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植物茎秆柔性夹持装置刚柔耦合仿真与试验

农业机械学报 2024年第2期55卷 109-118页

作者：韩明兴李淼段宏兵徐琨余锴华中农业大学工学院武汉430070

针对现有植物茎秆夹持装置存在夹伤茎秆、夹持行程及夹持力不可调等问题,设计一种植物茎秆柔性夹持装置,夹持手内置弹簧可实现植物茎秆柔性夹持,能进行夹持力与夹持行程双调节,更好适应植物茎秆在力学试验、嫁接、茎秆切割试验等领域夹... 详细信息

针对现有植物茎秆夹持装置存在夹伤茎秆、夹持行程及夹持力不可调等问题,设计一种植物茎秆柔性夹持装置,夹持手内置弹簧可实现植物茎秆柔性夹持,能进行夹持力与夹持行程双调节,更好适应植物茎秆在力学试验、嫁接、茎秆切割试验等领域夹持需求。基于所建立夹持装置刚柔耦合仿真模型,进行夹持力、夹持行程、弹簧刚度等多因素动力学对比仿真与试验分析,以弹簧刚度为设计变量进行灵敏度及稳定性分析,研究不同弹簧刚度对柔性夹持装置夹持性能的影响。仿真与试验结果表明:装置最大夹持直径为68.8 mm,基于所构建夹持装置精准夹持力模型,可平稳调控夹持行程、速度及夹持力;随着弹簧刚度的增加,夹持力逐渐变大,夹持稳定性增加,综合比较发现当弹簧刚度为10 N/mm时,可满足装置施加400 N切割力时植物茎秆稳定夹持需求,柔性夹持力波动较小,能有效避免损伤植物茎秆。

关键词：植物茎秆柔性夹持装置稳定性分析可调夹持力刚柔耦合仿真 ADAMS

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液电混动履带底盘电液系统联合仿真与试验

农业机械学报 2024年第1期55卷 396-408,418页

作者：韩明兴徐琨廖宜涛李淼余锴华中农业大学工学院武汉430070

针对传统以液压驱动或纯电驱动的履带式农机装备功耗大、系统响应慢、电池续航短、功率扭矩输出不足等问题,本文提出了一种高效液电混动履带式行走底盘,集成了液压驱动和电驱动两套独立动力系统,双液压马达及双伺服电机的四轮驱动结构,... 详细信息

针对传统以液压驱动或纯电驱动的履带式农机装备功耗大、系统响应慢、电池续航短、功率扭矩输出不足等问题,本文提出了一种高效液电混动履带式行走底盘,集成了液压驱动和电驱动两套独立动力系统,双液压马达及双伺服电机的四轮驱动结构,可实现整机大扭矩输出,利于整机轻量化设计;通过伺服电机速度及力闭环控制,适应匹配底盘外负载的变化,可显著改善闭式液压驱动系统的动态输出特性,提高整机动态控制性能并降低工作能耗。基于AMESim与Matlab建立了电液混动系统的联合仿真模型,对比分析整机在平地直线行驶、山地爬坡、原地转向等不同工况的行驶动态性能,试验结果表明所设计的液电混合驱动履带底盘最大行驶速度可达1.1 m/s,原地转弯时间最快为2.4 s,最小转弯直径为150 cm,可实现丘陵山地复杂地形转弯及调头;履带底盘直线行驶偏移率不大于3.3%;在相同工况下与液压驱动相比,液电混合动模式下整机能耗可减少9.3%,提高了整机工作效率。

关键词：履带底盘液电混动行驶性能联合仿真

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Werner盐作为镍源和氨源光化学合成芳基伯胺

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有机化学 2024年第2期44卷 665-667页

作者：郑先舟袁伟明华中科技大学化学与化工学院武汉430074

将廉价丰富的原料转化成高附加值的精细化学品是合成化学永恒的主题.氨是化肥工业和有机化工的重要原料,全球每年通过Haber-Bosch法合成氨的总量超过1.82亿吨[1],巨大的产量和低廉的价格使其成为合成含氮化合物的理想原料.以苯胺及其衍... 详细信息

将廉价丰富的原料转化成高附加值的精细化学品是合成化学永恒的主题.氨是化肥工业和有机化工的重要原料,全球每年通过Haber-Bosch法合成氨的总量超过1.82亿吨[1],巨大的产量和低廉的价格使其成为合成含氮化合物的理想原料.以苯胺及其衍生物为代表的芳基伯胺是医药、农药、染料、功能材料及高分子材料中的关键中间体[2].工业上合成苯胺及其衍生物要经过芳烃的硝化和加氢还原过程,硝化过程中作为氮源的HNO3是通过两步Ostwald法制备的(Scheme 1,A)[3],由于使用硫酸和硝酸作为硝化试剂,该工艺反应选择性差,且会产生大量废酸,后处理困难.

