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反应物化学计量比对阶梯流道URFC性能影响

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工程热物理学报 2024年第7期 2061-2067页

作者：乔佳楠郭航叶芳陈浩北京工业大学能源与动力工程学院传热强化与过程节能教育部重点实验室及传热与能源利用北京市重点实验室

本文基于一个两相、非等温模型，探究了燃料电池模式的化学计量比对一体式再生燃料电池性能的影响。结果表明，在燃料电池模式下提高反应物的化学计量比有利于促进传质与排水，但消耗的泵功会持续增加，因此电池性能的提升率随化学计量... 详细信息

本文基于一个两相、非等温模型，探究了燃料电池模式的化学计量比对一体式再生燃料电池性能的影响。结果表明，在燃料电池模式下提高反应物的化学计量比有利于促进传质与排水，但消耗的泵功会持续增加，因此电池性能的提升率随化学计量比的增加呈先上升后下降的趋势。在本文的运行工况下，当化学计量比为1.5时，燃料电池模式的净输出功最高；此外，在电池饥饿程度较高时，将化学计量比设置为1.5对充放电循环效率的提升率最高。

关键词：一体式再生燃料电池化学计量比性能提升率传质排水

基于蓄热装置辅助的燃料电池电动车供暖系统动态仿真

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汽车安全与节能学报 2024年第1期15卷 54-62页

作者：宋泽华陈浩郭航叶芳张惟博北京工业大学传热强化与过程节能教育部重点实验室及传热与能源利用北京市重点实验室北京100124 茨维考应用科学大学汽车工程学院德国茨维考08012

为了辅助燃料电池车辆预热,提升燃料电池在低温下的冷启动速率以及降低电动车能耗,该文提出了一种基于热泵和蓄热装置联合的燃料电池电动车供暖方案,并开展了燃料电池车辆系统动态仿真研究,对比了有无蓄热装置辅助的系统对车辆运行过程... 详细信息

为了辅助燃料电池车辆预热,提升燃料电池在低温下的冷启动速率以及降低电动车能耗,该文提出了一种基于热泵和蓄热装置联合的燃料电池电动车供暖方案,并开展了燃料电池车辆系统动态仿真研究,对比了有无蓄热装置辅助的系统对车辆运行过程的影响。结果表明:在寒冷运行环境下,蓄热装置可确保驾驶循环工况下循环冷却液热量来源的连续性,相较于无蓄热装置的热管理系统,热泵和蓄热联合供暖方案可使空调系统能耗下降26%;利用蓄热装置辅助的供暖系统能够改善燃料电池电动车的冬季冷启动特性,优化车辆电池系统的热管理。

关键词：燃料电池电动车热泵空调蓄热冷启动

水平前后向-垂向双轴激励下人-椅系统振动特性的机器学习建模与分析

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振动工程学报 2024年

作者：张筱璐林森宋希晨北京工业大学机械与能源工程学院北京工业大学汽车结构部件先进制造技术教育部工程研究中心

探究人-椅系统的振动传递特性对改善驾乘舒适性具有重要的实践意义，而振动环境变化、人体体征参数的个体差异性与座椅动力学因素等使得准确预测人-椅系统的动态响应较为困难。本文以双轴激励振动环境下的人-椅系统振动实验为基础，以... 详细信息

探究人-椅系统的振动传递特性对改善驾乘舒适性具有重要的实践意义，而振动环境变化、人体体征参数的个体差异性与座椅动力学因素等使得准确预测人-椅系统的动态响应较为困难。本文以双轴激励振动环境下的人-椅系统振动实验为基础，以人员体征参数和激励特征作为输入特征，结合贝叶斯超参数优化算法，对比分析了四种机器学习模型（决策树回归、支持向量机回归、高斯过程回归、人工神经网络）对地板到坐垫处的垂向同轴和水平前后向正交轴座椅频响函数的预测性能，并结合模型可解释性探究激励环境和人员体征参数与座椅频响函数及其正交轴效应的关联机理。研究表明，经超参数优化后的各个机器学习模型对预测双轴激励下的人-椅系统振动特性具有良好性能，其中人工神经网络模型与决策树回归模型分别在预测坐垫处垂向同轴与水平前后向正交轴座椅频响函数时的具有相对最佳的预测性能，其R2值分别达到0.943与0.924。同时，决策树回归模型的可解释性及对座椅频响函数共振频率及共振频率处幅值的局部预测性能也较为出色，为研究人-椅系统振动传递特性提供了一种新的研究思路。

