基于遗传-模式搜索算法的微尺度管控区域大气污染物PM2.5溯源

针对微尺度管控区域可能发生的大气污染提出有效的靶向诊断方法-结合高斯烟羽模型和遗传-模式搜索算法的大气污染物分布式溯源方法.将污染源反算模型得到的污染物理论质量浓度与传感器网络观测值的数据对应关系作为目标函数,使用模式搜索算法嵌入遗传算法加快反算模型的搜索过程,反算得到污染源强度和位置.依托杭州市亚运板球场馆大气感知器网络进行实验验证,监测2021年10月PM2.5质量浓度、气象数据,对所提出的混合式大气污染溯源方法进行实验验证.实验结果表明:改进遗传-模式搜索算法对于多维变量的搜索效果较好,能快速精准地反算污染源的位置和强度,可以为微尺度管控区域突发性气体污染防治提供应急决策参考.

固体力学跨尺度计算若干问题研究

本文展示了固体力学领域跨尺度计算的若干问题和研究概况。(1)建立位错动力学与有限元耦合DDD-FEM的计算模型,实现了能够基于纳米尺度离散位错运动机制计算分析连续介质有限变形晶体塑性问题,提出微纳尺度(200 nm~10μm)晶体塑性流动应力解析公式,结合试验数据揭示了在无应变梯度下强度和变形的尺寸效应;(2)建立具有微相分离结构的纳米尺度粗粒化分子动力学模型CG-MD,计算获得聚脲材料在时域和频域下的存储模量和损耗模量,通过动态加载分析的DMA试验和超声波试验的数据验证,解决了连续介质尺度下微相分离高分子共聚物的设计难题;(3)通过数据驱动关联高分辨率的微米尺度CT影像和临床低分辨率的毫米尺度CT影像的特征值,建立了围关节松质骨小梁的等效模量和结构张量,为骨组织增材制造点阵结构设计和实现个性化骨缺损重建奠定了基础。

离子微聚式物理除垢在油田供热系统中的应用

油田供热站锅炉,反冲洗水富含置换出来的钙镁离子,在高温下,造成反冲洗水管道结垢严重。通过介绍离子微聚式物理除垢技术原理,根据该技术在油田的应用分析,证实该技术在防垢除垢上的有效性,通过现场应用分析,可以看出离子微聚式防垢除垢效果明显,适用于污水排放管道系统。

基于LBM-DEM细观数值模拟的水力诱导覆盖型岩溶地面塌陷发育过程分析

文章以水力驱动的覆盖型岩溶地面塌陷为背景,基于离散元方法和格子Boltzmann方法,采用Bouzidi插值反弹边界格式和动量交换法,建立一种可以从细观角度模拟覆盖型岩溶塌陷的二维格子Boltzmann方法—离散元方法流固耦合模型。在此基础上对承压水下降引起的覆盖型岩溶塌陷数值模拟开展了探索性研究。模拟结果表明:承压水位下降工况中地下水主要对隔水层岩溶开口处的颗粒产生影响,对土洞周围土体产生向下的作用力;土体颗粒的剥落容易造成土颗粒原位置和上方位置处水压的陡降,从而造成较强的水力坡降,使得地下水对内部颗粒作用力陡增,容易引起上方颗粒在地下水作用力和重力作用下失稳,导致从土体颗粒失稳至土层塌陷逐渐加速。研究成果对进一步从细观尺度进行水力驱动的覆盖型岩溶地面塌陷的发育过程与特征研究具有理论及实际意义。

晶粒尺寸对竹节晶铜箔微轧制变形行为影响的模拟

高性能铜箔已经广泛应用于新能源、微电子等领域,为降低其制备成本和调控组织性能,对拉拔−压缩−剪切复合成形条件下的竹节晶铜箔轧制微观变形行为进行研究。建立微观尺度的晶体塑性有限元模型,分析竹节晶微轧制变形的晶粒尺寸效应。该微观模型将每个离散单元只是作为晶粒的组成部分,同时在积分点上采用单晶体本构模型建立本构方程。结果表明:微观层次复合轧制竹节晶铜箔的变形特征表现为高度的异向性和局部化;竹节晶铜箔轧制力变化符合类似Hall-Petch关系,即轧制力随晶粒尺寸的减小而增大;随着晶粒尺寸减小,复合轧制竹节晶铜箔的滑移均匀性和晶界滑移协调能力均增强;动态剪切带和变形带随着晶粒尺寸的减小向晶界偏移。为保证轧制竹节晶铜箔变形的稳定性和进一步减薄,晶粒尺寸小于100μm为宜。