关键词：反应选择性有机化工伯胺高分子材料合成化学化肥工业光化学合成含氮化合物

基于ADAMS的植物茎秆夹持装置动力学仿真与试验

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农业机械学报 2024年

作者：韩明兴李淼段宏兵徐琨余锴华中农业大学工学院

针对现有植物茎秆夹持装置存在夹伤茎秆、夹持行程及夹持力不可调等问题，设计一种植物茎秆柔性夹持装置，夹持手内置弹簧可实现植物茎秆柔性夹持，能进行夹持力与夹持行程双调节，更好适应植物茎秆在力学实验、嫁接、茎秆切割试验等领... 详细信息

针对现有植物茎秆夹持装置存在夹伤茎秆、夹持行程及夹持力不可调等问题，设计一种植物茎秆柔性夹持装置，夹持手内置弹簧可实现植物茎秆柔性夹持，能进行夹持力与夹持行程双调节，更好适应植物茎秆在力学实验、嫁接、茎秆切割试验等领域夹持需求。基于所建立夹持装置刚柔耦合仿真模型，进行夹持力、夹持行程、弹簧刚度等多因素动力学对比仿真与试验分析，以弹簧刚度为设计变量进行灵敏度及稳定性分析，研究不同弹簧刚度对柔性夹持装置夹持性能的影响。仿真与试验结果表明：装置最大夹持直径为68.8mm，基于所构建夹持装置精准夹持力模型，可平稳调控夹持行程、速度及夹持力；随着弹簧刚度的增加夹持力逐渐变大，夹持稳定性会增加，综合比较发现当弹簧刚度为10N/mm时，可满足装置施加400N切割力时植物茎秆稳定夹持需求，柔性夹持力波动较小，能有效避免损伤植物茎秆。

关键词：植物茎秆柔性夹持装置稳定性分析可调夹持力刚柔耦合仿真 ADAMS

由质子化D-A型聚合物和MoS_(2)构建S型异质结实现高效光催化析氢

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Chinese Journal of Catalysis 2024年第3期58卷 180-193页

作者：潘劲康张艾彩珺张莉华董鹏玉盐城工学院江苏省新型环保重点实验室江苏盐城224051 盐城工学院化学化工学院江苏盐城224051 盐城工学院机械工程学院江苏盐城224051

化石能源的过度消耗及其所引发的环境污染已经成为制约人类社会可持续发展的关键因素,因此开发绿色、可再生的能源已成为全球的迫切需求.氢能作为一种新型能源,具有能量密度高、清洁以及可持续等优点,备受研究者的关注.光催化分解水制... 详细信息

化石能源的过度消耗及其所引发的环境污染已经成为制约人类社会可持续发展的关键因素,因此开发绿色、可再生的能源已成为全球的迫切需求.氢能作为一种新型能源,具有能量密度高、清洁以及可持续等优点,备受研究者的关注.光催化分解水制氢技术能够将太阳能转化为可储存的清洁能源,被视为未来解决能源和环境问题的可行性方案.在过去几十年里,众多科学家致力于研发各种高效的析氢光催化剂,以推进光催化分解水制氢技术的实际应用.其中,S型异质结光催化剂因其快速的光生电荷转移效率和出色的氧化还原能力,被认为是提高光催化析氢性能的有效途径之一.本文以质子化、具有供体-受体(D-A)构型的PyDTDO-3共轭聚合物和二维层状MoS_(2)为原料,构建了一种S型异质结(PPMS),并将其用于光催化分解水制氢.红外光谱结果表明,质子化处理导致PyDTDO-3表面吸附了大量H^(+),使其Zeta电势降低,表面负电荷减少,更有利于MoS_(2)的吸附,进而形成具有紧密接触界面的PPMS S型异质结.在可见光照射下,PPMS-0.5%(即MoS_(2)占PyDTDO-3的质量百分数为0.5%)S型异质结的性能最佳,其光催化析氢效率达到75.4 mmol g^(–1)h^(–1),是纯PyDTDO-3的4.6倍.此外,在550 nm光激发下,PPMS-0.5%异质结的光催化析氢表观量子效率最高达到19.6%.光电流响应和电化学阻抗谱结果表明,PPMS异质结展现出了显著提升的光生电荷分离效率.通过密度泛函理论计算发现,PyDTDO-3和MoS_(2)具有不同的功函数,这导致费米能级间隙的产生,从而形成了内建电场.该内建电场有助于MoS_(2)上的电子自发转移到PyDTDO-3上,从而在PyDTDO-3与MoS_(2)的界面上产生了明显的差分电荷密度分布:PyDTDO-3表面带有负电荷,MoS_(2)表面则带有正电荷.在可见光激发下,得益于PyDTDO-3独特的D-A型结构,光生电子可以快速从供体(芘供体)的最高占据分子轨道传递到受体(DTDO受体)的最低未占据分子轨道(LUMO);随后,这些被激发的光生电子进入MoS_(2)的表面.利用飞秒瞬态吸收光谱研究动力学行为,结果表明,来自PyDTDO-3的LUMO电子转移加速了MoS_(2)价带的空穴消耗,这进一步证实了S型光生电荷分离机制.此外,与单组分PyDTDO-3和MoS_(2)相比,PPMS S型异质结具有较低的吉布斯自由能(ΔGH*,0.77 eV),表明它更有利于过渡态(H*)的形成以及分子氢在PPMS上的有效解吸.总之,PPMS S型异质结表现出促进的电荷定向迁移和增加的活性位点,共同增强了其光催化析氢性能.综上,本文首先对D-A构型的PyDTDO-3进行质子化处理,再与MoS_(2)复合,制备了具有紧密接触界面的S型PPMS异质结.该异质结结构显著促进了PyDTDO-3和MoS_(2)之间的电荷定向迁移;此外,通过引入MoS_(2)中丰富的S原子,增加了光催化析氢活性位点,从而大大提高了光催化析氢效率.本文为设计和开发新型高效的光催化析氢材料提供了新的思路和参考.

