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基于永磁体和线圈复合结构的MPI零磁场研究

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电工技术学报 2024年

作者：杨丹刘素羽张昊李天兆徐彬东北大学信息科学与工程学院智能工业数据解析与优化教育部重点实验室(东北大学) 东北大学计算机科学与工程学院

磁性粒子成像（magnetic particle imaging， MPI）中的磁场拓扑结构及其产生的零磁场能够直接对成像结果的质量造成影响。针对MPI系统的零磁场设计，本文提出了一种永磁体与线圈复合的磁场结构。该结构综合永磁体能够直接产生大梯度静... 详细信息

磁性粒子成像（magnetic particle imaging， MPI）中的磁场拓扑结构及其产生的零磁场能够直接对成像结果的质量造成影响。针对MPI系统的零磁场设计，本文提出了一种永磁体与线圈复合的磁场结构。该结构综合永磁体能够直接产生大梯度静磁场的优势及电磁线圈通过控制激励方式精准调控磁场的优势来构造线型零磁场（field-free line，FFL）。对所设计的磁场拓扑结构进行以下评价与分析：首先进行了基于圆形线圈、矩形线圈和矩形永磁体所产生静磁场的比较；接着从磁场空间分布、磁场梯度和磁场均匀性等方面对FFL进行分析；最后通过有限元仿真确定了线型零磁场的平移扫描区域范围，并进行了MPI分辨率及血管成像研究。结果表明，本文所提拓扑结构产生的FFL磁场梯度达到3.075T/m，磁场梯度均匀性达到98.7%，在扫描区域为30mm×70mm×70mm的空间内的成像分辨率能够达到1mm。证明了本文所提拓扑结构应用于磁性粒子成像系统的可行性。

关键词：磁性粒子成像永磁体与线圈复合线型零磁场磁场梯度磁场均匀性

基于多场耦合求解的大规格镁合金扁锭差相脉冲电磁半连续铸造

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中国有色金属学报 2024年第6期34卷 1982-1997页

作者：段文超李金宝潘艳林朱新杰韩峰毛华邱明坤周古昕郎玉婧张志强中国兵器科学研究院宁波分院宁波315103 东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室沈阳110819

本文以大规格镁合金扁锭半连续铸造为研究对象,采用基于多场耦合的数值模拟技术模拟了差相脉冲磁场作用下镁合金扁锭半连续铸造过程中的宏观物理场,研究了差相脉冲磁场相位差对电磁力、温度场、凝固过程、溶质元素分布及宏观偏析的影响... 详细信息

本文以大规格镁合金扁锭半连续铸造为研究对象,采用基于多场耦合的数值模拟技术模拟了差相脉冲磁场作用下镁合金扁锭半连续铸造过程中的宏观物理场,研究了差相脉冲磁场相位差对电磁力、温度场、凝固过程、溶质元素分布及宏观偏析的影响。结果表明:相位差对凝固中后期影响更明显。当相位差从0°增至72°时,凝固初期换热有所减弱;而凝固中后期换热增强,液穴深度明显变浅,中心部位凝固速度加快,横截面内温度场变均匀。此外,适当提高相位差至72°有利于缓解两相区内贫溶质的问题,减少凝固后横截面内最大负偏析率和整体偏析率;相位差继续增大到108°不仅明显削弱了凝固前期的换热强度,而且还会削弱凝固中后期的换热强度,使液穴变深,凝固速度减慢,偏析率增大。

关键词：数值模拟多场耦合镁合金扁锭半连续铸造差相脉冲电磁

振动电极电渣重熔W9Mo3Cr4V高速钢碳偏析模拟

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材料与冶金学报 2024年第4期23卷 307-313,343页

作者：李升王芳吴佳雷刘中秋李宝宽东北大学共生矿生态化冶金教育部重点实验室沈阳110819 东北大学冶金学院沈阳110819

建立了振动电极电渣重熔W9Mo3Cr4V高速钢二维轴对称非稳态电磁场、流场、温度场和组分传输的多物理场耦合模型,分析了碳的偏析行为和影响规律,利用VOF模型对渣/金界面进行追踪,采用Lever算法调控了非平衡条件下的溶质再分配行为,并考虑... 详细信息

建立了振动电极电渣重熔W9Mo3Cr4V高速钢二维轴对称非稳态电磁场、流场、温度场和组分传输的多物理场耦合模型,分析了碳的偏析行为和影响规律,利用VOF模型对渣/金界面进行追踪,采用Lever算法调控了非平衡条件下的溶质再分配行为,并考虑了铸锭中不同元素之间的相互影响.结果表明:与传统工艺相比,振动电极电渣重熔工艺可以明显改善碳的偏析,最大正偏析指数由0.135减至0.116,减小了14.07%,最大负偏析指数由-0.124增至-0.105,增大了15.32%;增大w(W)会加重碳的偏析,当w(W)从9%增至9.5%时,最大正偏析指数增大了7.11%,最大负偏析指数减小了10.3%.

