基于红外光谱聚类分析的纳滤膜污染动态发展行为研究

污水再生利用是解决水资源短缺问题的有效对策。纳滤技术由于能够生产高质量的再生水，成为污水深度处理、再生利用的有效方法之一。然而，在纳滤过程中存在复杂的、动态的膜污染现象，会导致产水通量、产水质量下降等问题。研究膜污染动态发展的行为，对于膜污染的分阶段针对性控制具有重要意义。有机物是污染层动态发展过程的重要指示性成分，红外光谱是表征污染层发展过程中表面有机物官能团变化情况的重要手段。但由于红外光谱中峰的数量多，系列样品之间峰强度的差别较小（尤其是当膜污染过程中的采样间隔较小时），利用直观观察不易甄别不同样品间的谱图差异及其变化趋势，在此水平上难以对膜污染阶段进行准确识别、对各阶段特征进行有说服力的分类概括。为探索膜污染的动态发展过程，本研究将傅里叶变换红外光谱与统计学聚类分析相结合，对膜污染过程中不同时间点的膜样本进行红外光谱分析，再对红外光谱数据进行一系列预处理和系统聚类分析，从而客观解读膜污染动态发展过程中系列样品红外光谱分阶段变化规律。考虑到类别间距离度量方法、红外吸收峰强度标准化、峰之间自相关性、峰与样本之间交互作用等因素的影响，研究采用对应分析对红外数据进行预处理，提取各样本在主要维度上的得分，随后基于标准化欧式距离对各样本进行聚类。在为期一个月的城市污水深度处理纳滤试验过程中，由于污染物在膜表面累积，纳滤膜发生了较为严重的污染。通过对13个不同时间点的膜样本进行红外光谱聚类发现，膜污染可清晰划分为如下阶段：空白膜、阶段Ⅰ（3 h～8 d）、阶段Ⅱ（10～15 d）和阶段Ⅲ（20～30 d）。采用红外聚类，得到膜表面X射线光电子能谱（XPS）和三磷酸腺苷（ATP）含量分析等方法的交互验证。结果表明，随着膜污染的发展，膜表面有机物成分与共存微生物量发生协同变化，各阶段大致特征为：阶段Ⅰ各类有机污染物初步覆盖，微生物开始富集；阶段Ⅱ多糖类污染物比例上升，微生物的富集趋于稳定；阶段Ⅲ整体污染趋于成熟，有机污染物氢键特征更加明显。该研究通过对红外数据进行聚类分析，能够灵敏地探测各红外图谱之间的差别，有助于对红外光谱规律的深度挖掘，为膜污染阶段的识别和划分提供了一种客观、自动、可量化的辅助性方法，并且有助于归纳出不同阶段的污染层特征，可作为膜污染时序特征的侦查手段。此外，除了膜污染的研究，在材料、吸附等领域，只要有一系列变化的红外光谱，均可尝试采用红外光谱聚类分析方法，获取基于红外特征的定类信息或分阶段规律。     

阳极电势对Geobacter sulfurreducens产电性能的影响

以产电模式菌Geobacter sulfurreducens为研究对象接种两瓶型微生物燃料电池(MFC)阳极室, 利用恒电位仪控制阳极电势, 考察了7种电势条件下MFC的启动期、最大功率密度和阳极生物量的变化情况. 研究结果表明, 当阳极电势为-250, -100和50 mV(vs. SCE)时, MFC启动较快, CV曲线和极化曲线表明, 在这3种电势条件下, MFC产电性能增强, 其中阳极电势为-100 mV时, MFC最大功率密度为1.67 W/m3, 比固定外阻条件下启动的MFC最大功率密度提高了5倍. 控制合适的阳极电势可以使阳极生物量提高2.5~3倍.     

各向异性材料中二维X射线诱导热击波的数值模拟

建立了正交各向异性材料二维率相关的弹塑性本构模型,采用有限元方法编写程序,对X射线辐照各向异性材料碳酚醛平板时诱导的热击波进行了二维数值模拟,讨论了热击波的传播规律.结果表明,在软X射线和硬X射线的辐照下,材料中的X射线热击波表现出不同的形貌,材料中热击波形成的机理、热击波峰值、X射线穿透深度、汽化现象、拉伸强度等方面...     

有限域上码长为7p~s的重根循环码

线性码是一类非常重要的纠错码,线性码的最小汉明距离决定了其检错纠错能力,然而如何确定线性码的最小汉明距离至今仍是一难题.循环码是线性码的一个重要子类,已有广泛的应用.文章研究了有限域F_q上码长为7p~s的重根循环码的最小汉明距离,其中q=p~m,p≥11为素数,m,s为正整数.先确定了有限域F_q上所有码长为7的单根循环码的最小汉明距离,进而确定了码长为7p~s的重根循环码的最小汉明距离,并得到了一些达到Griesmer界的最优重根循环码,最后利用码长为7p~s的对偶包含重根循环码构造了量子同步码.     

Design and FPGA implementation of multi-wing chaotic switched systems based on a quadratic transformation

Based on a quadratic transformation and a switching function,a novel multi-wing chaotic switched system is proposed.First,a 4-wing chaotic system is constructed from a 2-wing chaotic system on the basis of a quadratic transformation.Then,a switching function is designed and by adjusting the switching function,the number and the distribution of the saddle-focus equilibrium points of the switched system can be regulated.Thus,a set of chaotic switched systems,which can produce 6-to-8-12-16-wing attractors,are generated.The Lyapunov exponent spectra,bifurcation diagrams,and Poincarémaps are given to verify the existence of the chaotic attractors.Besides,the digital circuit of the multi-wing chaotic switched system is designed by using the Verilog HDL fixed-point algorithm and the state machine control.Finally,the multi-wing chaotic attractors are demonstrated via FPGA platform.The experimental results show that the number of the wings of the chaotic attractors can be expanded more effectively with the combination of the quadratic transformation and the switching function methods.     