微纳尺度气液传质强化油品催化加氢反应

相比于经典的滴流床加氢技术,液相加氢技术由于其一次性投资成本和运行能耗低,受到了企业界和学术界的广泛关注。但如何进一步强化氢油相界面的传质速率来提高液相加氢效率,仍是一个重要的难题。近年来快速发展的微纳尺度气泡或液滴的气液传质强化技术有助于油品催化加氢反应。本文以微纳气泡为例,首先总结了微纳气泡特点及产生方式,简述了微纳尺度气液传质强化液相加氢过程可行性判别,回顾了微纳尺度气液传质强化在油品液相加氢工艺中的相关研究及工业应用。最后分析了微纳尺度气液传质强化在油品液相加氢中面临的挑战以及发展方向,即微纳尺度传质与本征反应的匹配、工况条件微纳气泡在反应器中的流动以及含微纳气泡混合物的气液分离等。

大型工程项目品质工程建设场景中的微创新研究

品质工程建设是工程经济高质量发展的重要内容。作为品质工程建设的抓手,微创新在大型工程项目建设场景中受到越来越多的关注。大广高速南康至龙南段扩容工程采用微创新在品质工程建设方面取得显著成效,以其为案例,通过访谈与调研获得一手数据,在场景驱动创新理论视角下探索大型工程项目品质工程建设场景中的微创新要素、内容和策略。结果发现:①大型工程项目品质工程建设场景要素包括战略、需求愿景、参与主体、市场、技术、资源和环境;②在场景驱动下,围绕品质目标的微创新活动内容包括设计理念微创新、工程技术、方法与信息化微创新以及管理制度微创新;③促进微创新的关键策略为沿着微创新活动作好顶层设计、班组管理与工程品质考核验收。研究结论有助于丰富大型工程项目品质工程建设场景驱动微创新理论研究,并为我国大型工程项目品质提升提供参考借鉴。

微纳富磷生物炭对土壤-苏柳系统中Cu和Pb稳定性的影响

土壤重金属污染对生态环境和人类健康造成严重威胁,生物炭作为优秀土壤改良剂,与植物联合发挥作用,是修复受重金属污染的土壤的潜力途径。以动物源生物质骨粉为原料,采用高温裂解联合湿法球磨技术,制备了两种不同粒径(<75μm和<1.0μm)的富磷生物炭(BC和MBC)。通过大棚盆栽试验,考察不同施用剂量(0、0.5%、1.0%和2.0%,w%)的BC和MBC对重金属污染土壤中Cu和Pb的赋存形态及其在苏柳172(Salix jiangsuensis ‘172’)的积累和转运影响。主要结果如下:1)通过对两种粒径的富磷生物炭进行SEM-EDS-mapping、TEM、XRD和FT-IR等分析表征,证明了富磷生物炭为含有大量的羟基磷灰石的富炭固相材料,且球磨后的MBC的比表面积和孔体积较BC可分别提升5.93倍和4.65倍;2)施用BC和MBC均能有效降低土壤Cu和Pb的生物可利用态含量,且同等剂量MBC的效果更优。在添加2%BC和MBC条件下,Cu和Pb的生物可利用态含量较对照显著降低了6.41%、17.31%和8.84%、30.31%(P<0.05);3)添加BC和MBC均显著增加了苏柳172生物量(P<0.05),显著降低了苏柳172根部中Cu和Pb的含量(P<0.05),但对苏柳172积累Cu和Pb无显著影响(P>0.05);4)BC(0-2.0%)对苏柳172的Cu和Pb生物富集和转运能力无显著影响(P>0.05),而MBC(1.0%-2%)显著提升苏柳172对Cu和Pb的生物富集和转运能力(P<0.05),2.0%MBC可使Cu和Pb的TF值分别提升101.06%和25.16%。该文对了解微纳富磷生物炭联合树木修复Cu、Pb复合污染土壤具有重要意义,可为重金属污染土壤的生态修复提供科学依据。

