采用序半连续反应器进行硝化和反硝化工艺的数学模拟

研究了生物废水处理应用于序半连续式反应器(SFBR)工艺中的微生物生长、硝化和反硝化动力学。基于活性污泥1号模型(ASMNo. 1)中的原理和结论,导出了在有氧阶段和缺氧阶段微生物生长速率、铵、硝酸盐、易生物降解基质等的反应速率及它们的物料平衡方程。在实验的基础上,对模型中的各参数采用了合适的方法进行参数估值,即:龙格库塔法解常微分方程组和黄金分割法搜索最小误差,该模型的最小误差ε≈4 799;得出了应用于本工艺中数学模型中的各动力学参数和化学计量系数,如KS 39. 997,KNO 0 .397,KNH 1 997,KOA 0 .404,KOH 0. 297, μA 0 .0026,μH 0. 207,YA 0 .24,YH. 0 6。

高熵合金在钎焊和表面工程领域的应用研究进展

随着合金制造水平的提高及性能要求的复杂化,高熵合金逐渐引起极大的关注。目前在材料加工领域内的研究主要集中于钎焊和表面工程两大方向。在钎焊领域,高熵合金可以作为钎焊填充材料应用于高温和低温钎焊,本文归纳了合金高熵化的相关经验参数,阐述了第一性原理计算和相图计算等模拟计算手段在高熵合金填充材料设计领域内的应用;详细介绍了高熵合金钎料在镍基高温合金、陶瓷-金属异种材料、低温封装等连接领域的最新研究进展。同时,分析了工艺参数对高熵合金钎料钎焊接头组织与性能的影响。在表面工程领域,论述了高熵合金薄膜/涂层的应用方向与制备手段,总结了在高温防护涂层、硬质保护层以及其他应用领域的研究进展。同时归纳了高熵合金在钎焊和表面工程领域研究和应用中存在的问题,而未来将在降低钎料熔点、提高焊缝高温力学性能以及发展共晶高熵合金钎料/涂层等领域进一步提高研究水平。

序半连续式反应器应用于生物废水处理中的氧传递模型及参数估值

根据ASM1号模型中的原理和结论,推导出序半连续式反应器生物废水处理中的氧传递数学模型;在试验的基础上,对模型中的参数采用了合适的方法进行参数估值;在研究空气流量与氧的传递速率关系的基础上,得出了空气流量QA与氧传递系数KLa之间的线性关系式;研究了氧在反应器中的质量平衡。

SFBR工艺顺序进行硝化和反硝化的动力学研究

采用序半连续式反应器(sequenc ing fed-batch reactor,简称SFBR)对人工合成废水顺序地进行硝化和反硝化动力学进行了研究。硝化和反硝化所用微生物为活性污泥。反应器在不同的操作条件进行操作,获得了用于确定动力学常数的数据;获得动力学参数um=0.05 h-1,KNO=2.0 mg/L,Y=0.47 mg X/mg N,a=0.001 h-1。类似地确定了反硝化动力学参数kD=0.01 h-1和KD,NO=0.4 mg/L。在一定范围内硝化和反硝化速率随着氨浓度和硝酸盐浓度的增加而增加。实验数据表明,硝化和反硝化的动力学符合Monod动力学方程。

基质初始浓度对SFBR工艺去除营养物的影响

采用序半连续反应器就新鲜废水中COD/N比对COD、氮化合物去除效率和微生物生长的影响进行了研究。结果表明,新鲜废水中的COD/N比对COD和总氮去除率有明显的影响。当COD/N比由2.5增至12.5时,COD去除率由44.0%增至75.8%,总氮去除率从63.4%增至99.8%,然而,加料废水中COD/N比对微生物生长没有明显的影响。用一组涉及多个微生物反应的动力学模型,分析了COD/N比对同时去除碳、氮化合物效率和微生物生长的影响。

微生物浓度对SFBR工艺去除营养物的影响

采用序半连续式反应器(SequentialFed-batchReactor,简称SFBR,下同。)就不同微生物初始浓度对人工配置废水营养物去除效率的影响进行了研究。探讨了微生物初始浓度对COD、氮化合物(NH4-N和NO3-N)除去和微生物生长的影响。结果表明,当微生物初始浓度为140.4g/L时,COD有最高除去率(69.5%)。当微生物初始浓度≥46.8g/L,总氮除去率可达100%。菌体初始浓度对废水中营养物的去除有利。过高浓度的微生物生长,受营养物和供氧的限制。用一组涉及多个微生物反应的动力学模型,分析了微生物初始浓度对同时去除碳、氮化合物效率和微生物生长的影响。

