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异步反转式组合型垂直轴水轮机性能研究

中南大学学报（自然科学版） 2024年第3期55卷 1178-1187页

作者：陈云瑞周家逸郭朋华李景银西安交通大学能源与动力工程学院陕西西安710049 西安交通大学航天航空学院陕西西安710049

为了解决升力型垂直轴水轮机因其较低的静力矩而无法应用于低流速海流环境的问题,提出一种内外转子异步反转的组合型水轮机。装置的外部是H型转子,内部采用Savonius型转子,2个转子在各自最优尖速比下运行,在提供运行效率的同时降低系统... 详细信息

为了解决升力型垂直轴水轮机因其较低的静力矩而无法应用于低流速海流环境的问题,提出一种内外转子异步反转的组合型水轮机。装置的外部是H型转子,内部采用Savonius型转子,2个转子在各自最优尖速比下运行,在提供运行效率的同时降低系统启动流速。利用CFD软件数值分析内部转子的转速、组合轮机的直径比对外部H型转子及组合轮机性能的影响规律。采用数值计算方法研究组合轮机在不同来流方向的静力矩系数。研究结果表明:当直径比小于0.4时,内部转子的尖速比几乎不影响外部H型转子的效率,但当内部转子尖速比大于0.5时,内部转子转换为耗功部件,组合轮机的效率降低;由于内外转子存在转速差,大直径比组合轮机的内外转子将产生较强的相位干涉,增加外部转子的扭矩波动,会降低组合轮机的寿命。因此,组合轮机的直径比应选择为0.2~0.4,内部S型转子尖速比为0.2~0.5。组合轮机在大部分流动方向下,静力矩系数显著提升。

关键词：组合型水轮机异步反转 H型转子 Savonius型转子

跨临界CO_(2)两级压缩直冷制冰系统热力学性能研究

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制冷学报 2024年第4期45卷 104-113页

作者：李文龙何阳邓建强西安交通大学化学工程与技术学院西安710049

为降低CO_(2)制冰系统能耗,提高系统性能,提出了双级压缩中间完全冷却引射膨胀直冷制冰系统(TCEIS)。通过构建热力学模型,分析了关键参数对系统性能的影响,在此基础上对TCEIS应用于不同季节和城市的COP R+HR、年耗电量和热回收量及年运... 详细信息

为降低CO_(2)制冰系统能耗,提高系统性能,提出了双级压缩中间完全冷却引射膨胀直冷制冰系统(TCEIS)。通过构建热力学模型,分析了关键参数对系统性能的影响,在此基础上对TCEIS应用于不同季节和城市的COP R+HR、年耗电量和热回收量及年运行费用和热回收收益进行了研究,并与双级压缩直冷制冰系统(TCS)、双级压缩中间完全冷却直冷制冰系统(TCIS)和单级压缩引射膨胀直冷制冰系统(ES)进行对比。结果表明:在考虑热回收的情况下,TCEIS具有最高的COP R+HR,且在越炎热的季节和城市优势越明显。TCEIS在广州运行时,在分别满足冬季(410.989 kW)、过渡季(542.092 kW)和夏季(701.353 kW)制冷负荷的需求下,年运行成本相较于TCIS、TCS和ES可分别减少10.76万元、39.79万元和58.31万元。可为CO_(2)直冷制冰系统的构建和应用提供理论参考。

关键词：直冷制冰性能系数经济性分析双级压缩喷射器 CO_(2)

基于IMU和运动学的四足机器人对角支撑状态估计算法

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控制与决策 2024年第9期39卷 2894-2902页

作者：陈辉任志刚冯祖仁刘帅冷昊熹西安交通大学自动化科学与工程学院西安710049

对角支撑是四足机器人复杂动态以及线性行走必备的一种状态.然而,目前鲜有有效的状态估计算法,无法支撑相应控制策略.为此,提出一种融合惯性测量单元(inertial measurement unit, IMU)和运动学约束的状态估计算法.首先,针对对角支撑状... 详细信息

