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。

废旧锂离子电池正极材料回收技术研究现状

为了保护环境和节约化石能源,电动汽车正逐步代替传统的内燃机汽车。锂离子电池具有高能量密度、高工作电压、循环性能好、使用温度范围广等特点,近年来被广泛应用于新能源汽车。随着新能源汽车的快速发展,大量动力电池将陆续进入退役期。退役的锂离子电池若处置不当,其电解液、隔膜等有机物会对环境造成严重污染,同时锂离子电池的正极材料中含有大量的的有价金属没有得到充分利用。本文综述了退役锂离子电池正极材料回收处理技术,主要包括电池的预处理、火法冶金和湿法冶金技术,并对比了各种技术的优缺点。在此基础上,展望了未来锂离子电池正极材料回收技术发展方向。

直拉法单晶硅生长原理、工艺及展望

碳达峰、碳中和理念提出后,太阳能作为一种可再生绿色能源备受关注。单晶硅作为主要的光伏材料,其质量决定着太阳能电池效率的高低,为了降低成本和提高产能,人们对单晶硅提出越来越高的要求。直拉法(CZ法)是单晶硅的主要制备方法,其生产效率高,可实现自动化,直拉单晶硅市场占比超过90%,目前正朝着大尺寸、N型、薄片化、低氧低碳的方向发展。然而随着晶棒尺寸增大,热场变化更加复杂,现有CZ工艺难以满足市场需求。未来降低度电成本仍是晶硅光伏发展的驱动力,应通过技术革新、产业标准化、成本控制等手段推动光伏产业发展。本文介绍了CZ法生长单晶硅的基本原理和生长工艺,分别对缺陷控制、热场优化、氧含量控制等进行了分析,在总结工艺现状和单晶生长特点的基础上对直拉法生长单晶硅的发展方向进行了展望。

基于机器学习的材料弹性性能预测及可视化分析

在工程材料的应用中,弹性模量是重要的性能参数,找到特定弹性性能的材料是新材料合成领域的热点问题,如何快速且准确的预测弹性在工程上具有重要意义.通过实际实验测量大量材料的弹性性能并不现实.因此,通过计算机模拟筛选材料数据,选出候选材料,再通过实际实验进行验证,是一种理想的新材料发现方法.目前材料性能预测的主要计算方法是基于第一性原理的高通量计算,这类方法效率低下,难以高效地完成大批量的材料筛选任务.而基于材料统计学的机器学习预测方法,可通过大数据挖掘,快速预测材料性能,成为一种有可能替代高通量计算的方案.本文将特征选择方法和机器学习模型进行组合,从中选择最有效的弹性模量预测组合方案,并设计交互界面对输入特征和材料弹性性能的关系进行可视化分析.实验表明Pearson/RFE和GBDT的组合模型性能最好,同时通过可视化分析发现每原子能量、熔点、密度等特征对于预测结果的影响较大.这些重要的特征可以从特征–目标关系中初步预测弹性模量的范围,目标属性值也可反过来估计材料的重要特征.这些研究成果可应用于探究弹性的影响因素、预测大批量材料性能和可视化分析指导材料合成.

时滞金属切削系统颤振的研究进展

金属切削系统通常带有鲜明的时滞特征。颤振是广泛存在于金属切削加工过程的一种高度复杂动力学现象,而颤振预测是实现稳定切削的前提。从切削系统颤振预测的理论、在线监测方法,以及各种影响因素等方面对金属切削动力学研究的进展进行评述,简要介绍了不同材料在机床结构动力学设计中的应用研究进展,指出了存在的问题及其今后的研究方向。

多孔硅制备及在太阳能电池中的应用研究进展

多孔硅是通过对单晶硅片进行电化学腐蚀或适当的化学腐蚀而形成的一种纳米结构半导体材料。多孔硅纳米材料因其巨大的表面积、可调谐的光学性质和良好的相容性,被广泛应用于电子器件、生物传感、化学传感、药物传递、生物芯片等诸多领域。当前研究的挑战主要在于开发更简单高效的多孔硅纳米材料合成方法以及提高其在实际应用中的表现。综述了多孔硅纳米材料的制备方法及其光致发光在太阳能电池领域中的应用。

