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纳米纤维素基复合材料在锂硫电池中的应用研究进展

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材料导报 2024年第12期38卷 220-225页

作者：黄少炎修慧娟王志雄樊莎王思敏邓自立李娜李金宝陕西科技大学轻工科学与工程学院西安710021

锂硫电池因具有高的理论比容量和能量密度,成为极具应用前景的下一代储能器件。纳米纤维素基材料因其独特的多孔网状结构和理化特性,在锂硫电池的开发研究中受到广泛关注。本文在简要介绍锂硫电池基本工作原理的基础上,分析了阻碍其商... 详细信息

锂硫电池因具有高的理论比容量和能量密度,成为极具应用前景的下一代储能器件。纳米纤维素基材料因其独特的多孔网状结构和理化特性,在锂硫电池的开发研究中受到广泛关注。本文在简要介绍锂硫电池基本工作原理的基础上,分析了阻碍其商业化发展的问题和面临的挑战。针对纳米纤维素的独特结构和优异性能,重点综述了纳米纤维素基复合材料在锂硫电池中的最新研究进展,包括作为隔膜、阴极材料和其他组件等,有效缓解“穿梭效应”“体积膨胀”和“锂枝晶”等关键难题,明显提升了电池的电化学性能与使用寿命。此外,还介绍了纳米纤维素基复合材料在未来发展中亟待解决的问题,并对纤维素基锂硫电池器件的发展方向进行了展望。

关键词：纳米纤维素锂硫电池复合材料电池隔膜阴极材料

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溶质梯度诱导悬浮液滴自驱动的数值模拟研究

力学学报 2024年第5期56卷 1223-1232页

作者：李祥伟郝浩浩谭唤书南方科技大学力学与航空航天工程系多组分流体实验室复杂流动及软物质研究中心广东深圳518055

悬浮液滴在溶质浓度梯度下会发生自发的移动.其原因是液滴界面处的非均匀分布溶质会使得流体界面上出现界面张力梯度,诱发界面流动.该过程涉及自驱动液滴的界面移动、界面附近流场与溶质浓度场的演化,以及多物理场的耦合效应.认识和理... 详细信息

悬浮液滴在溶质浓度梯度下会发生自发的移动.其原因是液滴界面处的非均匀分布溶质会使得流体界面上出现界面张力梯度,诱发界面流动.该过程涉及自驱动液滴的界面移动、界面附近流场与溶质浓度场的演化,以及多物理场的耦合效应.认识和理解这一复杂动力学过程具有一定的基础科学意义.文章通过联合守恒型Allen-Cahn方程、不可压Navier-Stokes方程和溶质的对流扩散方程,构建了一套能够描述溶质梯度诱导液滴自驱动现象的多相-多组分流体数值模型.通过算例对照和理论对比(静置液滴的拉普拉斯压差、浮力驱动的气泡上升和溶质浓度驱动液滴的迁移)验证了数值模型的准确性.模拟并研究了不同Marangoni数下溶质Marangoni效应诱导的双液滴融合或分离现象.结果表明,液滴的尺寸越大,移动速度越快,且增大Marangoni数使得自驱动液滴界面传质从扩散主导转变为对流主导,增强了液滴移动对环境溶质场的影响,进而推迟两液滴的融合发生时刻或者减小两者的分离速度.为后续解决多相-多组分流体系统中的物理问题提供了一套可靠的数值模型,为多组分微液滴操控提供了参考数据.

关键词：多组分自驱动液滴 Marangoni界面流动相场模型

圆柱绕流对W/O型乳状液电聚并特性影响的研究

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工程热物理学报 2024年第7期45卷 2103-2110页

作者：孙启杰安贵明徐腾张岩王鸿雁陈海龙李涛青岛科技大学机电工程学院青岛266061

为探究圆柱绕流形成的尾涡对液滴聚并的影响,本文采用水平集方法,建立了W/O型乳状液在圆柱绕流场中的流动模型。通过分析圆柱直径、流速、电场强度变化而引起的分散相体积分数变化,研究了绕流场对水滴聚并的作用。对不同圆柱直径下的不... 详细信息

为探究圆柱绕流形成的尾涡对液滴聚并的影响,本文采用水平集方法,建立了W/O型乳状液在圆柱绕流场中的流动模型。通过分析圆柱直径、流速、电场强度变化而引起的分散相体积分数变化,研究了绕流场对水滴聚并的作用。对不同圆柱直径下的不同流速进行了研究,结果表明当流速为1 m/s时聚并效果最理想。在1 m/s速度下叠加不同的电场强度,当电场强度为6 k V/cm时液滴聚并效率最高。对比流场、静电场&流场、圆柱绕流、绕流场&静电场四种物理场下的最优工况,聚并效率从大到小的顺序为:联合场>圆柱绕流场>静电场>流场。

