世界一流大学实验室安全管理理念及清华大学实践

随着国家对安全重视程度的提升,高校不断加强实验室安全管理工作,并形成了一些管理体系。为了防止体系固化带来的问题,不断提升实验室安全管理水平,使安全管理更好地支持科研发展和人才培养,亟需从安全管理的本质和内涵出发,对实验室安全管理理念进行科学系统的总结,以此来指导高校实验室安全管理整体工作。在调研欧、美、亚世界一流大学实验室安全管理的基础上,从实验室安全文化、安全管理方式、机构及队伍建设、教育培训及准入等方面对实验室安全管理理念进行了阐述。同时,以清华实验室安全管理理念及实践作为例子,以期为高校实验室安全管理水平的提升带来启示。

高校实验室用气安全主要问题与解决方案

气体是科学研究的重要材料之一。我国高校实验室用气种类多,数量大,具有较高的危险性。如果实验气体管理不当,容易发生事故,造成严重的人员伤亡和财产损失。目前我国高校实验室用气安全管理还存在较多问题,亟待制定科学系统的管理方案,以提高用气安全管理水平。在分析国内外高校实验室用气安全管理现状的基础上,总结了我国高校实验用气管理存在的问题,提出了用气安全管理的解决方案,即融合“风险管理、全面质量管理、人本管理”的管理理念,并制定具体落地的管理方法及措施,提升了学校的用气安全管理水平,可为高校实验用气安全管理工作提供参考。

高校学科交叉实验室安全课程体系构建与实施

随着科研的深化和学科交叉的日益增加,实验室安全教育面临着人员学科背景多样化及基础水平不统一、课程设置待优化、教学实施的专业性和系统性待加强等问题。该文提出了适应学科交叉发展需求的实验室安全课程体系的构建与实施方案:首先,从理论和实践角度剖析适应学科交叉发展的实验室安全课程体系的建设理念和关键内容,包括教育理念、教学目标、课程设置、组织实施、效果评价等;然后,以某高校实验室安全教育实践为例,分析构建适应电气与化学、生物等多学科交叉需求的实验室安全慕课的具体方法;最后,结合学生发展需求和人才培养计划,讨论实验室安全教育准入实施策略。通过探索实验室安全教育理论和实践,以期为提升高校的实验室安全教育水平与实效提供新的思路和策略。

液流电池理论与技术——PVDF质子传导膜的研究与应用

全钒液流电池（VRFB）是一种大规模蓄电储能设备,在可再生能源利用和节能技术领域将发挥重要作用,该过程所需的质子传导膜要具备优良的导电性、阻钒性、稳定性以及合理的成本.该研究突破以往离子交换膜的概念限制,提出利用纳米尺度孔径膜材料的“筛分”效应,满足全钒液流电池对隔膜综合性能的需求.首次提出分子间亲水/疏水相互作用诱导高分子溶液相分离的成膜原理,通过在疏水性高分子溶液中引入亲水性单体聚合形成的低聚物方式,调控铸膜液中分子间相互作用和相分离过程动力学,制备纳米尺度的高稳定性多孔膜.在大量科学研究工作基础上,完成工业规模的制膜工艺放大和批量化生产,所制聚偏氟乙烯（PVDF）质子传导膜面积为800 mm＆#215;900 mm,厚度在60～150μm之间可调,电导率达到3＆#215;10-2 S/cm.利用自制膜装配成8 kW的电堆,其能量效率达到72％,基本满足全钒液流电池产业化发展需求.

正则抛物线准则及岩石初始损伤的估计

岩石内存在裂隙等缺陷引起试样强度的离散。随着围压增加,裂隙的摩擦承载与黏结力差异减小,即初始损伤对高围压下强度影响较小。正则抛物线准则可以准确描述砂岩等颗粒性岩石在高围压下的强度,拟合参数视为岩石的理想单轴压缩强度,其与试验值的差异表征试样初始损伤度。该参数可以为岩石损伤力学分析提供基础。

聚偏氟乙烯纳米多孔膜结构调控及离子传递特性

在纳微米尺度调控膜孔结构对发展高性能膜分离材料具有重要意义。使用半结晶性高分子材料聚偏氟乙烯(PVDF),利用非溶剂诱导相分离(NIPS)、蒸汽诱导相分离(VIPS)、溶剂蒸发诱导相分离(EIPS)方法,成功制备了不同形貌的多孔膜。提出了根据聚合物的结晶生长机制调控膜孔结构概念,根据溶剂蒸发时间调控结晶生长。利用SEM和BET对膜孔形貌进行表征,XRD和DSC对结晶进行检测,氢离子(H+)和四价钒离子(VO2+)以及其他常用离子的扩散系数表征传质特性。在溶剂蒸发诱导结晶的过程中,随着溶剂蒸发时间的延长,膜断面的球晶比例逐渐增加,最后至球晶完全融合,膜孔结构发生了显著变化,且膜的结晶度和结晶形态随之发生变化,离子选择性能随膜孔尺寸减小而逐渐增大。