聚酰胺复合膜微孔支撑基底的研究进展

通过界面聚合法获得的聚酰胺复合膜在污废水处理、海水淡化等领域得到广泛应用,然而聚酰胺复合膜的结构对其应用起到关键作用,以往研究多数聚焦在分离层,而对复合膜微孔支撑基底的研究相对较少。研究表明,微孔基底的物化特征对于聚酰胺分离层结构的形成及复合膜性能起着至关重要的影响作用。为此,本文从支撑基底的制备工艺出发,围绕微孔基底的不同改性手段,介绍了传统基底改进方法和新型基底的材料与结构,并探讨了基底结构对压力驱动膜(纳滤、反渗透)与渗透压驱动膜(正渗透)分离层结构与性能的影响。分析表明,具有高孔隙率、亲水性好的微孔基底可有效调控界面聚合过程中单体的储存与扩散,有利于获得高渗透和高选择性能的聚酰胺复合膜。因此,未来仍需从聚合物材料及纳米改性等几个方面,发展更具潜力的微孔基底材料与结构,以推动聚酰胺复合膜的应用发展。

自然保护区建设管理优化对策

自然保护区的建设对于保护野生植物,拯救濒危野生动物具有重要意义。在可持续发展的理念下,建立自然保护区能够保护生态多样性,保护生态系统稳定和谐。文章分析了广西西大明山自治区级自然保护区建设管理存在的问题,提出了相应的优化对策建议,希望提高自然保护区建设管理质量,更好落实管理工作,提升管理有效性。

复合材料轴转子系统动力学研究进展

轻质、比刚度与比强度高、耐疲劳以及力学性能可剪裁的纤维增强复合材料轴作为旋转机械的一类核心部件,在现代航空、汽车与船舶动力系统以及高速切削系统的结构设计中,发挥着极为关键的作用。超临界状态下复合材料轴转子系统的动力学特性以及稳定性,是复合材料轴转子动力学研究的主要内容。围绕近20年来复合材料轴转子系统的研究进展情况,进行回顾与总结。介绍了经典梁理论、剪切变形梁理论、壳理论与非线性理论等复合材料轴的结构动力学理论;描述了动力学模型求解的方法,包括Galerkin法和有限元法;讨论了复杂因素与最优化设计问题。上述这些方面无疑对于全面发展轻质高性能复合材料转子系统的动力学理论,促进工程实际应用,具有重要的意义。最后指出复合材料轴转子动力学的未来发展以及今后需要关注的问题。

考虑刀杆结构非线性的铣削过程颤振稳定性与主共振

研究考虑铳刀杆结构非线性和阻尼的颤振稳定性以及主共振。将刀杆简化为平面弯曲悬臂梁结构模型。为了在模型中考虑结构阻尼的影响,假定刀杆由黏弹性材料构成。结合包含再生时滞效应和周期激励的切削力模型,根据Hamilton原理建立非线性运动方程。采用Galerkin法将非线性偏微分运动方程进行化简,导出主坐标表示的非线性常微分运动方程。通过时域数值积分得到铳削系统的稳定性lobes图。采用多尺度法对非线性常微分运动方程进行摄动求解,导出非线性切削系统在周期激励下的主共振响应的近似封闭解。研究刀杆的几何尺寸、结构阻尼、切削力系数、切削深度、齿数和切削力幅值等参数,对铳削过程非线性lobes图以及主共振响应曲线的影响。结果表明,增加刀杆的长度或者降低铳削过程的临界切削深度;切削力系数越大,临界切削深度越小;增加结构阻尼能够明显提高铳削过程的颤振稳定性;主共振响应峰值向右偏斜,由于切削系统存在三次刚度非线性,主共振响应曲线表现出典型的硬弹簧Duffing振子的特性,出现跳跃性和多值区域。

形状记忆合金纤维复合材料梁非线性变形、热屈曲和振动

研究具有形状记忆合金(SMA)纤维的复合材料梁非线性静变形、热屈曲和振动。采用Euler-Bernoulli梁理论、Timoshenko梁理论和Reddy高阶理论进行结构建模;根据Von-Kármán应变场理论描述梁的几何非线性;采用Brinson热力学本构方程计算SMA纤维的受限回复特性;基于Hamilton原理导出梁的非线性偏微分控制方程;采用Galerkin法导出两端简支对称铺层SMA纤维复合材料梁的非线性静变形、热屈曲和振动近似解。通过数值计算揭示SMA纤维含量、激励温度和初始应变对非线性静变形、热屈曲和振动的影响规律。研究表明,当长厚比较大时,剪切变形的影响很小,上述理论均可适用;但长厚比较小时,Euler-Bernoulli和Timoshenko梁理论的结果与Reddy高阶理论的结果相差较大,剪切变形的影响是显著的。

