基于蜂窝仿生流场的质子交换膜燃料电池的性能研究及优化

为了增强质子交换膜燃料电池(PEMFCs)内部燃料分布的均匀性与水管理能力,本文研究了一种新型的基于仿生结构的蜂窝仿生流场。首先,根据蜂窝结构特征,搭建出三维多相流非等温几何模型并确立PEMFC的数学模型;其次,采用计算流体动力学Fluent软件对模型进行无关性与有效性验证,并对蜂窝仿生流场和常规平行流场的电池性能和燃料分布进行了模拟分析;最后,对比极化性能、气体流速分布、燃料与液态水组分浓度和电流密度分布,验证了蜂窝仿生流场设计的有效性。研究结果表明:采用蜂窝仿生流场的电池峰值功率密度比常规平行流场高15.6%,其内部水管理能力和燃料分布均匀性均强于平行流场;左端进气的蜂窝仿生流场比采用上端进气的蜂窝仿生流场在气体通路内具有更均匀的气体压力,可有效避免流道内产生局部涡流,其峰值功率密度可以达到0.3933 W/cm2。

碳酸钠活化粉煤灰提铝试验研究

以Na_(2)CO_(3)为活化助剂,与粉煤灰均匀混合后高温煅烧,使化学活性较低的莫来石转化为易溶于酸的霞石,经酸浸使活化粉煤灰中的Al_(2)O_(3)转移到酸溶液中,实现提取铝的目的。考察了粉煤灰与Na_(2)CO_(3)质量比、硫酸质量分数、酸浸液固比、酸浸温度、酸浸时间对Al_(2)O_(3)浸出率的影响。结果表明:当粉煤灰与Na_(2)CO_(3)质量比为1:0.3,硫酸质量分数为25%,酸浸温度为95℃,酸浸时间为2 h,酸浸液固比为6 mL/g时,Al_(2)O_(3)浸出率最高,其值可达95%。

应用型高校发酵工程课程群的建设研究

随着生物技术的飞速发展,发酵工程在食品、医药、化工等领域得到了广泛应用。应用型高校作为地方经济发展的重要组成部分,应重视加强发酵工程课程群的建设,以培养出高素质的应用型发酵工程人才,满足行业和社会的需求。基于此,文章以发酵工程为主线,重点对应用型高校发酵工程课程群的建设进行分析研究,研究内容包括课程群的定义、应用型高校建设发酵工程课程群的意义和具体路径等,旨在构建完整的课程体系,提高学生对发酵工程知识的掌握和应用能力。

缓慢水解法制备纳米TiO_(2)及其作为锂离子电池负极材料的电化学性能研究

以四氯化钛为原料,在冰水浴,弱碱性条件下,将TiCl_(4)配制为0.5 mol/L水溶液,低温水解得到沉淀产物,将此沉淀在80℃的真空烘箱中干燥;低温400℃下焙烧12 h得到白色粉末。通过X射线衍射(XRD)进行结构表征;通过扫描电子显微镜(SEM)透射电镜(TEM)进行形貌表征。得到的烧结产物,结合金属锂对电极材料和聚乙稀隔膜搭建半电池系统,进行电池性能测试。结果表明,以四氯化钛为原料在低温的条件下实现缓慢水解,再经过长时间低温焙烧得到白色粉末为纳米级金红石型和锐钛矿型TiO_(2)的混合相,且具有粒径小、分散性好、粒径分布窄、球形度较好等优点;此产品在0.05充放电时首次放电比容量为370 mAh/g, 5 C的放电比容量达到69 mAh/g,容量保持率分别为91.69%,电化学性能远高于商业化TiO_(2)。研究表明,基于缓慢水解低温烧结机制制备TiO_(2)的方法是一种简单、低成本、适用于大规模生产的工艺。

基于改进粒子群算法的机械臂能耗轨迹优化

针对工业机器人能耗轨迹优化问题,提出了一种基于金字塔层拓扑结构的粒子群算法。该算法引入了金字塔层式的拓扑结构,将粒子进行排序、分层,从而改进算法的竞争策略,增加了种群多样性;引入了新的合作策略以更新粒子的速度和位置;引入胜利百分比来自适应地调整粒子群算法的权重系数,提高了粒子的搜索效率。为了验证该算法的有效性,在测试函数集上进行了测试,并与其他八种变体粒子群算法进行比较,结果表明所提出的算法性能具有显著优势。最后将该算法应用到工业机器人轨迹规划中,仿真实验表明该算法能有效求解机器人的能耗最优轨迹,机器人的能耗明显减低,且满足工业机器人的运动学及动力学约束。

