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基于动网格6DOF模型的框架式流速仪水力特性数值模拟与明渠测流速率常数预测

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农业机械学报 2024年第9期55卷 371-381页

作者：唐渊申丽霞吴建华张玉胜成一雄胥云彬太原理工大学水利科学与工程学院太原理工大学土木工程学院

为分析明渠内框架式流速仪流场特性与运动姿态，同时对流速仪倍常数K和摩阻系数C进行率定，根据不可压缩流体流动的Navier-Stokes方程和SST k-ω湍流模型，结合VOF多相流模型，建立动态网格下的6自由度(6DOF)刚体动力学耦合数值仿真模... 详细信息

为分析明渠内框架式流速仪流场特性与运动姿态，同时对流速仪倍常数K和摩阻系数C进行率定，根据不可压缩流体流动的Navier-Stokes方程和SST k-ω湍流模型，结合VOF多相流模型，建立动态网格下的6自由度(6DOF)刚体动力学耦合数值仿真模型，对水冲击流速仪旋桨使之被动旋转过程进行了仿真，分析了流速仪在不同位置对流速仪倍常数K和摩阻系数C的影响规律。结果表明：采用动网格6DOF模型可以较好地模拟框架式流速仪在明渠的流动状态，仿真结果可靠性较高；通过对不同时刻转速与流速拟合曲线分析可知，流速仪位置不同会影响流速仪摩阻系数C,对流速仪倍常数K影响不大。研究结果可为进一步研究框架式流速仪优化和不同含沙水流条件下对流速仪的磨损提供参考。

关键词：明渠测流水力特性框架式流速仪法动网格6DOF仿真模型速率常数预测

来源：博看期刊

分数阶衍射蜂窝晶格中带隙涡旋孤子的传输与控制

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物理学报 2024年第9期73卷 125-135页

作者：王娟芬韦鑫刘帅杨玲珍薛萍萍樊林林太原理工大学电子信息与光学工程学院太原030600

基于分数阶非线性薛定谔方程,研究分数阶衍射效应下蜂窝晶格中带隙涡旋光孤子的存在性与传输特性.首先采用平面波展开法得到蜂窝晶格能带结构,其次在带隙结构中分别采用改进的平方算子迭代法、分步傅里叶法和傅里叶配置法研究含有蜂窝... 详细信息

基于分数阶非线性薛定谔方程,研究分数阶衍射效应下蜂窝晶格中带隙涡旋光孤子的存在性与传输特性.首先采用平面波展开法得到蜂窝晶格能带结构,其次在带隙结构中分别采用改进的平方算子迭代法、分步傅里叶法和傅里叶配置法研究含有蜂窝晶格势的分数阶非线性薛定谔方程中带隙涡旋孤子的模式及其传输特性.研究结果发现带隙涡旋孤子的传输特性受Lévy指数和传播常数的影响.在稳定区间,带隙涡旋孤子可以稳定传输,而在非稳定区间,带隙涡旋孤子会随着传输距离的增加而逐渐汇聚,失去环状结构演变为基孤子.且Lévy指数越大,带隙涡旋孤子能够稳定传输的距离越长,功率越低.此外,相邻晶格同相位两个带隙涡旋孤子与旁瓣能量相叠加,反相位两带隙涡旋孤子与旁瓣能量相抵消,传输过程中逐渐失去环状结构,演化为类偶极子模式,且受方位角调制影响而周期性旋转.在非相邻晶格处两带隙涡旋孤子,由于旁瓣影响较小,带隙涡旋孤子在传输过程中能较好地保持环状结构.

关键词：分数阶薛定谔方程蜂窝晶格带隙涡旋孤子相互作用

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能带优化和载流子调控改善SnTe的热电性能

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无机材料学报 2024年第3期39卷 306-312页

作者：陈浩樊文浩安德成陈少平太原理工大学材料科学与工程学院太原030024 太原理工大学物理学院太原030024 太原理工大学化学学院太原030024

作为ⅣA族碲化物,SnTe具有与PbTe相同的晶体结构和相似的双价带结构,是一种非常有前途的热电材料,但高温软化和低温热电性能差等问题阻碍了其进一步推广应用。因此,提升SnTe的平均热电优值,拓宽服役区间,有重要的研究意义。能带工程和... 详细信息