基于CAE的发酵桶桶盖注塑模具设计

分析了发酵桶桶盖塑料件的结构特点,利用Moldflow软件模拟注塑成型过程,分析注塑产品制造中的缺陷及问题,根据流动阻力指示图,设计了双点浇口进料的浇注系统;优化出合理的"口"字型冷却水道;根据质量结果分析最佳模具温度为74.7℃,最佳熔体温度为240℃,最佳注射时间为0.425s。运用UG–Mold Wizard模块完成了整套注塑模具的设计,模具采用一模一腔结构。模具整体结构紧凑,设计合理,利用该模具生产的注塑产品表面质量和尺寸精度均符合设计要求。

旋转悬臂Rayleigh轴的Galerkin近似解

主要研究旋转悬臂Rayleigh轴的涡动频率和临界转速。基于Rayleigh梁模型建立旋转悬臂Rayleigh轴的运动方程,通过Galerkin法将运动方程离散化,Galerkin过程分别选择不旋转Euler–Bernoulli轴的振型函数和旋转Rayleigh轴的振型函数为试探函数,对不同方法得到的数值结果进行收敛性验证和对比分析,并且将其与涡动频率和临界转速的经典解进行比较。结果表明,采用不旋转振型函数简单快捷,能够极大地方便计算过程,因此,将其用于近似求解旋转悬臂轴的动力学特性具有明显的优越性。

具有曲率和惯性非线性以及材料内阻的旋转复合材料轴的主共振

旋转复合材料轴作为一类典型的转子动力学系统,在先进直升机和汽车动力驱动系统中有着广阔的应用前景.研究旋转复合材料轴的非线性振动特性具有重要的理论与实用价值.然而,目前有关旋转轴的非线性振动研究仅限于各向同性金属材料轴,很少考虑材料内阻的影响.本文研究具有材料内阻的旋转非线性复合材料轴的主共振.非线性来源于不可伸长复合材料轴的大变形引起的非线性曲率和非线性惯性,材料内阻来源于复合材料的黏弹性.动力学建模计入转动惯量和陀螺效应.基于扩展的Hamilton原理,导出具有偏心激励的旋转复合材料轴的弯-弯耦合非线性振动偏微分方程组.采用Galerkin法将偏微分方程离散化为常微分方程,采用多尺度法对常微分方程进行摄动分析,导出主共振响应的解析表达式.对内阻、外阻、铺层角、长径比、铺层方式和偏心距进行数值分析,研究上述参数对旋转非线性复合材料轴的稳态受迫振动响应行为的影响.研究发现,角铺设复合材料轴的内阻系数随着铺层角的增大而增大;内阻对主共振响应特性的影响主要体现在对抑制振幅和改变频率响应的稳定性方面;发生在正进动固有频率附近的主共振响应具有典型的硬弹簧非线性特性.本文提出的模型能够用于描述旋转复合材料轴的主共振特性,是对不可伸长旋转金属轴非线性动力学模型的重要推广.

基于工程教育专业认证的化工原理实验课程改革与实践——以宁夏大学制药工程专业为例

在工程教育专业认证视角下,文章以宁夏大学制药工程专业为例,分析了化工原理实验课程教学中存在的问题,提出了课程体系构建思路,介绍了化工原理实验课程在实验内容整合、实验装置和实验类型更新、考核方式优化等方面的改革实践,并对教学改革的效果进行了对比分析。改革后的化工原理实验课程有利于激发学生的学习兴趣,提高学生解决复杂工程问题的能力。

回火热处理对GCr15轴承钢显微组织和力学性能的影响

采用光学显微镜、扫描电子显微镜以及硬度检测和冲击试验等方法研究了回火温度对GCr15轴承钢显微组织和力学性能的影响。结果表明:在200~300℃范围内,GCr15钢的洛氏硬度略有升高;在300~450℃范围内,硬度随回火温度的升高而降低,但冲击韧性随之提高。450℃×1 h回火处理后,GCr15钢表现出良好的强韧性,其硬度为51~54 HRC,冲击吸收功为105~140 J。