关键词： W/O型乳状液水平集圆柱绕流液滴聚并

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抽采钻孔孔周煤体渗流阻力分布特征试验研究

采矿与安全工程学报 2024年第3期41卷 645-654页

作者：张天军武晋宇庞明坤张磊孟钰凯刘荣涛西安科技大学安全科学与工程学院陕西西安710054 西安科技大学能源学院陕西西安710054

瓦斯抽采钻孔孔周煤体的孔隙结构变化是影响其渗流阻力的重要因素之一。为研究钻孔孔周粉碎区和裂隙区煤体渗流阻力的演化特征,采用稳态渗流法,研究了三轴压实状态下初始孔径大小对破碎煤样内部孔隙压力的影响规律,并对渗透过程中试样... 详细信息

瓦斯抽采钻孔孔周煤体的孔隙结构变化是影响其渗流阻力的重要因素之一。为研究钻孔孔周粉碎区和裂隙区煤体渗流阻力的演化特征,采用稳态渗流法,研究了三轴压实状态下初始孔径大小对破碎煤样内部孔隙压力的影响规律,并对渗透过程中试样分层界面对孔隙结构属性参数的影响进行了分析。结果表明:单一孔径试样在同一渗流速度下,随着孔径的增加,渗透状态逐渐由层流过渡到紊流,渗流阻力由黏滞阻力为主发展成惯性阻力为主,双重孔径组合试样最小孔径大小是影响孔压梯度变化的先决条件;双重孔径组合煤体平均颗粒粒径介于0.1~1.025 mm,孔喉比分布在2~4,且渗透压降随孔喉比的增加呈二次曲线规律增长;孔径大小的变化对渗透率的影响较大,随着初始孔径的增大,其影响瓦斯通过煤体的能力增强;单一孔径试样与双重孔径组合试样非达西流因子分别与粒径的倒数和粒径差的倒数呈线性关系,且随着非达西流因子的增加,非达西渗流效应越来越明显,说明非达西流β因子增长趋势受孔径大小的影响,且孔径大小突增导致流体与渗透骨架的相对接触面积减小,非达西流β因子进一步增加;可见,在瓦斯运移过程中,钻孔孔周煤体的破碎程度与煤层渗透性具有良好的一致性,结合渗透率与非达西影响因子,可以对试样孔隙几何结构参数作出定量描述,从而揭示孔隙结构变化对渗流阻力的影响。

关键词：抽采钻孔瓦斯渗流破碎煤岩渗流阻力界面改变

基于双目立体视觉的岩体结构三维建模及其参数优化

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哈尔滨工业大学学报 2024年第9期56卷 95-105页

作者：王培涛曹笑颖郭高鑫张赓北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 北京科技大学自动化学院北京100083

为研究岩体结构面的快速、高效建模方法,基于便携型LenaCV双目立体视觉成像系统,对左、右双目图像进行校正、对齐、纠偏和三维建模算法研究,提出确定相机内外参数的最优标定工况,分析适于点云建模的目标对象特征,确定三维点云建模的最... 详细信息

为研究岩体结构面的快速、高效建模方法,基于便携型LenaCV双目立体视觉成像系统,对左、右双目图像进行校正、对齐、纠偏和三维建模算法研究,提出确定相机内外参数的最优标定工况,分析适于点云建模的目标对象特征,确定三维点云建模的最佳拍摄距离与基线距离关系,获取双目视觉建模的最优参数。研究结果表明:以0.5像素为误差上限,LenaCV相机标定的最佳棋盘格尺寸为10 mm、最优标定距离为25倍基线距离;对比三维点云模型建模效果,表面粗糙对象建模效果优于光滑对象,目标在视野中图幅占比高的对象建模效果优于图幅占比低的对象;12 cm基线距离相较于6 cm基线距离的LenaCV双目系统,建立并输出的目标对象的三维点云数据结果更优。基于几种现场测试讨论了最优标定工况、摄影工况和建模对象特点,为岩体三维结构重建提供了可参考的实践经验,验证了基于LenaCV双目摄像机的三维岩体结构面建模的可行性。

关键词：节理岩体三维结构双目立体成像相机标定点云建模

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用于气膜冷却的机器学习湍流模型

工程热物理学报 2024年第5期45卷 1324-1331页

作者：张振叶林苏欣荣袁新清华大学能源与动力工程系北京100084

在气膜冷却中,主流和射流的相互作用会产生三维涡系结构和湍流掺混,它们引起了温度的对流和湍流扩散输运。由于上述现象的三维特性,传统的湍流模型无法准确预测气膜冷却效果,限制了燃气轮机冷却结构的分析与设计水平。本文采用湍流模型... 详细信息

在气膜冷却中,主流和射流的相互作用会产生三维涡系结构和湍流掺混,它们引起了温度的对流和湍流扩散输运。由于上述现象的三维特性,传统的湍流模型无法准确预测气膜冷却效果,限制了燃气轮机冷却结构的分析与设计水平。本文采用湍流模型反演机器学习框架,基于流场关键位置的温度数据,对湍流普朗特数进行了具有空间分布的修正。所发展的机器学习湍流温度扩散模型可以显著降低冷却有效度的预测误差,且具有较好的泛化能力。

