大连理工大学学报杂志

大连理工大学学报杂志2025年第6期

• 立式喷射旋流塔板性能研究

  代鑫,胡大鹏,张恒瑞,范德群

  以垂直筛板为原型，通过优化气液接触与分离过程，研发了一种立式喷射旋流塔板(VJST)．为探究其流体力学性能，采用单变量实验方法，系统研究了阀孔动能因子(F因子)、底座进气口结构及叶片仰角对塔板压降和液相提升量的影响规律．实验结果表明，VJST的液相提升量与F因子呈非单调关系，随F因子增大先上升后下降；增大叶片仰角可显著增强液相提升能力，而底座进气口因与气相流动存在耦合效应，其对液相提升量的影响表现为非线性特征．在测试工况下，该塔板的最大操作弹性达到5.2，展现出优异的工业应用潜力．

• 荧光/比色双模式用于多种苯二酚区分

  杜雨晴,胡玉峰

  邻苯二酚(CC)、间苯二酚(RC)和对苯二酚(HQ)是苯二酚的3种同分异构体，广泛用于化妆品、纺织、橡胶及医药等行业．由于它们对人体具有不同的毒理效应，因此实现对这3种同分异构体的区分识别对于保障人体健康具有重要意义．将荧光与比色分析相结合，建立了一种简便的双模式检测体系用于苯二酚的鉴别．所制备的MnO2@N-GQDs复合材料兼具光致发光特性与类氧化物酶活性，可催化无色邻苯二胺(OPD)氧化，生成淡黄色且具荧光特性的二氨基吩嗪(DAP)．苯二酚的存在可抑制DAP的生成，引起体系颜色及荧光强度的变化，据此构建了基于荧光/比色双模式的苯二酚检测方法，实现了对CC、RC和HQ在两种模式下的线性定量检测．进一步借助主成分分析，将比色与荧光信号共同作为判别参数，成功实现了3种同分异构体的分类识别．该方法在污水水样CC、RC和HQ的区分应用中表现出良好效果，为苯二酚同分异构体的识别提供了一种新策略，显示出潜在的应用价值．

• 典型纳米农药制剂缓释特性及其水生生物毒性效应

  朱晓平,张兴文,王悦然,侯翔浩,张紫波,李兆凯,张瑛

  近年来,新型农药制剂———纳米农药制剂正处于研发与市场化应用阶段.目前,行业关注重点主要集中在纳米农药制剂的制备工艺及应用效果方面,然而,其在环境中的行为及其对生态环境和人体健康的潜在风险仍需深入研究.制备了具有缓释特性的纳米农药制剂(CV@nSiO2和CV@nTiO2),以杀菌剂结晶紫(CV)作为模式农药化合物,考察了不同浓度下该纳米农药制剂的缓释特性及其对水生生物小球藻多项生化指标的影响.结果表明,两种制剂均表现出对pH和温度的双重响应释放特性,该特性可有效减缓活性成分CV的释放速率,从而显著延长其持效期.在相同浓度条件下,与CV@nTiO2相比,CV@nSiO2对小球藻细胞密度和叶绿素合成的抑制作用较弱.上述结果为进一步筛选纳米载体材料提供了实验依据,同时,纳米农药制剂的缓释特性也为其低剂量、长时效的应用提供了重要基础.

• Cu-Ni纳米针串联协同电催化CO2还原合成乙醇

  高万涛,鲁娜,刘艳明

  电催化CO2还原是一种能够实现碳减排并合成高附加值多碳产物乙醇的绿色新兴技术，但目前仍存在乙醇合成效率低的问题．为此，设计了一种具有针尖形貌的泡沫铜-镍材料用于电催化CO2还原．该材料利用镍组分优异的CO生成能力与铜组分促进C—C偶联的特性，通过串联协同作用有效促进了乙醇的合成．在-0.6Vvs.Ag/AgCl电位下，该材料合成乙醇的法拉第效率达65%；经疏水处理抑制析氢副反应后，乙醇法拉第效率进一步提高至73%．