对角支撑是四足机器人复杂动态以及线性行走必备的一种状态.然而,目前鲜有有效的状态估计算法,无法支撑相应控制策略.为此,提出一种融合惯性测量单元(inertial measurement unit, IMU)和运动学约束的状态估计算法.首先,针对对角支撑状态下运动学模型欠约束带来的位姿估计难题,通过分解机身坐标系到参考坐标系的变换矩阵,简化运动学方程,并利用IMU提供的可信俯仰和横滚角测量值,推导获得其余4个位姿量的解析式;然后,进一步基于腿部微分运动学和IMU提供的俯仰和横滚角速率,结合位姿量的导数获得线速度和偏航角速率的解析式;最后,通过仿真分析验证所提出算法的有效性.实验结果表明:位姿估计值准确、无漂移,偏航角速率和线速度的均方根误差分别小于2 deg/s和9 mm/s,优于现有算法且满足实际控制需求.

关键词：状态估计四足机器人运动学欠约束惯性测量单元对角支撑

双功能活化制备沥青基硬炭用于钠离子电池负极

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化工学报 2024年第3期75卷 1019-1027页

作者：吴吉昊陈涛刘思宇刘梦柯杨卷西安交通大学化工学院陕西西安710049

硬炭作为钠离子电池(SIBs)最具有应用前景的负极材料,其形貌的可控调节和结构优化被广泛研究和关注。以煤沥青为原料,采用柠檬酸钾(C_(6)H_(5)K_(3)O_(7)·H_(2)O)作为双功能活化剂:(1)气体分解产物可消耗过量的氢,实现沥青的固态热解,... 详细信息

硬炭作为钠离子电池(SIBs)最具有应用前景的负极材料,其形貌的可控调节和结构优化被广泛研究和关注。以煤沥青为原料,采用柠檬酸钾(C_(6)H_(5)K_(3)O_(7)·H_(2)O)作为双功能活化剂:(1)气体分解产物可消耗过量的氢,实现沥青的固态热解,阻碍有序微晶的生成;(2)固态分解产物钾盐进行活化造孔,从而在高温碳化过程中形成丰富的封闭纳米孔。基于此,成功制备了具有高度无序、多孔片状结构的沥青基硬炭材料,并应用于SIBs负极,探究其电化学性能。研究发现,通过调控活化剂用量可以实现沥青基硬炭微观结构的优化,在适宜质量比条件下制备的硬炭(HC-2-1300)首次库仑效率高达81.5%,在0.1 A·g^(-1)的电流密度下,其可逆比容量为214.2 mAh·g^(-1),明显优于直接碳化的样品(DC-1300)。同时,在5 A·g^(-1)的高电流密度下,HC-2-1300样品仍有116.7 mAh·g^(-1)的可逆比容量,且在1 A·g^(-1)电流密度下充放电循环2000圈后,容量保持率达75.1%,显现出优异的倍率性能和循环稳定性,具有广阔的应用前景。

关键词：钠离子电池沥青基硬炭双功能活化剂电化学性能

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基于活动工期信息动态更新的前摄性-反应性项目调度

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系统工程理论与实践 2024年第5期44卷 1633-1651页

作者：曹芳芳何正文王能民西安交通大学管理学院西安710049 西安交通大学过程管理与效率工程教育部重点实验室西安710049

项目执行中,活动工期随机性会随着可用信息增加而动态更新,即工期随机性会逐渐下降.以下降的工期随机性为背景,研究前摄性-反应性项目调度集成优化.具体地,前摄性子问题通过构建以最小化期望总成本为目标的优化模型,旨在获得经济的基准... 详细信息