关键词：气膜冷却湍流模型机器学习

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太阳能烟囱用于城市隧道通风排烟的性能研究

太阳能学报 2024年第4期45卷 546-553页

作者：鲁宁谭泽宇刘茜黄有波重庆科技大学安全工程学院重庆401331

为探明太阳能烟囱用于城市隧道自然通风及火灾排烟的效率,采用数值模拟方法,研究烟囱高度、空腔间隙、太阳辐照度和火源功率对通风与排烟效率的影响规律。研究得出:隧道自然通风速率随烟囱高度、空腔间隙和太阳辐照度增加而上升,烟囱高... 详细信息

为探明太阳能烟囱用于城市隧道自然通风及火灾排烟的效率,采用数值模拟方法,研究烟囱高度、空腔间隙、太阳辐照度和火源功率对通风与排烟效率的影响规律。研究得出:隧道自然通风速率随烟囱高度、空腔间隙和太阳辐照度增加而上升,烟囱高度每增加1.4 m通风速率提高17%,空腔间隙每增加0.5 m通风速率提升16%,太阳辐照度增加200 W/m^(2)通风效率提高11%。太阳能烟囱用于排烟的效率优于传统竖井,烟囱高度对排烟效率的影响较小,排烟空腔间隙临界值为1.5 m。基于太阳能烟囱内横向非对称抛物线温度分布,提出烟囱出口体积流量预测模型。

关键词：太阳能烟囱城市隧道自然通风火灾排烟新能源

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一步法制备超疏水表面及其防覆冰性能研究

表面技术 2024年第16期53卷 190-197页

作者：刘宏伟邹秦锐杨益宋岳干徐远冲李国强西南科技大学信息工程学院四川绵阳621010 西南科技大学制造科学与工程学院四川绵阳621010

目的提高铜网表面的防除冰性能。方法以铜网为基底材料,用纳米胶带将铜网和聚四氟乙烯(PTFE)固定在一起,采用飞秒激光直写技术将PTFE纳米颗粒部分嵌入铜网,采用一步法制备了PTFE附着铜网的超疏水表面,并通过扫描电子显微镜和光学显微镜... 详细信息

目的提高铜网表面的防除冰性能。方法以铜网为基底材料,用纳米胶带将铜网和聚四氟乙烯(PTFE)固定在一起,采用飞秒激光直写技术将PTFE纳米颗粒部分嵌入铜网,采用一步法制备了PTFE附着铜网的超疏水表面,并通过扫描电子显微镜和光学显微镜对其微结构进行形貌分析。结果在PTFE低表面能和粗糙度共同作用下,所制备的表面表现出优异的超疏水性能,水的接触角为152°,滚动角为4°。在此基础上探究了其微观结构对表面润湿性和防覆冰性能的影响。结果表明,PTFE附着铜网的超疏水表面能有效延长冷凝液滴结冰时间,与未垫PTFE的铜网相比,结冰时间延长1.2倍。在冷却过程中,液滴从Cassie状态向Wenzel状态转变,PTFE附着铜网的超疏水表面能维持将长时间的Cassie状态。并且结冰后依然能保持较低的黏附力,最小冰黏附力为2.55 kPa,相比普通的超疏水表面缩小了近2.5%。同时能够实现冷凝液滴的高效快速自去除,还显示出优异的自清洁性能。结论PTFE附着铜网的超疏水表面可有效延长结冰时间,降低冰黏附力,具有优异的冷凝自去除和自清洁性能,且在5.01V的电压下,铜网表面能够有效防止冰的形成。

关键词：铜网超疏水防除冰低黏附自清洁电热除冰

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透平叶片内外冷却耦合的流体网络分析方法

工程热物理学报 2024年第4期45卷 978-987页

作者：张思远李雪英任静清华大学能源与动力工程系北京100084

流体网络分析方法在燃机透平叶片冷却方案设计中具有重要意义,透平入口温度的不断提高对流体网络方法的计算速度和精度提出了挑战。本文在传统流体网络方法的基础上考虑叶片内外冷却的耦合作用,发展了内外冷却耦合的流体网络分析方法,... 详细信息

流体网络分析方法在燃机透平叶片冷却方案设计中具有重要意义,透平入口温度的不断提高对流体网络方法的计算速度和精度提出了挑战。本文在传统流体网络方法的基础上考虑叶片内外冷却的耦合作用,发展了内外冷却耦合的流体网络分析方法,并搭建了预测平台。本文选用典型航空高温涡轮叶片进行精度验证,结果表明,相比于传统流体网络方法,本方法的预测误差由6.54%降低到4.91%。本方法有助于提高设计精度,为下一代高性能燃机设计提供支撑。

关键词：燃机透平叶片流体网络耦合