稀薄流非线性模型方程离散速度坐标法有限差分解

从一般非线性Bo ltzm ann方程出发,发展并实现了一套适于大范围K nudsen数稀薄流问题数值模拟的统一算法。采用BGK模型和Shakov模型近似碰撞项,进而引入两个二速度无量纲简化分布函数,通过关于分子速度第三分量取矩积分,将三速度单一模型方程变换为二速度微分方程组。基于G auss-H erm ite积分公式和正交多项式G auss积分公式,借助离散速度坐标法消除简化模型方程对分子速度空间的连续依赖性,从相空间到物理空间得到一组带源项双曲守恒离散方程,并给出其显式和隐式二阶迎风TVD有限差分解。以二维圆柱A r气体超声速绕流算例,验证了数值算法的有效性,比较分析了漫反射和镜面反射两种气体分子壁面反射模型的计算结果。     

平面可压基频涡卷非线性演化行为数值研究

采用高精度迎风/对称紧致混合差分算法,对可压自由剪切层转捩区中的几种典型展向大尺度涡作用型态进行了直接数值模拟,通过施加给定来流条件下的线性最不稳定黏性基频扰动及其亚谐扰动,以被动守恒标量技术给出了基频涡卷的饱和、撕裂、融合以及三涡对并等细节结构。分析显示,亚谐振动相差是促生基频涡卷不同非线性演化过程的重要因素之一,可对扰动量的发展变化,以及剪切层厚度和混合效率产生直接影响,计算结果同实验流动显示图像十分相似,表明了主导线性扰动的非线性耦合效应与一些实际涡作用行为间的内联系。     

用于生物电化学系统的石墨烯电极新进展

可持续社会的发展需要成本低, 并从废物或废水中提取能源或将能源转化为产品的环境友好技术. 近年兴起的生物电化学系统(BESs)利用微生物催化不同电化学反应, 是将废物或废水中能量转化为电能等多种产品的发展前景广阔的新技术. 当有关反应的吉布斯自由能小于零, 系统输出电能, 此时的BESs即为微生物燃料电池(MFCs); 相反, 若反应的吉布斯自由能为正值, 此时的BESs被称为微生物电解电池(MECs). 随着研究工作的不断深入和拓展, BESs的电极性能已成为制约其应用的瓶颈. 石墨烯以其独特的结构和优异的材料性能在BESs领域, 特别是MFCs中得以应用. 本文参考了最新的文献资料, 综述了石墨烯应用于BESs的发展现状, 包括应用于MFCs的石墨烯电极、掺杂石墨烯电极、担载石墨烯电极, 对其在MECs中可能的应用, 以及未来发展趋势予以展望.     

K18C镍基高温合金光谱标准样品的研制

采用二次冶炼的方法炼制出K18C镍基高温合金光谱标准样品,其中包含C,Cr,Fe等16种元素。对标准样品的均匀性与稳定性进行了考察。结果表明所研制的K18C镍基高温合金标准样品成分均匀,稳定性优良,5年内各成分量值无变化。委托多家实验室进行协作定值,选择了合适的统计学方法对各协作单位的数据进行检验和计算,获得标准样品的标准值及其扩展不确定度。     

铂纳米颗粒修饰的多孔卟啉基金属-有机框架化合物高效光催化产氢

通过双溶剂法及其后续的光还原法成功地将2.5 nm的Pt纳米颗粒嵌入到卟啉基金属-有机框架化合物PCN-222的介孔中（Pt@PCN-222）。该复合材料Pt@PCN-222上的卟啉官能团可以有效地吸收可见光并促进光解水制氢,氢气产量为253μmol ·g^-1·h^-1。     

基于铜基底的TiO2纳米管阵列储锂性能

研究了基于铜基底的TiO₂纳米管阵列直接作为锂离子电池电极的储锂性能。以铜基底上生长的Cu(OH)₂纳米棒阵列为模板, 采用自牺牲模板法, 通过外向包覆与内向刻蚀, 制备了非晶态的TiO₂纳米管阵列, 然后将其在500℃下退火处理4 h, 获得锐钛矿型TiO₂纳米管阵列。采用X射线衍射、场发射扫描电镜、透射电镜、热重分析对样品进行表征;采用恒电流充放电、循环伏安和交流阻抗谱测试对退火前后TiO₂纳米管阵列的电化学性能进行研究。结果表明:与非晶态的TiO₂纳米管阵列相比, 锐钛矿型TiO₂纳米管阵列吸附水的含量低, 结晶度高, 电荷迁移阻力小, 锂离子扩散系数大, 结构稳定, 具有更好的循环性能和倍率性能;在0.2 C下, 其首次放电比容量为353 mAh·g^-1, 经过40次循环后的放电比容量仍为243 mAh·g^-1, 在8C下的放电比容量为90 mAh·g^-1。     