关键词：人-椅系统双轴激励监督机器学习模型超参数优化

基于L-M算法的铝合金铸造过程界面换热系数的反问题模型

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热加工工艺 2024年第9期53卷 122-129页

作者：王一帆温治豆瑞锋于博北京科技大学能源与环境工程学院北京100083 冶金工业节能减排北京市重点实验室北京100083

铝合金铸造过程铸件-铸模之间的界面换热系数的变化非常复杂,且预测非常困难。本文基于L-M(Levenberg-Marquardt)算法建立了铝合金铸造过程传热反问题模型,通过反问题分析获得铝合金铸造过程中铸件-铸模界面换热系数。通过将铸件-铸模... 详细信息

铝合金铸造过程铸件-铸模之间的界面换热系数的变化非常复杂,且预测非常困难。本文基于L-M(Levenberg-Marquardt)算法建立了铝合金铸造过程传热反问题模型,通过反问题分析获得铝合金铸造过程中铸件-铸模界面换热系数。通过将铸件-铸模界面换热系数反演值与标准值进行比较,验证传热反问题模型的准确性。在此基础上,分析了铸模上测点位置(与铸件-铸模界面距离、相邻测点间距)和温度测量误差对铸件-铸模界面换热系数反演值的影响规律,并给出了最优的测点布置方案和温度测量误差要求。通过铝合金铸造实验,用该反问题模型能求解出铝合金凝固过程中的铸件-铸模界面换热系数。

关键词：铸造反传热模型 Levenberg-Marquardt算法界面换热系数凝固

废弃聚氯乙烯塑料衍生的氮掺杂碳纳米片活化过一硫酸盐去除水中四环素

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环境工程学报 2024年第4期18卷 1161-1171页

作者：龚焱汤琪白纯曹鹤龄廉菲王骏赵旭河北工业大学能源与环境工程学院污染控制与环境健康研究所天津300401 西南科技大学材料与化学学院绵阳621010 中国科学院生态环境研究中心环境水质学国家重点实验室北京100085

本研究分别以废弃聚氯乙烯塑料和三聚氰胺作为碳源和氮源,采用高温热处理方法制备了氮掺杂薄层纳米碳片材料,并对其活化过一硫酸盐(PMS)去除水中抗生素四环素(TC)的性能进行研究。考察了PMS浓度、催化剂投加量、pH及不同离子对TC去除的... 详细信息

本研究分别以废弃聚氯乙烯塑料和三聚氰胺作为碳源和氮源,采用高温热处理方法制备了氮掺杂薄层纳米碳片材料,并对其活化过一硫酸盐(PMS)去除水中抗生素四环素(TC)的性能进行研究。考察了PMS浓度、催化剂投加量、pH及不同离子对TC去除的影响。多种物化表征结果表明,所制备材料为薄层纳米片结构且主要由碳、氮和氧元素组成。降解实验结果表明,该催化剂具有较优的活化过一硫酸盐(PMS)去除TC的性能。在投加PMS浓度为1 mmol·L^(-1)、催化剂投加量为0.1 g·L^(-1)条件下,催化剂去除TC活性最佳,反应30 min后,TC的去除率达到98%。自由基捕获实验和电子自旋共振测试结果表明,该催化剂活化PMS降解TC过程中,起主导作用的为单线态氧、超氧自由基。重复性实验结果表明该催化剂具备较好的稳定性。本研究可为新型高效活化PMS碳基催化体系的开发及其在环境污染控制领域的应用提供参考。