项目执行中,活动工期随机性会随着可用信息增加而动态更新,即工期随机性会逐渐下降.以下降的工期随机性为背景,研究前摄性-反应性项目调度集成优化.具体地,前摄性子问题通过构建以最小化期望总成本为目标的优化模型,旨在获得经济的基准计划;通过设计禁忌搜索算法对其求解.反应性子问题旨在通过确定合理调整时点,实现资源占用成本与开始时间偏差成本的动态平衡;设计主动、被动及混合策略确定调整时点.通过前摄性-反应性集成优化,目标是最小化实际执行总成本.得出研究结论:首先,前摄性子问题的求解算法可求解得到优质的基准计划,可作为反应性执行的最佳指导;其次,不同的反应性策略在不同情形下表现出各自的优越性,整体来看,混合策略具有较强的优势.

关键词：项目调度优化模型禁忌搜索前摄性-反应性动态活动工期信息

多层级异质异构吸波超材料功能化设计及熔融沉积3D打印

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机械工程学报 2024年第3期60卷 319-327页

作者：杨贞梁庆宣段玉冰刘攀王昕李涤尘西安交通大学机械工程学院西安710049

针对吸波材料向工程应用方向发展需具备轻质和宽带吸波的关键需求,提出了一种有损谐振结构和功能化介质层调控的多层级复合异质异构吸波超材料,通过对介质层进行仿生结构化设计实现吸波超材料轻量化和宽带吸波性能。将热塑性聚合物材料... 详细信息

针对吸波材料向工程应用方向发展需具备轻质和宽带吸波的关键需求,提出了一种有损谐振结构和功能化介质层调控的多层级复合异质异构吸波超材料,通过对介质层进行仿生结构化设计实现吸波超材料轻量化和宽带吸波性能。将热塑性聚合物材料和银铜合金复合制备了特定电导率的复合材料,通过优化银铜合金重量比和复合材料的打印工艺实现了谐振结构电导率的精确控制。基于此,设计了两层有损谐振结构层来调控宽带阻抗匹配和欧姆损耗,利用双材料熔融沉积3D打印工艺实现了多层级异质异构吸波超材料的可控制备。所制备的吸波超材料等效密度为0.3 g/cm3,电磁性能测试结果表明在垂直入射条件下,吸波超材料在3.8~19.24GHz频段实现了高效吸波性能。同时,电磁波在横电波(Transverse electric,TE)和横磁波(Transverse magnetic,TM)模式下、入射角在50°范围内时,吸波超材料都具有良好的宽带吸波性能。这种多层级异质异构吸波超材料的设计和制造方法为推动吸波材料向工程应用化方向发展提供了技术支撑。

关键词：多层级异质异构吸波超材料 3D打印

微混燃烧器中微管结构对氢燃料掺混效果与燃烧性能影响研究

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化工学报 2024年

作者：邓志诚杨欢王斯民王家瑞西安交通大学化学工程与技术学院西安交通大学能源与动力工程学院

由于氢燃料密度小，绝热燃烧温度高，造成了燃烧室内燃空掺混困难和局部热力型NOx过高等问题。本文基于GRI-Mech 3.0机理，结合FGM燃烧模型对纯氢燃烧开展了数值模拟，考虑了当量比、微管空气管径、燃料管径、扰流结构对燃空混合特性和... 详细信息

由于氢燃料密度小，绝热燃烧温度高，造成了燃烧室内燃空掺混困难和局部热力型NOx过高等问题。本文基于GRI-Mech 3.0机理，结合FGM燃烧模型对纯氢燃烧开展了数值模拟，考虑了当量比、微管空气管径、燃料管径、扰流结构对燃空混合特性和燃烧性能的影响。研究结果表明，空气管径的增大不利于燃空的充分混合，当量比为0.4的贫燃状态下，空气管径扩大三倍后NO排放量提高了13倍；燃料管径从0.2mm增大至0.65mm后，导致各当量比下氢气射流深度均降低30%以上，燃空混合效果变差，锚定火焰转变为抬升火焰；当量比的增大会使火焰温度升高，削弱了小空气管径或小燃料管径下NOx排放的控制效果；扰流结构强化了燃料与空气的预混过程，提高了燃烧室温度均匀度，降低了NOx的生成，且采用结构B时混合优化效果与基础燃烧特征更佳。

