基于功率诊断的微波辅助点火能量沉积研究

基于功率诊断方法,研究了不同微波参数(脉冲波形和馈入延迟时间)下对微波辅助点火的增强效果,精确测量了点火过程中与火核耦合的微波能量,并分析了能量耦合的内在机制.结果表明:入射的部分微波能量以产生等离子体的形式耦合到点火火核中,耦合能量随微波脉冲功率的增大而提高,随延迟时间的增大而减小,最高耦合能量达到6.16 mJ;火核的增强效果与耦合能量的变化趋势一致,表明耦合的微波能量是点火增强的内在原因;能量耦合效率(耦合能量/入射能量)一般随脉宽和延迟时间增大而减小,最高耦合效率达到7.23%;并发现了微波能量耦合过程中存在从较低的效率转变到较高的稳定耦合效率的现象,将后者定义为饱和耦合模式;脉冲持续时间内到达饱和耦合模式的转变过程越短,能量耦合效率越高;饱和耦合模式下的能量耦合效率不受微波参数的影响,但高功率短脉宽的脉冲波形和低延迟时间能够更快达到饱和耦合模式,明显提高点火增强效果.

氩气氛围下微波辅助点火机理

基于自行搭建的微波辅助点火(MAI)试验台架,引入高时间分辨率的电气诊断系统,对比了N_(2)氛围和Ar氛围对微波辅助点火核心发展的影响,并从微波等离子体形成和放电电流演变等方面探究了MAI点火核心发展的内在机制.结果表明:当量比为0.80时,N_(2)氛围和Ar氛围中的微波增强作用均与微波等离子体的强度明显相关,但二者等离子体生成特征存在明显区别,Ar氛围中微波等离子体的生成阈值更低.将Ar氛围的当量比降低至0.65时,微波等离子体的生成特征与当量比为0.80的Ar氛围中基本一致,与当量比为0.80的N_(2)氛围存在显著差异,故微波等离子体的生成特征主要由工质氛围决定.用电气诊断系统得到的微波辅助放电窗口能定量表征微波等离子体的强度,同时,微波等离子体强度与微波对点火核心的增强效果呈线性相关.最终明确了微波辅助点火存在两个作用窗口,分别是增强火花放电的微波辅助放电窗口和增强点火核心的微波辅助点火窗口,二者共同作用决定着微波增强的最终效果.

腐生性昆虫材料化利用的研究进展

作为农业废弃物清洁转化的有效手段,腐生性昆虫因其丰富的蛋白质含量和广阔的深加工利用发展前景而成为当今环境、农业和能源等领域的研究热点。受限于其基础研究薄弱、深加工技术水平低、产业化程度不高及市场认同、准入和规范相关标准缺乏,导致腐生性昆虫的深加工利用率较低。随着人们对健康环保产品需求的增长,日趋严格的环保法规及石化资源的短缺,腐生性昆虫材料化利用紧密结合国家新型战略产业政策需求,将有效促进现代化农业的持续健康发展。针对腐生性昆虫在材料化开发利用的研究热点,本文阐述了可降解塑料、生物柴油、几丁质基材料、生物医用材料等近几年主要的材料化利用途径,并分析了各利用途径的应用效果和局限性,为开展腐生性昆虫材料化利用提供理论支持,最后,基于目前生物基材料的发展趋势,客观展望了腐生性昆虫材料化应用发展方向。

3,3’,4,4’-联苯四甲酸合成用Pd/C催化剂制备工艺研究

采用浸渍沉淀法制备3,3’,4,4’-联苯四甲酸合成用Pd/C催化剂,考察不同沉淀剂、还原剂对Pd/C催化剂性能的影响,发现使用不同沉淀剂和还原剂时,催化剂活性及3,3’,4,4’-联苯四甲酸收率存在明显差异,硼氢化钠还原的Pd/C催化剂活性及3,3’,4,4’-联苯四甲酸收率最高。进一步考察助金属协同催化作用对Pd/C性能的影响,结果表明,Pd/C中添加质量分数1.0%Mn后催化剂活性及3,3’,4,4’-联苯四甲酸收率均有所提高。