建筑节能技术与发展前景探讨

建筑节能是贯彻国家可持续发展战略的重要组成部分。针对我国目前能源短缺问题日益严重,建筑能耗居高不下,建筑节能仍处于发达国家初级阶段的现状,提出了几点建筑节能方面的建议,对推进和完善我国建筑节能具有参考价值。

油田伴生气脱水工艺的优化

循环换热工艺是充分利用现有干燥设备,增加一套换热器,可将冷源或热源产生的温差进一步扩大,将四合一设备分离出来的高温天然气有效降温,从而提高天然气的干燥效果,消除了因使用四合一设备带来的不利影响。通过工艺计算分析认为,循环换热工艺可有效地解决伴生气进入加热炉前析出液问题,因此该工艺应用在伴生气处理上是可行的。

基于X-CT技术不同煤岩类型煤储层非均质性表征

为了深入探究煤岩类型与煤储层孔裂隙的耦合关系,表征韩城矿区煤储层孔隙纵向非均质性,选取了韩城矿区4种煤岩类型的煤样,采用X射线层析扫描技术,模拟和重构了韩城矿区煤储层内部孔裂隙、煤岩基质和矿物的形态与空间分布格架,建立了三维立体重构模型,实现了对不同煤岩类型孔裂隙分布的三维可视化精细表征。试验结果表明:不同的煤岩类型,孔裂隙的发育程度不同,但CT变化值较为一致,基本呈双峰分布,相较于半亮煤、半暗煤和暗淡煤,光亮煤孔裂隙发育程度最高,孔隙分布非均质性最强,孔裂隙连通性最好,并且从光亮煤到暗淡煤,呈现出孔裂隙的发育程度和连通性逐渐变差,矿物充填程度和小孔含量逐渐升高的趋势。

基于核磁共振不同煤岩类型储渗空间精细描述

为了深入探究不同煤岩类型储渗空间的特征及其差异性,选取了韩城矿区4种不同煤岩类型的中煤阶样品,采用低场核磁共振技术,实现了对韩城矿区不同煤岩类型孔裂隙的识别和有效孔隙度差异性的精细描述和定量表征,并在此基础上基于离心前后累计振幅曲线求取了孔裂隙系统划分的阀值T_(2C1)和T_(2C2),实现了对不同煤岩类型孔径结构分布的重构。实验结果表明:不同煤岩类型煤样的T_(2)谱形态差异较大,从光亮煤到暗淡煤,T_(2)谱由双峰大孔隙型逐渐过渡到双峰小孔隙型,且T_(2)C截止值和有效孔隙度均呈现出逐渐降低的趋势;并由求取的阀值T_(2C1)和T_(2C2)计算得到的三大孔裂隙系统孔径分布可知,从光亮煤到暗淡煤,储层的孔裂隙结构由渗流孔型逐渐向综合型和扩散孔型过渡。

基于FPGA的机载综合显示系统的设计与实现

为了满足机载综合显示系统在数据存储量、显示实时性、芯片处理速度等方面的高要求,设计并实现一种机载综合显示系统。系统以FPGA为主要开发平台,利用其丰富的设计资源配合CMOS摄像头实现视频的采集,视频进行插值处理后通过DDR2SDRAM实现数据的高速缓存。在图像处理过程中同时生成当前所需叠加的仪表图形,最终将仪表图形叠加到视频中并送入显示器显示。经验证,系统可以在60帧/秒的视频上进行全姿态指示仪和全罗盘仪表图形的叠加,每个像素大小为16bit,支持的最大分辨率可达1920×1080。

随机地震动作用下减隔震支座连续梁桥可靠度分析

为分析减隔震支座连续梁桥的可靠度,采用双过滤地震动模型模拟地震地面加速度功率谱,运用功率谱法进行减隔震支座连续梁桥的动力反应分析,得到各个减隔震支座的响应峰值统计量;以减隔震支座的相对位移作为控制指标,建立极限状态方程,依据JC法用MATLAB编程计算各减隔震支座的失效概率,并根据串联模式计算减隔震支座连续梁桥的总体失效概率。某4×25m减隔震支座连续梁桥设置板式橡胶支座和铅芯橡胶支座,采用该法进行随机地震动作用下桥梁可靠度分析。结果表明:在Ⅰ～Ⅳ类场地结构响应的变异系数只与结构本身有关;随着场地类别的逐渐不利,结构响应的离散程度越来越大;铅芯橡胶支座的抗震性能明显优于板式橡胶支座。