应用于序半连续式反应器工艺的硝化和反硝化动力学研究

研究了序半连续式反应器中微生物生长、硝化和反硝化动力学。基于活性污泥1号模型(ASMNo.1)中的原理和结论,导出了在有氧阶段和缺氧阶段微生物生长速率,铵、硝酸盐、易生物降解基质等的反应速率及它们的物料平衡方程;对模型中的各参数进行了参数估值,即利用龙格-库塔法解常微分方程组和黄金分割法搜索最小误差;得出了数学模型中各动力学参数和化学计量系数;模型计算结果与试验值有较好的吻合。

加料流率对SFBR工艺去除营养物的影响

采用序半连续式反应器在不同的加料流率下,对人工合成废水营养物的去除进行了研究.氮化合物的去除是在一个操作循环中采用顺序进行硝化和反硝化反应,加料流率分别为0.05,0.10,0.15 L/h 3个不同的水平,不同的加料流率对COD,氮化合物(NH4-N和NO3-N)去除和微生物生长的影响进行了研究.结果表明,加料流率对COD、氮化合物(NH4-N和NO3-N)去除和微生物生长的都有一定的影响.当加料流率为0.05 L/h时,COD有最高去除率(84%)、最高的总氮去除率(64%),微生物的生长速率没有明显的影响.并利用一组涉及到多个微生物反应的动力学数学模型,分析了加料流率对同时去除碳、氮化合物率和微生物生长的影响.

朱胜教授谈第四届世界维修大会成果暨表面工程和再制造工程的发展机遇

由中国设备管理协会、欧洲国家维修团体联盟、巴西维修协会主办，中国设备管理协会秘书处、海南设备管理协会、再制造技术重点实验室承办的“第四届世界维修大会”（The 4^th World Congresson Maintenance），于2008年11月24—26日在中国海口成功召开，这是首次在中国举办的世界级维修大会，以表面工程技术为核心的维修工程和再制造工程分别成为大会的重要议题。11月28日，第四届世界维修大会秘书长、《中国表面工程》期刊编委朱胜教授接受了本刊记者的采访。

人工软骨支架层间的力学性能

背景:软骨组织工程修复是一个修复软骨缺损的重要方法,软骨组织工程丝素蛋白/Ⅱ型胶原支架具有良好的生物相容性,这种黏弹性材料兼有固体的特性和液体特性,其层间的微观力学性能与细胞培育密切相关。目的:掌握支架宏观载荷与层间微观作用力之间的关系,控制宏观载荷数值,使支架内部达到最适合细胞增殖的载荷状态。方法:设计丝素蛋白/Ⅱ型胶原空白支架的压缩应力松弛实验,使用实验数据拟合黏弹性本构方程后构建支架有限元模型,对实验过程仿真计算,获取支架层间的力学状态。结果与结论:①支架的各层受力分布在1.185-3.305N,各层受力均随时间的增长而逐步减小,并最终收敛;②支架每一层的位移随着层数的增加而增加,这说明从支架底层的位移开始叠加每一层的位移量,最终导致位移量随着支架层数的上升而递增;③支架各层间的应变数值在1.82×10^-2-4.47×10^-2区间内,这个区间可以直接体现组织培养过程中对种子细胞最佳的压缩状态;④当支架宏观发生10%应变时,各层的应变值分布在2%-7%这一数值范围;当支架宏观发生5%应变时,各层应变值分布在1%-2%;当支架宏观发生20%应变时,各层应变值分布在8%-18%;通过对比得出:4%-7%为细胞增殖的最优应变量。

特种加工液压驱动搬运机械手控制系统设计

随着"中国制造2025"的进一步发展,工业智能化、自动化的全面实现日益显现。针对当前在高温高压、低温低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等特殊环境下物料处理的高风险、低效率,设计了一种液压驱动搬运机械手控制系统。该系统以易于实现直线运动、功率及质量比大、调速与控制方便的液压传动作为搬运机械手的驱动系统,同时采用S7-200PLC实现机械手液压系统的手动、自动控制。并在基于硬件结构设计的基础上进行程序编写。试验结果表明,所设计的液压驱动搬运机械手控制系统具有动作灵敏度高、自动化性能优良的特点,对特种加工环境中的搬运和加工智能化、自动化具有重要意义。