Pd/C催化Suzuki偶联反应合成啶酰菌胺中间体

采用过氧化氢改性活性炭,并将其作为载体制备Pd/C催化剂。结果表明,通过不同温度处理,活性炭织构和表面性质被选择性地修饰,载体表面官能团影响钯纳米颗粒的分散度和化学状态。与其他处理温度相比,250℃处理的活性炭表面含有更多的酸性含氧基团,所制得Pd/C分散度最高。在催化Suzuki偶联反应合成啶酰菌胺中间体4′-氯-2-硝基联苯中活性显著提高,反应收率增加。酸性含氧基团为钯纳米颗粒在活性炭表面的分散提供了有效的锚定位点,促进了载体与钯纳米颗粒之间的电子转移,形成了相对缺电子的钯纳米颗粒,从而提高了Pd/C催化剂的活性。

掺混比例对航空煤油/柴油的着火和碳烟排放影响

航空煤油/柴油掺混作为一种典型的宽馏程燃料,具有提升着火能力、改善低温冷起动并对柴油机结构可靠性影响较小等潜在性能.基于电加热定容燃烧弹,耦合纹影法、广域低通化学发光法和高频背光消光法等光学诊断方法,研究了不同航空煤油掺混比例对航空煤油RP-3/柴油掺混燃油喷雾、着火和碳烟排放特性的影响.结果表明:在航空煤油中掺烧柴油,有利于提高掺混燃油的着火能力,但同时也会提高碳烟排放,产生明显的红外信号.随着柴油掺混比例的增加,冷态喷雾体积几乎没有变化,但在高温蒸发环境下,喷雾锥角及体积均略微下降.添加25%(体积分数)的柴油可明显缩短着火滞燃期,且碳烟面积和碳烟质量规律与纯煤油相近,随着柴油组分的进一步增加,碳烟面积和碳烟质量都相应明显增加.此外,掺混25%柴油的航空煤油掺混燃油,可大幅提高燃油的着火性能,且碳烟排放维持在较低水平;航空煤油中添加较少比例的柴油适合在航空发动机中使用,从而成为一种比纯航空煤油更有潜力的单一燃料.

NaOH亚熔盐处理铝电解废阴极炭块

废阴极炭块是铝电解槽大修时产生的危险固体废弃物.以某铝电解企业废阴极炭块为原料,在明确其物相组成的基础上,分别研究了NaOH亚熔盐与各组分的反应机理.采用单因素方法分析了亚熔盐浸出铝电解废阴极炭块过程中NaOH质量分数、浸出温度、浸出时间、氧分压及搅拌速率对浸出渣中碳纯度(质量分数,下同)的影响.研究结果表明:亚熔盐中的O_(2)^(2-)可以破坏废阴极炭块原料中NaAlSiO_(4)和NaAl_(11)O_(17)的晶体结构,同时,高质量分数的NaOH可以与CaF_(2)反应生成Ca(OH)_(2);亚熔盐浸出铝电解废阴极炭块的最优工艺参数为NaOH质量分数50%、浸出温度215℃、浸出时间5 h、氧分压1 MPa、搅拌速率700 r/min,在此条件下浸出渣中碳纯度达到95.6%.

一种基于多波束天线增益差的单GEO卫星干扰源定位方法

卫星通信中单颗同步轨道(GEO)卫星受干扰后对干扰源很难定位。针对GEO卫星,提出了一种基于多波束天线的单颗卫星干扰源定位方法。介绍了单星多波束天线干扰源定位原理,分析了边缘波束受干扰情况下,邻波束的可用性,重点分析了增益测量误差、波束指向误差和海拔对定位精度的影响。从仿真结果可以得出,增益测量误差是导致定位误差的重要因素。波束指向存在0.01°误差时,最终的定位误差一般在几千米到十几千米。干扰源未知海拔高引入的误差相对增益测量差一般在500 m以下。当干扰源偏离星下点的时候,无论是增益误差还是波束指向误差对定位误差的影响都会偏大。

蝇蛆生物转化餐厨残渣对产物特性的影响

昆虫生物转化有机废弃物是缓解饲料蛋白源短缺和生态环境压力的有效手段。受限于养殖工艺复杂,获取的昆虫蛋白和虫粪常存在物料特性均一性低、稳定性差等问题,加之对产物特性影响作用不明,导致市场接受度低而限制其产业化应用。该研究以获取优质蛋白原料和肥料为目的,以预处理餐厨残渣-腐生链生物转化中的过程产物为研究对象,分析蝇蛆生物转化餐厨残渣对蛆虫、虫粪理化特性的影响,并探究重金属、霉菌等有害物质消减规律。研究结果表明:蛆虫幼虫饲喂4 d收获最佳,此时蛆虫蛋白质质量分数超过14.79%,粗脂肪质量分数超过6.80%,蛆虫干粉氨基酸组成基本符合FAO/WHO推荐值,有害微生物和霉菌含量低于微生物饲料添加剂规定的最高允许量,可替代中国饲料原料三级红鱼粉使用。蛆虫对砷、铅、汞、镉、铬等重金属元素的生物富集系数分别为0.08、<0.01、0.17、3.71、0.04,对镉元素的富集能力最强,对铅元素的富集能力最小。经蛆虫生物转化处理后,虫粪中重金属元素质量分数明显降低,分别为0.25、1.50、0.03、<0.01、10.90 mg/kg,在与其他样品有机质含量差异不大的情况下,可作为优质肥料使用。该研究可为蝇蛆生物转化餐厨残渣提供重要的基础数据,为后续蛆虫品质评价、资源筛选及饲料化应用提供理论依据。