耦合振子系统的多稳态同步分析

本文讨论了一维闭合环上Kuramoto相振子在非对称耦合作用下同步区域出现的多定态现象. 研究发现在振子数N≤3情形下系统不会出现多态现象, 而N≥4多振子系统则呈现规律的多同步定态. 我们进一步对耦合振子系统中出现的多定态规律及定态稳定性进行了理论分析, 得到了定态渐近稳定解. 数值模拟多体系统发现同步区特征和理论描述相一致. 研究结果显示在绝热条件下随着耦合强度的减小, 系统从不同分支的同步态出发最终会回到同一非同步态. 这说明, 耦合振子系统在非同步区由于运动的遍历性而只具有单一的非同步态, 在发生同步时由于遍历性破缺会产生多个同步定态的共存现象.     

横摆振荡翼型动态气动掠效应试验研究

大型风力机设计对获取翼型更加全面、准确的动态载荷提出更高要求,研究翼型横摆振荡动态气动特性具有重要意义.借助"电子凸轮"技术和动态数据同步采集手段,针对翼型动态"掠效应"首次开展了横摆振荡风洞试验研究,研究表明:横摆振荡翼型的气动曲线存在明显迟滞效应,吸力面压力周期性波动是主要诱因,且随着振荡频率、初始迎角和振幅的增大,气动迟滞特性均增强;升力和压差阻力随横摆角变化的迟滞回线呈"W"形,俯仰力矩迟滞回线呈"M"形,升力差量迟滞回线呈"∞"形;负行程下翼型气动力相对于正行程下的更高,且负行程下翼型气动力随振荡频率的增大而略有增大,正行程下则明显减小;升力系数功率谱密度分布在振荡频率倍频处的能量集中的幅值随着振荡频率增大有增大趋势;吸力面1.2%和40%弦长处压力的滞回特性较强,是由于翼面剪切层涡和动态分离涡周期性发展、运动、破裂和重建;振幅为10?时,升力迟滞曲线呈"∧"形,振幅为30?时,升力迟滞曲线呈"∧∧∧"形.     

横摆振荡翼型动态气动掠效应试验研究

大型风力机设计对获取翼型更加全面、准确的动态载荷提出更高要求, 研究翼型横摆振荡动态气动特性具有重要意义. 借助"电子凸轮"技术和动态数据同步采集手段, 针对翼型动态“掠效应”首次开展了横摆振荡风洞试验研究, 研究表明: 横摆振荡翼型的气动曲线存在明显迟滞效应, 吸力面压力周期性波动是主要诱因, 且随着振荡频率、初始迎角和振幅的增大, 气动迟滞特性均增强; 升力和压差阻力随横摆角变化的迟滞回线呈"W"形, 俯仰力矩迟滞回线呈"M"形, 升力差量迟滞回线呈"$\infty$"形; 负行程下翼型气动力相对于正行程下的更高, 且负行程下翼型气动力随振荡频率的增大而略有增大, 正行程下则明显减小; 升力系数功率谱密度分布在振荡频率倍频处的能量集中的幅值随着振荡频率增大有增大趋势; 吸力面1.2%和40%弦长处压力的滞回特性较强, 是由于翼面剪切层涡和动态分离涡周期性发展、运动、破裂和重建; 振幅为$10^{\circ}$时, 升力迟滞曲线呈"$^{\wedge}$"形, 振幅为$30^{\circ}$ 时, 升力迟滞曲线呈"$^{\wedge\wedge\wedge}$"形.      

基于PS球刻蚀技术制备纳米孔滤波器结构的优化分析

金属纳米孔阵列作为彩色滤波器件在OLED中有很好的应用前景。本文提出利用胶体晶体刻蚀与真空沉积技术制作大面积金属纳米孔阵列滤波器,并用FDTD模拟优化所需要加工的金属孔阵列的结构参数,分析了其滤波效果及其物理规律和机制。研究表明:在选择粒径为720 nm的PS球、刻蚀剩余粒径为240nm、金属膜厚度为120 nm的条件下,满足CIE红光显示标准的共振波长为704.06 nm,强度透射率为52%,透射谱带宽为24.8 nm。模拟结果为用PS球刻蚀技术制备金属纳米孔阵列的实验提供了理论支持。     

铈铁复合氧化物阴离子吸附剂的表面酸碱特性研究

研究了用于水体砷等有害阴离子去除的稀土铈铁复合氧化物吸附剂的表面酸碱特性。利用电位滴定实验求定了铈铁复合氧化物吸附剂、铁氧化物和铈氧化物的表面质子电荷密度s0、零电荷点pHzpc (分别为5.8,6.2和6.8),表明特性吸附在砷等的去除中起主要的作用,铈铁复合氧化物吸附剂的表面总吸附位NS为4.1×10-3mol/L,运用表面络合恒定容量模式求算此复合氧化物吸附剂的表面固有酸度常数pKa1和pKa2,为进一步研究有害阴离子与去除材料的表面络合作用机制提供了重要参数。