学研结合的《化工传递原理》课程改革与实践——以水净化膜表面特性影响的动量分子传递过程为例

培养具有较强实践和创新能力的新工科复合型人才是本科化工教育的重点。化工传递原理作为化学工程与工艺专业学生必修课,在提升本科教育质量中发挥重要作用。然而,化工传递原理课程存在理论性强、抽象推理多、学科交叉广、实验及理论同步配套程度低等问题,为有的放矢地解决课程难题,提高教学质量和品质,教学团队从教学目标和教学方法等多方面进行深度改革和创新;为重点突出以前沿科学研究为契机的学研结合新范式进行化工传递原理课程改革与实践,本文以水净化膜表面特性影响的动量分子传递过程为例,通过科学研究实验结合化工动量传递理论提升教学质量。将化工传递的科学研究与课堂理论教学相耦合,突出以学生为主体和产出导向的标准提升教学品质。这种新范式将有益于工科学生解决复杂化学工程问题能力的显著提升,为综合型本科化工类专业的改革发展提供重要支撑。

化工过程中的电子传递、质子传递和分子传递

随着“绿色化学”和“可持续发展”概念以及“碳达峰、碳中和”(双碳)目标的相继提出与推进,化学工业逐步进入绿色化、高端化、智能化发展新阶段。对于包含反应的化工过程有非常经典的“三传一反”理论,以反应动力学为核心,以动量传递、热量传递与质量传递为基础,揭示了物质、能量传递与化学反应的协同强化规律,对化工领域的发展具有重要和深远意义。近年来,由于光能、电能等清洁能源以及绿色生物制造、光电化学工程等新学科引入化工反应过程中,以电子传递、质子传递和分子传递为代表的三类传递现象得到了广泛关注和大量研究,为“三传一反”理论注入了新的活力。在此背景下,尝试将电子传递、质子传递和分子传递三类现象进行分析和介绍,针对不同化学反应的特点,初步总结了通过电子传递、质子传递和分子传递过程的单独或协同强化,以实现传递过程与化学反应过程的高度匹配,进而实现化学反应效率的显著提升。

基于图像识别技术的透明土热传递特性分析

为揭示透明土材料传热特性,基于透明土立柱试验、灰度像素图像及热红外图像技术,建立归一化像素强度与温度对应关系。在此基础上,分析顶部传热和底部传热2种传递方式下透明土的热传递规律。结果表明:通过建立归一化像素强度反映透明效果,发现透明度与透明土温度之间存在线性关系,随着温度的升高,透明土透明效果先增强再减弱。在顶部加热时,透明土柱呈现不均匀传热特性,边缘温度带呈现圆弧状不规则波动,热量核心区域范围更大;底部加热时,透明土柱受热均匀,边缘温度带较为平整且呈现条带状,热量核心区域较小。透明土顶部加热较底部加热的热传递效率更快。无论何种传热方式,加热点处透明土温度在持续加热下呈非线性变化特征,且越靠近热源,该现象越显著。

国内城乡居民低收入代际传递的阻断机制研究进展

当前,我国已经取得脱贫攻坚战的全面胜利,而阻断贫困的代际传递是当前巩固脱贫攻坚重大成果的必要举措,低收入的代际传递问题便是贫困代际传递问题重要的表征。本文通过总结相关文献,运用CiteSpace软件,从低收入代际传递的内涵及现状,影响因素,及阻断机制进行简要梳理。研究发现,教育、人力资本、家庭因素、地理位置等对城乡低收入代际传递均有显著影响,为此政府应发挥主体作用以完善相关体系政策;确立教育核心地位;促进脱贫群体秉持积极心态使其树立人生目标;激发其创业就业能力等以保障胜利成果永续,维系当前美好脱贫环境。文章分析当前研究成果,为今后研究该方向作者提供切入点,并对以后对于城乡居民的低收入代际传递相关主题提供一定的借鉴与启示。