微尺度3D打印柔性传感器创新实验设计与实践

介绍了一种利用微尺度3D打印柔性应变传感器的实验设计及实践,旨在培养学生的创新意识和实践能力,提高教学质量和水平。该实验借助微尺度3D打印技术,实现了传感器微型化和高精度制备,有效地提升了传感器的灵敏度和稳定性。在实践过程中,学生需要独立进行实验设计、制备和测试,注重实验数据的统计和分析,培养了学生的创新思维和实践操作能力。

仿生鲨鱼皮复合微纳减风阻结构的仿真与制备

仿生学与减阻技术的结合,为减阻开辟了重要的研究方向,在航空航天领域有着潜在的发展与应用前景。为提高降低风阻效果,本文对复合微纳减风阻结构进行了研究,基于仿生学原理,采用CFD仿真及激光微纳制造技术,建立了减阻结构组合模型,并在飞行器的大气传感器半球头体模型表面制造仿生鲨鱼皮复合微纳结构,即在仿生鲨鱼皮鳞片结构的基础上,通过激光干涉扫描二级微沟槽,以进一步提升减阻效果。采用CFD仿真与风洞实验相结合的方式,对减阻机理进行理论分析,完成了复合结构的微纳制造,减阻率最高可达10.3%。

微磨料气射流加工结构化拓扑鱼鳞表面的实验研究

为了在脆性难加工材料上制备结构化鱼鳞表面,首先提取了鱼鳞表面的拓扑特征,建立了鱼鳞单元的表面模型,并基于鱼鳞模型进行搭接,得到结构化鱼鳞表面;然后根据微磨料气射流加工原理,分析了气射流加工拓扑鱼鳞实验的可行性与影响结构化鱼鳞表面形貌的重要工艺参数;最后采用单因素实验法对重要加工参数进行实验分析,得到了较好的拓扑鱼鳞表面单元,并以此进行排布得到结构化表面。研究结果表明,微磨料气射流加工结构化拓扑鱼鳞表面较为合理的工艺参数组合是加工时间为10 s、气射流加工压力为0.5 MPa、靶距离为10 mm以及射流角度为30°,在此工艺条件下,鱼鳞表面的形态和尺寸可能会受到一定的影响,但鱼鳞表面的拓扑属性保持不变。

HMX基O/W型悬浮油墨的喷墨打印成型及性能

为探究乳液型炸药油墨与喷墨打印工艺结合的可行性,设计了以氟碳树脂(FEVE)的乙酸乙酯溶液为油相,聚乙烯醇(PVA)水溶液为水相的水包油(O/W)型双组分黏结剂体系,并选用微纳米HMX为主体炸药,制备O/W悬浮型炸药油墨进行了喷墨打印。采用电子密度测试仪、激光共聚焦显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、纳米压痕仪、同步热分析TG-DSC、撞击和摩擦感度测试仪对喷墨打印成型样品的密度、形貌、力学性能、热安全性能、撞击感度和摩擦感度进行了表征,对喷墨打印成型样品的爆速和临界尺寸进行了测试。结果表明:喷墨打印成型样品表面较平整,线平均粗糙度为7.346µm,且内部颗粒分布紧实,内部的HMX未转晶,热稳定性及力学性能较好。样品的实测密度为1.5326 g·cm^(-1)(83%TMD);样品的撞击能为7 J,摩擦荷重为144 N,截面尺寸1 mm×1mm打印样品的爆速为7076 m·s^(-1)和临界尺寸为1 mm×0.087 mm,具有优异的安全性能和微尺度爆轰性能。

基于微设计理论的城市小微公共空间设计——以南京秦淮“梧桐语”城市客厅为例

随着城镇化的发展,城市建设取得丰富成果的背后,是众多小微公共空间的低效使用与文化缺失。与此同时,在城市更新所面临的土地资源稀缺与提升环境质量的矛盾中,城市腹地中具有良好品质的小微公共空间正在成为城市更新的主要抓手。文章通过对“微设计”理论的研究,结合南京秦淮梧桐语城市客厅设计实践,为我国城市中小微公共空间的设计提供有效的策略借鉴与参考,推动城市小微公共空间的触媒作用。