关键词：过一硫酸盐氮改性碳聚氯乙烯四环素

构筑富含磷空位缺陷的磷化钯催化剂实现高效和抗CO毒化的碱性氢氧化反应

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Chinese Journal of Catalysis 2024年第1期56卷 176-187页

作者：杨玉婷石路岩梁沁睿刘奕董家新 Tayirjan Taylor Isimjan 王宝杨秀林广西师范大学化学与药学学院广西低碳能源材料重点实验室中国广西桂林541004 中山大学环境科学与工程学院中国广东广州510275 中国科学院过程工程研究所生化工程国家重点实验室中国北京100190 阿卜杜拉国王科技大学的沙特阿拉伯基础工业公司图瓦勒沙特阿拉伯

碱性阴离子交换膜燃料电池(AEMFCs)可以直接将氢的化学能转化为电能,被认为是新兴绿色氢经济的基石技术.但其阳极氢氧化反应(HOR)动力学缓慢,严重依赖于Pt基催化剂.由于Pt基催化剂极易被CO毒化、动力学过程复杂以及价格昂贵,极大限制了... 详细信息

碱性阴离子交换膜燃料电池(AEMFCs)可以直接将氢的化学能转化为电能,被认为是新兴绿色氢经济的基石技术.但其阳极氢氧化反应(HOR)动力学缓慢,严重依赖于Pt基催化剂.由于Pt基催化剂极易被CO毒化、动力学过程复杂以及价格昂贵,极大限制了其商业化应用.因此,亟需开发高效、稳定和抗CO毒化能力强的新型HOR催化剂.Pd具有与Pt相似的氢键结合能,并且比Pt储量丰富,有望成为实现HOR的候选催化剂.然而,Pd的本征催化活性和Pt相比仍有很大差距.近年来,磷化钯因具有功能多样性和高催化活性被广泛关注.此外,缺陷工程可以有效调控催化剂的表面结构,改善中间体的吸附强度,提高催化剂的催化活性.因此,构建富含缺陷的磷化钯催化剂有望提高其HOR的性能.然而,该方向研究较少,反应机理尚不清楚.因此,阐明空位缺陷对于提高磷化钯催化剂HOR性能的作用机制,对促进AEMFCs电催化反应具有重要意义.本文通过溶胶-凝胶法以及低温磷化策略合成了一种碗状半球结构的富含磷空位Pd3P@C(V_(p)-Pd_(3)P@C)催化剂,并用于碱性HOR.在磷化过程中,通过调整Pd前驱体和磷源比例以及煅烧温度,在碳碗状半球载体上合成具有不同晶相组成(Pd/Pd_(3)P@C,Pd_(3.20)P_(12)@C,Pd_(3)P@C,和Pd_(5)P_(2)@C)的Pd_(x)P_(y)@C催化剂.扫描电镜和透射电镜证实了催化剂为碗状半球形貌.利用电子顺磁共振波谱研究了Pd_(x)P_(y)@C催化剂的磷空位浓度,结果表明,Pd/P比例为1:3时,在350℃下煅烧得到的Vp-Pd_(3)P@C具有最高的磷空位浓度.X射线光电子能谱证实了磷空位促进了d-p轨道杂化,增强了Pd和磷之间的电子相互作用.电化学测试结果表明,Vp-Pd_(3)P@C具有最高的HOR性能,Vp-Pd_(3)P@C在50 mV的质量活性为1.66 mAμg_(Pd)^(–1),交换电流密度为3.2 mA cm^(–2),优于Pd3P(0.45 mAμg_(Pd)^(-1),1.78 mA cm^(–2))和商业Pt/C(0.3 mAμg_(Pd)^(-1),2.29 mA cm^(–2)).同时,该催化剂在50 mV的电位下能稳定运行20 h.此外,即使在CO浓度高达1000 ppm时,Vp-Pd_(3)P@C催化剂仍表现出较好的HOR活性.紫外光电子能谱证实了Vp-Pd_(3)P@C中的Pd原子呈现缺电子状态,这不利于Pd 4d轨道对CO 2π^(*)轨道的电子反馈,降低了Pd和CO的键合强度,进而减弱了Pd对CO分子的吸附,从而增强了其抗CO中毒的能力.密度泛函理论计算结果表明,相较于磷空位浓度较少的Pd_(3)P@C催化剂,富含磷空位缺陷的Vp-Pd_(3)P@C催化剂能够优化和平衡反应中间体(Hads和OHads)的吸附强度,使速率决定步骤从H_(2)O^(*)的解吸转换到H_(2)O的形成,促进了Volmer反应(Hads+OHads→H_(2)O+2^(*)sites)的进行,进而提升了催化活性.系统实验和表征结果表明,Vp-Pd_(3)P@C较好的HOR性能可归因于以下3个因素:(1)空心碗状结构大大地增加了固-液-气三相接触点,加速了HOR的传质过程;(2)磷空位产生的局部反应活性和有利的电子结构优化了Hads和OHads的吸附强度,极大地促进了Volmer步骤;(3)丰富的磷空位打破了原有的周期性晶体结构,形成了新的电子结构,有效地抑制了电子从Pd 4d轨道到CO 2π^(*)轨道的反馈,提高了Vp-Pd_(3)P@C对CO的耐受能力.综上,本文通过缺陷工程策略调控了Vp-Pd_(3)P@C中活性位点与HOR关键中间体的相互作用,明确了空位缺陷浓度与HOR活性之间的构效关系.并从碱性HOR反应机理,CO分子与金属催化剂的轨道相互作用以及结构设计三个方面总结了高效和稳定的HOR催化剂的设计原则.目前,由于界面环境的复杂性和缺乏原位技术,催化剂表面上痕量中间体的光谱信息难以获得,未来可在开发原位技术监测HOR过程中间体和催化剂的组分变化方面做出更多的努力,以促进AEMFCs的商业化应用.

