基于“工程师学院”破零散、破壁垒、破同质化的专业学位研究生培养实践

从全球变革中卓越工程人才培养的使命与挑战出发,阐述了浙江大学在推动工程教育改革和提升工程专业学位研究生培养质量方面的创新策略和实践成果。分析了浙江大学基于“工程师学院”破零散、破壁垒、破同质化的专业学位研究生培养范式,介绍了学校在创办实体化工程师学院、采用“项目制”培养模式、建设多基地大型工程创新与实训中心、开展全方位科教协同、产教融合育人等方面的创新举措及取得的成效。

功率型电化学储能技术研究进展

功率型储能器件具有功率密度高和充放电速度快等显著优点,适用于需要大功率输出和短时间内快速响应的应用场景,如电网调频、军用装甲车辆应急启动和港口起重装备能量回收等。围绕主流的功率型储能器件——超级电容器、功率型金属离子电池、金属离子混合电容,介绍了各类功率型电化学储能技术的基本工作原理,系统性地总结了国内外学者在功率型电化学储能器件电极材料和电解液方面的改性策略和研究进展,最后对功率型电化学储能技术未来研究方向和应用趋势进行了合理展望。

滑动弧放电等离子体裂解正己烷实验研究

考察了一种新型低温等离子体发生方式滑动弧放电对正己烷的裂解效果,检测了主要裂解产物,并分析了供给电压、正己烷初始浓度、电极材料和反应器结构对裂解率的影响.结果表明,该法可以有效处理正己烷,最高裂解率达96%.在空气中的主要裂解产物为CO2、CO、NO2和H2O.增大供给电压可以提高正己烷裂解率;初始浓度增大后裂解率下降,但绝对处理量增大;相同能耗情况下,采用铁电极时能量利用率最低,正己烷裂解率低于铝电极和铜电极;电极最小间距和喷嘴直径之间的比例关系影响裂解效果,优化两者的匹配关系可以提高裂解率.

滑动弧放电降解直链烃挥发性有机化合物

以正丁烷（n-C4H10）和正己烷（n-C6H14）作为目标挥发性有机化合物（VOCs）,考察供给电压和背景气氛对降解率和降解产物的影响,探索滑动弧放电降解直链烃过程的降解机理.结果表明,通过增大供给电压提高高能电子密度,可以促进正丁烷和正己烷的降解;正丁烷和正己烷在氮气气氛中的主要的降解产物为CH4、C2H2等C1-C4小分子碳氢化合物,而在空气气氛中的主要降解产物为CO2、CO、H2O和NO2等无机小分子化合物;氧化性粒子在降解过程中起关键作用,背景气体氧气体积分数的提高可以促进正丁烷和正己烷的降解;随着氧气体积分数的增大,CO2、CO和NO2生成量增大,同时也会促进CO向CO2转化.

背景相对湿度对滑动弧放电降解正丁烷的影响

通过研究背景相对湿度对滑动弧放电特性的影响,分析正丁烷的降解过程和降解机理.结果表明,增大湿度会减少等离子区域电子数量,降低放电电流强度,抑制臭氧的生成.无论是在空气还是氮气条件下,正丁烷降解率随背景相对湿度的增大而增大(分别由81.9%和33.8%增至91.2%和54.7%),提高背景相对湿度可以减少副产物中NO2的生成量.根据实验结果推测,基团诱发的反应在正丁烷的降解过程中起主要作用,在潮湿背景条件下,OH基团对正丁烷的降解起关键作用.

滑动弧放电等离子体重整甲烷关键技术分析

滑动弧放电等离子体技术在甲烷重整制取氢气或合成气方面的应用很广泛且显示了良好前景。为此,主要就滑动弧的结构和特性及其在该方面的研究进展进行了总结分析。结果表明：在滑动弧用于天然气或沼气重整技术中,甲烷转化率约为3%~52.6%,而氧气或水的加入可以在一定程度上优化反应效果,此外,在催化剂的协同作用下,CH4转化率可升至100%,H2选择性也达93%;在甲烷部分氧化重整和甲烷裂解制氢方面,旋转滑动弧的重整效果明显优于传统刀片式滑动弧,在处理能力得到明显提升的同时,CH4转化率和H2选择性均明显升高,分别可达91.8%和100%,同时,制氢电耗维持在较低水平;滑动弧进行甲烷水蒸气重整的研究较少,尽管CH4转化率不高,但其制氢电耗可低至1.08 k J/L。