双腿轮式机器人运动控制研究

双腿轮式机器人融合了足式与轮式机器人的优势,展现出灵活性和高速高效特性。然而,精确控制这类机器人需要对运动学和动力学模型进行深入研究。此外,欠驱动、强耦合和非线性等控制难点也进一步加剧了机器人运动与自平衡控制的挑战。为应对这一挑战,本文提出一种分布式动力学建模策略,分别对机器人的躯干及腿轮子系统进行了精确建模,保留了机器人的所有动力学特性,并据此设计出以腿轮末端输出力矩为控制目标的力矩解算器。随后,基于该模型创新性地提出一种全身力矩控制框架,旨在实现双腿轮式机器人的运动控制和动态平衡。为进一步提升其运动性能,还规划了多运动模式,并成功地集成到全身力矩控制系统中。在MATLAB环境下搭建了双腿轮式机器人仿真实验平台,设计了两种行走实验方案和3种不同跳跃高度的仿真实验。实验结果表明,行走速度误差小于0.09 m/s,跳跃高度误差控制在0.02 m以内,验证了控制策略的可行性。最后,搭建了腿轮融接型复合结构的双腿轮式机器人,成功开展了机器人多运动模式实验,进一步证实了机器人在运动控制作业中的高精度表现,其躯干高度误差在3.38 mm以内,俯仰角误差不超过0.04 rad。研究结果充分验证了分布式全身动力学建模的精确性以及全身力矩控制系统的有效性,为双腿轮式机器人的运动控制研究提供了新的理论框架和实践指导。

人外周血树突状细胞的体外扩增及鉴定

树突状细胞(DC)作为抗原提呈细胞,在激发T细胞免疫应答及T细胞依赖性抗体生成中起重要作用,骨髓及外周血的CD34造血前体细胞在GM-CSF和TNF-α的作用下,可在体外分化发育,生成树突状细胞.本研究从正常人外周血分离获得单核细胞,加入100ng/ml hGM-CSF、500U/ml hIL-4,体外培养1周后,获得大量高纯度的树突状细胞,其高表达MHC-Ⅰ、MHC-Ⅱ类分子及共刺激分子B7-1和CD40,能强烈激发同种异体T淋巴细胞增殖,培养条件以应用自体血清或胎牛血清为最佳;单独应用hGM-CSF只能生成巨噬细胞;在培养末期加入TNFα可促进DC进一步成熟.本研究为DC的深入研究与临床应用奠定了基础.

多个体参与交叉的Pareto多目标遗传算法

Pareto多目标遗传算法是利用Pareto最优的概念发展出的一种求解多目标优化问题的向量优化方法 ,能够得到Pareto最优解集 .由于采用常规的两个体参与交叉的遗传算法 ,使整个算法耗费在小生境 (Niche)算子上的时间太多 ,导致算法的效率较低 .本文发展出多个体参与交叉的Pareto多目标遗传算法 ,群体中的个体采用真实值表示 ,使该算法的速度大大提高 ,同时证明了相应的模式定理 ,并提出用方差和熵来分析该算法对解群多样性的影响 .最后用算例说明了采用多个体参与交叉的Pareto多目标遗传算法与常规算法比较的结果 。

混合变量多目标优化设计的Pareto遗传算法实现

提出了一种用Pareto遗传算法来实施的带约束的多目标混合变量优化方法,得到Pareto最优解集,决策者从中可选出满足设计需要的解.该算法包括6个基本算子:选择、变异、交叉、离散变量圆整算子、小生境、Pareto集合过滤器.建立了用于多目标优化的适应度函数,使用模糊罚函数法将带约束的多目标优化问题转换为无约束优化问题,同时提出了处理混合变量多目标优化问题中离散变量的方法.

人急性早幼粒细胞性白血病细胞诱导分化生成树突状细胞的体外研究

树突状细胞(dendritic cells,DC)在激发机体抗白血病T细胞免疫应答中具有重要作用,有报道DC可以由单核细胞及粒细胞分化生成,本研究应用细胞因子在体外诱导了急性早幼粒细胞性白血病(APL)细胞向DC的分化.从M3型APL患者外周血分离白血病细胞,加入GM-CSF(100ng/ml)或GM-CSF(100ng/ml)+rhIL-4(500U/ml)体外培养14天,并于培养结束前3天加人TN-α(100ng/ml).结果表明,GM-CSF可以促进白血病细胞体外增殖,并从幼稚状态逐渐分化成熟,表达高水平的CD45分子,其中部分为CD14^+的单核细胞,部分为CDla^+的DC(M3DC);培养后期加入TNF-α,可以促进DC生成,约占35%;以GM-CSF+IL-4培养也诱导了幼稚细胞的成熟,2周后DC约占10%,但较少单核细胞生成,培养至3周时DC约占60%;而在培养后第11天加入TNF-α则可以加速DC生成,3天后生成的白血病型DC达90%.电镜观察到M3DC具有与单核细胞来源的DC相似的超微结构,但具有的突出特征是部分细胞存在少量胞浆颗粒;M3DC高表达HLA-DR、B7-2、CD40、CD54分子,体外可以强烈刺激同种T细胞增殖.此类由白血病细胞诱导生成的DC可被用于体内外诱导生成肿瘤特异性CTL,在APL的免疫治疗中具有一定的应用价值.

