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低压断路器机械特性状态监测方法研究

电工技术学报 2022年第13期37卷 3317-3330页

作者：胡博凯李奎牛峰赵成晨省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室(河北工业大学) 天津300130 河北省电磁场与电器可靠性重点实验室(河北工业大学) 天津300130

低压断路器作为低压配电系统中重要的保护装置,主要用于切断和接通负荷电路以及断开故障电路,以保证系统安全稳定运行。断路器内部机械部件的可靠运行对其操作性能至关重要,随着操作次数的增加,断路器的机械特性将逐渐退化,最终破坏操... 详细信息

低压断路器作为低压配电系统中重要的保护装置,主要用于切断和接通负荷电路以及断开故障电路,以保证系统安全稳定运行。断路器内部机械部件的可靠运行对其操作性能至关重要,随着操作次数的增加,断路器的机械特性将逐渐退化,最终破坏操作机构的正常运动,进而引起合分闸失败,甚至对配电系统造成影响。为了准确监测低压断路器的机械特性,提出基于操作机构运动特性的低压断路器机械特性状态监测方法。首先,根据操作机构的运动特性分析机构合分闸过程中的旋转特征,并选取能够反映操作机构性能的特征量;其次,定量分析触头磨损、机构磨损和分闸弹簧断裂对机构性能的影响,通过实时监测特征量的变化实现机械部件性能的诊断;最后,通过定量计算触头超程性能退化对分闸能量和机构性能的影响,实现触头超程状态的监测。实验结果表明,所提方法能够有效监测低压断路器机械部件的状态信息,实现触头超程状态的准确评估,为低压断路器机械特性状态监测与诊断提供一种新方法。

关键词：低压断路器机械操作机构触头超程状态监测

融合多维超声时频域特征的锂离子电池荷电状态估计

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电工技术学报 2023年第17期38卷 4539-4550,4563页

作者：刘素贞陈云龙张闯金亮杨庆新省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室(河北工业大学) 天津300130 河北省电磁场与电器可靠性重点实验室(河北工业大学) 天津300130

准确地估计锂离子电池的荷电状态(SOC)对电动汽车的安全运行至关重要。传统方法通过电池电压、电流、温度等参数估计SOC,但参数依赖对电极行为的测量,且易受阻抗、充放电速率等因素影响。相对于传统信号,超声信号可区分电池材料物理性... 详细信息

准确地估计锂离子电池的荷电状态(SOC)对电动汽车的安全运行至关重要。传统方法通过电池电压、电流、温度等参数估计SOC,但参数依赖对电极行为的测量,且易受阻抗、充放电速率等因素影响。相对于传统信号,超声信号可区分电池材料物理性质的微小变化,从而准确地表征电池状态。该文首先通过连续均匀分层介质模型研究了超声波在电池内部的传播过程,进而分析了电池材料物理性质对超声波传播特性的影响;其次,搭建了锂离子电池超声检测平台,提取了多维超声时频域特征,并利用超声特征解释了电池内部的电化学过程;最后,通过长短时记忆神经网络建立了融合多维超声时频域特征的锂离子电池SOC估计模型,对比了融合不同特征对SOC估计精度的影响。实验结果表明,融合多维超声时频域特征可以有效提高SOC估计的精度。在动态工况下,SOC估计的方均根误差在1.46%以内,平均绝对误差在1.15%以内,验证了方法的有效性和准确性。

关键词：锂离子电池荷电状态超声检测长短时记忆神经网络多维超声特征

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基于区域电压的锂离子电池不均匀发热模型

电工技术学报 2022年第21期37卷 5627-5636页

作者：刘素贞陈晶晶张闯金亮杨庆新省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室(河北工业大学) 天津300130 河北工业大学河北省电磁场与电器可靠性重点实验室天津300130

锂离子电池温度空间分布的不均匀性随着放电倍率的增大而加剧,严重影响电池寿命和安全性。针对锂离子电池放电过程中温度空间分布不均匀的情况,提出一种新的基于区域电压的不均匀发热模型,用来实时预测电池温度分布。考虑电池尺寸和热特... 详细信息

锂离子电池温度空间分布的不均匀性随着放电倍率的增大而加剧,严重影响电池寿命和安全性。针对锂离子电池放电过程中温度空间分布不均匀的情况,提出一种新的基于区域电压的不均匀发热模型,用来实时预测电池温度分布。考虑电池尺寸和热特性,将电池分为九个区域并进行开路电压测试,实时记录每个区域表面温度变化,采用每10%荷电状态(SOC)下降期间测量的表面温度和环境温度数据计算得到区域电压,根据区域电压获得电池的区域发热量,并建立三维仿真模型得到电池温度空间分布。使用该不均匀发热模型预测了放电倍率为0.5C、1C、2C、3C和4C时的电池温度空间演变,仿真结果显示该模型能捕获温度的不均匀分布,并通过实验验证,温度误差在1℃以内,相对误差在5%以内,表明该模型能够对温度分布进行有效监测。