基于TVM平台的MEC卷积算法优化

针对MEC(memory efficient convolution)卷积算法在传统设备下因访问数据地址不连续导致的缓存命中率低、内存访问延时长等问题,提出一种适用于MEC算法访存行为的优化方法。该方法分为中间矩阵转换和矩阵运算两部分。对于中间矩阵转换部分,采用修改数据读取顺序的方式对其进行优化,使读取方式符合算法的访存行为。对于矩阵运算部分,采用更加适合矩阵运算的内存数据布局对卷积核矩阵修改,并利用TVM(tensor virtual machine)平台封装的计算函数,重新设计中间矩阵同卷积核矩阵的计算方式。使用平台自带并行库对运算过程进行加速。实验结果表明,相比传统MEC算法,提出的优化方法可以有效解决缓存命中率低、内存访问延时长等问题,同MEC算法的运算时间对比,在单个卷积层上平均获得了50%的速度提升,在多层神经网络中最低获得了57%以上的速度提升,同空间组合算法的运算时间对比,最高获得了80%的速度提升。

醋酸甲羟孕酮合成用钯炭催化剂研究

以6-甲基孕酮乙酸酯为原料,在Pd/C催化剂和助剂等作用下合成醋酸甲羟孕酮。考察不同Pd含量催化剂及其用量、反应时间、反应温度、反应器转速对反应效果的影响。结果表明,制备的3%Pd/C和5%Pd/C催化剂均能实现醋酸甲羟孕酮的合成,3%Pd/C催化剂具有明显的性能和成本优势。在3%Pd/C催化剂用量1.0 g、反应温度100℃、反应时间90 min和反应器转速600 r·min^(-1)的条件下合成的醋酸甲羟孕酮纯度最优,对应粗品中F杂质最低。

内燃机配气机构气门振动解析方法研究

对比经验模态分解(EMD)方法、短时傅里叶变换(STFT)和连续小波变换(CWT)方法对内燃机配气机构气门振动解析,结果表明:EMD方法解析过程简单,具有较高的自适应性,但不能解决频率混叠问题;STFT方法因为时间分辨率和频率分辨率相互制约,存在解析精度低的缺点;CWT方法虽然计算量大,解析过程复杂,但是解析精度最高.通过CWT方法,原始气门加速度信号可以分解为凸轮加速度、燃烧振动、气门摇臂碰撞振动、凸轮振动、气流振动、气门落座振动和相邻气门振动等振动信号,其中气门落座振动、气门摇臂碰撞振动是气门振动的最主要来源,应该重点优化.

环境湿度对柴油机NO_x及Soot排放特性的影响

采用发动机台架试验和数值模拟相结合的方法,进行了某重型柴油机在不同进气湿度下的排放特性研究,探索了进气湿度对柴油机燃烧和排放的内在机制,并确定了进气湿度对柴油机排放特性影响的范围.结果表明:进气湿度对燃烧和排放的影响主要体现在进气湿度变化导致缸内环境氧浓度、工质比热容、水煤气反应以及高温离解自由基能力等情况发生变化.进气温度为30,℃时,氮氧化物(NO_x)排放随着进气湿度的增加迅速降低,直至接近0;进气湿度的含湿量达到27.20,g/kg(D30)前,碳烟(soot)排放缓慢增加;当进气湿度超过D30后,soot排放出现一个拐点,随着进气湿度的增加而大幅上升.在饱和湿空气下,当进气温度较低时,进气温度对燃烧的影响比进气湿度明显,进气温度越高,放热率峰值越大,NO_x排放增大,soot排放减小;当进气温度达到15,℃后,进气湿度对燃烧和排放的影响开始显现;随着进气温度的提高,饱和湿空气含湿量迅速增大,当进气温度达到25,℃后,进气湿度对燃烧的影响显著增强,使缸内最高燃烧温度和最高爆压都逐步降低,NO_x排放逐渐减为0,soot排放逐步增大.