作为ⅣA族碲化物,SnTe具有与PbTe相同的晶体结构和相似的双价带结构,是一种非常有前途的热电材料,但高温软化和低温热电性能差等问题阻碍了其进一步推广应用。因此,提升SnTe的平均热电优值,拓宽服役区间,有重要的研究意义。能带工程和晶格工程可同时优化功率因子和晶格热导率,提升SnTe的热电性能。本研究采用MgSe合金化策略,通过熔炼和放电等离子烧结(SPS)的方法制备了一系列Sn1-yPbyTe-x%MgSe(0.01≤y≤0.05,0≤x≤6)样品。研究发现,合金化MgSe可增大能带带隙,有效抑制本征SnTe在高温段的双极扩散,使高温Seebeck系数得到提升,同时声子散射降低了体系晶格热导率,使高温热电性能(873 K)提升了100%;掺杂Pb元素可有效调制载流子浓度抑制电子热导率,从而提升SnTe平均热电性能。其中,Sn0.96Pb0.04Te-4%MgSe样品在873 K的ZT为1.5,423~873 K的平均ZT达到0.8,得到了比文献更优异的结果。

关键词：热电材料载流子调制合金化能带工程 SnTe

基于阳极键合玻璃与铜的钎焊连接机理研究及其力学性能分析

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机械工程学报 2024年第2期60卷 140-149页

作者：贾旭胡利方李子昊郑植刘伟张鹏太原理工大学材料科学与工程学院太原030024 太原理工大学机械与运载工程学院太原030024

以铝箔作为中间层,采用Sn-9Zn-3Bi钎料通过阳极键合及钎焊工艺成功地实现了玻璃与铜片的连接。利用扫描电镜观察了玻璃-铝-钎料-铜接头的微观组织,分别讨论了钎焊温度和钎焊时间对连接过程的影响以及钎料和铝、铜的界面反应演化机制。... 详细信息

以铝箔作为中间层,采用Sn-9Zn-3Bi钎料通过阳极键合及钎焊工艺成功地实现了玻璃与铜片的连接。利用扫描电镜观察了玻璃-铝-钎料-铜接头的微观组织,分别讨论了钎焊温度和钎焊时间对连接过程的影响以及钎料和铝、铜的界面反应演化机制。研究发现玻璃-铝-钎料-铜的连接界面良好,玻璃表面阳极键合的铝箔随钎焊时间的增加逐渐被消耗,当钎焊温度为240℃,钎焊时间为15 min时铝箔消耗完毕。钎料与铜在240℃钎焊温度下随钎焊时间的延长依次出现Cu_(5)Zn_(8)和CuZn_(5)金属间化合物层,且随钎焊时间的延长Cu_(5)Zn_(8)金属间化合物层厚度逐渐增加,CuZn_(5)金属间化合物层由锯齿状逐渐变平缓。研究发现随钎焊温度升高,铝箔同样被逐渐消耗,界面处生成的金属间化合物层厚度也逐渐增加,且CuZn_(5)金属间化合物层锯齿状更加明显。通过剪切试验发现玻璃-铜接头的剪切强度随钎焊时间的延长呈先增加后降低的趋势,在钎焊时间为10min时剪切强度具有最大值20.29 MPa,断裂发生在玻璃基体内部,说明玻璃与铜实现了可靠连接。

关键词：阳极键合钎焊玻璃铝铜

Te基热电器件反常界面层生长行为及界面稳定性研究

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无机材料学报 2024年第8期39卷 903-910,I0004-I0007页

作者：苗鑫闫世强韦金豆吴超樊文浩陈少平太原理工大学材料科学与工程学院太原030024 太原理工大学物理学院太原030024

单质Te具有优异的热电优值(ZT),但其与金属电极连接界面处的剧烈元素交互扩散及反应会引入较大的接触电阻率(ρc),导致器件的转换效率(η)较低。因此,寻找合适的阻挡层来优化Te与金属电极间的连接至关重要。本研究基于梯度结构报道了一... 详细信息