关键词：氢氧化反应 CO耐受性磷空位 V_(p)-Pd_(3)P@C 碗状半球

基于混合深度学习的压气机喘振快速诊断及自抗扰控制方法

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中国舰船研究 2024年第2期19卷 187-196页

作者：孙守泰汤冰薛亚丽孙立东南大学能源与环境学院江苏南京210018 东南大学能源热转换与控制教育部重点实验室江苏南京210018 中国航空工业集团公司金城南京机电液压工程研究中心江苏南京211100 清华大学能源与动力工程系北京100084 清华大学电力系统国家重点实验室北京100084

[目的]为了提升压气机设备安全、稳定运行的水平,提出一种基于混合深度学习参数辨识的喘振状态快速诊断方法,以及一种用于实现压气机退喘的自抗扰控制策略。[方法]首先,采用长短期记忆神经网络(LSTM)处理压气机参数辨识输入输出数据的... 详细信息

[目的]为了提升压气机设备安全、稳定运行的水平,提出一种基于混合深度学习参数辨识的喘振状态快速诊断方法,以及一种用于实现压气机退喘的自抗扰控制策略。[方法]首先,采用长短期记忆神经网络(LSTM)处理压气机参数辨识输入输出数据的时序关系,并融入高斯过程回归(GPR)的区间概率估计能力,提出一种基于LSTM和GPR结合(LSTM-GPR)的混合深度学习参数辨识算法,进而实现对压气机喘振状态的快速诊断;然后,基于自抗扰控制方法对压气机的节流阀参数进行控制,通过控制量对压气机节流阀参数的补偿,实现对压气机喘振状态的准确控制。[结果]结果表明,混合深度学习参数辨识算法可以实现对压气机临界Greitzer参数的准确辨识,能快速、准确地判断出压气机是否处于喘振状态,并且基于自抗扰控制的控制策略,可以使压气机有效退出喘振状态,相比传统的PID控制和非线性反馈控制等控制方法,所提方法快速、有效,可保证压气机的工作范围。[结论]提出的参数辨识和自抗扰控制方法能够用于压气机的喘振诊断和主动控制,可提升压气机的安全性与稳定性。