新能源制氢电力电子变换器综述

新能源发电与氢能相结合是实现"碳达峰"与"碳中和"目标的重要途径之一,其中,电力电子变换器被广泛应用。为了实现电解制氢系统高效运行,要求电力电子变换器具有低压大电流能力、低输出电流纹波、高降压比及高可靠性等特点。文中首先分析了电解器模型,并对目前商业化电解器的特点及技术指标进行研究。然后,对新能源电解制氢系统,包括碱性电解器、质子交换膜电解器和固体氧化物电解器中的电力电子变换器进行了整理和分类,并对各类拓扑进行了分析和对比。同时,对电力电子变换器在新能源制氢中潜在的应用、存在的问题以及发展的方向进行了讨论和总结。

先进航空材料焊接过程热裂纹研究进展

高焊接热裂纹敏感性是制约新一代合金材料在航空航天领域推广应用的技术瓶颈。本文分别从焊接热裂纹的产生机理和各类合金裂纹敏感性实验的角度梳理该方向的研究进展。焊接热裂纹主要包括凝固裂纹(在焊缝内部产生)和液化裂纹(在焊缝与部分熔化区交界处产生)。影响焊接热裂纹产生的因素包括材料成分、焊接热循环以及接头热应力。在梳理焊接热裂纹机理研究的基础上,分别总结了铝合金、镁合金、先进高强钢以及镍基合金焊接热裂纹的实验研究进展。建立考虑复杂多组元以及结晶形态对裂纹敏感性影响的量化判据,是该领域未来的重要发展方向。针对母材和焊材进行成分优化、添加形核剂或实施辅助工艺措施,是工程应用领域抑制热裂纹缺陷的有效方法。开展焊接热裂纹产生机理及其抑制方法研究,有助于突破新一代合金材料加工技术瓶颈,推进其在航空航天领域的应用。

沥青自修复微胶囊研究进展

微胶囊技术在世界上已应用于多个领域,包括医药、食品和化工等,具有广阔的应用前景。将微胶囊引入到沥青材料自修复中,可提高沥青材料的自修复能力并在裂缝产生初期即可自我修复,延长路面使用寿命。与传统的裂缝修补方法相比,微胶囊自修复技术具有节能减排、降低养护成本和防止微裂缝扩展至宏观裂缝等优势。然而,沥青自修复微胶囊技术仍处于初步探索阶段,将微米级微胶囊应用于沥青材料自修复领域还存在着微胶囊强度控制范围不够明确,微胶囊破裂理论尚不成熟,且微胶囊制备工艺参数设计尚不统一等问题。因此,研究者们除研究制备工艺的影响外,还主要从选择合适的制备工艺影响参数和微胶囊的结构与性能方面不断尝试,并取得了丰硕的成果。随着制备工艺的不断成熟和影响参数的不断优化,经原位聚合法制备的微胶囊结构致密、性能优良。目前对掺微胶囊的沥青材料自修复的研究仍存在对沥青材料自修复提升效果的评价方法和评价指标尚不统一等问题。掺微胶囊的沥青材料自修复效果主要通过不同的指标来体现,包括延度、复数模量、拉伸强度、试件的载荷和沥青混合料的疲劳寿命等。其中,还对掺微胶囊的沥青混合料进行了路用性能研究。通过不同的评价指标表明,微胶囊显著提升了沥青材料的自修复效果;掺微胶囊的沥青混合料的水稳定性和高温稳定性略有下降,低温抗裂性下降较大,但仍满足规范要求。为总结沥青自修复微胶囊的研究进展,本文对比分析了多种自修复微胶囊制备方法的优势和特点,解析了影响微胶囊质量的主要因素(芯壁比、反应温度、终点pH值、乳化转速、酸化时间),总结了微胶囊的结构与性能的表征方法,介绍了掺微胶囊沥青材料自修复性能的评价方法与提升效果,阐述了微胶囊对沥青混合料路用性能的影响,探讨了借助分子动力学手段研究掺微胶囊的沥青材料自修复行为理论的可行性并展望了其未来发展前景,以期为微米级微胶囊的应用与发展提供参考。