微波辅助点火对甲烷预混球形火焰的影响

基于微波等离子体辅助点火可视化试验台架和分离影响因素的研究思路,试验了不同脉冲频率和峰值功率下微波辅助火花塞的放电特性,以及当量比为0.6~1.0、环境压力为0.1~0.7 MPa下的甲烷-空气预混球形火焰的着火及传播特性.干放电试验结果表明:微波脉冲频率为1 kHz时,由于第一个微波脉冲正处于放电电子密度高峰时刻,微波对火花塞放电核心膨胀的加速作用最明显,随着微波脉冲频率的增大,微波强化放电的效果减弱;随微波源的峰值功率增大,微波脉冲对放电的强化作用愈发明显.点火试验结果表明:频率为1 kHz、峰值功率为1 kW微波脉冲的馈入,使当量比为0.6、环境压力为0.1 MPa下的早期火核生长速度提升了60%,随着当量比的增加,微波对火焰发展的增强幅度减小;随着环境压力的增加,微波对点火的增强作用减弱.总之,微波对火焰发展的增强作用主要是对初始火核发展的促进;在火焰后期,燃料燃烧的热能远大于微波能量,导致微波的馈入对后期燃烧过程没有明显影响.

基于实时性优化的内燃机燃烧分析系统研究

采用缸压传感器、数据采集卡、光电编码器和Lab VIEW软件,搭建在线缸压采集和实时燃烧分析系统平台,研究HCCI和RCCI燃烧模式的循环波动特性。针对单循环缸压测量过程中的通道效应干扰,基于频谱分析,采用FFT、线性插值法和IFFT等方法相结合的滤波方式,实现共振峰的在线自适应识别与实时滤波,较好地减少了单循环缸压的干扰误差,使单循环的实时燃烧分析成为可能。随后,基于实时滤波后的缸压曲线,计算得到内燃机的最大压力升高率、燃烧放热率、爆发压力等重要燃烧参数。利用程序算法中同步性良好的生产者/消费者运算模式提高数据的共享能力,实现了数据实时运算与数据快速储存的并行处理,提高了燃烧计算的实时性;针对发动机不同工作阶段采用了不同精度层次的计算方法,减少了进排气、压缩和膨胀阶段的计算耗时,在计算量较大的燃烧放热率计算部分,通过适当简化计算公式和公式节点运算模块来提高燃烧系统的实时性。最后,分析了燃烧分析系统的实时性,并进行了燃烧分析系统的实验验证。

大型船用柴油机活塞多腔振荡冷却的强化机制

活塞是内燃机中热负荷和机械负荷最大的零部件之一,为了确保内燃机活塞的可靠性和寿命,大型船用柴油机往往采用振荡强化传热的方式进行活塞的冷却.为了理解振荡冷却的强化机制,首先进行了活塞冷却油腔壁面对流换热系数的分析,分解出常规流动换热分量、振荡强化换热分量和射流冲刷换热分量,并具体分析了振荡强化换热分量、射流冲刷换热分量和常规流动换热分量的分布特征.随后,基于正交设计方法,研究了活塞振荡腔不同结构参数对活塞内、外冷却油腔填充率和壁面对流换热系数的影响规律,为后续的活塞振荡冷却能力优化提供了方向.最后,针对原型活塞中内冷却油腔冷却能力不够的问题,进行了活塞振荡腔结构的优化.

柴油机用微乳生物柴油研究进展

鉴于柴油机节能减排的需要,微乳生物柴油是一个重要的发展方向。结合国内外微乳生物柴油的研究,综述了微乳生物柴油的稳定性与理化特性,柴油机燃用微乳生物柴油的动力性、经济性和排放特性,对比分析了柴油机用微乳生物柴油与柴油在性能上的差异及原因。研究表明:微乳生物柴油的滞燃期较长,使得压力上升速率、缸压峰值和瞬时放热率峰值升高;燃用微乳生物柴油的有效热效率大多高于柴油;燃用微乳生物柴油可以显著降低NOx和炭烟排放,CO和HC排放也有一定程度的减少,颗粒物及PM10排放均有所减少。在微乳生物柴油制备方面,添加扩展型羟酸酯类表面活性剂或加入金属催化剂可以提高微乳液的稳定性,减少污染物排放,满足绿色环保的要求。研究还指明,进一步降低微乳生物柴油的黏度,降低制备成本是微乳生物柴油未来的研究方向。