旋转滑动弧氩等离子体裂解甲烷制氢

采用切向气流和磁场协同驱动的旋转滑动弧氩等离子体,先通过光谱分析法计算了其电子温度和电子密度,了解其物理特性,将其应用于甲烷裂解制氢,研究了进气流量和CH_4/Ar比对反应效果的影响。结果表明,该滑动弧系统电子温度为1.0-2.0 e V,电子密度高达1015cm^(-3),是介于热与低温等离子体之间的一种等离子体形式,具有独特的物理特性,可以在达到较高反应效率的同时,保持较大的处理量;在CH_4裂解制氢实验中,CH_4转化率可达22.1%-70.2%,并随进气流量和CH_4/Ar比的增大均逐渐降低;H_2选择性为21.2%-61.2%,并随进气流量的增大先基本不变后有所增大,随CH_4/Ar比的增大逐渐降低;与应用于甲烷裂解的不同形式的低温等离子体对比(如微波、射频、介质阻挡放电等)可以发现,旋转滑动弧在获得较高甲烷转化率、较高H_2选择性和较低制氢能耗的同时,还可以保持较大的处理量,即进气流量可达6-20 L/min。

滑动弧促进甲烷干重整电弧图像及电参数分析

为充实旋转滑动弧促进甲烷干重整技术的相关研究,利用高速摄影和示波器,研究了磁场和气流协同驱动的滑动弧的物理特性。通过电弧图像和电参数图像,分析滑动弧CO2放电随磁场有无、流量变化的关系,并对总体积流量6 L/min下,甲烷干重整随CH4/CO2比例变化时滑动弧的物理特性进行了分析。研究表明:磁驱动可以提高滑动弧旋转速度,增大等离子体区域和非平衡态程度;总进气体积流量6 L/min,甲烷体积分数为30%时,干重整反应剧烈,电弧弧长周期性变化,电弧与电极有多触点现象,且会发生触点漂移。

气液两相流滑动弧放电降解苯酚废水

研究了多种因素对气液两相流滑动弧放电降解苯酚废水效果的影响,提高放电电压可提高苯酚的降解效果,在电极间最窄处距离等于3mm时,200mg/L苯酚废水达到最大降解率96%。提高或降低废水的批批pH值及采用氧气作为载气均可提高废水中苯酚的降解效果。

相对湿度和氧气浓度对滑动弧放电特性影响研究

本文通过检测背景气体不同含氧量和相对湿度下的放电电流强度和臭氧浓度,分析氧气和水汽对滑动弧放电特性的影响。结果表明,背景中氧气是臭氧的主要发生源,臭氧随氧气浓度的增大而增大。水汽的离解反应与臭氧发生反应存在竞争关系,同时其生成的OH粒子会与臭氧发生反应,因此水汽对臭氧的产生起抑制作用。由于氧气和水的电子结合系数都很高,水与电子还会发生离解结合反应,因此背景气体氧气浓度和水汽含量增大会减少等离子体区域的电子数量,降低放电电流强度。

二维交流滑动弧放电物理参数分析

笔者对刀片式交流滑动弧放电过程进行了系统的分析,考察了进气流量、电极间距等因素对放电电压、电流、放电功率、对流换热等物理参数的影响。实验结果表明:当流量较低,如0.9L/min时,放电电压随着弧长增加呈现二次曲线增长;当流量提高,超过10L/min时,放电电压在电弧较短区域变得紊乱。放电功率随着气流量的增加,先线性增长后保持稳定,而单位气流量能耗持续下降,从而可以将滑动弧放电随流量变化分为3个阶段,其中10～35L/min的中等流量适用于气体处理。在每半个周期内,放电功率近似正弦变化,而热损失以对流换热为主,据此可以对滑动弧放电平衡—非平衡特性进行定量分析,当放电功率高于对流换热时为平衡态,反之为非平衡态。

旋转滑动弧促进甲烷干重整制取合成气

实验考察了常温常压下,利用旋转滑动弧等离子体促进CH4-CO2重整制取合成气的效果,分析了放电电压、CH4体积分数和供气流量等参数对反应物转化率、产物选择性和经济效益等的影响.实验发现,CH4体积分数增加,会使CH4转化率升高,CO2转化率先增后减.流量增加,会使CH4、CO2转化率整体呈下降趋势.流量为12,L/min时,CH4、CO2最高转化率分别为43.78%、42.66%,H2、CO最高选择性分别为44.20%、32.48%,H2/CO体积比范围为0-1.56.单位摩尔量合成气所需电耗最低为195.06,kJ/mol,能量转化效率最高为46.535%.

滑动弧放电等离子体重整甲烷制取合成气

考察了在常温常压条件下利用滑动弧放电等离子体,使CH4与CO2重整制取合成气的效果,分析了供给电压、原料流速、预热温度等参数对转化率、选择性和制氢能耗的影响.结果表明,滑动弧放电可突破常温时热力学平衡的限制,有效促进重整反应的进行.与其他等离子方法相比,滑动弧放电的能量效率显著提高.增大电压或预热温度,可提高氢气选择性,促进氢气生成;增加流量,能量效率随之提高,但流量过大时,氢气选择性显著下降.当CH4与CO2的量比为1∶1、供给电压为8640V、喷嘴流速为130m/s、预热温度为400K时,制氢综合能耗最低,为103.1kJ/L,此时单位氢气电耗为18.6kJ/L,转化能力为6.37mmol/kJ.

