水热辅助溶胶凝胶法制备纳米钛酸锌及其光催化性能

采用水热辅助的溶胶凝胶法制备纳米钛酸锌（ZnTiO₃）光催化剂,以罗丹明B为目标降解物,运用动力学模型分析罗丹明B（RhB）初始浓度对降解效果的影响。通过SEM、XRD、XPS、UV-Vis DRS对ZnTiO₃进行表征,并使用自由基捕获试验分析其降解机理。结果表明,ZnTiO₃为纯六方相,形貌为类球形,粒径50 nm左右。在催化剂用量为1 g/L、RhB初始浓度为5 mg/L、pH值为3的条件下,光催化反应150 min后,RhB降解率为93.2%。其动力学方程为k=0.132C₀^-1.253。ZnTiO₃光催化剂降解过程中,·OH、h⁺、·O₂^-均起到催化作用,产生·OH、h⁺的量相近且多于·O₂^-,说明·OH、h⁺在催化反应中起主要作用。     

坡面径流对斜坡散粒体稳定性影响的试验分析

坡面径流是松散介质斜坡上颗粒发生搬运滚动的水动力条件。为研究坡面径流对斜坡散粒体颗粒稳定性的影响,开展室内水槽冲刷试验。试验设置3种粒径和4种坡度,通过高清摄像捕获斜坡散粒体受水流冲刷起动过程,获得不同条件下颗粒冲刷起动的临界径流水深h_cr。实验结果表明：在同一粒径条件下,起动水深h_cr随着斜坡坡度的增大而减小;而在同一坡度条件下,起动水深h_cr随着粒径的增大,出现先增大后减小的情况,这主要是由于随着颗粒粒径的增大,坡体的渗透性增强,在水流的渗透作用下,颗粒更容易发生运移造成的。为合理解释实验现象,建立斜坡径流-渗流耦合模型来分析坡面径流条件下颗粒的稳定性变化情况,通过将水流的流速特征与土颗粒的受力起动特性结合起来,给出临界水深h_cr的理论表达式,其主要受颗粒粒径、颗粒比重、孔隙率、坡体渗透率和斜坡坡度等因素共同控制。通过将实验结果与计算结果进一步对比发现,在同一粒径区间内,临界水深h_cr的实测值与理论值均随坡度的增大而减小,而理论值与实测值之间的相对误差随坡度的增大而增大,但其均控制在35%以内,并对产生该误差的原因进行了分析。为修正实测值与计算值之间的误差,应用MATLAB的神经网络模块对数据进行拟合,建立含两个神经网络结构的临界水深h_cr修正公式,精度较高。     

Pd纳米晶修饰TiO2纳米管阵列光电极的制备及性能

为提高TiO₂的可见光催化性能,采用阳极氧化法在Ti箔上原位生成TiO₂纳米管阵列,再利用阴极电沉积法制备了贵金属Pd纳米晶修饰的TiO₂纳米管阵列光电极,并利用扫描电子显微镜（SEM）、X-射线光电子能谱（XPS）及紫外-可见漫反射光谱（UV-vis DRS）对其表观形貌、表面形态及光吸收性能进行表征．结果表明:Pd纳米晶有效地修饰在TiO₂纳米管阵列的表面,且以Pd⁰形式存在．此外,Pd纳米晶修饰明显拓展了TiO₂纳米管阵列的可见光响应范围．以甲基蓝为模型污染物,重点考察阴极沉积电压及沉积时间对其光催化性能的影响．结果表明:阴极沉积电压为-0.8 V、沉积时间为10 min对甲基蓝的光催化降解效果最佳,且符合拟一级反应动力学模型．模拟太阳光下光照120 min对甲基蓝的降解率可达71.4％,是纯TiO₂纳米管阵列光电极的1.5 倍．     

POD Analysis and Low-Dimensional Model Based on POD-Galerkin for Two-Dimensional Rayleigh-Bénard Convection

基于伽辽金投影的Rayleigh-Bénard 热对流POD低阶模型构建及流动POD分析

马行行¹,郑鑫^2,3,王悦¹,程建平¹,张红娜¹,蔡伟华¹

（1. 哈尔滨工业大学 能源科学与工程学院,哈尔滨 150001;

