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浮式风机气动推力和扭矩同时满足相似条件的模型试验方法研究

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中国造船 2024年第2期65卷 86-101页

作者：郝红彬郑兴陈淑玲香港理工大学土木与环境工程学系中国香港999077 哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨150001 江苏科技大学船舶与海洋工程学院镇江212003

在风浪水池中基于弗劳德相似开展的浮式风机模型试验无法同时满足雷诺相似,导致模型风机难以同时满足推力和扭矩相似。基于气动推力和扭矩相似条件,应用模型叶片几何重构方法重新求解模型风机的叶轮转速和叶片桨距角,提出了一种风机气... 详细信息

在风浪水池中基于弗劳德相似开展的浮式风机模型试验无法同时满足雷诺相似,导致模型风机难以同时满足推力和扭矩相似。基于气动推力和扭矩相似条件,应用模型叶片几何重构方法重新求解模型风机的叶轮转速和叶片桨距角,提出了一种风机气动推力和扭矩同时满足相似要求的试验方法。首先进行风洞模型试验,验证模型风机可在全风速范围内同时满足推力相似和扭矩相似要求;然后通过数值模拟验证实型和模型关于风机和浮式支撑平台之间相互作用的相似性,结果表明缩尺模型试验能较准确地预报实型系统的运动响应以及风机的气动推力和扭矩。

关键词：模型试验浮式风机气动推力相似气动扭矩相似

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沟谷地形下非均匀条带开采采场结构参数优化

中国矿业 2024年第1期33卷 130-137页

作者：王其虎刘一航武汉科技大学资源与环境工程学院湖北武汉 430081

沟谷地形下的缓倾斜矿层原岩应力场受地形影响较大,同一采区甚至盘区的采场所处的地应力环境有较大差异,采用与此种特殊地应力环境相匹配的采场结构参数对矿区的高效开采有重要意义。本文以宜昌晒旗河矿区为工程背景,提出非均匀条带开... 详细信息

沟谷地形下的缓倾斜矿层原岩应力场受地形影响较大,同一采区甚至盘区的采场所处的地应力环境有较大差异,采用与此种特殊地应力环境相匹配的采场结构参数对矿区的高效开采有重要意义。本文以宜昌晒旗河矿区为工程背景,提出非均匀条带开采方案,运用简支梁理论、弹塑性理论计算条带采留宽度,采用FLAC3D软件分别对采用均匀条带开采和非均匀条带开采的采场进行数值模拟,从应力、位移变化及塑性区分布规律等方面分析了采场稳定性特征。研究结果表明:相比于全部采场结构参数按矿体最大埋深计算的均匀条带开采方案,不同埋深采用不同采留宽度的非均匀条带开采方案使采场的应力分布更为均匀,在保证采场稳定的前提下,提升了生产能力,对沟谷地形下采场结构参数优化具有一定借鉴意义。

关键词：沟谷地形非均匀条带开采采宽留宽

量子化学计算在煤炭清洁高效转化微观机制的应用

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洁净煤技术 2024年第2期30卷 36-47页

作者：马雪璐张子涵解强中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院北京100083

为推进实现碳达峰、碳中和的目标,煤炭作为我国能源结构的基础原料,其利用的清洁化、高效化需要持续深化内涵。量子化学作为解释微观结构及作用机制的重要理论,目前已被广泛应用于煤化学领域,为煤炭研究提供更多微观信息,以促进煤炭清... 详细信息

为推进实现碳达峰、碳中和的目标,煤炭作为我国能源结构的基础原料,其利用的清洁化、高效化需要持续深化内涵。量子化学作为解释微观结构及作用机制的重要理论,目前已被广泛应用于煤化学领域,为煤炭研究提供更多微观信息,以促进煤炭清洁高效利用技术的发展。基于此,概述了量子化学计算在优化煤炭模型分子结构、探讨煤炭清洁高效转化反应机理和明确反应影响因素作用机制3方面的应用,重点对煤热解、燃烧、气化及液化过程中存在的微观问题进行分析、梳理,涉及煤的热解和燃烧过程中的氮元素迁移转化机理、煤基特征官能团与CO_(2)的气化特性、煤液化微观机理中的氢转移反应,以及气氛和催化剂等因素的作用机制等,最后就匹配煤炭变质程度的演变模型、煤炭反应过程中的多因素作用影响机制、完整转化机理、催化剂优化、创新集成工艺等问题,对量子化学在煤炭清洁高效转化领域中有待深入挖掘的科学问题进行了总结与展望,力图为煤炭清洁转化利用技术的研究和应用提供启示。

