摘要：面向微型燃气轮机能效提升迫切需求,针对其回热循环工况设计了一款适合应用增材制造技术加工的高性能微通道回热器。结合逆流式换热器的基础研究与金属增材制造的特点,设计了模块化的波纹板微通道换热器单元,采用激光选区熔融技术(SLM)完成不锈钢样机加工,并使用自行搭建的实验系统对其进行了性能测试。样件具有52个高度为0.7 mm的换热微通道,紧凑度超过1700 m^(2)/m^(3)。实验测试表明,该增材制造换热器在相对压损小于2%的条件下,平均Nu数相比传统方式加工的平板原表面换热器可提升88.9%,其关键性能参数在现有紧凑式换热器中具有先进性。

摘要：人工心脏(血泵)应兼具优良的水力学性能和血液相容性,血泵性能的提升依赖于良好的优化设计方法。本文对近年离心式血泵优化设计相关的工作进行总结,首先回顾数值模拟方法的进展,高保真度的流场数值模拟是进行血泵优化设计的先决条件;接着主要从叶轮、蜗壳、间隙等方面概括优化设计的参数敏感性研究;总结优化设计常用的几种方法,包括参数敏感性研究、正交优化、机器学习/遗传算法、拓扑优化;最后提出血泵优化设计的展望及存在的挑战。研究结果可为未来的血泵优化设计工作提供有益的借鉴和参考。

摘要：在冷喷涂(CS)的沉积过程中,颗粒间结合强度较弱,涂层内普遍存在孔隙和颗粒间边界等缺陷。为研究这些缺陷的形成机制,在不同载流温度下,制备了3种不同粒度分布的Ti金属涂层;根据试验参数,建立随机多颗粒沉积的Coupled Euler-Lagrange(CEL)模型,计算获得了颗粒沉积后的变形情况及涂层内部的孔隙分布规律。结果表明,数值模拟和试验结果吻合良好。碰撞作用导致颗粒的累积呈现方向性,随着速度提高,颗粒的变形增大且内层颗粒受速度影响比外层颗粒更大。在相同参数下,大粒径颗粒沉积获得孔隙尺寸更大,孔隙率更高。在低速情况下,涂层内部的孔隙会相互连通形成孔簇,而随着临界速度比增大,孔隙率降低。

摘要：数据驱动新材料产业发展是第四研究范式促进材料创新,加快材料应用的多学科多领域交叉融合的技术热点.机器学习(machine learning, ML)作为一种重要的数据驱动方法,其结合第一性原理计算在材料科学、化学、物理学和计算机等跨学科领域展现出巨大的优势,为储能电池新材料的快速发展带来了新的机遇.为帮助研究人员了解这一新兴领域,本文系统地详述了高通量计算筛选和ML在储能电池材料研究中的最新进展,概括和总结了目前国内外应用较为广泛的在线材料数据库,举例介绍了新数据库的多层次构建,分析了目前数据采集方面的一些难点.论文进一步介绍了ML方法在高通量计算筛选、材料性质预测、材料结构与电化学性能构效关系研究和材料设计方面的应用实例,最后分析讨论了当前ML在储能电池领域面临的一些挑战,并展望了该领域的前沿研究.

摘要：当前涡扇发动机加减速控制计划,不能规划双轴加速进程,导致加速末期推力波动。本文提出了分阶段的加速度控制计划,按边界约束划分加速进程,基于动态稳定法设计初始加速度计划,通过寻找系统参数的超调临界点,协同修正初始加速度计划,满足边界约束的同时保证双转子加速时间相同。在仿真验证环节,与基于定状态法的控制计划比较,本文方法可避免燃油振荡现象,推力超调量降低2.43%,推力稳定时间缩短1.045 s;与等转速增量的加速度控制计划比较,进一步改进了本文方法,推力响应时间缩短0.24 s,控制计划设计耗时为7.5781 s。综上,本文方法缩短了推力超调量和推力稳定时间,有望应用于发动机控制计划在线计算。

