大连理工大学学报杂志

大连理工大学学报杂志2021年第6期

• 电沉积制备氮化钴纳米片超级电容器

  吕凤娟,曹雨晨,朱楠

  采用一种简单的电化学沉积和退火方法，实现了在碳布基底上碳氮结构修饰氮化钴(CC@Co2N@CN)材料的制备，并将其用于高性能超级电容器．氮化钴表面修饰的碳氮结构不仅可以提高整个电极的电容，而且可以缓解氮化钴的氧化，从而提高整体的导电性能．同时，CC@Co2N@CN表现出极长的寿命，在10000次循环后容量仍能保持其初始值的77%．在电流密度为1mA·cm-2时，该电极的面积电容最高可达429.4mF·cm-2．因为具有较大的面积电容和良好的循环稳定性能，此类基于碳布基底的氮化钴碳氮结构超级电容器在储能领域具有广阔的应用前景．

• CoFe2O4/CoFe2S4活化PMS性能及机理

  赵缘园,张国权,杨凤林

  通过简单的两步水热法合成CoFe2O4/CoFe2S4复合物．扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)及X射线光电子能谱(XPS)物性表征表明，CoFe2O4/CoFe2S4复合物由纳米片和纳米花颗粒混杂构成．与CoFe2O4相比，原位硫化引入轻微缺陷可以增加活性位点，从而促进CoFe2O4/CoFe2S4复合物的氧化还原活性，赋予CoFe2O4/CoFe2S4催化过一硫酸盐(PMS)体系更优异的氧化降解能力．进一步的参数优化实验表明，CoFe2O4/CoFe2S4与PMS体系氧化降解黄连素的最佳条件为1mg/LCoFe2O4/CoFe2S4、0.8mmol/LPMS、温度40℃、pH7.0，该条件下黄连素的降解率在60min内可达98.4%．CoFe2O4/CoFe2S4循环使用3次后，黄连素降解率依然在90%以上．电子顺磁共振(EPR)研究表明，CoFe2O4/CoFe2S4与PMS体系产生的主要活性氧化物种为SO-4和HO．自由基抑制实验证明，SO-4是降解黄连素的主要活性物种．

• 海洋假交替单胞菌生物膜产ROS特性研究

  吕菁萍,李泽龙,张鹤睿,王竞

  海洋微生物可以产生胞外活性氧(reactiveoxygenspecies，ROS)，为深海无光区提供了活性氧．而在实际海洋环境中，海洋微生物更倾向于以生物膜形式生长，但生物膜形态对菌体产ROS的影响鲜见报道．考察了海洋假交替单胞菌(Pseudoalteromonassp.)GCY生物膜产ROS特性．结果表明，GCY生物膜胞外h2O2、O-2以及?OH等产量均高于游离菌体，其中生物膜体系h2O2产量及O-2产量最高可达到游离菌体体系的3.10倍和3.56倍．同时L-氨基酸氧化酶(LAAO)、脱氢酶活性(DHA)、电子传递系统活性(ETSA)均有所提高．以生物膜形式生长的GCY与游离态GCY相比，胞外聚合物组分中多糖和蛋白质含量均有提升，胞外聚合物(EPS)总量增加了149mg·L-1，增强了细胞黏附性并减少了ROS对细胞造成的损伤．

• 锰基催化剂催化臭氧氧化有机污染物研究

  卢嘉心,陈硕

  为制备连续流条件下具有高活性和稳定性的臭氧氧化催化剂，采用氧化还原沉淀法制备了锰基负载型催化剂(Mn-CeOx/γ-Al2O3、Mn-FeOx/γ-Al2O3、Mn-CoOx/γ-Al2O3)，对其进行表征分析，考察催化剂在苯酚降解过程中的催化活性和稳定性，探究催化臭氧氧化反应机理．结果表明：连续流中n(Mn)/n(Ce)为2∶1的Mn-CeOx/γ-Al2O3在催化臭氧氧化降解苯酚时催化活性最佳，TOC去除率达到80.2%，水力停留时间3.3min、气相臭氧浓度?10.3mg·L-1、溶液初始pH9为最佳反应条件．经过6次重复实验后苯酚的TOC去除率仍高达79.6%，溶液中活性组分溶出量几乎可以忽略不计．Mn-CeOx/γ-Al2O3催化剂在催化臭氧氧化降解草酸、对硝基酚的过程中也表现出较高的矿化效率，TOC去除率在77%~83%，该催化剂具有广谱适用性．电子顺磁共振波谱证明催化臭氧氧化反应体系中产生的活性氧物种为?OH，Ce的引入有利于提高Mn-CeOx/γ-Al2O3催化剂中Mn4+与晶格氧的含量．