关键词： S型异质结质子化D-A型聚合物 MoS_(2) 光催化析氢密度泛函理论计算

SiC基底覆多层石墨烯力学强化性能分子动力学模拟

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物理学报 2024年第10期73卷 372-382页

作者：陈晶晶赵洪坡王葵占慧敏罗泽宇南昌理工学院机电工程学院南昌330044 南昌理工学院计算机信息工程学院南昌330044

微机电系统半导体SiC器件覆多层石墨烯的力学强化性能与塑性变形微观研究,将对提升该器件耐久性服役寿命期和强韧化机制理解起到显著作用.因此,本文基于分子动力学法探讨了石墨烯堆垛类型(AA和AB堆垛)和极端使役温度对其接触力学性能(... 详细信息

微机电系统半导体SiC器件覆多层石墨烯的力学强化性能与塑性变形微观研究,将对提升该器件耐久性服役寿命期和强韧化机制理解起到显著作用.因此,本文基于分子动力学法探讨了石墨烯堆垛类型(AA和AB堆垛)和极端使役温度对其接触力学性能(最大承载荷、硬度、杨氏模量、接触刚度)、微结构演化、接触质量、褶皱形貌、位错总长的影响,解释了SiC基底覆多层石墨烯力学强化的原子尺度机制.研究发现:相同使役温度下,随覆石墨烯层数增加,SiC基底微结构的棱柱形位错环演化中越早发生脆断;石墨烯AB堆垛在最大压深时的C-C键断裂会导致石墨烯优异面内弹性变形丧失,以致其最大承载性呈现断崖式下降.研究表明:SiC基底覆三层石墨烯的力学强化性能是纯SiC的2倍,该强化效应不受石墨烯堆垛类型影响,其力学强化机制主要源于多层石墨烯受载加大会引起石墨烯面内褶皱增大,从而增大界面接触刚度,触发界面接触质量减小所致.使役温度升高,会激发原子振动频率增大,诱导界面接触原子数增多,以致界面接触质量增大,而界面接触刚度随之减弱,最终引起SiC基底覆多层石墨烯力学性能随温度升高呈近似直线下降.此外,SiC基底的亚表层应力集中会诱导基底内的微结构产生滑移与演变;基底覆石墨烯层数增加可有效减小基底亚表层的应力集中分布程度,从而对基底起抗载保护作用.

关键词： SiC 多层石墨烯力学强化分子动力学接触刚度

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基于重叠网格的皮蛋喷淋涂膜仿真研究

华中农业大学学报 2024年第2期43卷 254-263页

作者：李传珍王树才雷杏子唐诗杰华中农业大学工学院武汉430070

为了加深对皮蛋喷淋涂膜工艺的认识,使用Fluent软件中重叠网格耦合VOF模型开展两相流研究,获得皮蛋不同摆放姿势下的液膜润湿比,并以膜厚变化指数为响应值,结合Box-Behnken试验筛选出悬垂液滴去除时最优吸管参数与工作压力,结果显示:尖... 详细信息