关键词：锂离子电池温度空间分布区域电压不均匀发热温度监测

NaCl溶液中20SiMn钢表面耐蚀性对硅酸钠浓度的响应机制研究

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表面技术 2023年第7期52卷 197-207页

作者：贺泽权曹凤婷王铁钢李涛杲广尧刘艳梅范其香徐栋天津职业技术师范大学天津高速切削与精密加工重点实验室天津300222 中国石油化工股份有限公司天津分公司装备研究院天津300451 云南省博物馆昆明650021

目的研究20SiMn低合金钢表面对3.5%NaCl溶液中不同硅酸钠浓度的响应机制,揭示硅酸钠作用下金属表面的缓蚀机理。方法采用开路电位、动电位极化曲线、电化学阻抗谱和Mott-Shottky曲线测试样品表面的耐蚀性能和硅酸钠的吸附行为,并通过SE... 详细信息

目的研究20SiMn低合金钢表面对3.5%NaCl溶液中不同硅酸钠浓度的响应机制,揭示硅酸钠作用下金属表面的缓蚀机理。方法采用开路电位、动电位极化曲线、电化学阻抗谱和Mott-Shottky曲线测试样品表面的耐蚀性能和硅酸钠的吸附行为,并通过SEM观察浸泡后的样品表面形貌,使用EDS和XPS分析腐蚀产物的元素和成分。结果随硅酸钠浓度的增加,20SiMn钢存在从活性溶解向表面钝化的演变过程,在所研究的浓度范围内,缓蚀效率在含有0.0125 mol/L硅酸钠的氯化钠溶液中到达最高值(95.92%)。当添加硅酸钠缓蚀剂后,20SiMn钢表面可形成一层由铁氧化物和SiO_(2)组成的复合膜层,其中Si O_(2)的吸附方式以物理吸附为主导,且随着硅酸钠浓度的增大,表面产物中Si含量逐渐降低。XPS分析表明,样品表面产物逐渐从单一的FeOOH转变为Fe3O4和Fe OOH的混合物,而Fe OOH对Si O_(2)具有更强的亲和力,Fe3O4则相对较弱,因此高硅酸钠浓度下的产物不利于Si O_(2)的吸附。此外,高浓度硅酸根离子的水解引发了溶液中OH–浓度的升高,水解产生的不溶性硅醇结构相互之间形成了交联结构,致使发挥缓蚀作用的吸附态Si O_(2)的量降低,复合膜层的致密性降低。结论硅酸钠对3.5%NaCl溶液中20SiMn低合金钢的腐蚀存在缓蚀作用,但由于腐蚀产物的组成变化和缓蚀剂本身的水解作用,在形成钝化的前提下,硅酸钠浓度不宜过高。

关键词：缓蚀剂 XPS 硅酸钠动电位极化曲线 EIS

V_(2)CO_(2) MXene负载过渡金属单原子催化剂氧还原和氢氧化活性的DFT研究

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Chinese Journal of Catalysis 2021年第10期42卷 1659-1666页

作者：邓忠晶郑星群邓明明李莉李静魏子栋重庆大学化学化工学院重庆市理论与计算化学重点实验室洁净能源与资源化工过程重庆市重点实验室输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室重庆400044

开发廉价且高性能的电催化剂对推动燃料电池的商业应用具有重要意义.二维(2D)MXenes和单原子(SAs)催化剂是催化研究中的两个前沿领域.2D MXenes材料具有独特的几何和电子结构,能够有效调节负载SAs的催化性能.而负载的SAs又会反过来影响2... 详细信息