基于多孔喷嘴技术的阵列微织构仿真与实验

射流电解加工单孔喷嘴系统存在显著不足,不能适用于大规模表面微织构制造,因此提出多孔条形喷嘴加工工艺。利用不受加工结构限制的3D打印技术制作多孔喷嘴模型,搭建射流电解加工实验装置。利用Comsol软件进行流场与电场仿真,以喷嘴到工件表面流速大小和电流密度等为评价依据,对喷嘴腔体内部流道进行优化。研究表明,条形喷嘴结构能够形成形态稳定的射流,对工件实现高效加工。当加工电压为475 V、占空比为70%时,材料去除率达到峰值。

基于声发射的不同粒径花岗岩细观破裂机理研究

为了研究粒径对岩石细观破裂机制的影响,本文开展了直剪条件下不同粒径花岗岩的声发射试验,结合矩张量反演理论分析岩石微破裂机制。研究结果表明:1在相同应力水平下,随着粒径的增加,微破裂的扩展范围及贯通程度均有增加趋势;2不同粒径花岗岩的微观破裂机制均以剪切型为主比,随着粒径的增大,剪切型占比逐渐升高。以上研究成果有利于增进人们对岩石微观破裂机制及其影响因素的认识,可应用于预测及解释岩石宏观断裂过程及模式。

小微工业企业和规模化畜禽养殖业用水权确权方法的思考与建议

为深入贯彻落实习近平总书记“努力建设黄河流域生态保护与高质量发展先行区”的指示,宁夏积极推进用水权改革工作,针对小微工业企业和规模化畜禽养殖业用水权确权,通过现场调研等方式,系统梳理其用水权确权存在的主要问题并给出建议,以期在全国全面推开用水权改革之际提供有益借鉴。

考虑材料参数空间变异性的SBFEM开裂模拟

论文建立了基于比例边界有限元法(scaled boundary finite element methods,SBFEM)框架的非局部宏微观损伤模型,考虑材料细观物理参数的空间变异性,探讨了材料参数的空间变异性对结构开裂过程的影响。结果表明:考虑材料参数空间变异性后,裂纹扩展路径具有不确定性,建议的模型能够很好地反应材料内在的随机性;随着结构受力情况的复杂化和结构本体缺陷的增多,裂纹开裂模式的变异性也会增大。自相关长度和参数变异系数对结构开裂分析结果有重要影响。

微污染水源大型给水厂工程设计

针对某给水厂的水源为微污染水的问题,论文分析原水水质中的主要污染因子及低温低浊的现状。通过参考已运行的一期工程的工艺流程,并考虑针对低温低浊水质特点的工程措施,该项目二期工程采用处理工艺为“预臭氧+生物预处理+常规处理+臭氧生物活性炭+消毒”的方法。结果表明:该工艺充分考虑了原水特性,适用于微污染水源的大型给水厂,可保证出水水质达标。

液化石油气脱硫反应分离器的设计与开发

在油转化结构调整中,炼油企业通过多产催化液化石油气获得更多的轻烃加工原料。液化石油气脱硫装置是轻烃加工的重要处理装置,而液化石油气脱硫反应分离器则是其关键设备。近年来,随着装置大型化发展,液化石油气脱硫反应分离器的设计与开发成为了工程设计的重点。文章介绍了脱硫反应分离器的发展和工艺特点,提出通过过程强化微混式反应分离器的技术开发减小设备体积,同时采用喷射混合强化传质与破乳聚结分离耦合技术以及模块化设计的技术方案,将液化石油气脱硫反应、传质与分离过程集成化,使脱硫反应分离器在设备体积、安装布置等方面具有显著优点,以适应装置大型化发展的需要。文章分析和对比了3种液化石油气脱硫反应分离器设计方案,综合比较采用微混式反应分离器占地少、设备质量小,可满足装置扩能改造等项目的要求。

MEMS火工品设计方法探讨

针对MEMS火工品的优点和关键特征进行了梳理总结,从微结构换能元设计、微纳结构药剂设计、微含能器件设计、微起爆序列设计4个方面对MEMS火工品设计方法进行了综合阐述。最后,从构建MEMS火工品数字化设计体系、提升集成与装配工艺设计水平、增强多学科多尺度协同设计能力3个方面,陈述了对MEMS火工品设计未来发展思路的一些见解,以期为形成完善的MEMS火工品设计体系提供借鉴。