人类活动对流域气象-水文干旱传递的影响分析

分析人类活动对干旱传递的影响对于干旱预警以及减少社会经济损失具有重要意义。以潘家口水库流域4个气象水文站点的1960-2017年实测的逐月降水和径流序列为基础数据,采用标准化降水指数(Standardized Precipitation Index,SPI)和标准化径流指数(Standardized Runoff Index,SRI)分别来表征研究区域的气象干旱和水文干旱。通过非一致性检验的方法,结合流域实际情况,得到径流序列的突变点,并基于Pearson检验法和Copula模型分别计算基准期和人类活动期气象干旱传递为水文干旱的时间和传递概率来分析人类活动对干旱传递的影响。结果表明,潘家口水库流域的径流序列呈现显著减少趋势,径流序列的突变点在1979年前后。人类活动对流域的水文干旱及干旱传递均产生了显著的影响,人类活动明显增加了水文干旱的发生频率,降低了气象干旱和水文干旱之间的相关性。干旱传递时间呈现季节性差异,夏秋季的干旱传递时间短于春冬季。在人类活动的影响下,夏季的干旱传递时间普遍缩短1~4个月;春秋冬季干旱传递时间呈现不同的变化,但大部分站点干旱传递时间延长。在同一气象干旱条件下,引发水文干旱的概率随干旱等级的增加而减小,随着气象干旱的加剧,引发水文干旱的概率变大,干旱传递概率变化呈现出两种情形,人类活动可能促进或抑制水文干旱的发生,增加或减小干旱传播概率。

传递矩阵法在计算输流管路高频振动时的稳定性改进

传递矩阵法(transfer matrix method,TMM)是研究结构振动时常用的计算方法,但在计算大跨度输流管路高频横向振动时,TMM存在数值不稳定的现象,制约了其进一步应用。基于无量纲化计算结果得到的子单元划分准则的全局传递矩阵法(global transfer matrix method,GTMM)、混合能传递矩阵法(hybrid energy transfer matrix method,HETMM)和结合变精度算法的传递矩阵法(variable precision algorithm-transfer matrix method,VPA-TMM)等三种方法解决了这一问题。GTMM是最常用的TMM计算稳定性改进方法;HETMM系首次从层状介质中的波传播计算扩展到管路系统的振动分析领域,计算矩阵的维度和形式不随子单元数的变化而变化,计算时间最短;VPA-TMM无需进行子单元划分,可以看作是从根源上解决了TMM的长跨度高频计算失稳问题,但计算时间会大幅度增加。

基于传递率函数的预制混凝土夹心保温墙板连接件损伤识别

为解决预制混凝土夹心保温墙板中连接件检测困难问题,提出了基于传递率函数的连接件损伤识别方法。首先介绍了传递率函数原理,建立了用于检测预制混凝土夹心保温墙板中损伤连接件的传递率函数理论模型,得出可用预制混凝土夹心保温墙板物理参数表示的传递率损伤指标(transmissibility damage indicator,TDI)。分析理论模型的检测机理表明,该方法不仅可以判断连接件损伤程度而且检测结果不受未被检测损伤连接件干扰。分别设置单损伤和多损伤工况,通过缩尺模型试验,验证了所提出检测方法的可行性,试验结果表明,损伤连接件和无损连接件的TDI指标之间存在着明显的不同,差异达到39.2%,所提出方法可以有效确定连接件的损伤状态与程度,且多损伤工况下其他未被检测的损伤连接件对检测结果无影响。进一步通过数值模拟结果测试所提出方法的抗噪性,建议使用该方法时,保证信噪比在40 dB以上,从而保障方法的鲁棒性。

