钻井柴油机废气余热分析研究

随着经济的快速发展与能源供应相对不足的矛盾日益突出,柴油机废气余热回收利用越来越受到重视。针对钻井常用柴油机Z12V190耗油量大、热效率低、大部分热量以废气余热形势随废气排到大气中、能源浪费较大等问题,分析柴油机燃烧反应与废气成分,分别根据质量守恒定律和能量守恒定律,建立了废气排量计算模型和废气余热量计算模型;并举例计算。分析发现:Z12V190柴油机废气排量较大,废气排量随废气含氧量增加急剧增加;废气余热量随废气排量增加呈线性增加。废气余热量较大,具有较好的经济开发前景,结合当前存在的利用柴油机废气余热热管锅炉、热力发电、热能储藏等实际应用,为钻井用柴油机废气余热回收利用做理论基础。     

基于网格映射技术的弹性密封垫孔洞设计研究

针对密封橡胶在压缩情况下易发生翘边而严重影响管片接缝防水效果的问题,基于ABAQUS/Standard中的网格映射技术,建立了超弹性橡胶密封垫的压缩数值模型,对7种不同开孔形状、开孔率、孔洞排列方式的密封垫开展轴向压缩数值模拟。结果表明：在整个压缩数值模拟过程中,弹性橡胶密封垫接触面应力呈现两端大、中间小的多峰值W形分布;闭合孔为圆角三角形的密封垫相较于其他开孔形状的密封垫,平均接触应力最大值提升86.8%;开孔率为0.294的密封垫相较于其他开孔率的密封垫,平均接触应力最大值提升92.6%;错孔排列的密封垫相较于对孔排列的密封垫,平均接触应力最大值提升25.2%;相较于敞开孔构型变化,闭合孔构型变化对接触应力的影响更大,两者同一工况下平均接触应力最大可相差85.2%。     

丙胺氢溴酸盐钝化高效锡基钙钛矿太阳能电池

钙钛矿太阳能电池由于其较高的光电转换效率、简单的制造工艺和低廉的生产成本,已成为最有前途的第三代太阳能电池之一。然而,铅元素的毒性极大程度上限制了其商业价值,因此,开发低毒性的锡基器件对钙钛矿太阳能电池的商业可行性至关重要。由于卤化锡是一种更强的路易斯酸,其结晶速率极快,导致形成大量缺陷,影响锡基钙钛矿太阳能电池的器件性能。在此,将丙胺氢溴酸盐（propylamine hydrobromide, PABr）作为添加剂添加到钙钛矿前驱体溶液中,以钝化缺陷并制备更均匀、致密的钙钛矿薄膜。由于丙胺阳离子尺寸较大而无法进入钙钛矿晶格,因此,它们仅存在于晶界处以钝化表面缺陷并促进晶体在优选方向上生长。PABr添加剂通过减少缺陷引起的载流子复合,将平均短路电流密度从19.45 mA·cm−2 提高到25.47 mA·cm−2。此外,经过丙胺氢溴酸盐钝化后,器件的长期光照稳定性得到了提升,滞后效应可忽略不计,PABr的加入使光电转换效率达到9.35%。     

机器学习设计具有合适腐蚀速率的400 MPa级生物可降解Zn–Mn基合金

生物可降解锌合金常用的试错法成本高且具有盲目性。本研究基于在国家数据管理与服务平台上自建的生物可降解锌合金数据库,通过皮尔逊相关筛选、递归筛选与穷尽筛选方法,首次建立了两种机器学习模型来预测生物可降解锌合金的极限抗拉强度(UTS)和浸泡腐蚀速率(CR)。基于两种预测模型建立了Zn–Mn基合金设计的实时可视化界面;可根据输入特征量实时预测目标量并展示影响规律。最终设计出具有代表性的Zn–0.4Mn–0.4Li–0.05Mg合金,通过拉伸力学性能和浸泡腐蚀速率测试,其UTS达到420 MPa,预测误差仅为0.95%。CR为73 μm/a,预测误差为5.5%。将常用挤压态锌合金的UTS提高了50 MPa等级,并且作为植入器械时具有理想的腐蚀速率。最后,详细讨论了所筛选特征对UTS和CR的影响规律。UTS和CR模型的联合应用为协同调控生物可降解锌合金的综合性能提供了新的策略。     