双波长荧光雷达探测大气生物气溶胶的性能分析

生物气溶胶在大气中扩散极易传播和发生各种流行疾病,也是生物武器投放的主要形式,实现生物气溶胶实时、远距离的探测显得尤为重要。构建了一台双波长荧光雷达用于大气中生物气溶胶的预警和识别。该雷达系统采用Nd∶YAG固体激光器作为激励光源,基频1 064 nm、四倍频266 nm作为工作波长。基于激光诱导荧光雷达探测原理,对红外波段的弹性散射信号和紫外波段诱导的荧光信号进行数值分析。结果显示,在探测误差小于10%的情况下,距离为1.0 km时,单激光脉冲测量得到白天和夜晚细菌孢子的最小探测浓度分别为15 100个颗粒·L-1和8 386个颗粒·L-1;当脉冲数累加到10 000时,白天和夜晚的细菌孢子最小探测浓度显著改善,分别为144个颗粒·L-1和77个颗粒·L-1。分析结果还表明,通过红外波段确定细菌孢子云团位置后,为了提高系统对细菌孢子的探测性能,可增加紫外激光脉冲数量,延长荧光信号采集时间。     

高光谱成像技术结合化学计量学可视化花生中蛋白质含量分布

花生中蛋白质含量与分布能够显著影响花生制品品质。利用高光谱图像结合化学计量学研究可视化花生中蛋白质含量分布的可行性。从校正后的花生图像的感兴趣区域(region of interest, ROI)中提取光谱信息,通过传统化学方法测定蛋白质含量。比对了不同光谱预处理和回归算法,以二阶导数(the second derivative, 2nd-der)为最佳的光谱预处理方法,偏最小二乘法(partial least squares, PLS)为最佳的回归算法。基于预处理后的光谱和花生蛋白质的化学值,建立全波长PLS模型,全波长模型具有良好的性能(校正集相关系数为0.91,校正集标准偏差0.86;预测集相关系数为0.86,预测集标准偏差为0.69)。利用回归系数法(regression coefficient, RC)从全波长模型中选择14个特征波长,建立2nd-der-RC-PLS特征波长模型,模型性能(校正集相关系数为0.86,校正集标准偏差1.03;预测集相关系数为0.80,预测集标准偏差为0.77)与全波长模型相当。采用2nd-der-RC-PLS算法将花生高光谱图像转变成蛋白质含量分布图。成对t检验判断凯氏定氮法与高光谱法无显著性差异。结果表明结合化学计量学的高光谱成像技术为测定花生中蛋白质含量分布提供了一种高效非破坏性方法。     

一种基于苯并噁唑类的可视化检测汞离子的荧光探针

设计合成了一种用于检测Hg²⁺的苯并噁唑类荧光探针4-(苯并[d]噁唑-2-基)-2-((二(2-(乙巯基)乙基)氨基)甲基)苯酚(ZY1), 用质谱、核磁氢谱和X射线单晶衍射等方法对其进行了结构表征, 并考察了其光谱性能. 研究结果表明, ZY1对Hg²⁺有较高的选择性和灵敏度, 它们之间的结合比为1:1, 共存离子及pH值(3.0～9.0)对其测定影响小. ZY1能够可视化检测Hg²⁺, 并在HeLa活细胞中实现了汞离子的成像, 这对检测生物体内的Hg²⁺将具有潜在的应用价值.     

气动、结构、载荷相协调的大型风电叶片自主研发进展

从叶片设计的3个关键环节（气动设计、结构设计和载荷评估）出发,对叶片自主研发进展进行了总结分析．在气动设计方面,概述了计算流体动力学（computational fluid dynamics, CFD）方法、涡方法和叶素动量（blade element momentum, BEM）方法,并依据工程中广泛应用的BEM方法,指出了低风速区风电叶片的解决思路;在结构设计方面,简要概述了基于梁模型的传统设计分析方法,分析了其在大型复合材料叶片薄壳结构上的不足,并对有限元方法（finite element method, FEM）在叶片结构分析中的应用进展进行了介绍;在载荷评估方面,介绍了其对叶片和整机其它部件的影响,阐述了载荷预估方面的工作进展．然后,通过分析3个关键环节之间的相互关系,得到如下结论:建立气动、结构和载荷相协调的叶片优化设计体系,才能真正满足高效低成本的需要．最后,指明了需要进一步研究的主要方向,即高效低载翼型研究,结构非线性有限元分析,气动-结构耦合研究,设计标准制定．最终目标是建立适合中国风资源特点的叶片研发体系,推动我国风电产业发展.