为了加深对皮蛋喷淋涂膜工艺的认识,使用Fluent软件中重叠网格耦合VOF模型开展两相流研究,获得皮蛋不同摆放姿势下的液膜润湿比,并以膜厚变化指数为响应值,结合Box-Behnken试验筛选出悬垂液滴去除时最优吸管参数与工作压力,结果显示:尖端朝下摆放的皮蛋经过喷淋后液膜润湿比为1,而钝端朝下摆放的皮蛋经过喷淋后液膜润湿比仅为0.836,筛选出最优吸管参数组合为间距14.50 mm、直径12.09 mm、工作压力6.97 kPa、膜厚变化指数预测值为0.636。在最优吸管参数组合下进行仿真试验,并利用气吸装置开展悬垂液滴去除试验,试验结果显示,膜厚变化指数仿真值与预测值的相对误差为1.73%,膜厚变化指数的实际值与预测值的相对误差为7.55%,与仿真值的相对误差为9.12%。结果表明本研究的耦合模型可用于皮蛋喷淋涂膜仿真试验。

关键词：皮蛋重叠网格喷淋涂膜悬垂液滴膜厚变化指数

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气隙膜蒸馏回收绿色氨水性能研究

膜科学与技术 2024年第1期44卷 108-113,122页

作者：石明菲刘梦飞贺清尧华中农业大学工学院武汉430070

回收沼液中的氨氮可实现低成本和低碳足迹的氮肥生产.理论上气隙膜蒸馏能以绿色氨水形式将沼液中氨氮加以回收,然而该方面的研究还较少.本文对气隙膜蒸馏以氨水形式回收沼液中氨氮的具体性能进行了研究.采用单因素实验分别研究了气隙厚... 详细信息

回收沼液中的氨氮可实现低成本和低碳足迹的氮肥生产.理论上气隙膜蒸馏能以绿色氨水形式将沼液中氨氮加以回收,然而该方面的研究还较少.本文对气隙膜蒸馏以氨水形式回收沼液中氨氮的具体性能进行了研究.采用单因素实验分别研究了气隙厚度、进料温度、初始氨氮浓度和进料流速等因素对模拟沼液中氨氮回收效率的影响.结果表明氨通量和水通量均随着进料温度的增加而增加,随着气隙厚度的增加而降低.进料流速为90 mL/min时,氨氮分离因子和氨氮脱除率均为最高值.基于单因素实验结果,采用正交实验探究气隙膜蒸馏回收氨氮的最佳实验变量组合.结果表明,气隙厚度3 mm、进料温度54℃、初始氨氮浓度800 mg/L和进料流速90 mL/min是以氨氮分离因子为评价参数时的最佳实验变量组合.

关键词：气隙膜蒸馏氨氮回收沼液氨氮分离因子

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有机液体储氢载体催化脱氢技术研究进展

天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2024年第6期57卷 557-574页

作者：潘伦韩泽昊闫晓高睿杰张香文邹吉军天津大学化工学院天津300072

绿氢(可再生能源制氢)的开发及利用是推动能源绿色转型和实现“双碳”目标的重点发展方向之一.然而,大规模绿氢的安全储运技术仍需进一步完善.以环烷烃/芳烃为主的有机液体储氢载体(LOHCs)体系因其高储氢密度、安全高效、运输方便等优... 详细信息

绿氢(可再生能源制氢)的开发及利用是推动能源绿色转型和实现“双碳”目标的重点发展方向之一.然而,大规模绿氢的安全储运技术仍需进一步完善.以环烷烃/芳烃为主的有机液体储氢载体(LOHCs)体系因其高储氢密度、安全高效、运输方便等优势成为绿氢长距离大规模输送的关键技术.相比于工艺成熟的芳烃加氢技术,富氢LOHCs(环烷烃)脱氢技术开发的难度较大,是近年来研究的热点.本文系统综述了环己烷(CH)、甲基环己烷(MCH)、十氢萘(DHN)和全氢二苄基甲苯(H18-DBT)4类典型富氢LOHCs脱氢技术的研究进展.基于目前的研究结果,阐述了单环烷烃(CH、MCH)和多环烷烃(DHN、H18-DBT)的脱氢反应路径和机理,重点从活性组分和载体两方面总结了脱氢催化剂的设计思路、构效关系和研究进展,详细分析了基于不同模型的富氢LOHCs脱氢动力学,探讨了4类典型脱氢反应装置的优缺点.总体来讲,环烷烃作为LOHCs距离工业化应用还有一段距离,继续完善环烷烃脱氢动力学和脱氢机理、提高Pt系催化剂的催化活性和稳定性、开发具有实际应用意义的非贵金属催化剂以及优化反应器结构成为未来环烷烃脱氢技术研究需要聚焦的难点.

关键词：有机液体储氢载体环烷烃催化脱氢脱氢催化剂反应动力学