• 矿区砷污染土壤对生菜生物效应研究

  王悦然,朱晓平,侯翔浩,张紫波,李兆凯,张瑛

  进入土壤的砷不仅可能造成农作物减产，还可能在作物中积累并通过食物链威胁人体健康．为探究矿区周边砷污染对农作物的生物效应，以广西某尾矿库周边砷污染土壤为研究对象，采用生菜进行室内培养实验．结果表明，所采集土壤总砷含量为626.2mg/kg；砷污染对生菜幼苗生长和光合作用表现出低含量促进、高含量抑制的效应；生菜幼苗地上部分砷富集系数为0.04~0.11，体内总砷含量最高达27mg/kg；培养28d后，根际土壤中水溶态(F0)、弱酸提取态(F1)、可还原态(F2)和可氧化态(F3)总砷含量均显著降低，残渣态(F4)无显著变化，表明生菜可部分吸收除残渣态外其他形态的砷，且吸收能力因形态而异．

• 不同反硝化脱氮处理催化臭氧氧化出水研究

  李妍,徐晓晨,丁龙,赵纯,刘文杰,姜曼

  辽宁众辉生物科技有限公司因出水中含有大量生化难降解有机氮导致总氮超标，采用催化臭氧氧化-反硝化组合工艺进行深度处理．该工艺首先通过催化臭氧氧化将含氮有机物断链降解为无机小分子含氮化合物，再通过反硝化作用将其转化为氮气去除．以催化臭氧氧化出水作为反硝化生物处理进水，对比分析了自养、异养和混养反硝化方式的脱氮效果，以确定最优工艺．水质检测和高通量测序结果表明，异养反硝化体系对农药生化尾水的适用性及脱氮效果均优于自养和混养反硝化体系．在HRT=6h、进水pH为7.5~8.0时，异养反硝化体系可将硝态氮浓度从56.5mg/L降至8.2mg/L，去除率达85%以上；总氮浓度从118.9mg/L降至72.9mg/L，去除率约为39%．微生物群落分析显示，异养反硝化体系的物种丰富度和多样性指数低于自养和混养反硝化体系．

• 采用降膜蒸发器的氨制冷系统性能分析

  于硕文,沈胜强,杨艳,郭亚丽

  开发采用降膜蒸发器的制冷系统并分析其性能，对解决传统CFC和HCFC制冷剂引起的环境问题以及促进天然制冷剂氨的安全应用具有重要意义．以氨为制冷剂、采用降膜蒸发器的再循环制冷系统性能分析表明，在保证降膜蒸发器合理工作的前提下，液-液喷射器再循环、气-液喷射器再循环和氨泵再循环3种方式均被纳入研究范围，并据此建立了3种再循环降膜蒸发氨制冷系统及传统氨蒸气压缩制冷系统的数学模型．结果表明，在所研究的工况范围内，蒸发温度升高、冷凝温度降低以及冷凝器出口过冷度增加均有助于提高系统制冷系数；在3种不同再循环方式的降膜蒸发氨制冷系统中，同一工况下采用液-液喷射器再循环降膜蒸发氨制冷系统制冷系数最高，且与传统氨蒸气压缩制冷系统的制冷系数相等，而采用气-液喷射器和氨泵再循环降膜蒸发氨制冷系统制冷系数较液-液喷射器再循环降膜蒸发氨制冷系统分别低1.91%~2.02%和0.0069%~0.0073%．