具有内阻的旋转复合材料轴的非线性自由振动与稳定性

研究具有内阻的旋转复合材料轴的非线性自由振动和稳定性。采用大振幅不可伸缩旋转梁的假定,对复合材料轴进行非线性建模,模型引入非线性曲率和惯性的影响。根据复合材料的粘弹性耗散特性描述材料内阻。从复合材料本构关系、应变-位移关系基本方程出发,在导出动能、势能和内阻耗散能的基础上,基于扩展的Hamilton原理,建立旋转复合材料轴的弯-弯耦合非线性振动偏微分方程组。采用Galerkin法将偏微分方程离散化为常微分方程。为了预测旋转复合材料轴的稳定边界,对线性化方程进行特征值分析,给出了临界速度和失稳阈的表达式。采用四阶RungeKutta法对常微分方程组进行数值积分,获得位移时间响应图、相平面图和功率谱图,研究了铺层角、长径比和铺层方式对非线性振动响应和稳定性的影响。

奶牛早期妊娠诊断技术研究

该文应用直检和B超对奶牛配后16~21 d进行卵巢检测,根据可参配母牛发情时的卵泡和配后黄体发育的状态与质量,对是否妊娠做出综合判断,进而减少和缩短母牛空怀期,提高奶牛生产效益。

333.15K K^+,NH_4^+//Cl^-,SO_4^(2-)-H_2O和K^+,NH_4^+//Cl^-,SO_4^(2-)-(CH_2OH)_2-H_2O体系固液相平衡

采用等温溶解法研究333.15 K体系(K^+,NH_4^+//Cl^-,SO_4^(2-)-H_2O)和(K^+,NH_4^+//Cl^-,SO_4^(2-)-(CH_2OH)_2-H_2O)[w((CH_2OH)_2)=30%]的固液相平衡关系。测定了平衡溶液的溶解度数据及物化性质,包括密度、黏度、折射率、pH。根据实验数据,绘制了相应的干盐相图、水图及物化性质-组成图。实验中的物化性质(黏度、密度、折射率、pH)随J(2NH_4+)的变化呈现相似性规律。实验结果表明:在333.15 K下,体系(K^+,NH_4^+//Cl^-,SO_4^(2-)-H_2O)和(K^+,NH_4^+//Cl^-,SO_4^(2-)-(CH_2OH)_2-H_2O)[w((CH_2OH)_2)=30%]的相图相似,均含有一个四元共饱和点,四条单变曲线及四个固相结晶区域。这两个体系均为复杂体系,存在(K,NH_4)Cl、(NH_4,K)Cl、(K,NH_4)_2SO_4、(NH_4,K)_2SO_4四种固溶体。实验所获数据和结论,可优化以硫酸盐型固体废弃物为硫酸根来源,转化法生产硫酸钾工艺。

柏木根系分泌物对栾树细根形态及N、P含量的影响

为研究混交过程中柏木根系分泌物对栾树细根生长的影响,以一年生栾树盆栽幼苗为研究对象,通过施加1株、2株、4株、8株4个浓度柏木根系分泌物(分别记为G1、G2、G4、G8)于栾树盆栽中,探讨柏木根系分泌物对栾树幼苗1~5级细根形态及N、P含量的影响。结果表明:(1)栾树细根直径随根序的增加而增大,施加根系分泌物显著减小了1~2级细根的直径(P<0.05);细根比根长、比表面积均随根序的增加而减小,施加根系分泌物显著增大了1~2级细根的比根长及比表面积(P<0.05);随根系分泌物施加浓度的提高,栾树比根长及比表面积先增大,而直径先减小,然后均趋于平缓波动的态势。(2)栾树细根N、P含量均随根序的增加而减小,而N/P在根序间的变化不显著;施加柏木根系分泌物显著增大了栾树1~2级细根的N、P含量(P<0.05),但减小了1~5级细根的N/P;随根系分泌物施加浓度的提高,栾树细根P含量增大,N/P减小,而N含量先增加后呈现平缓变化的趋势。(3)栾树细根N、P含量均与其比根长、比表面积和直径等形态特征之间呈显著的相关关系(P<0.05)。研究发现,柏木根系分泌物可改善土壤养分的有效性,从而缓解栾树植株的缺P症状,细根通过调整其形态以提高养分利用效率;柏木根系分泌物主要影响栾树1~2级细根的形态及N、P含量;4株柏木根系分泌物的剂量更有利于栾树根系的生长。