• 压缩比和膨胀比对气波分压器性能影响

  严文杰,李奇,赵一鸣,李长河,胡大鹏

  气波分压器是一种新型压力交换设备．首先通过数值模拟方法，揭示气波分压器的工作原理，而后搭建实验平台，研究压缩比和膨胀比对气波分压器的中、低压端口间制冷温降和高压出气流量占比的影响．实验结果表明：在膨胀比一定时，中、低压端口间制冷温降和高压出气流量占比随着压缩比的增大而减小；膨胀比越大，其所能达到的极限压缩比越大，即在膨胀比越大的情况下，其能实现的增压范围越广，当膨胀比为2.4时，其极限压缩比约为1.375．在压缩比一定的情况下，中、低压端口间制冷温降随着膨胀比的增大而增大，而高压出气流量占比随着膨胀比的增大呈先增大后减小的趋势，在其他操作参数和结构参数不变的情况下，最大高压出气流量占比对应的膨胀比不随压缩比的改变而改变．

• 基于液滴分析的喷雾闪蒸海水淡化模拟研究

  周士鹤,刘新宇,冯寅,卞永宁,沈胜强

  喷雾闪蒸海水淡化中液滴的闪蒸特性对于设备优化设计具有重要意义．建立了描述盐水液滴闪蒸过程的数学模型，模型考虑了液滴内部温度梯度及液滴表面的辐射换热．通过模拟计算，揭示了液滴闪蒸特性与空间距离的关系，分析了液滴初始速度、初始直径、初始盐度、初始温度以及喷射方向等参数的影响．结果表明，减小液滴初始直径、增大液滴初始速度，均有利于提高闪蒸速率；提高液滴初始温度，能够改善闪蒸效率；升高液滴初始盐度，闪蒸的速率和效率均下降；向上喷射时液滴闪蒸临界距离更短，闪蒸效率更高．

• 强化热端换热对涡流管性能影响

  李昊睿,艾国生,张恒瑞,王坤,赵一鸣,胡大鹏

  涡流管内部能量分离导致的外层高温流体与内层低温流体的热量交换，影响了制冷效果．为此，基于对流传热原理，设计了一种强制冷却的涡流管结构，在涡流管的热端外加冷却水腔，通入循环水对涡流管外壁进行冷却．通过实验和数值模拟的方式，研究不同结构参数和操作参数下，冷却热端外壁面对涡流管制冷性能的影响．结果表明：与传统涡流管相比，强制冷却能够削弱外层热气对回流冷气的影响，提高涡流管的制冷性能．阿基米德螺线型喷嘴较直线型喷嘴的提升更明显，最大单位制冷量达到12.53kJ/kg．在压比为2、3和4的条件下，强制冷却涡流管的制冷性能均有提升．强制冷却涡流管的单位制冷量随热端管长径比的增加而升高，等熵效率最高可以达到34.1%．

• T800碳纤维复合材料低速冲击渐进损伤仿真与试验研究

  许良,涂宜鸣,崔浩,周松,贾耀雄,边钰博

  利用有限元软件ABAQUS建立冲击渐进损伤模型，对国产T800碳纤维/环氧树脂基复合材料的低速冲击损伤进行了数值模拟；同时对复合材料进行低速冲击试验，通过分析不同冲击能量与凹坑深度和损伤形貌的关系研究了层合板的冲击损伤特性．结果表明：在模拟仿真过程中，复合材料冲击时的应力分布像花生状的椭圆形，同时基体的拉伸和压缩损伤大于纤维的拉伸和压缩损伤．在试验中随着冲击能量增大，凹坑深度在35J左右出现拐点，拐点之前凹坑深度增加缓慢，冲击表面主要是无损伤和几乎不可见的冲击损伤，内部损伤形貌近似圆形；拐点后凹坑深度急剧增加，试样内部损伤形貌逐渐趋于椭圆形，并沿45°铺层方向呈锥形扩展；在65J时达到穿透性损伤．模拟得到的凹坑深度与试验结果吻合较好，为分析T800碳纤维/环氧树脂基复合材料层合板受低速冲击后的损伤演化和规律提供了一种有效的方法．

