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基于分子动力学仿真的混合油中水分子扩散行为及其介电常数研究

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电工技术学报 2024年第3期39卷 798-809,900页

作者：赵曼卿张博李健飞李华强朱庆东西安工程大学电子信息学院西安710048 电工材料电气绝缘全国重点实验室(西安交通大学) 西安710049 国网山东省电力公司电力科学研究院济南250002

绝缘油是油浸式变压器内绝缘的重要组成部分,其绝缘性能对电力系统的稳定运行至关重要。实验研究表明植物油与矿物油共混可有效提升其绝缘性能,但改性机理尚不明确。该文利用分子动力学研究了植物油、矿物油不同共混比例下油中水分子的... 详细信息

绝缘油是油浸式变压器内绝缘的重要组成部分,其绝缘性能对电力系统的稳定运行至关重要。实验研究表明植物油与矿物油共混可有效提升其绝缘性能,但改性机理尚不明确。该文利用分子动力学研究了植物油、矿物油不同共混比例下油中水分子的扩散行为及其介电常数。结果表明:随着植物油占比增加,水分子的扩散系数逐渐降低,抑制了油中“水桥”的形成,提升了混合油的绝缘性能。水分子与混合油组分分子之间相互作用能与氢键计算结果表明,植物油中强极性基团的引入增大了混合油与水分子的相互作用能与氢键数目,抑制了水分子的热运动,导致其扩散系数降低;而随着植物油占比增加,混合油的静态介电常数显著增大,且随着含水量的提高显著上升,这是由于水分子及植物油中强极性基团的引入增大了混合油中参与极化的粒子数目,导致体系介电常数显著增高。综上所述,强极性基团是影响混合油绝缘性能的重要因素,共混时需综合考虑其对水分子扩散行为的抑制及对介电常数的增大效应,以达到提升混合油绝缘性能的目的。

关键词：混合油含水量扩散系数介电常数分子模拟

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塑料热解耦合等离子体催化重整制氢

化工进展 2024年第10期43卷 5901-5912页

作者：马艳高宁博孙安邦全翠西安交通大学能源与动力工程学院陕西西安710049 西安交通大学电工材料电气绝缘全国重点实验室陕西西安710049

将废塑料转化为可用的能源或燃料,可以缓解塑料废弃物增加和化石能源减少带来的环境问题。为实现塑料高效热转化制备氢能,本文提出一种塑料热解耦合等离子体催化重整制氢的新路线。采用嵌有同轴介质阻挡放电(DBD)等离子体区的两段式固... 详细信息

将废塑料转化为可用的能源或燃料,可以缓解塑料废弃物增加和化石能源减少带来的环境问题。为实现塑料高效热转化制备氢能,本文提出一种塑料热解耦合等离子体催化重整制氢的新路线。采用嵌有同轴介质阻挡放电(DBD)等离子体区的两段式固定床反应器,探索低温时高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP)和聚苯乙烯(PS)在单独加热、单独等离子体重整、单独催化重整和等离子体催化重整模式4种重整模式下的产物分布。结果表明:相较于单独加热模式,单独等离子体和单独催化重整模式均可提高气体产率,尤其是H_(2);等离子体和催化剂具有协同作用,等离子体催化重整模式可大幅提高气体产率,其中高密度聚乙烯的H_(2)选择性最高(66.44%);催化剂上的碳沉积和孔隙堵塞导致催化剂烧结严重程度顺序:HDPE>PP>PS。等离子体放电可以改善催化剂表面的碳沉积和金属相聚集问题,增加催化剂的比表面积和孔体积,减小平均孔径。因此,热解耦合等离子体催化重整系统为优化塑料能源生产提供了有效的参考方案。

关键词：塑料等离子体催化制氢催化热解

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纳米结构多主元合金的力学行为及强塑化机制

金属学报 2024年第1期60卷 16-29页

作者：刘畅吴戈吕坚西安交通大学金属材料强度国家重点实验室材料创新设计中心西安710049 西安交通大学金属材料强度国家重点实验室微纳尺度材料行为研究中心西安710049 香港城市大学机械工程系中国香港999077 香港城市大学深圳研究院深圳518057

超强高塑性合金在基础设施、航空航天、国防军工等领域中有广泛的应用需求,然而,金属的塑性通常随着强度的增加而降低,即:强度-塑性相互掣肘。本文从纳米结构多主元合金的强塑化研究存在的挑战出发,综述了剧烈塑性变形、物理气相沉积、... 详细信息

超强高塑性合金在基础设施、航空航天、国防军工等领域中有广泛的应用需求,然而,金属的塑性通常随着强度的增加而降低,即:强度-塑性相互掣肘。本文从纳米结构多主元合金的强塑化研究存在的挑战出发,综述了剧烈塑性变形、物理气相沉积、机械合金化等纳米结构制备方法对多主元合金力学性能的影响。阐述了相关合金的跨尺度变形机制及塑性变形起源,并对未来纳米结构多主元合金的研发及机制分析进行了展望。