不同微细水核直径的掺水乳化柴油制备方法和影响因素

随着燃油车和重型农用机械数量的增加,石油资源消耗急剧上升,掺水乳化柴油作为一种新型可替代燃料受到了广泛关注。水核直径对掺水乳化柴油的微爆特性影响较大,但目前缺乏组分不变下的目标水核直径掺水乳化柴油的制备方法和适宜的水核直径表征方法。该研究基于CV模型,开发了适合水核微观结构的图像识别程序;创新性地提出采用对数正态分布函数拟合和表征水核直径的分布。结果表明,相对于索特平均直径,基于对数正态分布函数拟合的表征参数可以更准确地描述掺水乳化柴油内部水核分布情况。随后,基于正交设计方法,通过调节超声波乳化的乳化时间、乳化功率和超声波频率参数实现了组分不变情况下不同水核直径的掺水乳化柴油的制备;并基于新的表征参数,研究了制备参数对掺水乳化柴油中水核直径的影响规律以及敏感性等特征。研究表明:超声波频率、乳化功率和乳化时间3个制备因素对最大直径的极差为0.744、2.880、1.038,对分布标准差的极差分别为0.028、0.120、0.034,因此各因素的影响优先级分别为:乳化功率、乳化时间、超声波频率。随着乳化功率、乳化时间的增加,乳化效果明显增强,掺水乳化柴油中水核直径的拟合最大值与分布标准差逐渐减小,使得掺水乳化柴油中水核直径既小又平均,而超声波频率的影响则不明显;此外当水核直径及分布标准差减少到一定值后,增加乳化功率比增长乳化时间对掺水乳化柴油水核的细化影响更大,该研究可为乳化柴油制备水供参考。

环境温度对掺水乳化柴油喷雾燃烧特性的影响

柴油机中燃用掺水乳化柴油有提高燃烧热效率的潜力,并同时降低碳烟和NOx排放.利用定容燃烧弹台架,对比试验了纯柴油和掺水乳化柴油的燃烧特性,并重点研究了环境温度对掺水乳化柴油喷雾和燃烧特性的影响.结果表明:相比于纯柴油,掺水乳化柴油能明显降低燃烧过程中碳烟的生成量;掺水乳化柴油中水的蒸发和微爆作用随环境温度的升高逐渐增强,能有效促进喷雾雾化和油、气混合过程;随着环境温度的升高,掺水乳化柴油的滞燃期及火焰升举长度均减小,燃烧火焰亮度增大.高环境温度工况下,碳烟前期生成速率和后期氧化速率均增大,使得不同环境温度工况下掺水乳化柴油最终碳烟的排放量相差较小.

改性亚麻纤维增强胶合木梁受弯性能试验

将天然亚麻纤维经纳米TiO2接枝制得改性亚麻纤维复合材料(FFRP),以云杉-松树-冷杉木板(SPF木板)为原材料制作24根尺寸为2 850 mm×50 mm×150 mm的胶合木梁试件,采用改性亚麻纤维复合材料通过顺向粘贴在梁底部、横向粘贴在梁侧面和底部(U型箍)的方式对胶合木梁进行增强。对8组试件进行三分点加载受弯试验,分析梁底部改性亚麻纤维复合材料粘贴方式(粘贴长度、粘贴层数、U型箍)对胶合木梁破坏形态、极限承载力、跨中挠度、截面应变的影响及粘贴FFRP对胶合木梁受弯性能的增强效果。结果表明:在不发生剥离破坏的前提下,底部粘贴长度对胶合木梁的抗弯性能影响不大。对于无箍胶合木梁,底部粘贴FFRP能够提高胶合木梁的抗弯承载力与刚度,但底部粘贴的层数不宜过多,粘贴层数过多反而会导致提高幅度有所下降;对于有箍胶合木梁,其抗弯承载力与抗弯刚度,均随着底部粘贴FFRP层数的增加而增大。当底部粘贴3层FFRP时,有箍和无箍胶合木梁的抗弯承载力与抗弯刚度相差不大,但有箍梁的延性得到明显提高;当底部粘贴6层FFRP时,有箍梁的抗弯承载力和抗弯刚度比无箍梁均有明显提高。U型箍可以改变胶合木梁的破坏形态,无箍胶合木梁的破坏形态同普通梁一样,为脆性破坏;而有箍梁的破坏形态为延性破坏,U型箍能够避免木材层板间开裂与横向撕裂,增强FFRP与梁底部木材的协调性能,提高胶合木梁的抗弯性能。