CH_4/Air反扩散射流火焰多组分同步PLIF诊断

多组分同步平面激光诱导荧光技术在研究火焰结构和燃烧反应中间产物二维分布等方面有着重要作用。为了研究CH4-Air反扩散射流火焰,搭建了OH/CH2O/丙酮(Acetone)多组分同步平面激光诱导荧光实验系统。系统由2套激光器、2部ICCD相机、1组时序控制器以及光学系统构成。通过对不同组分物质分子有效激发策略、时序控制方法以及双ICCD成像技术进行了分析,最终实现了对火焰反应区、预热区以及燃料分布区域等火焰结构信息瞬态测量及可视化。基于该实验系统,对反扩散射流火焰进行了实验研究。研究结果表明,反扩散射流火焰形式既不同于传统的预混火焰,也不同于常规的扩散火焰,更多表现为部分预混的扩散火焰;较之OH*化学发光成像,多组分平面激光诱导荧光结构更能准确认识火焰的基本形态和燃烧模式,在基础燃烧和工业研究中都具有重要的应用价值。

射频溅射薄膜改善氮化铝陶瓷与金属连接性研究

本文介绍了一种改善氮化铝（AlN）陶瓷与金属连接性的新工艺方法。首先采用射频溅射在AlN陶瓷表面沉积铝、钛薄膜，然后用真空钎焊和扩散焊实现经表面改性的AlN陶瓷与Cu和FeNi42等金属的连接。由于射频溅射于射频溅射的Al、Ti薄膜改善了AlN陶瓷与金属的润湿性，所以AlN／金属的结合强度明显提高。通过对结合界面的显微形貌结构分析以及接头应力计算，阐明了采用功能梯度材料（FGM）过渡层可以进一步改善AlN／金属的连接性。

真空钎焊不锈钢EGR冷却器用高温钎料研究进展

冷却废气再循环(EGR)系统可以有效降低汽车尾气中NOx的排放,核心部件EGR冷却器一般采用真空钎焊工艺制造。综述了应用于真空钎焊不锈钢EGR冷却器的高温钎料的研究进展,分析镍基、铜基钎料以及新型铁基钎料的优缺点,重点介绍新型铁基钎料的研究进展。分析钎料合金元素对钎料熔融温度、钎缝组织及钎焊接头力学性能的影响,阐述钎焊工艺对不锈钢母材溶蚀和钎缝组织的影响规律,并对不锈钢高温钎料的未来研究方向和发展趋势进行了展望。

脆性薄膜表面微裂纹对基体次表面后继塑性的影响

采用有限单元法分析了具有微裂纹的表面脆性薄膜对高速工具钢基体的屈服和后继塑性行为的影响，特别研究了基体材料的塑性硬化指数以及裂纹深度对最大塑性应变和塑性区尺寸的影响，同时考察了屈服载荷以及塑性区尺寸随裂纹深度的影响。

沥青体系的分子动力学研究进展及展望

随着我国道路工程的飞速发展,沥青混凝土在路面工程中有越来越广泛的应用。近年来,沥青材料的研究已不仅局限于宏观性能试验,还拓展到介观与微观层面对沥青材料进行多尺度研究。分子动力学方法属于微观研究方法的一种,它是通过积分算法模拟研究对象在不同条件下的分子运动轨迹与体系能量变化,并分析模拟数据得出结论。该方法已被广泛应用于分子尺度下路面沥青材料设计与微观机理研究,其优势在于从分子运动的角度解释沥青体系的各种现象与性质。因此,许多学者采用宏观试验和分子动力学模拟相结合的多尺度方法研究沥青体系,这将推动沥青材料的进一步发展。本文对沥青体系的分子动力学进行了全面的分析,构建了沥青体系分子动力学模型的一般平衡步骤,提出采用密度、玻璃态转变温度、黏度、溶解度参数等对沥青体系分子动力学模型的有效性进行验证。综合分析了分子动力学方法对沥青纳米聚集、自修复、改性、老化、界面黏附等行为机理的研究进展,提出采用耗散粒子动力学与粗粒化分子动力学对现阶段沥青体系分子动力学的研究尺度进行扩展。研究结果表明,沥青类材料的分子动力学方法还处于早期探索阶段,但其发展潜力极大,利用分子动力学方法研究沥青体系各组分分子的动力学行为,可揭示常规试验无法观察到的分子含时运动规律,预测沥青材料的宏观性能并针对沥青的分子结构提出其路用性能改善措施,从分子尺度上推动沥青路面多尺度试验仿真方法的发展与完善,为沥青材料基因组的开发研究奠定基础。