2. 哈尔滨工业大学 市政环境工程学院,哈尔滨 150001;

3.里昂第一大学,维勒班,法国）

创新点说明：

1）Rayleigh-Bénard热对流的直接数值模拟及其速度场和温度场的POD分析

发现在较大Ra下,流动为准周期流动,腔体中形成一个大尺度环流。POD分析进一步指出,Rayleigh-Bénard热对流的拟序结构同样是大尺度的环流,随着基函数能量含量的减小,POD基函数的涡尺度越来越小。

2）高Ra下的流动-传热问题的低阶模型建立

低阶模型通常用来预测流动,在传热流动耦合计算方面的应用较少。同时,随着Ra的增加,流动的湍流度增强,需要更多的基函数才能较好地体现原始流动的典型特征,低阶模型的建立较为困难。本文实现了高Ra下流动-传热的低阶模型构建

3）Rayleigh-Bénard热对流系统相空间演化特性的研究

通过对比不同基函数下的低阶动力学模型的相空间演化特性,发现随着基函数个数的增加,低阶模型的预测精度更高。

研究目的：

Rayleigh-Bénard热对流是地球物理及工程应用中众多对流问题抽象出来的最简单的物理模型。实现该问题的快速计算及预测在天气预报等方面有重要意义,本文基于此研究背景,利用POD低阶模型研究Rayleigh-Bénard热对流的快速数值算法,目的在于保证精度的前提下,最大可能的缩短计算时间。

研究方法：

首先通过基于OpenFOAM软件直接数值模拟Rayleigh-Bénard热对流,求解得到Ra=10⁷下的速度场及温度场,利用POD分析方法求解数据库对应的基函数（模态）。通过伽辽金投影构建原系统的低阶动力学模型,通过比较低阶模型和原系统的相空间曲线,指出影响POD低阶模型计算精度的因素,在此基础上完善低阶模型,实现高效的计算。

结果：

通过对Rayleigh-Bénard热对流的直接数值模拟结果分析发现,在此Ra下,流动呈现准周期特性并且腔体中形成类似椭圆的大尺度环流。对POD的分析结果表明,该流动的拟序结构同样具有大尺度环流的特性,随着基函数所含能量的减小,基函数的流动尺度也相应减小。对于低阶模型研究发现,低阶模型相对于直接数值模拟的精度随着时间的增加而增加,这和许多研究者所得到的结论相同,同时,利用更多的基函数,计算精度也会提高,但相应的计算时间也会增加。所以,选取较小数量的基函数构建低阶模型并考虑截断基函数的影响的研究-关于closure model的研究非常有必要,这将是我们下一步的工作。

结论：

本文研究了Ra=10⁷下Rayleigh-Bénard热对流的流动特性,速度场及温度场POD分析,以及基于POD基函数的低阶动力学模型。主要结论如下：

1）直接数值模拟结果表明,在该Ra下,腔体中的流动呈湍流态,流动为准周期流动并可以观察到明显的大尺度环流。

2）对流场POD分析结果表明,随着基函数能量的减小,流动尺度也减小,同时,基函数也表现出大尺度环流的特性。

3）对低阶动力学模型的计算结果表明,随着选取基函数个数的增加,低阶模型的计算精度提高,同时计算时间增加。低阶模型的计算结果误差随着时间的增加而增加。

4）Rayleigh-Bénard热对流POD基函数的相空间具有准周期特性,谱系数的演化特性具有类似于正弦曲线的特性。

关键词：Rayleigh-Bénard 热对流,本征正交分解,低阶模型,直接数值模拟

     

Predicting the Growth of Ash Deposits in Drop Tube FurnaceUsing Dynamic Mesh Technique

