仿生转化二氧化碳研究进展

为了减少二氧化碳引发的环境灾害,辅助大气碳库向“灰碳”性质转化,仿生碳转化研究主要形成了两条路线。一是基于光合作用机理,人工完成水光解、碳激活、羧化反应、取代反应等步骤。其中,水光解是关键一步,仿生碳转化必须跨越这道难关,设法使共振能量沿H—O键的法向施加电磁作用,超过其成键临界值导致共价键断裂,释放活性H、O、OH。与其伴随的碳激活便完成后续碳转化步骤,促进大气碳库向生物碳库转化。二是基于生物矿化机理,人工完成碳激活、羰化反应、螯合反应、结晶成盐、矿化生长等步骤。由于动植物体借助1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶(Rubisco)或碳酸酐酶(CA)来激活CO₂·H₂O,反应条件比较温和,旺盛的多糖氧化、充足的阳光照射等能量来源都可以达到二氧化碳的活化能位,进而完成后续矿化步骤,促进大气碳库向有益碳存转化。仿生矿化需要培养顽强的活化酶,能够在自然水体里长期存活、繁殖、扩散,现有活化酶的矿化作用仍需要验证评估。在仿生碳转化研究中,只要是在温和条件下推进碳转化反应的各个步骤,都具有较高的研究利用价值。     

仿生树状水土保护装置设计

针对现有水土流失严重的问题,通过对树木增强土质、涵养水土的微观和宏观作用的调查,设计了一种能够有效解决水土流失问题的仿生装置。项目的设计内容体现在以下两个方面:(1)根据水土流失地区气候的不同,采用模块化设计的思想,通过组合式的装置设计,因地制宜地解决水土流失问题;(2)仿生装置通过推进式的作用方法,与传统树木配合使用,在减缓大部分地区水土流失的同时,保护新生苗木的成长。     

膜与太阳能利用

光合作用是藻类和植物通过光合作用膜(简称为光合膜)在太阳光下吸收空气中的二氧化碳和土壤里的水最终合成碳水化合物的过程。这是一个把太阳能转换为碳水化合物化学能的储能过程。藻类和植物每年通过光合作用储存7×10~(20)卡的能量,这个数字大约相当于人类每年所消耗能量的十倍。因此了解     

风力机叶片仿生设计研究进展

叶片作为风力发电机的关键部件,其结构、质量和性能的优劣决定着机组是否能长期稳定运行.文中对叶片的材料、翼型和结构的发展进行了梳理总结,重点分析了在风力机叶片结构优化设计进程中仿生技术的应用情况,并指出叶片仿生设计今后的研究方向.     

光合细菌光合作用及固氮酶产氢作用研究进展

光合细菌产氢是一种较为理想的生物制氢方式,光合细菌产氢包括细胞的光合作用、固氮作用、碳代谢、氢代谢等过程.文章介绍了光合细菌产氢过程中光合作用与固氮酶产氢作用的机理,论述了近年来光合细菌光合系统结构、光合基因、固氮酶结构、固氮基因的研究现状,分析了光合细菌光合作用、固氮酶产氢作用研究中存在的主要问题,并就其发展方向进行了展望.     

光合制氢反应器设计

光合细菌制氢反应器设计以内置光源多点分布式设计理念为基础,采用折流式结构,满足光合细菌高效产氢对黑暗/光照条件的要求。反应器有效工作容积为5.18 m3,使用太阳能提供光合细菌产氢所需的光照、热能和电能。聚光器将太阳光经聚焦降温处理后由照明光纤导入反应器内部,其有效采光面积为2.7 m2。太阳能真空集热器被用来为反应器提供热能,以维持光合制氢反应所需温度,其采光面积为6 m2,并配备电辅加热设计。为满足夜晚及阴雨天光照需要,采用高亮LED作为辅助光源,并以120 W太阳能电池为其提供电能。     

轴流通风机仿生降噪方法

对采用锯齿尾缘和波浪前缘2种结构的叶片进行数值模拟,研究其对轴流通风机的降噪效果。针对不同齿高、不同齿数的锯齿尾缘叶片和波浪前缘锯齿尾缘叶片,采用雷诺平均法和分离涡模拟方法计算其流场,并采用FW-H声学类比方程计算其声场。结果表明：在所研究工况范围内,波浪前缘锯齿尾缘叶片比锯齿尾缘叶片降噪效果更好,且二者对全压效率影响不大;对于锯齿尾缘叶片,总声压级随齿高和齿数的增加均有所减小,齿数多时降噪效果较好;波浪前缘锯齿尾缘叶片的总声压级小于原叶片,因而波浪前缘锯齿尾缘组合应用于轴流通风机叶片上的降噪效果比单一的锯齿尾缘叶片和波浪前缘叶片更优。     

仿生热稳定构件鲁棒控制器的设计

根据鲁棒控制的基本理论及原理，提出适合仿生热稳定构件控制系统的鲁棒控制方法。在此基础上，引入最优控制器的设计方法来设计系统的控制器，改善被控系统的稳定性和优化其性能，并对压电仿生热动态系统进行仿真实例研究和实验验证。结果表明：控制器的设计直接影响到仿生热稳定构件控制系统的自适应性和鲁棒性。图11参5     

仿生叶片水动力特性实验研究

文章通过水槽实验,研究了雷诺数为1.2×105,1.6×105和2.2×105时,采用NACA0018翼型的标准直叶片和带前缘突起的仿生叶片的水力学性能。实验结果表明:在3个不同雷诺数下,迎角小于33°时,标准叶片在失速时出现升力系数的忽然减小和阻力系数的忽然增加;带前缘突起的仿生叶片能够推迟叶片失速的发生,且在失速区域,仿生叶片比标准叶片的升力系数提高约9.4%,阻力系数减小约22.75%,升阻比提高约33.6%;前缘突起不仅能够为仿生叶片在失速区域提供更大的升力,而且可以起到减阻的效果。实验证明了仿生叶片在失速区域比标准叶片有更好的水力学性能。     