关键词：氢微混燃烧混合 NO 排放数值模拟

O/CO条件下煤半焦-生物质的混燃特性及动力学分析

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煤炭转化 2024年

作者：张锦萍陈磊王长安车得福西安交通大学能源与动力工程学院西安交通大学化学工程与技术学院

通过热重分析和正交实验研究了煤半焦与生物质混燃的燃烧特性、交互作用及反应动力学，结果表明：O2/N2气氛下掺混生物质可改善半焦的着火燃尽特性，O2/CO2气氛下掺混生物质可改善半焦的着火特性，但会延迟半焦的燃尽。半焦和生物质在... 详细信息

通过热重分析和正交实验研究了煤半焦与生物质混燃的燃烧特性、交互作用及反应动力学，结果表明：O2/N2气氛下掺混生物质可改善半焦的着火燃尽特性，O2/CO2气氛下掺混生物质可改善半焦的着火特性，但会延迟半焦的燃尽。半焦和生物质在主燃区存在明显的交互作用，该作用显著提高了混燃反应性和燃烧强度，降低了着火活化能。生物质掺混比增大，燃烧特性指数提高，混合燃料低温区的活化能E1和高温区的活化能E2均逐渐降低；掺混生物质为松木时，混燃特性最好，稻壳次之，核桃壳再次之。较O2/N2气氛，O2/CO2气氛下的综合燃烧特性指数降低，E1和E2都提高，提高O2/CO2气氛中的O2浓度可小幅改善燃烧特性。燃烧气氛对燃烧特性和活化能的影响最显著，掺混比次之，掺混生物质的种类影响最小，但若只考虑O2/CO2气氛的O2浓度变化，燃烧气氛对混燃特性的影响很小。

关键词：半焦生物质混燃 O /CO 燃烧交互作用

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煤气化渣制备功能微纳材料研究进展

工程科学学报 2024年第9期46卷 1671-1684页

作者：丁子涵马丽吴俊杰石岩郝南京西安交通大学化学工程与技术学院西安710049 青岛达融能源科技有限公司青岛266300

富煤、贫油、少气的能源结构决定了我国煤炭消费量巨大的现状.煤气化技术作为煤炭清洁高效利用的关键技术得到快速发展,煤气化渣固废的排放问题也随之日益严重.目前煤气化渣处置方式以堆放和填埋为主,造成了土地资源的浪费和环境污染.... 详细信息

富煤、贫油、少气的能源结构决定了我国煤炭消费量巨大的现状.煤气化技术作为煤炭清洁高效利用的关键技术得到快速发展,煤气化渣固废的排放问题也随之日益严重.目前煤气化渣处置方式以堆放和填埋为主,造成了土地资源的浪费和环境污染.为了实现煤化工的绿色可持续发展,亟需解决煤气化渣高效处置的问题.煤气化渣中含有丰富的铝、硅、残碳资源,为制备高附加值材料提供了巨大的潜力,引起了研究者们的广泛关注.基于煤气化渣的产生过程,详细介绍了其成分与微观形貌,并系统阐述了煤气化渣合成介孔二氧化硅、多孔碳、碳–硅介孔复合材料、沸石以及沸石–碳复合材料的制备方法.进一步深入探讨了煤气化渣基功能微纳材料在吸附剂、催化剂、填充材料、超级电容器、微波吸收材料等方面的广泛应用.最后,对煤气化渣资源利用中存在的问题进行了探讨,并展望了其未来的发展趋势,旨在为煤气化渣的综合利用提供一些参考.

关键词：煤气化渣微纳材料吸附剂催化剂填充材料