关键词：电渣重熔碳偏析组分输运

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复合磁场作用下板坯结晶器内钢液流动、传热与凝固的数值模拟

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东北大学学报（自然科学版） 2024年第4期45卷 514-522页

作者：韦忍苏志坚杜以达王燕斌东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室辽宁沈阳110819 沈阳东惠科国际贸易有限公司辽宁沈阳113000

为利用板坯连铸过程中电磁搅拌技术和电磁制动技术各自的优点克服自身缺点,本文应用了结合电磁搅拌和电磁制动的分体式复合磁场并提出电磁制动的结构为单条型电磁制动,对板坯连铸结晶器流场和温度场进行控制.建立了该磁场下结晶器内钢... 详细信息

为利用板坯连铸过程中电磁搅拌技术和电磁制动技术各自的优点克服自身缺点,本文应用了结合电磁搅拌和电磁制动的分体式复合磁场并提出电磁制动的结构为单条型电磁制动,对板坯连铸结晶器流场和温度场进行控制.建立了该磁场下结晶器内钢液流动、传热、凝固耦合的三维数值模拟模型.对复合磁场给予结晶器内钢液流动及传热与凝固的影响进行了分析.结果表明:施加复合磁场后,结晶器内上、下返流流速明显减小,钢液主流股对窄面的冲击深度变小,上返流整体下移,弯月面钢液形成顺时针循环流;结晶器内整体温度分布更均匀,弯月面处温度较无磁场时基本不变;结晶器出口处凝固坯壳更为均匀,其厚度较无磁场下有所增加,钢液射流对窄面附近初生坯壳冲刷程度减小.

关键词：板坯连铸结晶器电磁搅拌电磁制动传热数值模拟

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霍山震群区三维地壳速度结构与孕震环境

地震地质 2024年第3期46卷 665-685页

作者：冀国强雷建设赵大鹏中国地震局地球物理研究所北京100081 应急管理部国家自然灾害防治研究院地壳动力学重点实验室北京100085 日本东北大学地球物理系日本仙台980-8578

霍山震群可能是反映华东地区乃至青藏高原地震活动的重要窗口,其孕震环境与发震机制备受关注。文中手动拾取获得了1987个地震的7706条P波、394条PmP波、9263条S波和557条SmS波共计17920条震相到时数据,采用多震相体波层析成像方法反演... 详细信息

霍山震群可能是反映华东地区乃至青藏高原地震活动的重要窗口,其孕震环境与发震机制备受关注。文中手动拾取获得了1987个地震的7706条P波、394条PmP波、9263条S波和557条SmS波共计17920条震相到时数据,采用多震相体波层析成像方法反演获得了霍山震群区下方深至30km的地壳三维P波速度(V_(P))、S波速度(V_(S))及纵横波速度比(V_(P)/V_(S))模型。结果显示,霍山震群区附近存在弱高V_(P)/V_(S)结构特征,但在震群区下方存在强高V_(P)/V_(S)结构特征,且该结构特征沿晓天-磨子潭断裂向深延伸至30km深度,推测霍山震群区下方存在流体作用。该流体作用可能降低断层面有效正应力,从而导致在晓天-磨子潭断裂与落儿岭-土地岭断裂交会的薄弱区发生霍山震群活动。这些流体的来源与太平洋板块在地幔转换带滞留脱水所形成的“大地幔楔”结构中的地幔热物质上涌有关,但还可能与青藏高原壳幔物质沿大别山造山带E向挤出有关,共同影响了霍山震群活动特征。文中成果也为深入理解霍山震群区的构造活动与华东地区及青藏高原构造活动的关联性提供了地震学证据。

关键词：霍山震群区多震相地壳速度成像深部流体

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强磁场诱导NiFeO/FeO异质结构转变以增强储锂性能(英文)