沉降炉内积灰增长过程的动网格技术预测

Krzysztof Wac?awiak¹,王辉^2*,杨琦²,秦雪箭²,秦裕琨²

（1.西里西亚工业大学 材料与技术系,卡托维兹,波兰

2.哈尔滨工业大学 能源科学与工程学院,哈尔滨150001）

摘要：

本文介绍了沉降炉燃烧过程中积灰增长的模拟和实验研究。采用现有的灰沉积模型,该模型考虑了灰颗粒撞击瞬间的重力、弹性回弹和粘附力之间的关系。通过实验数据确定了该模型的重要参数。研究了颗粒大小和速度对沉积物几何结构的影响。利用Fluent中的动网格技术,对不同入口速度、管径和管子布置方式下的灰沉积生长进行了模拟。模拟结果表明,由于弹性反弹力项的存在,颗粒法向碰撞速度起着重要作用。沉积几何结构受侧向速度（入口2的速度）的影响,较大的速度对改变沉积形状和延迟稳定时间有明显的影响。

关键词：飞灰;沉积;动网格技术

     

BioMnOx对非甾体药物氧化协同Fe(III)吸附的研究

恶臭假单胞球菌(Pseudomonas Putida)可氧化Mn²⁺生成生物锰氧化物,生物锰氧化物的形成过程及其吸附氧化活性对水体中有机/重金属复合污染的控制具有重要意义.为此,通过研究生物锰氧化物对APAP（乙酰氨基酚,acetaminophen）氧化以及Fe(III)吸附探讨其吸附氧化活性的相互影响.结果表明,BioMnO_x为无定型的纳米颗粒,在形成过程中自身结构发生变化,表面由平整变为密集、突出的颗粒状,颗粒边界更为清晰,颗粒粒径从约49.9 nm长至约70 nm.BioMnO_x在形成过程中对Fe(III)的吸附发生在对APAP的氧化之前,对Fe(III)的吸附并未对APAP的氧化速率产生影响.APAP氧化降解过程和Mn²⁺氧化速率过程均符合一级动力学方程.BioMnO_x的氧化活性对APAP降解造成一定的影响.Mn²⁺质量浓度增大,可减少APAP的降解时间.GC-MS结果显示,APAP的降解途径为先被氧化为乙酰胺及对苯二酚、对氨基苯酚等苯酚类物质,继而转化为乙二酸、苯醌等更加简单的物质后最终矿化.     

球形Cu2O@HP-β -CD 合成、表征及类芬顿去除水中亚甲基蓝的研究

利用液相沉淀法制备 Cu₂O@HP-β-CD, 通过 XRD、SEM、FT-IR 对 Cu₂O@HP-β-CD 的结构进行表征, 并研究其对亚甲基蓝 (MB) 的类芬顿催化降解性能。XRD 图谱显示样品的衍射峰为纯 Cu₂O, HP-β-CD 与 Cu 摩尔比为 1 : 1 时样品 SEM 形貌为 500 nm, 大小均一的球形。Cu₂O@HP-β-CD 类芬顿体系降解 MB 的实验结果表明, 当HP-β-CD 与 Cu 摩尔比为 1 : 1, 加入浓度为 20 mmol/L 的 H₂O₂, 100 min 时 MB 去除率达到 96.1%。相同条件下, 液相法单一合成的 Cu₂O 的 MB 去除率为 54.4%; Cu₂O@HP-β-CD 的一级动力学反应速率常数为 0.027 76 min^?1 , 高于 Cu₂O 的反应速度常数 (0.007 4 min^?1)。Cu₂O@HP-β-CD 的自由基捕获实验表明了·OH 在催化降解过程中起主要作用。     

Characteristics of Convection Heat Transfer in Power-Law Fluid Saturated Porous Media Channel

幂律流体饱和多孔介质通道内对流换热特性

田兴旺¹,张琨¹,刘峰¹,王平²,徐士鸣²

（1.大连海洋大学 海洋与土木工程学院,辽宁 大连 116023;2.大连理工大学 能源与动力工程学院,辽宁 大连 116024）

摘 要：

基于Darcy-Brinkman-Forchheimer流动模型和局部非热平衡模型,考虑黏性耗散效应的影响,建立了幂律流体在多孔介质通道内流动传热的一般模型。推导出无量纲速度分布和流、固温度分布的计算表达式,并在恒热流边界条件下,利用经典的四阶Runge-Kutta法进行了自编程序的数值求解。模拟结果表明,无量纲的相间传热系数Bi、有效导热系数比k、达西数Da,布林克曼数Br、综合惯性参数F等表征参数对无量纲流、固温度分布有着较大的影响,同时发现不同幂律指数的流体对流动传热特性也有着重要的影响。