单质Te具有优异的热电优值(ZT),但其与金属电极连接界面处的剧烈元素交互扩散及反应会引入较大的接触电阻率(ρc),导致器件的转换效率(η)较低。因此,寻找合适的阻挡层来优化Te与金属电极间的连接至关重要。本研究基于梯度结构报道了一种宽相场Ni-Te合金阻挡层NiTe_(2-m)(NixTe(x=0.500~0.908))。结果表明,当x=0.500时,Ni_(0.5)Te/Te_(0.985)Sb_(0.015)/Ni_(0.5)Te器件的界面处无任何反应层及微观缺陷,ρ_(c)小于10μΩ·cm^(2),η在180K温差(热端温度473K)时达到了理论值的75%。同时,界面具有良好的热稳定性,在473K老化期间,界面微观组织、ρ_(c)以及η无明显变化。当x>0.500时,界面反应层厚度随x增大而逐渐减小,即主导界面反应层生长行为的因素并非常规的界面反应能及浓度梯度等热力学因素。进一步分析表明,反常生长源于动力学因素中的“原子空位”对反应层生成的迟滞作用。

关键词： Te 热电器件扩散动力学阻挡层热稳定性

倾斜特厚煤层区段煤柱尺寸及分区围岩控制研究

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采矿与安全工程学报 2024年第2期41卷 232-241页

作者：张博郝兵元任兴云太原理工大学矿业工程学院山西太原030024 太原理工大学安全与应急管理工程学院山西太原030024

为确定倾斜特厚煤层综放工作面沿空掘巷区段煤柱的合理尺寸,以孟家窑煤矿11503综放工作面沿空掘巷为工程背景,基于倾斜煤层基本顶破断之后的岩层结构,建立倾斜煤层工作面“大、小结构”力学模型,推导出适合小结构布置区域的低应力场范... 详细信息

为确定倾斜特厚煤层综放工作面沿空掘巷区段煤柱的合理尺寸,以孟家窑煤矿11503综放工作面沿空掘巷为工程背景,基于倾斜煤层基本顶破断之后的岩层结构,建立倾斜煤层工作面“大、小结构”力学模型,推导出适合小结构布置区域的低应力场范围表达式,并通过“尖点突变”理论分析区段煤柱发生失稳突变的充要条件。采用FLAC^(3D)模拟不同尺寸煤柱的受力及围岩变形规律。研究表明:受到煤层倾角和基本顶关键块回转挤压的影响,煤柱内部破坏形式主要为剪切破坏,破坏区域主要集中在其上部偏向采空区位置;随着煤柱宽度的增大,在沿空掘巷小范围内上覆岩层压力由实体煤承担逐渐转向由煤柱承担;结合应力场、位移场和塑性区变化情况,最终确定煤柱的合理尺寸为15 m。通过分析不同采掘阶段沿空巷道围岩应力分布和演化特征,提出适合不同阶段的围岩控制方案。结合现场工程实践表明,15 m煤柱宽度及围岩控制方案能够满足巷道稳定性要求。

关键词：区段煤柱尺寸突变理论特厚煤层分区围岩控制

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变长度柔性提升系统动力学特性与减振研究

振动．测试与诊断 2024年第3期44卷 439-449,615页

作者：郭瑜黄家海郝惠敏李晓东太原理工大学机械与运载工程学院太原030024

针对矿井提升机这类变长度柔性提升系统在外界激励和运动冲击作用下的异常振动问题,基于Hamilton原理建立提升系统纵向-横向-侧向非线性动力学模型对耦合振动开展研究。首先,在建模过程中将提升机摩擦轮纵向-横向-侧向变幅值波动视为钢... 详细信息

针对矿井提升机这类变长度柔性提升系统在外界激励和运动冲击作用下的异常振动问题,基于Hamilton原理建立提升系统纵向-横向-侧向非线性动力学模型对耦合振动开展研究。首先,在建模过程中将提升机摩擦轮纵向-横向-侧向变幅值波动视为钢丝绳上端的边界激励;其次,通过Galerkin法将边界激励作用下的偏微分方程离散为常微分方程组进行数值求解;最后,分析了加速度、加加速度和运动轨迹对系统动力学特性的影响,并基于标准逻辑函数对运动轨迹进行优化,以抑制系统运行过程中的冲击与振动。仿真与现场测试结果表明:耦合振动以纵向振动为主,且钢丝绳长度增加时系统对运动状态突变冲击更加敏感,更易激发剧烈的纵向振动;相较于传统4阶多项式轨迹,系统在提升工况下的纵向振动减小了10.85%,最大动张力减小了9.06%。