关于卓越工程师能力素质评价标准的思考和探索

评价标准是出口依据,对教育教学等环节有“指挥棒”的作用。习近平总书记在中央人才工作会议上深刻指出,“要培养大批卓越工程师,努力建设一支爱党报国、敬业奉献、具有突出技术创新能力、善于解决复杂工程问题的工程师队伍。”[1]习近平总书记的重要指示科学阐释了新时代卓越工程师所应具备的能力素质特征,为评价标准的构建指明了方向。

气液两相滑动弧降解甲基紫废水影响因素的实验研究

介绍了利用滑动弧放电对印染废水甲基紫进行降解的实验,主要对比了不同气流量、不同载气以及放置不同时间下降解液的COD值,一般来讲,在气流量为0.3 m3/h时,经过三次降解后溶液的COD值已能达到排放标准,四次降解的溶液COD值几乎为零,最后探讨了催化剂(Fe2+)的加入对降解的影响,发现催化剂Fe2+对放置后样品的自行分解有抑制作用,在实际应用过程中不提倡使用。

载气流量及升温速率对污染土壤中多氯联苯热脱附的影响

利用小型管式炉进行了载气流量和升温速率对多氯联苯污染土壤的热脱附过程影响的实验研究。结果表明流量的增大对多氯联苯含量和毒性当量的去除效率影响不大,载气流量小于400 ml·min-1时,气相中的脱附量明显增大,载气流量大于400 ml·min-1则脱附量变化较小,而多氯联苯的毒性当量则随着载气流量增大呈线性增加趋势。实验结果还表明污染土壤中多氯联苯变化速率与升温速率呈明显的正线性相关,随着升温速率增加,污染土壤中多氯联苯去除效率总体呈上升趋势,毒性当量去除效率降低。总体结果分析可以看到升温速率越大,总体效果也越好。污染土壤经热脱附处理后气固相的二英毒性当量则有不同程度提升,尤其气相内检测到了大量多氯二苯并呋喃生成。

脉冲电沉积法应用于铂/垂直取向石墨烯直接甲醇燃料电池催化剂

通过恒电压以及脉冲电压在直接甲醇燃料电池(DMFCs)阳极催化剂载体(垂直取向石墨烯)表面电沉积Pt。对制得的催化剂采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、拉曼光谱仪、X射线衍射仪进行了表征,并采用电化学测试研究了其甲醇氧化能力。结果表明,当采用垂直取向石墨烯-碳纸(VG-CP)作为载体,且使用脉冲电压法可获得粒径更小、分布更均匀的Pt纳米颗粒,具有更优异的催化甲醇氧化性能。

水系电解质浓度和种类对石墨烯纸超级电容器电化学性能的影响

采用改进后的Hummers法制备氧化石墨,经水合肼还原后制得超薄石墨烯纸材料,利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、拉曼光谱、X射线衍射光谱(XRD)和X光电子能谱(XPS)等手段对制备的石墨烯纸进行表征。采用循环伏安和交流阻抗谱等电化学方法考察了水系电解质溶液浓度和电解质种类对石墨烯纸为活性材料的超级电容器电化学性能的影响。结果表明:随着电解质浓度的增加或阴阳离子尺寸的减小,石墨烯纸超级电容器比电容量明显增加,溶液阻抗明显降低;具有较小尺寸的碱金属氢氧化物饱和溶液更适合做超级电容器的电解质溶液。

滑动弧放电等离子体催化协同技术处理正己烷

采用滑动弧放电低温等离子体催化协同技术研究了催化剂床填充材料、初始浓度、流量等对正己烷降解的影响。研究表明,滑动弧放电催化协同技术可以实现正己烷的有效裂解。对于反应器中不同的填充材料,蜂窝状催化剂优于颗粒状;降解率以蜂窝状Al2O3填充时最高;单位功耗以填充蜂窝状Al2O3最小。无论是以Al2O3填充还是以Pt/Pb催化剂填充,正己烷的降解率均随初始浓度、流量的增加而呈现降低的趋势,但绝对处理量增大。

浙江大学高水平产教融合培养卓越工程师的实践与探索

以智能化为特征的第四次工业革命正在深刻影响卓越工程师的培养路径和育人内涵,推动我国重塑工程师培养体系,增强自主培养卓越工程师的能力。以浙江大学为例,阐述了发挥高水平研究型大学优势,构建一流产教融合生态,深化专业学位研究生教育改革,依托工程师学院培养研究生层次卓越工程师的实践与探索。