关键词：粘性耗散;幂律流体;多孔介质;局部非热平衡;数值模拟

     

Dynamic Impact Factor Induced by Idling Vehicle-Bridge Coupling Vibration

怠速车-桥耦合振动下城市桥梁动力冲击系数

刘浪^1,2,王杰²,杨洪²

(1. 省部共建山区桥梁及隧道工程国家重点实验室,重庆交通大学,重庆 400074;

2. 重庆交通大学,土木工程学院,重庆 400074)

摘要：

为计算拥堵状态下怠速车-桥耦合振动对城市桥梁的冲击作用,持续定点采集了大量拥堵车列图像,利用图像数字化处理技术,建立了3种车辆模型及6种典型城市桥梁拥堵车列模型。根据实桥参数建立了怠速状态下车-桥耦合振动有限元模型,计算了各种典型拥堵车列荷载工况下车-桥耦合振动产生的动力系数,并与规范冲击系数进行了对比。结果表明,6种拥堵工况产生的最大动力系数分别为规范值的1.15~2.67倍,说明拥堵状态怠速车-桥耦合振动产生的冲击系数较正常交通状况大。针对拥堵严重的桥梁的设计及评估,本文建议采用1.7的规范修正系数。文中提出的分析模型及方法可为本领域的进一步研究提供有益的参考。

关键词：动力冲击系数;车-桥耦合振动;交通拥堵模;规范设计值

     

Static and Dynamic Analyses of Composite Beam Bonded with MFC Actuator

MFC作动器复合材料层合梁的静、动力学分析

伍 科¹,Houfei. Fang ², 兰澜²

（1.西安空间无线电技术研究所,西安 710100;

2.上海跃盛信息技术有限公司,上海 200240）

创新点说明：

1）基于哈密尔顿变分原理建立了MFC作动器复合材料层合梁的分布力学模型,模型考虑了剪切应变和主动应力刚化效应。

2）运用传递函数法和格林函数得到了分布系统的解析解,无需使用级数或者本征函数构造位移模式;

3）这种方法可以推广到智能层合桁架结构分布力学模型的建立和求解。

研究目的：

为智能梁结构动力学研究提供分布力学模型和求解方法;可方便的运用于智能梁结构的形状或振动控制中。

研究方法：

基于智能层合梁结构的位移假设和本构关系,运用哈密尔顿原理建立了智能层合梁结构的控制方程;运用分布传递函数法和格林函数求解了控制方程的解析解;进而根据解析解表达式建立了系统动力学刚度矩阵,得到了系统的静力学变形、模态频率、模态形状和频率响应。

研究结果：

1）运用有限元法和实验验证了智能层合梁的静力学变形,梁的挠度计算和实测结果相近。

2）在低频段,有限元法计算的模态频率与传递函数法相近,高频段则有较小的差别。

3）在频响分析中,传递函数法与有限元500个单元得到的结果相接近,高频段有微小差别。

结论：

对有智能层合梁结构,本文的建模和求解方法具有很好的适用性,可以方便的求出系统的静力学变形、模型频率 、形状以及频率响应;与通常的有限元方法相比,方法具有

1）无需对力学模型进行离散化,得到的为控制方程的解析解;

2）在动力学分析中,无需使用大量单元即可获得高精度的模态频率和频率响应;

3）在高频计算中具有一定优势;

4）可推广运用于智能桁架结构的动力学分析中。

关键词：MFC作动器,CFRP复合材料,分布传递函数法,格林函数

     

Preparation of Non-spherical Colloidal Silica Nanoparticle and Its Application on Chemical Mechanical Polishing of Sapphire

Non-spherical colloidal silica nanoparticle was prepared by a simple new method, and its particle size distribution and shape morphology were characterized by dynamic light scattering(DLS) and the Focus Ion Beam(FIB) system. This kind of novel colloidal silica particles can be well used in chemical mechanical polishing(CMP) of sapphire wafer surface. And the polishing test proves that non-spherical colloidal silica slurry shows much higher material removal rate(MRR) with higher coefficient of friction(COF) when compared to traditional large spherical colloidal silica slurry with particle size 80 nm by DLS. Besides, sapphire wafer polished by non-spherical abrasive also has a good surface roughness of 0.460 6 nm. Therefore, non-spherical colloidal silica has shown great potential in the CMP field because of its higher MRR and better surface roughness.     