基于多传感器数据融合的仿生机械手研究

针对大多数的机械手只能重复执行固定动作,无法自调整和软抓取等特点,设计了基于多传感器数据融合技术的12自由度仿生机械手。机械手利用聚偏氟乙烯(PVDF)传感器采集4根手指的电荷信号,通过电荷/电压(Q/U)转换、调理、采集电路,提取有用信号送至控制器中并对触、滑、热觉和物体空间状态信息进行融合,获得进一步动作指令,控制机械手调整抓握方式。经过测试分析,设计的机械手可在0.5s内抓取任意不规则形状及如生鸡蛋等脆性较高等物体,通过融合信息反映出物体的大致形状,实现机械手的仿生功能。

液流电池理论与技术——旁路电流模型与控制技术

全钒液流电池(VFB)的电堆由若干单电池叠合在一起组成,通过公共流道和电解液分配管路连通多个单电池,电堆内部的电势差引起电解液中的离子定向迁移,形成旁路电流导致能量损耗。本文分析产生旁路电流和能量损耗的电堆结构机制,利用等效电路模型计算电堆内部旁路电流的分布,提出抑制和减小旁路电流的措施。通过设计合理的电解液流动管路,能够有效减缓旁路电流的影响,减小充电/放电循环过程的电荷损失,提高储能过程的能量效率。

模糊神经网络控制方法及其仿真研究

在对电动助力转向系统(EPS)的结构及性能分析的基础上,应用整车三自由度数学模型对汽车操纵稳定性进行分析,并采用模糊神经网络控制对系统进行了电动助力转向系统不同参数特性的计算机仿真,仿真结果显示了EPS的主要参数对整车操纵稳定性的不同影响,为EPS的改进设计提供了依据。

基于神经网络-模糊PID的轧机非线性扭振智能控制

针对轧机传动系统扭振控制问题,建立含间隙非线性的轧机系统动力学模型。考虑到轧机扭振模型的非线性和参数不易测量的特点,提出神经网络和模糊PID相结合的控制器设计方法,以模糊PID为主体,通过引入神经网络改变模糊隶属度函数的中心值和宽度,最终得到最佳PID参数。设计神经网络-模糊PID智能控制器,并利用实际轧机参数与经典双闭环控制系统进行对比仿真。仿真结果表明所设计的智能控制系统对轧机传动系统扭振的抑制作用明显优于经典双闭环控制系统。

液流电池理论与技术——碳纤维增强型复合材料双极板研究

双极板作为液流电池的关键材料之一,起到连接电池内部不同单电池的正极和负极,导通电池内电路,阻隔双极板两侧电解液相互渗透的重要作用。根据双极板材料的不同,可以分为金属板、石墨板与复合材料板。复合材料板克服了金属板、石墨板的缺点,耐腐蚀性强,机械强度好,能够满足液流电池的需要。碳纤维具有良好的导电性、力学性能和化学稳定性,通过加入碳纤维来改善双极板的性能,成为了研究人员常用的方法。本文综述了近年来国内外主要的碳纤维增强型复合材料双极板的研究成果,对不同的方法进行了比较,并指出了碳纤维增强型复合材料双极板的发展趋势。

城市建筑群影响下的实验室废气排放与扩散模拟

为了准确探究实验室废气在城市建筑群影响下的扩散情况,采用现场实测数据作为边界条件,对科研实验室废气的排放及扩散情况进行了CFD模拟。CFD模拟较高斯扩散模式更适用于城市建筑群下气体浓度计算,模拟结果展示了实验室废气在复杂城市建筑群中的浓度分布特征,以及在近地面层及楼宇表面的复杂扩散形态。模拟计算表明实验室废气的实测排放浓度没有超过北京市地方标准的排放限值,但污染物随空气扩散后至周边道路及建筑表面,落地后污染物的影响仍需引起相关部门重视,建议合理引导实验室用户安装尾部净化设施,降低周边居民的健康风险。

基于改进BP神经网络的轧机扭振智能控制

针对轧机传动系统扭振控制问题,建立考虑负载转矩的轧机传动系统动力学模型。考虑到扭振模型比较复杂和参数不易测量的特点,提出基于神经网络的状态观测器,并对标准BP网络进行优化处理。设计基于改进BP神经网络状态观测器的智能控制系统,并利用SIMULINK对轧机实例进行仿真。结果表明设计的智能控制系统对轧机传动系统的扭振有良好的控制效果。

数据挖掘下建筑安全防护驱动因素检测仿真

针对使用当前方法检测建筑安全防护驱动因素时获取的数据与建筑安全防护驱动因素之间关联程度较低,导致在检测准确率低和检测效率低的问题,将数据挖掘算法应用到建筑安全防护驱动因素的检测中,提出数据挖掘下建筑安全防护驱动因素检测方法,根据数据相似程度获得建筑安全防护测试数据集。利用数据挖掘算法检测建筑安全防护驱动因素,通过预选候选支持向量机,降低训练样本数量,缩短训练时间,利用近邻样本密度设计隶属度函数,通过隶属度函数训练支持向量机,将建筑安全防护测试数据集输入支持向量机中,实现建筑安全防护驱动因素的检测。仿真结果表明,所提方法的检测准确率高、检测效率高。