开发廉价且高性能的电催化剂对推动燃料电池的商业应用具有重要意义.二维(2D)MXenes和单原子(SAs)催化剂是催化研究中的两个前沿领域.2D MXenes材料具有独特的几何和电子结构,能够有效调节负载SAs的催化性能.而负载的SAs又会反过来影响2D MXenes材料的本征活性,使2D MXenes形成更加丰富的活性位,进而提升其催化性能.为了拓展2D负载SAs催化剂在燃料电池中的应用,本文采用密度泛函理论(DFT)计算,系统地研究了V_(2)CO_(2) MXenes负载过渡金属(TM,包括一系列3d、部分4d和5d金属)SAs催化剂的稳定结构、电子结构及其催化氧还原(ORR)和氢氧化(HOR)的催化活性,并筛选出潜在的可替代贵金属钳的ORR/HOR的双功能催化剂.稳定结构计算结果表明,3d TM SAs倾向于以锚定的形式负载于V_(2)CO_(2)表面与O原子作用,而4d,5d TM原子倾向于以掺杂的形式负载于含氧空穴的V_(2)CO_(2)表面与V原子作用;同时,Sc,Ti,V,Rh,Pd,Pt,Ag和Au SAs在V_(2)CO_(2)表面因具有较高扩散能垒,不易团聚,具有较高的热力学稳定性.电子结构计算结果表明,锚定型的TM SAs与O形成共价键,伴随发生明显的电荷转移,带较多正电荷;掺杂型的TM SAs与V形成金属键,因TM-V和V-O键间电荷转移的协同影响,导致TM SAs仅带有少量的电荷.TM-V_(2)CO_(2)电子结构与ORR/HOR中间物种的吸附关系为,TM位点为ORR中间物种(O,OH和OOH)的吸附位点,且d电子数为1、5、10的TM比其他TM对ORR物种的吸附更弱;而TM-V_(2)CO_(2)表面的O原子为HOR中间物种(H)的有效吸附位点,且H的吸附强弱与0位点的电荷有关,即O位点负电荷越多,对H的吸附越弱.TM-V_(2)CO_(2)催化剂各活性位对ORR和HOR反应物种的选择性吸附结果表明,催化剂有利于形成丰富多样的活性位,并具备作为双功能催化剂的内在优势.TM-V_(2)CO_(2)催化齐IJORR和HOR理论活性筛选发现:与Pt(111)相比,Sc-、Mn-、Rh-和Pt-V_(2)CO_(2)具有较高的ORR活性,而Sc-、Ti-、V-、Cr-和Mn-V_(2)CO_(2)表现出较高的HOR活性.其中,SC-V_(2)CO_(2)和Mn-V_(2)CO_(2)因同时具有较高的ORR和HOR活性和稳定性,有望成为高效和低成本的燃料电池双功能催化剂.本文从研究TM-V_(2)CO_(2)性质和活性出发,深入研究了SAs与2D MXenes间相互作用及其对ORR与HOR催化活性的影响机制,筛选出了高效、低成本的ORR/HOR双功能催化剂,为合理设计燃料电池双功能催化剂提供了理论指导.

关键词：单原子催化剂 MXenes材料氧还原氢氧化密度泛函理论燃料电池

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基于可恢复冲击效应的继电器可靠性评估方法

仪器仪表学报 2022年第11期43卷 200-209页

作者：李文华桑海爽项石虎孙鑫亮河北工业大学省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室天津300401

继电器是航天器等系统的关键元件之一,精准评估其可靠性对保证全系统的安全稳定至关重要。现有继电器可靠性研究未考虑在材料和环境等因素的影响下,性能状态冲击性变化存在可恢复性的特点,可能会造成评估结果不准确。为解决此问题,综合... 详细信息

继电器是航天器等系统的关键元件之一,精准评估其可靠性对保证全系统的安全稳定至关重要。现有继电器可靠性研究未考虑在材料和环境等因素的影响下,性能状态冲击性变化存在可恢复性的特点,可能会造成评估结果不准确。为解决此问题,综合考虑各性能参数的自然退化过程、可恢复冲击效应、退化相关性,基于维纳过程和离散时间马尔可夫链的建模理论,提出了适用于继电器的退化和冲击模型。进而,针对同时估计模型全部参数存在困难的问题,提出了一种多阶段的模型参数估计方法。并且,针对可靠性评估,提出了一种基于蒙特卡洛技术的可靠度近似计算方法。结果表明,所提出的可靠性评估方法精度较高,其拟合优度为0.1037,比现有方法提高了约70%。

关键词：继电器可恢复冲击效应维纳过程离散时间马尔可夫链可靠性评估

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微生物蛋白制造的发展趋势与挑战

科学通报 2023年第21期68卷 2779-2789页

作者：王国坤蔺玉萍王钦宏吴信印遇龙马延和中国科学院天津工业生物技术研究所天津300308 国家合成生物技术创新中心天津300308 低碳合成工程生物学重点实验室天津300308

蛋白质的稳定供应是保障人民健康和国家安全的重要基础之一,作为传统农业种植生产模式的补充或彻底替代方案,微生物蛋白制造能够通过高时空生产效率、不依赖耕地的车间制造方式,生产供应蛋白质原料.本文描述了发展微生物蛋白的需求,综... 详细信息

