴溶剂萃取废水中有... 详细信息

镍钴溶剂萃取废水属于含高盐、高有机物废水,有机物不仅造成化学需氧量(COD)超标、还会引起蒸发结晶过程起泡、结晶困难和产生废盐等问题,严重制约废水近零排放。本研究通过对比四种典型大孔树脂的微观结构以及对镍钴溶剂萃取废水中有机物的吸附性能,探究了大孔树脂的结构与吸附性能之间的关系。研究发现,具有合理孔径分布和较大比表面积的ORZ-A2型树脂的吸附容量最优,单级静态吸附总有机碳(TOC)去除率为70.79%,总磷(TP)去除率为83.11%。通过GC-MS表征吸附前后镍钴溶剂萃取废水中的有机物组成,发现废水中有机物成分主要是以2-乙基己酸为代表的有机磷萃取剂及其水解产物和衍生物。四种大孔树脂对有机磷酸萃取剂和2-乙基己酸吸附效果较好,但吸附出水中有机物主要为戊酸,以戊酸为代表的水溶性小分子有机物可能是影响TOC去除效果进一步提升的关键。通过吸附动力学分析表明,大孔树脂对有机物的吸附动力学符合准二级动力学模型。热力学参数的计算结果表明树脂对有机物的吸附是自发的、放热的物理吸附过程。本工作为指导大孔树脂吸附镍钴溶剂萃取废水中有机物技术的工业化应用提供了理论依据。

关键词：镍钴溶剂萃取废水有机污染物大孔树脂吸附 ORZ-A2

润滑耐磨耐蚀功能一体化有机黏结涂层的研究进展

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高分子材料科学与工程 2024年第4期40卷 182-190页

作者：陈明锴陈磊马彦军张定军周惠娣陈建敏东方电气集团东方汽轮机有限公司清洁高效透平动力装备全国重点实验室四川德阳618000 中国科学院兰州化学物理研究所中国科学院材料磨损与防护重点实验室甘肃兰州730000 兰州理工大学材料科学与工程学院甘肃兰州730000

随着现代化装备技术的快速发展,高端机械装备服役工况变得愈加复杂苛刻,磨损与腐蚀耦合损伤加速了高端机械装备运动部件的损伤失效,导致装备服役寿命大幅缩减,带来了严重的安全问题。润滑耐磨耐蚀功能一体化有机黏结涂层克服了润滑耐磨... 详细信息

随着现代化装备技术的快速发展,高端机械装备服役工况变得愈加复杂苛刻,磨损与腐蚀耦合损伤加速了高端机械装备运动部件的损伤失效,导致装备服役寿命大幅缩减,带来了严重的安全问题。润滑耐磨耐蚀功能一体化有机黏结涂层克服了润滑耐磨涂层和防腐蚀涂层的单一功能局限,为解决运动部件的磨损和腐蚀问题提供了有效方案。文中首先探讨了关键运动部件面临复杂服役工况的严峻挑战、材料磨损与腐蚀耦合的损伤机制;然后分别由黏结剂、填料和润滑剂3个方面介绍了目前润滑耐磨耐蚀功能一体化有机黏结涂层的研究进展,对涂层的组成结构与力学性能、摩擦学性能、耐腐蚀性能间的构效关系进行了分析,并对不同涂层的局限性进行了概述;之后详细总结了润滑耐磨耐蚀功能一体化涂层的应用现状;最后对润滑耐磨耐蚀功能一体化涂层的发展方向进行展望。

关键词：磨损-腐蚀减摩耐磨耐蚀功能一体化有机黏结涂层

基于h-BN的方向依赖高次谐波产生（特邀）（英文）

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光子学报 2024年第6期 108-116页

作者：郑文洋刘灿东白亚刘鹏李儒新中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室中国科学院大学张江实验室

利用紧束缚电子能带结构并结合求解两能带半导体Bloch方程的方法，研究了单层h-BN的高次谐波产生过程。结果显示平行于驱动光偏振方向的谐波分量在截止区表现出异常的晶格取向依赖关系，当光子能量超过7.31 eV时，奇次谐波的取向依赖相... 详细信息

利用紧束缚电子能带结构并结合求解两能带半导体Bloch方程的方法，研究了单层h-BN的高次谐波产生过程。结果显示平行于驱动光偏振方向的谐波分量在截止区表现出异常的晶格取向依赖关系，当光子能量超过7.31 eV时，奇次谐波的取向依赖相对于较低级次的奇次谐波取向依赖表现出明显的30°角度偏移。确定了能够发生偏移的那些谐波光子能量与布里渊区M点处的载流子动力学相关。进一步的时频分析表明，当驱动光偏振沿zigzag方向时，截止区谐波仅在特定极性的激光半周期内产生，这导致了zigzag方向谐波的急剧减弱，从而造成了截止区晶格取向分布的偏移。这一现象对利用高次谐波光谱重建电子能带结构具有重要意义。