4种用于温室除湿的亲水翅片管蒸发器热湿传递性能分析

温室冬季高效除湿需求已经成为制约中国温室产业高质量发展的技术难题之一。为了提高温室用冷冻除湿系统中亲水翅片管蒸发器的热湿传递性能,该研究建立了低温高湿工况下平翅片、带涡产生器平翅片、波纹翅片、开缝翅片4种亲水翅片管蒸发器空气侧的数值传热模型,采用蒸发器的换热量Q、努塞尔特数Nu、摩擦因子f、单位翅片面积析湿量和强化传热因子JF等评价参数,对比分析了低温高湿工况下4种亲水翅片管蒸发器空气侧热湿传递性能。结果表明,与平翅片相比,带涡产生器平翅片、波纹翅片、开缝翅片空气侧的Nu、Q和f均高于平翅片,且开缝翅片的Q和f在相同条件下均最大;4种翅片的f随入口风速的增大而大幅度减小,而相对湿度对f的影响较小;单位翅片面积析湿量均随入口风速和相对湿度的增大而增大,波纹翅片的除湿能力最优;在入口风速1~4 m/s和相对湿度80%~95%条件下,波纹翅片管蒸发器的JF因子平均值最大,其热性能最优;在冬季寒冷地区低温高湿的温室中,推荐选用波纹亲水翅片管蒸发器对温室内空气进行除湿。该研究可为温室低温高湿环境下除湿系统用亲水翅片管蒸发器的设计与应用提供参考。

高速铁路无砟轨道车辆荷载传递特性研究

为进一步探讨无砟轨道荷载设计参数取值,为我国时速400 km及以上高速铁路建设提供重要理论支撑,通过开展无砟轨道静力分析以及钢轨焊缝、车轮扁疤激励下车辆-轨道动力相互作用,揭示列车静、动力载荷特征及传递规律;同时根据轨道承载特点和无砟轨道设计原理,提出车辆竖向设计荷载取值建议。研究结果表明:(1)高速列车车轮扁疤和钢轨焊缝不平顺将造成显著的轮轨冲击,其轮载动载系数最大可达5.79,远高于现行规范取值;扣件系统对扁疤和焊缝不平顺引起的轮轨力高频成分衰减作用明显,扣件支反力的动载系数最大为2.64;(2)钢轨焊缝不平顺引起的轮轨冲击力随着车速提高以及焊缝不平顺幅值的增大而迅速增大,建议500 km/h及以下高速铁路的钢轨焊缝平直度标准取0.2 mm/m;(3)列车轮载通过扣件支反力作用于轨道板,从传递特性的角度来说,以扣件支反力作为轨道板竖向设计荷载更为合理,其动载系数可取3.0,且能满足400 km/h及以上高速铁路的行车需求。

西南少数民族八角纹设计文化基因“数字化”表达与传递机理研究

八角纹在西南各少数民族染织纹样中的传递已有几千年的历史。类比生物基因“数字对位传递”所具有的高度精确性,如果对染织纹样中的八角纹进行“显微镜式的观察”,可以发现,八角纹隐含着“几何式”与“模件式”两种设计文化基因。其产生与复制的过程,是按照均衡比例的“数字化”机理进行表达与传递;指令信息的明确,使得传递后的设计文化基因具有高度的保真性、多产性与长寿性。本文研究表明,在西南少数民族八角纹等纹样的设计与制作过程中,传递“如何制作”(机理)比传递“制作什么”(纹样)更具有效性。

强传递的新特征

动力系统是一门关于时间演化规律的数学学科,其中由紧致拓扑空间的连续自映射给出的动力系统的传递性一直以来都是动力系统研究的一个重要课题.令(X,f)是一个动力系统,对于X中任意的两个非空开子集U和V,若存在整数n≥0,使得U∩f-nV≠?,则称(X,f)是拓扑传递的.运用N-开子集,定义几种新的拓扑传递的加强形式,研究并分别证明其多种等价命题,旨在开集的弱形式下得到一些动力学性质.

基于能量传递效率的煤冲击倾向性评价指标

冲击地压与煤体能量的积聚和释放密切相关,能量传递是评价冲击倾向性的关键参数之一。通过构建能量源扰动条件下的能量传递模型,关联冲击能量指数与弹性能量指数,提出能量释放比例φ,基于传递过程中的能量耗散模型提出了能量传递效率β,建立了包含2种参数的冲击倾向性评价方法。对煤矿11个煤层分层进行冲击倾向性鉴定试验,引用79个煤矿分层的冲击倾向性鉴定结果进行可靠性验证。结果表明:能量释放比例φ具有冲击地压边界条件的意义;能量传递效率β与泊松比具有负相关性,取值范围可以由模型边界条件推导获得;能量传递指数η的计算结果,与冲击倾向性鉴定的结果具有较高的一致性(88.61%),能够反映煤体的冲击倾向性,并且可以成为“*”结果的评价依据,是一种适用于现有冲击倾向性评价体系的有效指标。