蛋白质的稳定供应是保障人民健康和国家安全的重要基础之一,作为传统农业种植生产模式的补充或彻底替代方案,微生物蛋白制造能够通过高时空生产效率、不依赖耕地的车间制造方式,生产供应蛋白质原料.本文描述了发展微生物蛋白的需求,综述了微生物蛋白制造的发展,介绍了主要的生产菌株,并以3种大宗原料类型食品工业与农业副产物、能源化工品、二氧化碳及其衍生富能化合物为主线,阐述了主要的微生物蛋白生产路线,分析了不同生产路线的优势与不足,系统梳理了现阶段微生物蛋白制造规模小、生产成本高的主要原因.最后,本文描述了未来的挑战及相应的建议策略.预期随着原料、菌株、装备与工艺等多环节技术水平的协同提升,微生物蛋白制造有希望缓解乃至彻底解决蛋白质资源短缺的重大难题.

关键词：生产路线木质纤维素能源化工品菌株定制发酵工艺

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工程损伤理论:内涵、挑战与展望

机械工程学报 2023年第16期59卷 2-17页

作者：张显程王润梓涂善东谷行行孙莉李凯尚华东理工大学承压系统与安全教育部重点实验室上海200237

在航空航天、石油化工与能源动力等诸多领域,关键机械装备的长寿命高可靠运行需求与其严苛服役环境之间的矛盾日益凸显。一方面,基于单一损伤或失效模式的寿命设计方法无法涵盖多损伤交互模式和多尺度的损伤特性;另一方面,经典连续损伤... 详细信息

在航空航天、石油化工与能源动力等诸多领域,关键机械装备的长寿命高可靠运行需求与其严苛服役环境之间的矛盾日益凸显。一方面,基于单一损伤或失效模式的寿命设计方法无法涵盖多损伤交互模式和多尺度的损伤特性;另一方面,经典连续损伤理论无法很好地满足工程设计的需求。为了提高损伤理论的工程适用性和泛用性,工程损伤理论立足于机械装备的本质安全保障,在揭示材料性能退化和载荷变化等基础上,建立累积损伤-损伤阈值干涉准则以实现精准的寿命设计;评估机械装备服役过程中的损伤状态和剩余寿命,以支撑机械装备服役阶段的运维决策与管理。介绍工程损伤理论的科学内涵、梳理过去的发展历程并展望了未来的关键挑战。对应工程损伤理论的三个核心原则,重点回顾力学性能退化的损伤测试技术、考虑多机制交互的损伤评定方法以及面向工程对象的应用载体等方面的研究进展。在大数据的时代背景下,进一步研判了工程损伤理论在寿命管理发展方向上的机遇与挑战,以期实现数据驱动和物理损伤的深度融合,突破关键工程机械装备“损伤理论-信息科学-寿命设计-健康管理”的技术闭环瓶颈难题。

关键词：工程损伤理论损伤测试软件集成可靠性评估健康管理

往复压缩机流量调节装置不同运动规律下三维流场仿真研究

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流体机械 2022年第1期50卷 29-36页

作者：江志农王隽妍张进杰李磊孙旭王瑶北京化工大学高端机械装备健康监控与自愈化北京市重点实验室北京100029 北京化工大学压缩机技术国家重点实验室压缩机健康智能监控中心北京100029 中海油能源发展装备技术有限公司天津300450

针对流量调节装置改变吸气阀阀片运动规律,进而造成往复压缩机内部流场复杂多变的问题,采用基于CFD的流体分析软件FLUENT对往复压缩机三维模型在不同流量调节装置背压、复位弹簧刚度工况下进行内部流场仿真模拟,从而得到运动部件运动规... 详细信息

针对流量调节装置改变吸气阀阀片运动规律,进而造成往复压缩机内部流场复杂多变的问题,采用基于CFD的流体分析软件FLUENT对往复压缩机三维模型在不同流量调节装置背压、复位弹簧刚度工况下进行内部流场仿真模拟,从而得到运动部件运动规律、压缩机内部动态压力及压缩机示功图等。研究结果表明,不同流量调节装置影响往复压缩机吸气阀撤回动作及其负荷调控效果。随着流量调节装置背压的增加,造成吸气阀阀片撤回冲击下降,同时负荷调控偏差从0.42%增大至5.31%;而复位弹簧刚度的增加,引起负荷调控偏差从11.11%下降至0.75%的同时,增加了阀片的撤回冲击。基于仿真过程及仿真结果,提出了流量调节装置优化设计方案,可为不同往复压缩机流量调节装置参数优化提供依据。

关键词：往复压缩机流量调节装置 CFD 三维流场