关键词：压气机喘振诊断混合深度学习模型自抗扰控制

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化学链燃烧减排二氧化碳技术展望

绿色矿山

绿色矿山 2024年第2期 206-220页

作者：刘通王辰宋毅文曾德望东南大学能源与环境学院东南大学能源热转换及其过程测控教育部重点实验室

化学链燃烧是一种新型的燃料转化技术，利用载氧体在气固相之间传递氧原子，实现了燃料的高效燃烧和CO2的原位分离。该技术的核心在于载氧体和反应器的高效设计。然而，面临的挑战包括载氧体的反应活性低，易于烧结失活；反应器与燃料... 详细信息

化学链燃烧是一种新型的燃料转化技术，利用载氧体在气固相之间传递氧原子，实现了燃料的高效燃烧和CO2的原位分离。该技术的核心在于载氧体和反应器的高效设计。然而，面临的挑战包括载氧体的反应活性低，易于烧结失活；反应器与燃料的耦合匹配难度大，装置的优化设计与工业放大技术尚未成熟。鉴于此，综述了化学链燃烧中载氧体和反应器的设计与应用的研究进展。首先，综述了当前载氧体的研究现状和设计理念，单金属氧化物制备流程短、高温反应活性高，但其在长期高温反应中的稳定性受限；多元复合金属氧化物借助金属间的协同作用，优化了载氧体的抗烧结能力，显著改善了载氧体的反应活性和长周期循环稳定性；采用工业废物作为载氧体显示出了环境和经济双重价值；液态载氧体具有良好的高温适应性和流动混合特性，但面临着成本和稳定性的挑战。其次，详细介绍了化学链燃烧反应装置的研究现状，对比了流化床、固定床和旋转床反应器的工作原理、优势和不足，分析它们对于燃料类型、反应条件的适应性以及转化特性。流化床反应器具有良好的传热和传质特性，同时也对载氧体的物理性能要求较高；固定床反应器结构简单，但在大规模应用中传热效率受到限制；旋转床反应器能够较好的结合系统的灵活性和效率。最后，对载氧体和反应器的开发设计进行分析和展望，以期为后续化学链燃烧技术的优化设计和工程示范提供参考。

关键词：化学链燃烧载氧体反应器数值模拟 CO2捕集

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煤系关键金属矿产:来自乌金的馈赠

矿物岩石地球化学通报 2024年第1期43卷 267-270页

作者：冯佳伟滕凯炎刘晶晶代世峰王宁贾荣坤煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室江苏徐州221008 中国矿业大学资源与地球科学学院江苏徐州221116 中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院北京100083 山西工程技术学院地球科学与工程系山西阳泉045000

煤炭是我国的主导能源,也是重要的工业原料,纵观当今全球石油、天然气和新能源的战略格局,能源发展正处于油气替代煤炭、非化石能源替代化石能源的双重更替期,新能源和可再生能源对化石能源,特别是对煤炭的增量替代效应明显。虽然如此,... 详细信息

煤炭是我国的主导能源,也是重要的工业原料,纵观当今全球石油、天然气和新能源的战略格局,能源发展正处于油气替代煤炭、非化石能源替代化石能源的双重更替期,新能源和可再生能源对化石能源,特别是对煤炭的增量替代效应明显。虽然如此,但煤炭在我国经济发展中的战略地位依旧不可动摇。基于我国“富煤、贫油、少气”的能源禀赋特征,在可预见的未来,以煤炭为主体的能源结构将保持不变。然而,随着人类环保意识的日渐增强以及对新能源的开发和利用,煤炭被归于陈旧的、低效率的、对环境有污染的能源,煤炭产业迫切需要转型来适应经济社会发展的需求。而同时,随着科学家对煤地质学以及煤炭物质组成认识的不断深入,“煤系关键金属矿产”这一重要研究方向应运而生,对激发煤炭新的生命活力和开启关键金属“黑金时代”具有重要的科学价值和社会意义。

关键词：替代效应我国经济发展人类环保意识金属矿产煤炭产业非化石能源煤地质学能源结构