不同钴离子溶剂对钴粉形貌的影响

分别采用乙醇、乙二醇和丙三醇为钴离子溶剂,用水合肼在室温下还原钴盐制备钴粉,研究了不同钴离子溶剂对所制备钴粉形貌的影响及其机理。研究结果表明:所制备的钴粉均由FCC和HCP两相混合组成。以乙醇为钴离子溶剂,当钴离子的浓度足够低时(0.045 mol/L),出现树枝状的颗粒,其余钴离子浓度下,原生钴颗粒形貌为类球形。采用多元醇(乙二醇、丙三醇)为钴离子溶剂时,由于一定量的多元醇会聚集形成微反应器,有利于表面光滑的球形原生钴粉颗粒生成。乙醇的添加量通过影响晶核的形核、生长、扩散等过程来影响产物形貌。多元醇的添加量主要通过影响溶液的黏度和微反应器的完整性和数量等来影响产物的形貌。乙二醇的添加量在80 m L时,获得了均匀的、表面光滑的球形钴粉颗粒。     

Molten Salt Synthesis of Ba（ Mgl／3Nb2／3 ）O3 Powder

The single-phrase Ba(Mgl/3Nb2/3)O3(BMN) powder was saccessfully prepared by the KCImolten salt synthesis(MSS) method. The temperature for single-phase BMN powders by MSS was about 400℃ lower than that by the solid-phase method. The average particle size (APS) was about 0.91,u.m at 900℃ and increased with increasing synhesis temperature. Based on the APS, the activation energy for particle growth in theMSS, whose value was 64. 1kJmol^-1.was attained. The sinterability of the powder prepared by MSS method wasbetter than that pretared by solid-phase method.     

有机胺沉淀法制备球形氢氧化镍及其表征

采用有机胺沉淀法,在一定温度下向硫酸镍溶液中加入有机胺,反应后将溶液过滤,并将得到的固体进行洗涤和干燥,成功制备出球形氢氧化镍,并利用X射线衍射分析、扫描电子显微镜分析、粒度分析对其晶体结构、微观形貌、粉体性能进行表征。实验结果表明:在适宜的反应条件下所得球型氢氧化镍颗粒粒度与形貌均符合国家标准。所提出的有机胺沉淀法制备球形氢氧化镍,所得产品粒度均一,分散性良好,同时具有独特的微观形貌,符合锂离子电池正极活性材料的要求。而且该方法大量减少了氢氧化钠和氨水的使用,降低了工业生产成本,避免了氨氮废水的产生,对球形氢氧化镍的工业化生产具有一定的参考价值。     

氧气-乙炔火焰法制备球形二氧化硅粉体研究

以天然二氧化硅粉体为原料,采用氧气-乙炔火焰球化法制备球形二氧化硅。实验中选取燃烧气体参数:乙炔流量0.6～0.9m3/h,氧气流量0.8～1.2m3/h。借助XRD衍射仪、扫描电子显微镜对球形化前后样品进行表征,研究了原料粒度、送粉速率对球化效果的影响。结果表明,采用该实验设备和工艺路线可以制备出球化率95%以上的球形二氧化硅,送粉速率越小,原料颗粒粒径越小且粒度分布越均匀(≤10μm),所制备产品的球化率和熔融度越高。     

铝粉的粒径和形状对照明剂发光强度的影响

利用激光粒度仪和光效应测试仪测定铝粉的粒径和照明剂的发光强度。研究不同形状和粒径的普通铝粉,以及用化学法细化制备的超细粉对Ba(NO3)2+Al照明剂发光强度的影响。结果表明:照明剂的发光强度随铝粉粒径的减小而增大,非球状铝粉的发光强度大于球状铝粉的发光强度。粒径在小于2μm时发光强度的变化率陡增,粒径在0.6～2.13μm区间发光强度变化率是2.13～4.24μm区间发光强度变化率的4.37倍,表明铝粉超细化至亚微米后可以大幅度提高烟火药剂的发光强度.     