多模GNSS PPP时间传递性能比对分析

精密单点定位(PPP)时间传递技术是国际时间比对的重要手段之一,为协调世界时的计算做出巨大贡献。为探究多系统融合PPP时间频率传递性能,选取3个国际授时实验室的测站数据组成2条链路,采用8种实验模式对比分析单系统、双系统、三系统和四系统PPP时间频率传递性能。实验结果表明:各多系统组合较单GPS系统在可见星数上均有较大提升,且极大改善了钟差精度因子,增加了时间比对结果的稳健性和可靠性。在时间传递稳定性方面:对于453.4 km的PTBB-BRUX链路,较单GPS系统,双系统中GPS/BDS组合提升效果最优,提升率约为10.39%,三系统中GPS/GLONASS/BDS组合提升率最优,约为11.86%,四系统组合提升率为11.98%,可从0.0467 ns提升至0.0411 ns;对于8031.8 km的PTBB-NIST链路,GPS/BDS组合提升率约为4.89%,GPS/GLONASS/BDS组合提升率约为5.49%,四系统组合提升率为5.79%,可从0.1140 ns提升至0.1074 ns。在频率传递稳定度方面:在前10000 s内双系统组合平均提升17.6%,三系统组合平均提升20.5%,四系统组合提升21.6%。

针对动物领导关系的可变寻正时滞传递熵

为改进可变时滞传递熵(VL传递熵),提出一种可变寻正时滞传递熵(VPL传递熵)。根据提出的时滞寻正设想,重新确定用来矫正DTW时滞序列的最佳固定时滞,用经矫正后的最佳时滞序列对时序进行“扭曲”,进行因果推断。在两个公开的动物运动数据集中进行领导关系因果推断,实验结果表明,VPL传递熵因果推断的准确度比VL传递熵提升了75%至100%。所提方法在动物群体领导关系发现上优于VL传递熵。

基于声振传递的飞行器噪声振动环境预示方法研究

针对高速飞行器飞行条件下的噪声、振动环境恶劣、复杂、难预示的问题,提出了基于声振传递的飞行器飞行条件下的噪声、振动环境预示方法。采用数值仿真、脉动压力风洞试验或工程分析等方法,获取飞行器在典型工况下的舱外脉动压力场;通过噪声试验或声振耦合仿真分析的方法,得到飞行器声振传递特性;根据获得的舱外脉动压力和声振能量传递特性,结合具体飞行参数得到实际飞行条件下的飞行器声振预示环境。采用该方法对某飞行器开展了振动环境预示研究,经地面及飞行试验验证振动环境量级预示精度可达1.6 dB。提出的基于声振传递的飞行声振环境预示方法可以广泛应用在导弹、火箭等飞行器的精细化环境设计中,对于提高飞行器总体性能、环境适应性和飞行可靠性具有重要的工程意义。

基于传递矩阵法的指向式旋转导向工具主轴振动特性

指向式旋转导向工具应用于井眼轨迹控制时,其主轴的动力学特性将直接影响到井眼轨迹控制效果及作业安全,而在钻进工况下,工具钻压传递机构在主轴上的位置对主轴的动力学特性起着重要的作用。因此,为了分析钻压传递机构的位置对主轴动力学特性的影响,利用多体系统传递矩阵法建立了指向式旋转导向工具外壳-轴承-主轴系统的动力学模型。通过推导主轴上任意节点的几何和力学方程,该研究能够评估钻压传递机构的位置对主轴动态性能的影响规律。结合实例运算分析了钻压传递机构的安装位置对主轴固有频率和振型的影响,探讨了工具造斜时,钻压传递机构安装位置对主轴动态位移的影响。结果表明,随着钻压传递机构安装位置距离钻头越远,主轴固有频率和动态位移均增大,因此在满足工作要求下,推荐钻压传递机构安装位置尽可能靠近钻头端。为验证基于传递矩阵法建立的主轴动力学模型的正确性以及钻压传递装置安装位置对主轴动态位移影响规律,在指向式旋转导向工具试验台架上进行了钻进工况下主轴测点偏移量测试试验,结果表明,试验测得的数据与理论计算的数据基本吻合,误差最大仅为6.47%。