关键词：高次谐波二维材料强场动态方向依赖角度偏移

航空发动机压气机转静子高速摩擦机制研究进展

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中国表面工程 2024年

作者：裴会平杨玉磊姚利盼程冰雪清华大学高端装备界面科学与技术全国重点实验室中国科学院工程热物理研究所轻型动力实验室南京理工大学机械工程学院

航空发动机压气机转/静子高速摩擦问题已有大量研究，但缺乏相关研究进展的系统介绍。从高速摩擦磨损和能量耗散机制出发，综述相关研究成果，对先进航空发动机安全设计具有重要意义。压气机转静子工作间隙小、线速度高、气流压力温度... 详细信息

航空发动机压气机转/静子高速摩擦问题已有大量研究，但缺乏相关研究进展的系统介绍。从高速摩擦磨损和能量耗散机制出发，综述相关研究成果，对先进航空发动机安全设计具有重要意义。压气机转静子工作间隙小、线速度高、气流压力温度高，转静子径向碰磨不可避免，这种高速摩擦轻则造成涂层、叶片损伤，重则导致航空发动机“钛火”等严重事故。转静子高速摩擦受侵入速率、摩擦速度、摩擦深度等工况条件和叶片厚度、涂层硬度、材料热物性参数等摩擦配副自身特点的综合影响，摩擦磨损机制主要表现为粘着磨损、切削磨损或氧化磨损等，诸多因素中，侵入速率和摩擦速度的影响最为显著。对于高速摩擦热问题，温升预测是关键，而确定热流分配是难点，在早期基本假说基础上发展的不同热流分配计算方法，能够为摩擦温升预测提供理论依据，结合试验结果修正可提高计算可信度。高速摩擦热的产生会对摩擦磨损行为产生显著影响，而摩擦条件与摩擦机制的改变也会导致明显的能量耗散差别，进而影响摩擦热的生成和摩擦温升。首次从摩擦磨损与摩擦能量耗散角度进行系统综述，讨论引发“钛火”的摩擦热导致的温升计算方法，并提出采用流-热-固多场耦合方法开展研究的新观点。摩擦热的计算、转静子摩擦磨损机制的全面揭示和新型涂层体系的开发具有重要指导意义。

关键词：航空发动机压气机高速摩擦转静子涂层

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长距离泵浦-探测系统的阿秒精度锁定

物理学报 2024年第19期73卷 31-36页

作者：王柯俭滕浩邢笑伟董朔曹凯强江昱佼赵昆朱江峰刘文军魏志义西安电子科技大学光电工程学院中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家实验室中国科学院大学物理科学学院松山湖材料实验室北京邮电大学理学院

随着超快科学和阿秒脉冲技术的发展,基于孤立阿秒脉冲的泵浦-探测系统由于能实现对电子动力学的时间分辨测量,已成为人们开展阿秒超快过程研究不可或缺的关键技术.但要获得稳定可靠的泵浦-探测信号,需要保证泵浦与探测光之间阿秒级的高... 详细信息

随着超快科学和阿秒脉冲技术的发展,基于孤立阿秒脉冲的泵浦-探测系统由于能实现对电子动力学的时间分辨测量,已成为人们开展阿秒超快过程研究不可或缺的关键技术.但要获得稳定可靠的泵浦-探测信号,需要保证泵浦与探测光之间阿秒级的高精度同步,较大的抖动将会导致信号产生弥散、甚至被淹埋在噪声中,从而无法获得真实的物理图像.由于阿秒脉冲从产生到应用终端之间的距离通常较长,要实现阿秒时间分辨,就必须对阿秒光脉冲与泵浦光进行阿秒量级的延时锁定.针对这一问题,本文发展了一种新型的双层光路系统,通过对获得的干涉条纹进行快速傅里叶变换,将获得的时间抖动量反馈给压电平移台实时补偿光程漂移,实现了泵浦光与探测光之间阿秒量级的同步锁定.应用该方案到光路长度从1—10 m的阿秒泵浦探测系统,得到了锁定精度分别从7.64—31.76 as的结果,分析表明系统延时误差与距离呈严格的线性关系,决定数R2=0.96.本研究工作表明,使用小型干涉仪可实现对大科学装置中长距离阿秒泵浦探测系统的锁定精度进行快速检测,这对如非共线阿秒条纹相机、时间分辨光电子能谱仪、相干合成等应用具有一定的参考意义.

关键词：超快科学泵浦探测系统延时锁定