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年

作者：刘家岐张荣远王晓阳王军刘铁崔伟斌王强袁双东北大学冶金学院东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室西北工业大学凝固技术国家重点实验室东北大学低碳钢铁前沿技术教育部工程研究中心东北大学多金属共生矿生态化冶金教育部重点实验室

针对传统化学合成方法调控材料结构的局限性，我们提出了一种强磁场辅助的湿化学合成法来制备NiFe2O4/Fe2O3异质结构。研究发现，这种高能物理场可以使NiFe2O4/Fe2O3的形貌更加均匀，并诱导其物相结构由Fe2O3相向NiFe2O4相转变。因此，... 详细信息

针对传统化学合成方法调控材料结构的局限性，我们提出了一种强磁场辅助的湿化学合成法来制备NiFe2O4/Fe2O3异质结构。研究发现，这种高能物理场可以使NiFe2O4/Fe2O3的形貌更加均匀，并诱导其物相结构由Fe2O3相向NiFe2O4相转变。因此，这种磁场下获得的优化结构可以显著提升NiFe2O4/Fe2O3作为锂离子电池负极的电化学性能，表现出1200 mAh g-1的放电容量(提升了16%)和长稳定性(容量保持率为97.1%，提升了24%)。总体而言，这些结果证实了强磁场辅助策略在调节材料结构和增强储锂性能领域的可行性。

关键词：强磁场异质结构 NiFe O /Fe O 结构调控锂离子电池负极

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厌氧膜生物反应器研究与应用概述(代序言)

环境工程学报 2024年第5期18卷 1233-1239页

作者：郭广泽李倩李玉友日本东北大学土木与环境工程系仙台980-8579 西安建筑科技大学陕西省环境工程重点实验室西安710055

在污水资源化及双碳目标驱动下,开发节能、低碳、资源回收型处理技术是污水和废弃物处理领域的重要发展方向。将厌氧消化与膜分离结合的厌氧膜生物反应器(anaerobic membrane bioreactor,AnMBR)具有能耗低、可回收能源以及处理水质较好... 详细信息

在污水资源化及双碳目标驱动下,开发节能、低碳、资源回收型处理技术是污水和废弃物处理领域的重要发展方向。将厌氧消化与膜分离结合的厌氧膜生物反应器(anaerobic membrane bioreactor,AnMBR)具有能耗低、可回收能源以及处理水质较好等优势,在过去40 a已经在工业废水、有机固体废弃物以及城市污水的资源和能源化领域开展了广泛的研究。与传统厌氧消化技术相比,厌氧MBR通过膜分离过程延长了污泥停留时间,维持反应器中高生物量,促进了物质分解及甲烷转化,极大提高了厌氧消化的效率。为了推进厌氧MBR技术的工程化应用并提供技术与理论的支撑,《环境工程学报》编辑部邀请李玉友、盛国平、李倩3位教授组织了“厌氧MBR技术与有机废水资源化”专题,综述了厌氧MBR的发展历程、主要研究团队、在有机废水资源化中的应用及最新研究热点,作为该专题的代序言。

关键词：厌氧MBR 厌氧消化有机废水资源化

边部感应加热过程中的轧件热行为与温度均匀性研究

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机械工程学报 2024年第2期60卷 119-131页

作者：彭文张丽李旭东刘军孙杰张殿华东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室沈阳110819 东北大学低碳钢铁前沿技术研究院沈阳110819 首钢集团有限公司技术研究院北京100043 鞍钢集团北京研究院有限公司北京102211

用边部感应加热器提高带材边部温度,改善产品质量是近年来带材生产的新工艺。目前对于边部感应加热过程中带材的温度分布及感应加热后带材的温度均匀性的研究较少。为获得感应加热过程轧件宽向温度的分布规律,利用COMSOL软件建立了C型... 详细信息

用边部感应加热器提高带材边部温度,改善产品质量是近年来带材生产的新工艺。目前对于边部感应加热过程中带材的温度分布及感应加热后带材的温度均匀性的研究较少。为获得感应加热过程轧件宽向温度的分布规律,利用COMSOL软件建立了C型边部感应加热器的电磁-热耦合的有限元模型,系统探讨轧件运动过程中工艺参数变化对电磁场分布、涡流密度及轧件宽向温度分布的影响规律。结果表明,使用边部加热器能够快速补偿边部温降,轧件边部温升与电流频率、电流大小成正比,与轧件厚度和运行速度成反比;为进一步研究感应加热后轧件运行过程中温度变化对温度分布均匀性的影响,用宽向温度标准差对宽向温度分布均匀性进行评价,研究发现边部温度提高有助于减小温度标准差,提升温度分布均匀性,但仍会由于边部过热出现“猫耳状”高温区,在感应加热过程中当边部温度提高约80℃时,精轧入口测温点处的宽向温度分布均匀性最优,温度标准差由13.71℃减小至6.15℃。研究结果能够为运动条件下轧件边部加热工艺的优化提供参考依据。