• 深海耐压壳铺层均衡设计

  朱尧,陈志平

  作为海洋装备战略争夺的制高点之一，复合材料铺层制造的深海耐压壳凭借其高模量、高强度和轻量化等优势，正逐步成为海洋装备发展的重要方向．在巨大的深海水压作用下，该类壳体易发生筒体屈曲和铺层纤维强度失效．基于板壳理论和复合材料力学，建立了用于分析耐压壳屈曲荷载与强度失效压力变化规律的理论方法；基于该方法，提出了可实现屈曲荷载与强度失效压力均衡化的轻量化铺层设计方法．通过Matlab-Abaqus联合仿真，结合PSO算法，设计出一种轻量化铺层，并验证了相应理论分析结果．在水下3.8km处，该铺层与工程常用铺层相比，屈曲荷载与强度失效压力的均衡程度平均提高99.68%，铺层质量平均减轻10.64%．

• 基于吹气控制的重联高速列车气动减阻研究

  武振锋,刘万露,周洋,安乐

  为降低重联高速列车的气动阻力并减少牵引电机的能耗，采用基于剪切应力输运(SST)k-ω模型的改进延迟分离涡模拟(IDDES)方法，结合重联高速列车外流场的结构特征，在列车头部和尾部不同位置设置主动吹气装置，探究不同吹气速度对气动减阻效果的影响．研究分析了气动阻力变化机理，并比较了不同吹气速度下流场结构的变化规律．结果表明，设置吹气口可显著降低重联高速列车的气动阻力．当吹气速度Vb为0.05Vc~0.25Vc时，整车最大减阻率达7.9%．吹气形成的气膜阻碍了周围气流运动，导致头车H1表面压力出现显著波动．头车H1、尾车T1、头车H2及尾车T2的车顶壁面剪切应力τω均随吹气速度提高而下降，其中头车H1降低幅度最大，达26.2%．

• 核电站棒控棒位系统GO-DBN拓宽法可靠性分析

  赵慧敏,许玉振,段富海

  为准确评估核电站棒控棒位系统的可靠性，提出一种结合GO法与动态贝叶斯网络(DBN)并融入布尔代数的系统可靠性定量分析方法——GO-DBN拓宽法．该方法首先分析棒控棒位系统的组成与工作原理，采用GO法操作符表示系统部件，建立GO图模型；随后基于布尔代数处理系统中存在的闭环反馈结构；最后将GO法操作符映射至动态贝叶斯网络，进行系统可靠性计算与反向推理，以识别薄弱环节．结果表明，该方法能够更真实地描述系统特性，不仅解决了GO法和DBN在含闭环反馈结构的复杂系统中概率计算的难题，还突破了GO法仅能计算单一时刻系统可靠度的局限，获得了系统可靠度随时间变化的曲线．分析表明，电源柜和反应堆是易导致系统失效的薄弱环节，在预防性维修中应予以优先考虑．

• 基于点、线特征融合SLAM的弱纹理环境车辆定位

  徐程钟,张明恒,张永翔,王春淇

  特征的准确获取对视觉SLAM系统的位姿估计具有重要影响．在类地下停车场等弱纹理环境中，鲁棒的特征提取面临较大挑战．为此，提出了一种弱纹理环境下融合点、线特征的提取方法——PIL-VIO，以提升视觉惯性系统的定位性能．首先，为获得稳定的视觉特征输入，在线特征检测方面，通过参数调优、线段合并和筛选策略对传统算法进行改进，在提升图像特征检测效率的同时，确保在弱纹理环境下提取鲁棒的线特征．其次，基于滑动窗口和边缘化策略构建非线性优化框架，联合图像特征点与线的重投影误差、IMU预积分误差以及边缘化先验约束，构造联合优化函数，实现视觉与惯性信息的紧耦合．最后，在EuRoC公开数据集上的实验结果表明，该方法的定位精度相比VINS-Mono和PL-VIO分别提高了26.7%和6.7%．