关键词：多主元合金纳米结构强度塑性剧烈塑性变形物理气相沉积

改进自适应VMD和TLS-ESPRIT的风电系统次/超同步振荡参数辨识

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高电压技术 2024年

作者：李文博钱伟荣李淑蓉沙鹏程邓军波张冠军电工材料电气绝缘国家重点实验室(西安交通大学)

为解决现有辨识方法在针对耦合的次/超同步振荡参数提取过程中的噪声适应性差和模态混叠问题，本文提出了一种自适应的变分模态分解法（Variational mode decomposition， VMD），定义残差损失总熵、中心频率的切比雪夫距离以及边缘熵... 详细信息

为解决现有辨识方法在针对耦合的次/超同步振荡参数提取过程中的噪声适应性差和模态混叠问题，本文提出了一种自适应的变分模态分解法（Variational mode decomposition， VMD），定义残差损失总熵、中心频率的切比雪夫距离以及边缘熵共同决定分解模态数和带宽，结合最小二乘-旋转不变技术（TLS-ESPRIT）对分解出的振荡分量进行参数辨识，无需另外使用降噪算法。通过复合信号测试法、PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真法验证了本文所提方法的有效性。最后，将本文所提方法与改进Prony算法、MCEEMD法在不同噪声水平和振荡频率下进行对比，结果表明，所提方法能够有效地抑制原始信号的噪声干扰，对耦合的次/超同步振荡信号分解更加准确，参数辨识结果可靠性较高，对风电系统振荡溯源、改善系统阻尼具有一定的参考意义。

关键词： SSSO 改进VMD 损失总熵 TLS-ESPRIT 模态混叠

基于内非金属元素掺杂的外微波电场协同增强镁储氢机理研究

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天然气工业 2024年第7期44卷 199-207页

作者：王欢吴震黄雅琨杨福胜张早校西安交通大学化学工程与技术学院

在众多的固态储氢材料中,镁基材料已被公认为极具应用前景,但镁在储氢过程中需要克服动力学性能差(氢解离扩散难)、反应能耗高等难题,因而阻碍了其大规模商业化应用。微波外场可高效加速化学反应并降低反应温度和能耗,已逐渐应用于改善... 详细信息

在众多的固态储氢材料中,镁基材料已被公认为极具应用前景,但镁在储氢过程中需要克服动力学性能差(氢解离扩散难)、反应能耗高等难题,因而阻碍了其大规模商业化应用。微波外场可高效加速化学反应并降低反应温度和能耗,已逐渐应用于改善储氢过程,但目前针对内非金属元素掺杂外微波电场协同增强镁储氢的研究鲜有报道。为此,基于第一性原理计算探究了内掺杂非金属元素外微波电场协同改善镁储氢的作用机制,分析了有无非金属元素掺杂下镁—氢气体系在微波电场作用前后的吸附能、电子特性、过渡态等热动力学性能变化机理。研究结果表明:①微波电场改变了氢气分子和镁表面的电荷分布,使得氢气分子出现电荷分离(发生极化);②态密度计算结果也表明微波电场改变了H-s轨道的电子态分布,使得H-s电子向高能量区域移动,从而增强H-s与Mg-sp轨道杂化,导致镁与氢气之间的相互作用增强;③内非金属元素掺杂外微波电场协同改性使吸氢过程的反应能垒从0.94 eV大幅降至0.77 eV。结论认为:①微波电场有助于氢气发生极化,激活了氢气的反应活性,降低反应能耗;②内非金属元素掺杂外微波电场协同改性促进了氢气在镁表面的反应进程,有效提高了镁吸氢过程的动力学性能。

关键词：固态储氢镁金属微波电场非金属掺杂第一性原理计算

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磷酸钴修饰Cu_(3)V_(2)O_(8)/ZnO光阳极的动力学特性及光电化学水分解研究

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化学学报 2024年第1期82卷 26-35页

作者：王志强苏进展西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室陕西西安710049

钒酸铜是一种新兴的应用前景广阔的光阳极材料.本工作首先制备了不同厚度的Cu_(3)V_(2)O_(8)光电极,通过强度调制光电流谱、电化学阻抗谱等手段深入探究了影响Cu_(3)V_(2)O_(8)光电性能的关键因素在于光生载流子扩散距离短造成的载流子... 详细信息

钒酸铜是一种新兴的应用前景广阔的光阳极材料.本工作首先制备了不同厚度的Cu_(3)V_(2)O_(8)光电极,通过强度调制光电流谱、电化学阻抗谱等手段深入探究了影响Cu_(3)V_(2)O_(8)光电性能的关键因素在于光生载流子扩散距离短造成的载流子体相复合严重以及缓慢的氧化动力学造成的表面复合严重.为解决该问题,本工作提出了将一维ZnO纳米棒阵列作为支撑骨架以及负载CoPi助催化剂的策略.一维ZnO纳米棒阵列可作为电子快速传输通道促进光生载流子的体相分离,CoPi助催化剂可提高光生载流子表面分离效率提升氧化动力学.