关键词：热连轧感应加热电磁场温度场温度均匀性

生物质和塑料加氢脱氧制备燃料和化学品的双金属催化剂研究进展

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Chinese Journal of Catalysis 2024年第7期62卷 1-31页

作者：刘露杰刘奔中川善直刘斯宝王亮藪下瑞帆冨重圭一浙江大学化学工程与生物工程学院生物质化工教育部重点实验室浙江杭州310027 日本东北大学(Tohoku University)工学部应用化学系仙台日本福建师范大学环境与资源学院聚合物资源绿色循环利用教育部工程研究中心福建省污染控制与资源循环利用重点实验室福建福州350007 日本东北大学(Tohoku University)材料科学高等研究所仙台日本复旦大学化学系上海200433

在全球致力于实现碳中和的大背景下,生物质和废弃塑料的高值化利用已成为科研领域的研究热点.加氢脱氧反应(HDO),作为实现这一目标的重要途径之一,通过精准解离C-O/C-C键,为生产燃料和化学品提供了有效方法.在HDO过程中,C-O键的氢解及... 详细信息

在全球致力于实现碳中和的大背景下,生物质和废弃塑料的高值化利用已成为科研领域的研究热点.加氢脱氧反应(HDO),作为实现这一目标的重要途径之一,通过精准解离C-O/C-C键,为生产燃料和化学品提供了有效方法.在HDO过程中,C-O键的氢解及不饱和键的氢化是主要步骤,而C-C键的氢解则是需要避免的副反应.与简单的氢化反应相比,HDO过程需要具有双功能特性的催化剂,特别是当目标产物为含氧化合物时,催化剂的区域选择性至关重要.近年来,双金属催化剂在生物质及其衍生物以及含氧塑料废弃物和聚合物的HDO过程中的应用受到广泛关注.通过深入理解金属纳米颗粒与金属氧化物之间的协同作用和强相互作用,双金属催化剂的理性设计取得了显著进展.特别是,部分金属氧化物(如ReO_(x),WO_(x),MoO_(x),FeO_(x))与贵金属(如Ir,Pt,Ru)之间存在的强相互作用,不仅促进了C-O键的断裂,还有效保留了C-C键,为催化剂的高活性和高选择性奠定了基础.通过调整催化剂组成、使用小比表面积的载体等方法,可以进一步优化催化剂性能.本综述聚焦于金属氧化物改性的贵金属催化剂在HDO反应中的最新研究进展,特别是总结了Ir、Pt和Ru基催化剂在HDO反应中的应用.由于这类催化剂的结构和性能能够精确控制,并且每种催化剂都具备独特的选择性,因此被广泛应用于生物质衍生物和塑料废弃物的HDO过程中.本文总结了双金属催化剂的结构特点、HDO反应机制、催化剂结构与催化性能之间的关联,以及这些催化剂在高附加值化学品生产中的实际应用.我们以甘油和1,2-丙二醇的氢解为模型反应,深入探讨了基于Ir、Pt和Ru的双金属催化剂的催化性能、结构特点和催化机理.这些催化剂在温和条件下实现了高效的氢脱氧反应,有效抑制了C-C键的断裂,并优化了化学选择性和区域选择性.双金属催化剂在生物质精炼和塑料/聚合物转化方面展现出广泛的适用性.本文还介绍了其在木质纤维素衍生原料、羰基化合物以及聚碳酸酯等塑料中的应用.然而,双金属催化剂的稳定性在实际应用中仍面临挑战,如金属烧结、浸出、积碳及金属-金属氧化物界面的重构等问题.因此,未来的研究重点是开发高效的再生方法和高度稳定的催化剂.综上所述,金属氧化物改性的贵金属催化剂在HDO反应中展现出巨大潜力.通过深入研究和优化,有望为生物质和塑料的高值化利用提供有效解决方案.本文旨在为双金属催化剂的理性设计和优化提供参考,以期推动生物质和塑料的高值化利用技术的进一步发展和应用.

关键词：加氢脱氧氢解双金属催化剂生物质衍生物塑料废弃物