关键词：量子化学煤热解煤燃烧煤气化煤液化密度泛函理论

沥青基碳纤维的制备工艺、反应机理及调控方法

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洁净煤技术 2024年第1期30卷 110-123页

作者：刘金昌严作贤王欣雨解强梁鼎成中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院北京100083

沥青基碳纤维是重要的工程碳纤维之一,在航空航天、国防军工等领域具有广泛应用。沥青基碳纤维制备流程长、影响因素多,归咎于对其制备工艺、反应机理及调控方法的认识不足,迄今工业化生产强度性能优异的沥青基碳纤维仍面临诸多困难。... 详细信息

沥青基碳纤维是重要的工程碳纤维之一,在航空航天、国防军工等领域具有广泛应用。沥青基碳纤维制备流程长、影响因素多,归咎于对其制备工艺、反应机理及调控方法的认识不足,迄今工业化生产强度性能优异的沥青基碳纤维仍面临诸多困难。以碳纤维生产流程为主线,针对原料预处理、沥青前驱体调制、熔融纺丝、预氧化及炭化与石墨化的现状、方法、机理及调控进行深入探讨分析。沥青基碳纤维的原料有煤系、石油系、生物质系、高分子系和纯化合物,原料预处理方法主要有蒸馏和萃取;沥青前驱体的调制本质是以氢转移反应和自由基反应并行的液相炭化反应,包括环化、芳构化、低聚和缩聚等复杂的反应过程。芳烃低聚物在高温下缩聚形成稠环芳烃片状大分子的基本结构单元,基本结构单元经过热运动不断聚集,形成聚集体;由于范德华力作用使基本结构单元相互堆叠,形成平行堆积体,进而通过层积、堆积等过程形成基本构筑单元聚集体。基本构筑单元聚集体在不同反应条件下可以转变为长程无序、短程有序的难石墨化结构,也可以转变为长程有序、短程有序的易石墨化结构。以煤系、石油系和生物质系物质为原料调制沥青前驱体时,因其反应活性好,通常选用设备简单、操作容易、成本低廉的热缩聚法;而当以萘、甲基萘等纯化合物为原料时,因其反应活性差,需要较高的温度才能引发自由基反应,故通常采用催化合成法。熔融纺丝宏观上起到塑型的作用,通过改变纺丝参数和喷丝板的形状分别可以调节碳纤维的直径和形状;此外,熔融纺丝对中间相沥青前驱体的重排分子作用尤为明显,使得石墨微晶更易沿轴向一维排列形成有序的石墨晶体结构。为使沥青纤维在炭化过程中不发生融化,需要将沥青纤维由热塑性转变为热固性,即通过轻微的氧化反应,让沥青中的稠环芳烃分子经历氧化、缩合、分解和脱水,从而形成特定的交联结构,最终在纤维结构中生成一定量的含氧官能团。炭化是使预氧化后的纤维经过复杂的化学反应和结构转变形成具有炭材料分子结构特征的碳纤维。炭化过程中,石墨微晶发生重排,非碳原子被移除,碳元素含量进一步升高;经过石墨化后,石墨晶体结构更加完整、取向度更高,使碳纤维向石墨纤维转变,强度性能更加优异。另外,针对沥青基碳纤维的突破方向,提出了从分子维度定向可控制备的思路;并为碳纤维生产过程中耗时耗能的预氧化步骤的优化改进提供了具体方法。

关键词：碳纤维沥青基制备机理调控

基于物理信息变分自编码器的计算流体动力学修复

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北京邮电大学学报 2024年第4期47卷 29-35,43页

作者：王佳敏颜哲熙王笑琨张雅斓郭宇北京科技大学智能科学与技术学院北京100083 北京科技大学顺德创新学院佛山528300 北京科技大学北京材料基因工程高精尖创新中心北京100083 北京科技大学计算机与通信工程学院北京100083

为修复噪声干扰或局部缺失的流体流动数据,实现精确的流体动力学分析,提出了一种基于物理信息的变分自编码器模型。首先,利用变分自编码器学习流体流动的潜在表示;其次,将时空坐标信息与流体流动的潜在表示结合,通过自动微分技术获得解... 详细信息

为修复噪声干扰或局部缺失的流体流动数据,实现精确的流体动力学分析,提出了一种基于物理信息的变分自编码器模型。首先,利用变分自编码器学习流体流动的潜在表示;其次,将时空坐标信息与流体流动的潜在表示结合,通过自动微分技术获得解码后的流场信息关于时空坐标输入的偏导数;最后,引入流体动力学的物理先验信息,构造物理约束损失项,使得生成的数据同时符合流动关键特征和底层物理定律,从而增强了流体流动的物理一致性和重建精度,并且提供了一定的可解释性。实验结果表明,所提模型在处理流场噪声和数据缺失问题方面比现有方法具有更高的精度,并且在二维和三维复杂涡旋流场中都证明了其有效性。