关键词：钒酸铜氧化锌光电化学动力学强度调制光电流谱

台风场景下基于多种分布式资源协同的弹性配电网两阶段供电恢复策略

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高电压技术 2024年第1期50卷 93-104页

作者：李明昊杨祺铭李更丰刘达夫季陈林别朝红西安交通大学电工材料电气绝缘全国重点实验室国网江苏省电力有限公司无锡供电分公司

近年来频发的自然灾害极大威胁配电网安全运行，统筹考虑不同分布式资源特点，发挥分布式资源互补互济优势，有助于解决灾后配电网部分线路损坏、电力供应不足问题，实现电网灾后快速恢复。在电网中分布式资源种类不断丰富的背景下，本... 详细信息

近年来频发的自然灾害极大威胁配电网安全运行，统筹考虑不同分布式资源特点，发挥分布式资源互补互济优势，有助于解决灾后配电网部分线路损坏、电力供应不足问题，实现电网灾后快速恢复。在电网中分布式资源种类不断丰富的背景下，本文提出一种台风场景下基于多种分布式资源协同的弹性配电网灾前及灾后两阶段供电恢复策略。首先，考虑配电网和交通网耦合的影响，灾前阶段在考虑电动汽车调度的同时，以加权失电量期望最小为目标建立移动储能和抢修队应急仓库选址模型；其次，根据以上3种分布式资源以及柔性负荷的灾后响应特征，将灾后阶段分为紧急功率支撑和负荷快速恢复两个过程，搭建了配电网灾后多时段恢复优化模型；然后，通过深入研究多种分布式资源的优缺点，设计了配电网两阶段供电恢复框架；最后，设计了多组算例，验证了所提方法的有效性和可行性。

关键词：极端灾害线路抢修移动储能电动汽车V2G 灾前预部署电力系统弹性多源协同

基于谐波平衡法及Floquet理论的高速铁路10 kV供电系统铁磁谐振机理分析

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电工技术学报 2024年第18期39卷 5588-5598页

作者：王显王发强杨佳航西安交通大学电气工程学院西安710049 电工材料电气绝缘全国重点实验室(西安交通大学) 西安710049 中国铁路西安局集团有限公司西安710054

高速铁路10 kV供电系统是含时变激励的非线性非自治系统,以至于该系统中必然存在丰富的复杂非线性现象。该文在考虑系统中磁饱和电感的非线性特性的基础上,构建系统数学模型,并基于谐波平衡法求解系统周期解的近似表达式,推导系统周期... 详细信息

高速铁路10 kV供电系统是含时变激励的非线性非自治系统,以至于该系统中必然存在丰富的复杂非线性现象。该文在考虑系统中磁饱和电感的非线性特性的基础上,构建系统数学模型,并基于谐波平衡法求解系统周期解的近似表达式,推导系统周期时变雅克比矩阵,以Floquet理论识别系统周期解的稳定性,揭示系统出现铁磁谐振时的物理机理,分析系统参数变化对系统产生铁磁谐振的影响,给出ATPDraw环境下的电路仿真结果。研究结果表明:系统铁磁谐振现象产生的机理是由于系统发生了鞍结分岔,且随着饱和相串、并联电容的变化,系统能够保持稳定运行的临界激励幅值Em会随之产生变化。另外,理论计算结果和ATPDraw仿真结果一致,表明采用谐波平衡法和Floquet理论可有效分析高速铁路10 kV供电系统中的铁磁谐振现象。

关键词：铁磁谐振非线性谐波平衡鞍结分岔

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非封闭式热斗篷热防护特性

物理学报 2024年第3期73卷 43-49页

作者：苗钰钊唐桂华西安交通大学能源与动力工程学院热流科学与工程教育部重点实验室西安710049

高超声速飞行器在飞行过程中产生大量气动热,高效的热防护技术对保证其正常工作具有重要意义.本文基于热超材料调控热流传播路径思想,针对高超声速飞行器头锥,采用坐标变换法设计非封闭式点变换热斗篷及简化近似的多层结构.COMSOL数值... 详细信息

高超声速飞行器在飞行过程中产生大量气动热,高效的热防护技术对保证其正常工作具有重要意义.本文基于热超材料调控热流传播路径思想,针对高超声速飞行器头锥,采用坐标变换法设计非封闭式点变换热斗篷及简化近似的多层结构.COMSOL数值模拟研究表明,两种结构均有效实现导热和辐射热流的热绕流,使部分热量沿头锥表面传播,头锥前端温度显著降低,机体升温速率减缓.但其热防护性能的提升要求材料固相和辐射热导率低于原隔热材料.进一步设计了非封闭式域变换热斗篷,材料固相和辐射热导率均可高于原隔热材料.模拟结果表明,热绕流显著提升了域变换热斗篷的热防护能力,相比于纯隔热材料,头锥前端温度降低达100 K,机体降温达10 K,展现出重要的热防护应用潜力.

关键词：热超材料坐标变换 COMSOL 热防护

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