离心泵仿生叶片的降噪特性研究

采用仿生学思维对离心泵叶片出口进行仿生改造,结合CFD和噪声计算对设计工况下的流场和声场信息进行对比分析,用数值模拟方法验证其结构改进后的降噪效果。计算结果表明：采用仿生结构叶片能够有效的降低隔舌、蜗壳出口和叶轮流道内的湍流脉动强度,同时使流场中的涡结构尺度减小,控制流场中涡结构的分布范围,降低了离心泵内噪声源强度,达到降低噪声的目的。原模型和仿生叶片模型的压力脉动特征频率均为叶频及其低阶倍频,仿生叶片模型在各监测位置的压力脉动均比原模型有明显的降低;仿生叶片使各监测点噪声源强度降低,其出口3倍管径处的降噪效果最佳,总声压级下降3.62 dB,降噪率为3.20%;在隔舌处的总声压级下降1.15 dB,降噪率为0.67%,总体降噪率在0.67%～3.20%,达到了降噪的目的。     

仿生翅片翼动态平衡及气动性能研究

为提高风力机气动性能,基于仿生学,以鸟类的覆羽为仿生对象,提出一种风力机仿生翼型.以NACA0018为例,在吸力面处布置仿生翅片翼,针对翅片翼动态平衡时的特性进行分析,并研究其对翼型气动性能的影响,揭示流动控制机理.结果表明:翅片翼处于气动平衡角度时,其最大升力系数增大约5.69％,且当攻角16°时增大约16.02％,...     

基于仿生设计学的内燃机活塞设计分析

对壳类拱形结构与活塞的受力特点进行了相似性分析,并对带加强筋的拱形结构进行了计算分析,在顶部小面积压力载荷作用下,带加强筋的拱形结构活塞不但有较好的承载能力,而且应力分布比较均匀,不会形成大的应力峰值,同时还可以改善热量的传递,降低温度,达到耐高负荷的目的,并且还可以减轻材料质量。     

带电清除配电线路异物的遥控仿生操作工具

针对清除中压配电线路异物使用传统绝缘工具不能满足带电作业的状况,研发了一种遥控仿生操作工具.该工具由机械端部、绝缘杆、遥控发射器和接收机组成.在带电清除异物时,只需将遥控仿生操作工具的端部放在合适位置,即可方便地实现抓取、拽拉或剪断异物的操作,整个操作过程施力准确,减少了端部机构的抖动,确保了人体与带电体间的有效空气间隙,保证了操作工具的有效绝缘距离,降低了流经人体的泄漏电流,减少了带电作业时间,提高了中压配电线路带电清除异物作业的安全性及工作效率.     

基于仿生设计学的内燃机活塞设计分析

对壳类拱形结构与活塞的受力特点进行了相似性分析,并对带加强筋的拱形结构进行了计算分析,在顶部小面积压力载荷作用下,带加强筋的拱形结构活塞不但有较好的承载能力,而且应力分布比较均匀,不会形成大的应力峰值,同时还可以改善热量的传递,降低温度,达到耐高负荷的目的,并且还可以减轻材料质量。     

一种耦合仿生翼型降噪机理研究

基于NACA0018翼型,将波状前缘、锯齿尾缘和表面脊状3种仿生结构进行耦合,形成WSR翼型,并采用大涡模拟和FW-H方法研究了 WSR翼型在不同雷诺数和攻角下的流场和噪声特性.结果表明:在小攻角、低雷诺数下WSR翼型可降低噪声5 dB左右;在大攻角下,锯齿尾缘结构加剧了尾缘处流动掺混,改变了尾迹涡结构,降低了翼型尾缘...     

利用乙酸光合细菌产氢的研究

通过间歇批次实验研究了不同乙酸浓度对光合细菌产氢速度、底物转化率、能量回收率等方面的影响,同时对氮源浓度进行了优化。研究结果表明:最佳的乙酸浓度为40mmol/L,在此条件下最大产氢速度、底物转化率和能量转化率分别为1.17mL/L、1.09mol-H_2/mol acetate和27.3%。当乙酸浓度为40mmol/L时,最佳的氮源浓度为8～9mmol/L。     

对太阳能气流电站抽气筒的研究

一太阳能气流电站简介最早的太阳能气流电站是由前联邦德国的史兰赫博士于20世纪80年代初期设计建造的。它的主体是电站中央一个高200m、直径10.3m的大"烟囱","烟囱"用波纹薄钢板卷制而成,重约200吨;围绕     

基于仿生设计的风力机塔架力学性能分析

为提高塔架力学性能,提出一种仿生结构塔架并研究静态和动态结构特性。建立了1.5 MW风力机塔架有限元模型,通过仿棕榈植物的结构,将传统塔架模型设计成带类维管束腹板的锥筒塔架和带类维管束腹板多段式仿生塔架,并将计算结果与传统塔架进行了对比分析。结果表明:类维管束腹板使仿生塔架具有更强的抗弯性能,可有效降低塔架的塔尖位移,较之传统塔架减小了68%;传统塔架的应力集中在塔架根部,而仿生塔架能高效地分散载荷,最大应力下降19%,起到减载作用;仿生塔架的一阶固有频率较传统塔架下降0.246 Hz,能够避开塔架的共振频率范围。     

甜高粱--高效率的太阳能转化器

生物质能是通过植物的光合作用将太阳能转化储存而形成的。而植物的光合作用被认为是最有效的、最经济的固定太阳能的方式，而且这种能量转化与储存很方便，是由生长的植物体或生物质来完成。