关键词：人工智能计算流体动力学物理先验数据去噪流场重建

基于预涂纳米碳-十二烷基硫酸钠复合基质的基质辅助激光解吸电离质谱分析与猪脑组织切片质谱成像

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分析化学 2024年第7期52卷 985-1002页

作者：庄思佳沈钰琳杨帆龚灿许旭上海应用技术大学化学与环境工程学院

纳米材料基质对基质辅助激光解吸电离质谱（MALDI-MS）的小分子分析具有独特优势。本研究在比较不同表面活性剂的基础上，建立了预涂纳米碳-十二烷基硫酸钠（SDS）复合基质的方法，避免了纳米碳颗粒作为基质使用时易团聚的问题。实验结... 详细信息

纳米材料基质对基质辅助激光解吸电离质谱（MALDI-MS）的小分子分析具有独特优势。本研究在比较不同表面活性剂的基础上，建立了预涂纳米碳-十二烷基硫酸钠（SDS）复合基质的方法，避免了纳米碳颗粒作为基质使用时易团聚的问题。实验结果表明，纳米碳-SDS复合预涂基质能够有效抑制纳米基质背景离子峰，显著提高待测成分质谱峰的强度和信噪比。在优化的条件下分析胆固醇、1,2-二棕榈酰-sn-甘油-3-磷酰胆碱（DPPC）和三油酸甘油酯标准品，MS峰强度的点内重复性（RSD）≤5%，点间重复性≤7%。在0.05～1.0 mg/mL范围内测定环磷腺苷和DPPC两种样品时，峰强度与浓度的线性相关系数R2>0.993，显示出较好的定量分析潜力。将纳米碳-SDS复合预涂基质用于猪脑组织的MALDI-MS成像，观察到了猪脑白质和脑灰质中的成分分布差异，显示纳米碳-SDS复合预涂基质具有可用于MALDI-MS成像的潜力。

关键词：基质辅助激光解吸电离质谱纳米碳基质十二烷基硫酸钠组织切片质谱成像

来源：博看期刊

MOFs耦合木材复合材料在环境修复方面应用研究进展

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工程科学与技术 2024年第4期56卷 11-23页

作者：彭荣富朱新锋王军宁张金辉王超海翟尚儒大连工业大学轻工与化学工程学院辽宁大连116034 河南城建学院市政与环境工程学院河南平顶山467041 浙江科技大学环境与资源学院浙江杭州310023

在中国积极倡导“绿水青山就是金山银山”的绿色发展理念下,开发高效、低成本、零污染的先进可循环污染物去除技术,对于实现“绿水青山”目标至关重要。然而,当前主流的污染物去除技术,如活性炭吸附、高级氧化、膜分离等,虽具备成本优势... 详细信息

在中国积极倡导“绿水青山就是金山银山”的绿色发展理念下,开发高效、低成本、零污染的先进可循环污染物去除技术,对于实现“绿水青山”目标至关重要。然而,当前主流的污染物去除技术,如活性炭吸附、高级氧化、膜分离等,虽具备成本优势,却常伴随去除效率低、能耗高及二次污染等问题。在此背景下,以纳米材料为核心的环境纳米技术(涵盖吸附、催化、膜分离等领域)凭借其高效性和功能多样性,在环境修复领域引发了广泛关注。金属有机骨架材料(MOFs)作为一类由金属离子与有机配体构筑的、具有1~3维结构的多功能晶态材料,因其有序的孔道结构、丰富的化学组成及高比表面积,在环境修复领域展现出良好的应用前景。然而,MOFs的粉末形态及其固有的易碎性、不宜加工性及低相容性,限制了其在回收、成型等方面的应用,从而阻碍了其在实际场景中的广泛推广。生物质材料,特别是木材,因其种类丰富、成本低廉及天然的高孔隙率等特性,在环境修复领域备受青睐。木材的多维孔道结构、丰富的羟基/羧基官能团以及良好的加工性能,使其成为固定粉末状MOFs的理想载体。近年来,国内外学者利用木材的这些本征特性,将MOFs作为新型载体,引入功能化纳米粒子或非均相催化剂等活性组分,构建了一系列新型复合结构体系,这些体系在木材、纤维素、凝胶等生物质及其衍生物基复合材料的制备和生物质催化转化中展现出巨大潜力。本文系统阐述了MOFs与木材的耦合策略,包括混合浸泡法、真空浸渍法、溶剂热法及原位生长法等,并深入解析了MOFs负载于木材表面形成MOFs/木材复合材料的机理,如物理吸附、润湿作用、毛细现象及构造成核位点等。同时,梳理并总结了当前MOFs材料在生物质及其衍生化学品领域的研究进展,重点讨论了MOFs/木材复合材料在气相污染物吸附、重金属离子去除、有害颗粒物过滤及高级氧化等环境修复领域的应用现状,并阐明了MOFs微观结构设计与复合材料宏观性能之间的内在联系。最后,展望了MOFs/木材复合材料未来发展所面临的机遇与挑战,为构建面向环境实际应用的MOFs基复合材料提供了新视角,有望进一步推动其在环境修复领域的广泛应用。