松木生物炭联合油菜修复铅污染农田的效应

本研究旨在探究松木生物炭联合油菜修复Pb污染农田土壤的效应。在湖南省湘潭县某地的Pb污染农田中施用不同量(0、200、400、600 g/m²)的松木生物炭改良土壤,研究了松木生物炭对油菜生物量、根际土壤中Pb质量比与形态分布及油菜各器官中Pb的累积和转运的影响。结果表明:施用400和600 g/m²松木生物炭显著降低了油菜根际土壤中Pb的质量比,且Pb的质量比低于《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 15618—2018)中规定的Pb的风险筛选值。松木生物炭增加了油菜根际土壤中Pb的可还原态比例,降低了其残渣态比例,促进了油菜植株对Pb的吸收和累积;400和600 g/m²生物炭处理的植株中Pb总量较对照组显著增加,植株的生长受到抑制。生物炭改变了Pb在油菜器官中的累积与分配格局;油菜根、茎部位中Pb的质量比增加,而籽粒中Pb的质量比显著降低;400 g/m²生物炭处理的籽粒中Pb的质量比达到最小值。这些结果综合表明,施用≥400 g/m²的松木生物炭联合油菜可以修复Pb污染农田,且显著降低油菜籽粒中Pb的质量比。     

基于Kriging算法与PSO算法的桁架机器人横梁模块智能优化设计方法

桁架机器人搬运能力强、操作方便、定位精度高,在制造业中具有极其重要的作用。针对桁架机器人自重大而导致的运行稳定性较差和材料冗余等问题进行结构优化设计研究。目前桁架机器人的结构优化设计研究有限元仿真有限元仿真调用次数多,时间损耗大,优化效率低。针对此问题,在分析了桁架机器人横梁部件尺寸、负载与应力、形变之间的关系后,提出了一种基于Kriging模型与粒子群算法的结构优化设计方法,可以有效减少有限元仿真的调用次数,节约时间,提高优化设计效率。     

土壤地下空间耦合下天然气泄漏扩散数值模拟

随着燃气管道数量和规模的增加,由于燃气泄漏至相邻地下空间导致燃气爆炸的事故日益突出。为了研究天然气管道泄漏后气体在土壤和地下空间耦合下的扩散过程及规律,本文采用COMSOL软件中建立燃气管道泄漏在土壤和阀门井中扩散的数学模型,分别研究不同管道压力、土壤孔隙率、泄漏口到阀门井水平距离对燃气泄漏扩散的影响,结果表明：随着管道压力和土壤孔隙率的增加,阀门井内甲烷摩尔分数到达爆炸下限的时间相应减小;不同孔隙率条件下阀门井内甲烷摩尔分数差值逐渐稳定在一个定值;泄漏位置距离地下空间小于12.5 m时,阀门井内甲烷摩尔分数到达爆炸下限的时间小于7天,距离大于12.5 m时阀门井内甲烷摩尔分数到达爆炸下限需要一周以上的时间。     

基于显微聚焦的磨头表面测量与三维重构

为定量分析磨头表面磨粒形状、尺寸和分布状态,提出一种基于显微聚焦原理的表面测量与重构方法。首先给出了根据显微聚焦原理的定焦准平面测量和三维重构策略。然后针对测量策略中关键的聚焦或离焦程度分析,推导构建了背景差、灰度差和梯度差相结合的聚焦锐度函数。并采用正态高斯插值方法解决了图像离散采集存在错失最佳聚焦位置或焦准平面的问题,给出了任意像素位置对应点的空间坐标。最后通过电子金相显微镜上进行的磨头表面图像采集和三维重构实验表明,该方法重构表面磨粒的形状、尺寸、分布均与实际磨头基本一致,磨粒最大特征尺寸误差可控制在2 μm以内,最大分布误差在3 μm以内,具有较好的准确性和可靠性。     

基于距离和系统吞吐量最大化的D2D上行链路资源分配方案

终端直连(Device-to-Device,D2D)通信的研究主要关注的是蜂窝用户(Cellular User, CU)和D2D用户之间存在的干扰问题, 而解决该问题的方法是进行合理的资源分配,但以往的研究大都仅考虑D2D用户之间的通信质量或仅考虑CU用户的可靠性,却忽视了系统总吞吐量和资源复用效率的优化。本文基于D2D用户、CU用户和基站(Base Station, BS)三者间的通信距离,提出了一种资源分配方案,该方案能结合资源复用函数矩阵进行预分组和资源选择,综合降低CU用户对D2D用户的干扰(Cellular-to-D2D, C2D)和D2D用户对CU用户的干扰(D2D-to-Cellular, D2C),同时保证CU用户和接入的D2D用户对都满足各自的通信服务质量(Quality-of-Service, QoS)要求。数值仿真结果表明,该方案与贪婪启发式算法相比,系统总吞吐量可以提升约4%,系统平均复用效率提高2倍以上。