• PEI功能化AlGaN/GaN HEMT的CO2传感特性研究

  徐林欣,张贺秋,夏晓川,吴一航,谷海燕,朱江,郭文平,黄慧诗,梁红伟

  AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)已被广泛应用于氢气、氨气和硫化氢等气体传感器的开发，但针对二氧化碳(CO2)气体的AlGaN/GaNHEMT传感器研究仍相对较少．采用物理涂覆法将聚乙烯亚胺(PEI)功能化AlGaN/GaNHEMT的栅极表面，构建了PEI-HEMT传感器用于CO2检测．在室温条件下，该传感器可实现2%~15%浓度CO2的检测．随着环境湿度升高，其对CO2的响应灵敏度增强，基线漂移减小，但响应速度有所下降．由于物理涂覆的PEI层易发生脱落，PEI-HEMT传感器的长期稳定性较差．为此，进一步采用烷基偶联法通过戊二醛(GA)将PEI化学桥接于栅极，制备出PEI-GA-HEMT传感器．该结构表现出较PEI-HEMT更慢的CO2响应速度，但具有良好的重复性与长期稳定性，检测范围也更宽，最低可检测至0.05%浓度的CO2．

• 不同温度下AlGaN/GaN HEMT直流特性研究

  谷海燕,张贺秋,朱江,徐林欣,吴一航,梁晓华

  GaN材料具有宽禁带和耐高压特性，因此AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)能够在较高温度下正常工作．然而，随着温度升高，AlGaN/GaNHEMT性能会出现退化．研究其性能随温度的变化特性有助于优化宽温度范围内的器件特性．通过采用TCAD软件并引入热力学相关物理模型，对不同温度下的器件特性进行仿真．在仿真中考虑了高场速度饱和模型中电子饱和速度对晶格温度的依赖性，在300至573K温度范围内将仿真结果与实验结果进行拟合，获得了电子饱和速度与温度之间的经验模型方程．此外，还分析了HEMT在高温下直流特性变化的物理机理．

• 基于可变相序的干线多路径协调控制

  姜凯宁,郭瑞军,曹弋

  针对现有干线协调控制研究中忽视左转交通流的问题，提出一种基于可变相序的干线多路径协调控制模型．该模型以AM-BAND为基础，通过引入0-1变量优化各交叉口相序，并增设约束条件以确保相序的可行性，以协调路径上路段加权绿波带宽之和最大化为目标构建模型．以大连市中山路4个交叉口为例，利用VISSIM进行仿真验证．结果表明，该模型可有效降低左转交通流延误，扩展模型求解范围．与MAXBAND模型及传统干线多路径协调控制模型相比，该模型使干线车辆平均延误分别下降19.2%和11.2%，平均排队长度分别下降16.7%和15.2%，平均停车次数分别减少16.7%和11.6%．协调路径上的行程时间对比表明，该模型能够为规划路径提供平稳的交通流，提升干线运行效率．

• 高地应力下隧道围岩分级地应力修正系数K3优化研究

  楚东旭,石磊,袁松,王希宝,李斌,张毅杰,王峥峥

  针对《公路隧道设计规范第一册土建工程》(JTG3370.1—2018)中BQ围岩分级方法在高地应力条件下适用性不足的问题,将强度折减法与位移突变判据相结合,以安全系数表征围岩的自稳能力,并运用FLAC3D进行数值模拟,实现围岩稳定性的量化.通过研究围岩在不同地应力水平下的自稳能力变化规律,指出国标BQ法中地应力修正系数K3的阶跃式取值是导致其在高地应力条件下适用性不足的主要原因,进而提出了相应的K3优化方法,并建立了连续的K3计算公式.在国标BQ法基础上,进一步提出了适用于高地应力条件的BQ-Rc/σmax法,并利用二郎山隧道实际工程数据验证其优化效果.结果表明,以现场开挖围岩分级结果为标准,采用国标BQ法的分级结果中有6个区段与实际相符,准确率为35.29%;而采用BQ-Rc/σmax法的分级结果中有11个区段与实际相符,准确率为64.71%.BQ-Rc/σmax法的准确率较国标BQ法显著提高,能够有效改善国标BQ法在高地应力条件下适用性不足的问题.