关键词：金属有机骨架材料(MOFs) 木材环境修复水处理

钢铁工业CCUS全流程降碳体系构建与技术进展

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钢铁 2024年第9期 226-235页

作者：田京雷柴雅宁崔永康邢奕王雪琦苏伟河钢集团有限公司战略研究院北京科技大学能源与环境工程学院

探讨了钢铁工业碳捕集、利用与封存（CCUS）技术的发展特征、全流程降碳体系构建以及技术进展。阐述了钢铁工业碳排放特征、碳减排技术发展现状，以及CCUS技术的发展特征，钢铁工业作为重工业的重要组成部分，钢铁生产过程中煤炭等化石... 详细信息

探讨了钢铁工业碳捕集、利用与封存（CCUS）技术的发展特征、全流程降碳体系构建以及技术进展。阐述了钢铁工业碳排放特征、碳减排技术发展现状，以及CCUS技术的发展特征，钢铁工业作为重工业的重要组成部分，钢铁生产过程中煤炭等化石燃料的燃烧导致了大量的碳排放，中国虽然近年来对CCUS的重视程度不断提升，但整体仍处于发展初期，尚需进一步完善技术和政策支持。构建“6C”体系，打造CCUS全流程一体化解决方案，详述了包括碳捕获、利用、封存、核证、监测以及资产等6个环节的技术、策略和应用案例，以及如何通过优化实现降低碳排放的目标，同时也为其他工业领域提供了宝贵的碳排放控制经验和参考。分析了钢铁工业CCUS技术在典型钢铁场景应用的进展，提出了3条碳减排路径，传统高炉CCUS路线通过对部分高炉煤气的源头碳捕集与分离进行CO循环与CO2利用；基于目前碳捕集能耗与成本偏高问题提出末端烟气直接固碳路线降低捕集端CO2纯度；氢冶金耦合CCUS路线通过可再生能源制氢与CCUS结合得到绿色甲醇。3条碳减排路径的实施将推动传统长流程减碳、碳源输入减少、碳资源利用与生产过程结合并实现产品高附加值利用，未来示范项目的规模化开展将实现钢铁工业CO2内循环与跨行业利用，并提出了推动钢铁工业CCUS技术发展的建议和展望。

关键词：钢铁工业碳减排 CCUS 全流程降碳体系

炼钢过程反应热力学与动力学及其在数值模拟仿真的应用研究进展

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工程科学学报 2024年第11期46卷 1960-1977页

作者：王举金张立峰任英北方工业大学机械与材料工程学院北京100144 北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083

炼钢过程需要完成钢液的脱碳、脱硫、脱磷、脱氧等一系列操作,是一个复杂的多因素控制过程,反应器内温度高且不均匀,多相化学反应同时发生,相际之间质量、动量和热量传输相互耦合,准确预报和控制炼钢过程一直是钢铁冶炼的难点和冶金工... 详细信息

炼钢过程需要完成钢液的脱碳、脱硫、脱磷、脱氧等一系列操作,是一个复杂的多因素控制过程,反应器内温度高且不均匀,多相化学反应同时发生,相际之间质量、动量和热量传输相互耦合,准确预报和控制炼钢过程一直是钢铁冶炼的难点和冶金工作者的研究热点.本论文总结了近年来炼钢过程反应热力学和动力学以及其在数值模拟仿真方面的研究进展.在反应热力学方面,钢液活度计算模型主要有Wagner相互作用系数模型、统一相互作用系数模型和缔合物模型,在现阶段,Wagner相互作用系数模型仍是应用最为广泛的钢液活度计算模型,但随着新钢种的开发,这一模型的普适性遇到了挑战,钢液活度的计算亟需开发新模型、补充新数据;熔渣活度计算模型主要有分子理论模型、离子理论模型、正规离子溶液模型、修正的准化学模型和共存理论模型.通过反应动力学模型,炼钢过程钢液、渣和非金属夹杂物随时间的变化能够被较为准确的预报出来,如多组分耦合反应模型、有效平衡反应区模型和未反应核模型等,但反应动力学模型中的传质系数多是通过经验公式确定,无法准确表征不同反应器内的动力学.通过将反应动力学与三维数值模拟仿真相耦合,揭示了Kambara reactor铁水预处理脱硫过程和Ruhrstah-Hereaeus精炼钢液脱碳过程反应器内钢液成分的三维分布及其随时间演变,但综合考虑钢、渣、夹杂物、耐火材料、合金等多相多元反应的三维数值模拟仿真尚没有较为成熟的模型,仍需要进一步深入研究.

关键词：炼钢热力学动力学模拟仿真过程预报多相反应