纳米SiO2超高强高流态混凝土及改性机理

通过正交试验提出纳米超高强高流态混凝土的胶凝材料配合比设计参数,并研究了纳米SiO₂的掺入对传统掺硅灰、粉煤灰超高强水泥基胶凝材料强度及工作性能的影响。在保证水胶比不变的条件下,开展了混凝土配合比试验,并研究了纳米SiO₂对混凝土抗压强度的影响及其微观机理。结果表明：超高强高流态混凝土中胶凝材料最优比例为：纳米SiO₂：硅灰：粉煤灰：水泥=1：8：20：71;在胶凝材料用量为600~1 000 kg/m³范围内,随着其掺量的增加,混凝土流动度不断增加,抗压强度先增大后减小,当其掺量为800 kg/m³时,抗压强度最大。分析认为,纳米SiO₂、硅灰与粉煤灰形成的三元多尺度堆积体系能优化粉体材料在混凝土中的微集料密实填充效应,纳米SiO₂的二次水化反应也有效改善了硬化水泥石的微观结构,并优化其形态分布,进一步增大其强度。     

The flowability of ground powders and the comminuting mechanism of mills

The ground powders with the same particle size distribulion and the sanw mean particle diameter were prepared by five different types of mills. The flowability index (FI) and the particle shape indices, namely. Wadell‘s working sphericity ψw and circularity ψc , of five kinds of test powders were nwasured. The effect of the comminuting mechanisms on the flowability of ground powders was investigated, and the relationship between the flowability of ground powders and the partticle shape indices was analyzed. The experimental restdts show that the ground turn,tiers obtained by collision have irregular particle shapes and smooth surfaces, showing a high flowability. On the other hand, though the particle obtained by grinding is close to a spherical particle, but it has a rugged suttee, and shows a bad flowability. Furthermore, the flowability index is more corrdated with the circularity titan the working sphericity is. This means that the surface roughness is more effective, in determining the flowability of powders than the roundtwss is.     

Preparation of AgSnO2 composite powders by hydrothermal process

Silver-tin oxide powders were synthesized by the hydrothermal method with Ag（NH3）2^＋ solution and Na2SnO3 solution as raw materials and Na2SO3 as reductant. The precipitation conditions of Na2SnO3 solution and the reduction conditions of Ag（NH3）2^＋ were also investigated. The powders prepared were characterized by differential thermal analysis （DTA）, X-ray diffraction analysis （XRD）, scanning electron microscope （SEM） and energy spectrum analysis, The results show that pH value of the solution is a key parameter in the formation of Sn（OH）4 precipitate and the reduction reaction of Ag（NH3）2^＋ can release H^＋ ions, which results in synchronous precipitation of Sn（OH）6^2- as Sn（OH）4. The reduction of Ag（NH3）2^＋ and precipitation of Na2SnO3 occur simultaneously and the coprecipitation of silver and tin oxide is reached by the hydrothermal method. The silver-tin oxide composite powders have mainly flake shape of about 0.3 μm in thickness and there exists homogeneous distribution of tin oxide and silver in the powder synthesized.     

Novel phenomenon on valence unvariation of doping ion in Yb:YAG transparent ceramics using MgO additives

Yb:YAG nanopowders were synthesized by the alcohol-water co-precipitation method adding MgO as sintering additives. Appropriate amount of MgO adding can restrict the agglomeration and reduce the particle size of Yb:YAG powders. When the MgO content was 0.04wt%, well-dispersed Yb:YAG powders with ellipsoidal particles of less than 100 nm diameter were obtained. The experimental results showed the valence variation of doping ion Yb³⁺ would not appear when adding MgO as sintering additives, so ceramics showed colorless transparent instead of green due to Yb²⁺ color center using traditional SiO₂ as additives. The transmission of the sintered Yb:YAG ceramics can reach 80.6% even without annealing. Ceramic morphology showed that the grains had uniform-distribution with the size of 10 μm or so, and no impurity and pore existed in the grain boundary and crystalline while using optimal sintering conditions.