高产新型淀粉酶菌株MS5.1的选育及最适产酶条件

从原筛选的产酶菌株芽孢杆菌 ( Bacillus Stearophilus) BS3 .2 3 2出发 ,经亚硝基胍多次诱变、初筛和复筛后 ,获得了产酶水平明显提高的变异菌株 MS5.1 ,其产酶水平为原株的1 53 .8% .薄层分析证明 ,该酶能催化淀粉的水解和转苷 ,产物为异麦芽低聚糖 ,包括异麦芽糖、潘糖、异麦芽三糖和异麦芽四糖 .表明 MS5.1产生的新型淀粉酶能有效地转化淀粉产生异麦芽低聚糖 .用正交法确定了 MS5.1菌株的最适产酶条件 :通气量在 60 %以上 ,55℃培养 2 4h.实验结果表明 。

雷公藤内酯醇对人树突状细胞体外发育及免疫学功能的影响

目的 :观察雷公藤内酯醇对人树突状细胞 (dendriticcells ,DC)体外发育及免疫学功能的影响。 方法 :人DC体外培养时 ,加入不同剂量 (0、0 3、1 0、3 0、10、30、10 0 μg/L)的雷公藤内酯醇处理 ,观察DC的生成情况 ,以流式细胞仪分析各处理组生成细胞的免疫表型及抗原内吞能力 ,体外混合淋巴细胞反应检测各组细胞的抗原呈递功能 ,TUNEL方法检测细胞凋亡。 结果 :体外培养 7天后 ,10 μg/L及以上剂量雷公藤内酯醇处理组细胞大部分破碎死亡。低剂量 (0 3、1 0、3 0 μg/L)雷公藤内酯醇处理对生成的DC的形态及数量、共刺激分子的表达、内吞蛋白质抗原OVA FITC的能力、同种T细胞的免疫刺激活性均无显著影响 ;但正常DC与同种T细胞混合培养时 ,雷公藤内酯醇以剂量依赖性方式抑制T细胞的增生 ;正常DC以 30 μg/L雷公藤内酯醇处理 2 4h ,有 5 4%的细胞发生凋亡 ; 结论 :低剂量 (0 3、1 0、3 0 μg/L)的雷公藤内酯醇处理对DC的体外发育及免疫功能均无显著影响 。

人骨髓、脐血CD34^+干细胞体外扩增的树突状细胞的表型及其T细胞刺激活性分析

目的:从人骨髓造血前体细胞体外培养扩增树突状细胞(dendritic cells,DCs),测定其表型及T细胞刺激活性.方法:采用Mini-MACS分离技术,从正常人骨髓、脐血分离CD34^+造血干细胞,体外以重组hGM-CSF,hTNF-α,hIL-3诱导培养2周,流式细胞术检测扩增细胞的表面表型及细胞内IL-12的表达,体外同种混合淋巴细胞反应检测扩增DCs的T细胞刺激活性.结果:从正常人骨髓、脐血分离得到高纯度(>90%)的CD34^+造血干细胞,经重组hGM-CSF,hTNF-α的共同诱导培养,扩增得到大量DCs,加人hIL-3可以进一步增加DCs产量;FACS检测表明,扩增的DCs表达HLA-DR,CD40,CD54,CD80,CD86分子,细胞内有hIL-12的P35,P40亚基的表达;与外周血单核细胞培养生成的DCs相比,由CD34^+干细胞扩增的DCs具有更强的激发同种T细胞增殖的能力.结论:人CD34^+干细胞体外经诱导培养,可以生成大量功能成熟的DCs,从而为进一步开展DCs的基础及临床研究打下了基础.

惰性粒子振动流化床中膏状物料干燥

报道了采用带浸没加热管的惰性粒子振动流化床干燥膏状物料的实验研究结果。考察了加料速率、振动条件、进气温度、进气速度、加热管功率等参数对干燥过程的影响,提出采用体积传热系数来评价干燥器传热性能,并得出了计算体积传热系数的准数关联式。结果表明,在流化床中增设振动和浸没加热管装置,能大大强化传热、传质,干燥器热效率达60%,干燥强度超过300kg.m-3.h-1,体积传热系数可达25kW.m-3.K-1,激光粒度分析仪的测定结果表明产品的粒度分布范围较窄,该流化床干燥可以直接得到平均粒径为0.35μm、比表面积为5.024m2.g-1的粉状产品。