• 极端海况下重力式网箱系泊系统数值模拟

  胡金鹏,张旋

  开展系泊系统水动力研究对于大型深海重力式网箱在恶劣海况条件下的长期使用具有重要意义．首先采用集中质量法构建重力式网箱系泊系统简化力学模型，基于海洋工程水动力分析软件OrcaFlex建立重力式网箱数值模型，并通过水池物理模型试验验证了在规则波工况下数值模拟结果的可靠性；进而针对钦州湾20m水深的重力式网箱系泊系统开展了极端海况下的水动力数值研究，极端海况采用了百年一遇极端波浪条件，考虑网箱结构的对称性特点，代表性地分析了0°与45°两种浪向角下系泊缆绳张力变化的差异．研究结果表明，当浪向角为0°即平行于系泊系统中轴线时，缆绳张力幅值较小且受力均匀．研究结论对同类型重力式网箱系泊系统的科学布置具有一定的参考价值，并为大型深海重力式网箱的规模化运行提供前期研究基础．

• 自动化集装箱码头AGV调度与换电双层模型求解

  赵涛,梁承姬,胡筱渊,王钰

  为降低自动化集装箱码头AGV换电问题对码头整体作业效率的影响，首先分析了AGV调度和换电的相互影响和内在联系．其次考虑AGV耗电差异和换电阈值等约束以最小化最终完工时间为目标建立AGV调度模型(上层模型)，考虑换电站数量和排队等约束以最小化换电总时间为目标建立AGV换电模型(下层模型)，并针对两者之间的双层耦合关系，设计换电需求和换电方案为公用变量进行解耦．最后使用自动化集装箱码头实际作业参数设计算例，分别采用GAMS求解器和遗传算法循环迭代求解．算例结果表明，双层耦合模型合理地决策了AGV调度和换电问题，换电排队时间控制在4min之内，降低了AGV换电总时间和最终完工时间，提升了AGV利用率．

• 生物质油温拌石油沥青效果评价及机理分析

  李宁利,王思宇,栗培龙

  以节约能源、保护环境、改进温拌技术水平为目的，采用价格低廉、绿色环保的生物质油为温拌剂，对70#京博、70#伦特、90#伦特石油沥青进行温拌，通过旋转黏度实验及针入度、软化点、10℃延度等指标确定温拌效果最佳的生物质油及其最佳掺量范围；通过动态剪切流变实验和弯曲梁流变实验，评价最佳生物质油温拌石油沥青的高、低温流变性能；通过红外光谱实验，研究3种生物质油对石油沥青的作用机理；通过四组分分析方法，研究生物质油A、B、C降黏效果差异的原因．黏度实验结果表明，3种生物质油中，4%掺量的生物质油A能够使70#京博、70#伦特、90#伦特石油沥青的135℃黏度降低30%以上，降黏效果最佳，生物质油B、C降黏幅度达不到温拌剂要求的30%，效果较差；三大指标实验结果表明，生物质油A对3种石油沥青最佳掺量范围为2%~5%；流变性能实验结果表明，生物质油A提高了3种石油沥青的低温抗裂性能，降低了高温抗车辙性能；红外光谱结果表明，掺加生物质油A、B、C后的70#京博、70#伦特、90#伦特石油沥青，光谱图均未出现新的特征峰，因此3种生物质油与石油沥青混合过程为物理变化；四组分分析结果表明，生物质油A具有较高含量的饱和分，削弱了沥青胶团体系的引力场，增加了沥青胶团的分散度，从而导致沥青黏度降低，而生物质油B、C饱和分含量较低，分散胶团的能力差，降黏效果较差．

• 基于M-distance算法思想的优化加权KNN算法

  程勖,高雍政,郭芳

  为快速对数据进行特征选择以实现精确分类，采用M-distance算法思想进行数据集簇聚类，对样本数据进行预处理；设计加权K近邻算法缩减样本间距并构建样本分类模型；采用模拟简谐振动的方法遍历样本数据，求解最优加权特征向量，实现样本分类．实验结果表明：设计的算法是正确的，分类模型是合理的．在样本数据特征中，分离出的消费者最为关心的前10个样本特征符合消费者的行为选择，说明算法设计有一定实用性．

• 广义彼得森图意大利控制数

  高红,黄佳欢,尹亚男,杨元生

  图的罗马控制来源于古罗马帝国的军事防御问题．图的意大利控制是一种泛化的罗马控制．确定图的意大利控制数是NP困难的．一般情况下，很难确定某一类图意大利控制数的精确值，只能给出其上界或下界．通过构造可递推的意大利控制函数，得到了广义彼得森图P(n，k)(k≥4)的意大利控制数紧的上界．结合前人给出的意大利控制数的下界，确定了当k≡2，3(mod5)且n≡0(mod5)时，P(n，k)(k≥4)意大利控制数的精确值．