基于传递函数分析的双馈风力发电系统动态建模方法研究

以双馈风力发电系统(doubly-fed induction generator based wind energy conversion system,DFIG-based WECS)为例,利用小信号分析法推导出由风机、双质量块传动链构成的动力与传动系统通用传递函数方程。动力与传动系统传递函数的零极点位置、稳定性与系统参数及系统运行工作点相关。该传递函数可进一步分解为扭转分量和非扭转分量。传动链参数仅对扭转分量造成影响。在此基础上,建立了考虑动力传动、电机、变流器、控制等环节的风力发电系统传递函数模型。模型综合了各环节参数,可直观反映系统参数对系统响应的影响,有助于深入了解系统动态行为。算例及时域仿真结果证明了所提出传递函数模型的准确性和高效性,可为系统参数设计研究提供理论依据。

结合传递比与栈式自编码器的结构损伤识别

如何从土木结构响应数据中挖掘损伤特征并有效分类,是实现损伤模式识别的关键。为此,以框架结构为分析对象,搭建设有自编码器隐藏层和Softmax分类层的栈式自编码器网络,采用无监督联合有监督的混合学习机制;基于有限元分析获取框架不同工况下的传递比函数值,构建训练集、验证集和测试集样本;通过预训练确定自编码器隐藏层的参数值如权重和偏置值,避免网络出现过拟合;采用微调方式进一步调整预训练后的网络参数值,再结合验证集实现对网络超参数的调整;将实测传递比数据输入网络,实现对框架节点损伤的评估。结果表明:所提方法能有效进行损伤特征的提取和分类,准确识别框架节点的单、双损伤工况,相较于传统浅层神经网络具有更高的识别准确度和更好的抗噪性。

氡计量标准器量值传递技术研究与应用

AlphaGUARD测氡仪被广泛用作氡标准仪器开展量值传递。本文通过标准氡室以及循环氡源验证AlphaGUARD测氡仪在低量程的准确性、高量程的一致性,并建立一定浓度范围(0.6~142.4 Bq·L^(-1))内的量值传递线性关系。为保证量值传递的可靠性,基于溯源到参考标准的氡标准仪器,将量值传递到循环氡源,分别开展以循环氡源以及标准仪器和一定浓度的水样(>5 Bq·L^(-1))作为参考标准的量值传递实验。本研究针对地下流体氡观测网内近年应用的4种新型测氡仪,制定应用氡标准仪器进行量值传递的7种技术方案,并在全国40多个氡观测站应用,其中有12个连续观测站应用2年,结果表明,校准系数相对偏差均小于5%,氡量值传递技术方案是可行的,可满足现有氡观测的校准需求。此外,还开展了传递方案的不确定度评价实验,以DDL型测氡仪为例,其最小不确定度可达5.5%(包含因子k=2)。本研究建立的新型测氡仪氡计量标准器量值传递技术方案,该方案科学可行,应用方案可有效保证新型测氡仪测值的稳定可靠。

抗差Vondrak滤波方法在时间频率传递中的应用

时间频率传递的结果会受到非模型化误差和观测噪声的影响,其噪声常为高频信号,构建低通滤波器可在一定程度上消除观测值序列中的高频噪声信号.本文对Vondrak滤波函数的本质进行剖析,通过IGG3算法对钟差序列进行定权并采用频率响应法选择适合的滤波因子;对不同的链路分别进行卫星双向时间频率传递(two-way satellite time and frequency transfer,TWSTFT)、基于软件接收机的卫星双向时间传递(two-way satellite time and frequency transfer based on software defined receiver,SDR-TWSTFT)和短基线共视时间频率传递实验,并对钟差结果采用抗差Vondrak滤波进行平滑去噪.结果表明:滤波后的钟差序列能够很好地反映原始钟差序列的趋势;平滑后的TWSTFT钟差结果,日波动效应得到了有效的抑制,精度有明显提升;对于共视钟差结果,精度有明显提升,与精密单点定位(precise point positioning,PPP)时间传递结果的差值保持在−1.0~1.0 ns范围内.