关键词：柔性传动系统矿井提升机耦合振动减振

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仙人掌状的NC/Co_(x)P自支撑电极用于盐水电解实现高效稳定析氢

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新型炭材料（中英文） 2024年第1期39卷 152-163页

作者：陈续赵金玉张文盛王晓敏太原理工大学材料科学与工程学院山西太原030024

设计高效、稳定的析氢催化剂是盐水电解技术发展的必然要求。本文通过原位生长策略在泡沫镍(NF)上生长NC/Co_(x)P@NF催化剂,它由Co_(x)P纳米线阵列与氮掺杂碳纳米片(NC)交替生长组成。在制备过程中,Co(OH)_(2)纳米线通过内源Co^(2+)与2... 详细信息

设计高效、稳定的析氢催化剂是盐水电解技术发展的必然要求。本文通过原位生长策略在泡沫镍(NF)上生长NC/Co_(x)P@NF催化剂,它由Co_(x)P纳米线阵列与氮掺杂碳纳米片(NC)交替生长组成。在制备过程中,Co(OH)_(2)纳米线通过内源Co^(2+)与2-甲基咪唑的溶解配位作用在NF上原位转化为Co-MOF纳米片。仙人掌状的微观结构使NC/CoxP@NF暴露出丰富的活性位点和离子运输通道,促进了HER催化反应动力学。此外,在分级多孔的NC/CoxP@NF中,纳米线和自支撑纳米片交替生长,进一步增强了材料的结构稳定性。最重要的是,表面聚阴离子(磷酸盐)和NC纳米片保护层的形成提高了催化剂的耐腐性能。最终,NC/CoxP@NF-10表现出优异的析氢性能,在1.0 mol L^(-1)KOH和1.0 mol L^(-1)KOH+0.5 mol L^(-1)NaCl条件下,分别需要107和133 mV的过电位达到10 mA cm^(-2)的电流密度。

关键词：析氢反应纳米结构过渡金属磷化物耐氯腐蚀盐水分解

基于标准化遥感生态指数的汾河流域生态评价与时序分析

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生态学杂志 2024年第2期43卷 564-575页

作者：何洋赵喜萍太原理工大学水利科学与工程学院太原030024

在黄河流域生态保护与高质量发展的战略背景下,开展汾河流域生态质量评价与时序动态特征分析对流域的生态保护与可持续发展政策的制定至关重要。基于Google Earth Engine平台,在绿度(NDVI)、湿度(Wet)、热度(LST)、干度(NDBSI)的基础上... 详细信息

在黄河流域生态保护与高质量发展的战略背景下,开展汾河流域生态质量评价与时序动态特征分析对流域的生态保护与可持续发展政策的制定至关重要。基于Google Earth Engine平台,在绿度(NDVI)、湿度(Wet)、热度(LST)、干度(NDBSI)的基础上增加土壤盐度(BCSI)、PM2.5浓度指标,通过主成分分析法构建标准化遥感生态指数(SRSEI)来评价汾河流域的生态质量;通过Theil-Sen median趋势分析、Mann-Kendall检验和Hurst指数,对汾河流域的生态质量进行时序动态特征分析。结果表明:2000—2020年SRSEI与各指标的多年平均相关度为0.8191;2000—2020年汾河流域SRSEI均值由0.4133增长到0.5176;流域内,山地的生态质量最好,盆地的生态质量最差;流域内,生态改善与恶化区域面积比例分别为83.32%和15.96%,生态持续改善与持续恶化面积比例分别为19.3%和5.98%;山地与盆地生态出现恶化的区域分别占流域生态恶化面积的26.21%和52.87%;SRSEI对汾河流域生态评价的结果是可靠的;2000—2020年汾河流域生态质量总体呈现改善趋势;生态恶化主要发生在盆地。应加强盆地生态治理、建设生态设施、营造生态防护林,避免人对自然的过度破坏。

关键词：汾河流域标准化遥感生态指数生态质量评价时序动态特征主成分分析