利用神经网络实现复杂结构的多目标优化设计

结构优化设计中常常包含大量的有限元计算。现代多目标优化设计的发展趋势是以 Pareto遗传算法为代表的随机搜索方法 ,能够搜索到整个 Pareto最优解集 ,但计算量相当大 ,如果每次迭代都要涉及有限元计算 ,将是非常耗时的工作。本文在利用 Kolm ogorov多层神经网络映射存在定理的基础上导出的用神经网络进行结构近似分析的方法 ,用均匀试验设计方法选取特征样本点供神经网络训练 ,将神经网络与 Pareto遗传算法有机地结合 。

人外周血树突状细胞体外稳定、高效培养的新方法

目的：建立稳定、高效的人外周血树突状细胞（dendritic cells,DC）体外培养的新方法。方法：离心获取人外周血白膜层细胞,裂解去除红细胞后获得全部白细胞,贴壁培养1 h获得单核细胞,加入重组人粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（rhGM-CSF）1 000 U/ml＋重组人白细胞介素-4（rhIL-4）500 U/ml,体外培养7 d获得DC,以流式细胞术分析表型,体外混合淋巴细胞反应检测细胞抗原提呈功能。结果：从100 ml全血分离获得具有较好活力的贴壁单核细胞仅需2 h;部分肿瘤患者应用传统分离方法不能获得单个核细胞,用新方法仍能从患者外周血稳定地获得足够数量的单核细胞。新方法培养生成DC的数量为传统方法培养生成DC数量的1.8-2.6倍;其中40%-85%为CD1a^＋,表达高水平的HLA-DR、CD80、CD86,体外可以强烈刺激同种T细胞增殖。结论：建立了更为稳定的、得率更高的DC体外扩增培养的新方法。

18S rDNA的PCR扩增技术在棘阿米巴角膜炎临床诊断中的应用

目的:探讨利用聚合酶链反应(polymerase chain reaction,PCR)技术扩增棘阿米巴18S rDNA在角膜炎早期临床诊断应用中的可行性。方法:以18S rDNA为模板,利用特异性引物JDP1-JDP2配合PCR技术来检测临床标本中的棘阿米巴原虫。结果:在临床拟诊为棘阿米巴角膜炎的16例(16眼)中,通过PCR检测法有12眼证实为棘阿米巴原虫感染,同时100g/L KOH角膜刮片后镜检有5例发现了棘阿米巴包囊。两种诊断方法用Fisher确切概率法统计,P<0.05。结论:18S rDNA PCR技术对正确诊断早期棘阿米巴角膜炎有重要的临床应用价值。

人脾脏树突状细胞大量培养的新方法

目的 :建立人脾脏单核细胞体外培养生成大量树突状细胞的新方法。 方法 :人脾脏细胞悬液培养2h获得贴壁的单核细胞 ,加入重组人粒细胞 巨噬细胞集落刺激因子 (rhGM CSF) 10 0 μg/L或rhGM CSF 10 0 μg/L +重组人白细胞介素 4(rhIL 4) 5 0 0kU/L ,体外培养 7天 ,收集悬浮细胞 ,以流式细胞仪分析细胞表型及抗原内吞能力 ,体外混合淋巴细胞反应检测细胞抗原呈递功能。 结果 :以细胞因子培养 7天生成的悬浮细胞 ,2 0 %～ 80 %表达树突状细胞 (DC)特异性标志CD1a ,表达高水平的HLA DR、B7 1、B7 2分子 ,具有较强的抗原内吞能力 ,体外可以强烈刺激同种T细胞增生 ,其形态、表型、功能与人外周血单核细胞培养获得的DC相似。 结论 :从人脾脏获得的贴壁的单核细胞 ,体外以rhGM CSF +rhIL 4培养 ,可以获得极其大量的DC(>10 9细胞 /个脾脏 ) ,为进一步研究和应用打下了基础。

非稳态罚函数遗传算法及其用于机械/结构系统的健壮性设计

在机械 /结构的优化设计中 ,普遍存在约束的作用 ,且最优解往往位于可行域的边界上。由于外界环境的变化或人为因素造成设计变量扰动 ,可能使设计成为不可行。本文提出了一种基于设计变量敏感性的健壮性设计方法 ,并用非稳态罚函数遗传算法来实现多目标优化设计。

基于健壮性的机械设计方法

健壮性的概念起源于控制工程的控制理论 ,并习称鲁棒性。而后由于田口提出健壮设计的概念而引入质量工程 ,近年来逐渐进入机械工程领域。本文从基于质量工程的健壮设计 ,基于灵敏度分析的健壮设计 ,健壮结构 ,结构 /控制一体化的健壮设计等四个方面概述了其发展 。