摘要：mRNA基因治疗因其可扩展、修饰,不需要进入细胞核及不整合宿主遗传基因等优势而备受关注。在基因治疗中,将mRNA安全有效地递送到细胞内对于基因治疗的成功至关重要。本研究基于前期设计合成的富含支化精氨酸的两亲性阳离子脂质肽(dendritic arginine&disulfide bond-containing cationic lipopeptide,RLS)基因载体在斑马鱼体内成功实现比商品化试剂Lipofectamine 2000高1.5倍的mRNA转染效果,并通过体外细胞毒性和斑马鱼体内生物安全性研究证实其具有良好的生物安全性。首先,通过核磁共振氢谱(1H NMR)及飞行时间质谱(MALDI-TOF)对阳离子脂质肽的化学成分进行表征。通过动态光散射粒度分析仪(DLS)测试的粒径和电位结果显示,在氮磷(N/P)比为20时,RLS与mRNA复合组装体形成平均粒径约220 nm、表面ζ电位约+21 mV的均匀纳米粒子。体外基因转染中,RLS在人胚肾293细胞(HEK293)和大鼠间充质干细胞(MSC)中的转染效率较Lipofectamine 2000分别提高1.2和3倍。此外,将RLS显微注射至斑马鱼胚胎后,通过评价生存率、孵化率和致畸率等指标,进一步证实了其在体内良好的安全性。综上所述,该富含支化精氨酸的两亲性阳离子脂质肽RLS具有优良的mRNA递送性能和安全性。

摘要：为研究短历时设计暴雨对地下空间内涝的影响规律,该文采用GAST模型和SWMM模型耦合的一维二维水动力模型,以陕西西咸新区沣西新城天福和园小区为研究对象,模拟小区地下车库在极端降雨条件下的洪水演进过程,探究临时挡水措施对小区地下车库进水量的影响。研究结果表明:与两场实测降雨数据对比,耦合模型的纳什效率系数为0.59和0.69,模拟结果较好,该模型可精确可靠地模拟地表地下洪水过程;随着设计降雨重现期的增加,地下空间进水量逐渐增大;在短历时设计暴雨情景下,当累计降雨量大于52 mm时,地下车库会有淹没风险;采用0.3 m临时挡水措施,可使小区地下车库在短历时设计暴雨10~50 a重现期条件下不发生淹没,使设计暴雨100 a重现期条件下的车库进水量削减39.23%;采用0.5 m挡水措施,可使小区地下车库不发生淹没,完全消除内涝风险。综上所述,一维二维耦合水动力模型可精细模拟地表地下洪水过程,为地下空间科学防涝减灾提供参考依据。

摘要：为了研究小区尺度地表径流各组分占比随不同重现期降雨的变化规律,以西咸新区天福和园小区为研究对象,采用GAST-SWMM耦合模型,以模拟时长及地形边界条件为变量进行研究分析。研究表明:经两场实测降雨过程验证,模型确定性系数分别为0.83和0.82,表明构建的一二维耦合模型精度较高;在本文设置的两种工况下,小区地表径流外排率和管网排水率均随降雨重现期增大而以渐进曲线形式增大,土壤下渗占比和地表填洼率随降雨重现期增大而减小;小区地表径流外排和管网排水主要发生在降雨期间,分别占各自排水总量的94.88%和94.36%;小区地形边界条件对径流过程模拟的影响不容忽视,在有围墙及无围墙工况下平均地表径流外排率分别为9.42%、22.55%。本研究可为地势相对四周较低区域的排水防涝设计提供参考。

摘要：实现高效、低成本的太阳能光催化全分解水制氢是解决当前环境污染和化石能源过度使用等问题的理想方案.然而,目前光催化分解水的转化效率(低于10%)普遍较低,这成为其实际应用的主要障碍.从太阳光谱的响应范围来看,现有的光催化剂大多局限于紫外光或可见光区域,而近红外光区的光催化剂开发仍然非常有限.尽管近红外光在太阳光谱中占比超过一半,蕴含着巨大的能源潜力,但遗憾的是,目前大部分光催化剂无法在该波段实现高效的光催化反应.根据理论预测,光分解水的转化效率有望随着催化剂响应太阳光波长范围的扩大而显著提高.因此,如何最大限度地利用太阳能,特别是近红外光区域的光能,开发高效的近红外光响应光催化全解水制氢催化剂,已成为当前能源、环境、化学工程领域研究的热点.本文综述了近红外光驱动全分解水光催化剂在材料设计和调控方面的最新进展,涉及窄带隙半导体、带隙工程、上转换效应、局域表面等离子体效应和光敏化作用等策略.首先,从热力学和动力学的角度分析了近红外光驱动全分解水的难点:对于大多数半导体而言,要实现近红外驱动全分解水不仅要求理论带隙窄于1.77 eV,而且必须超过水氧化还原分解电位(1.23 eV),同时由于存在电位损失和动力学过电位,实际的带隙结构应在1.6–2.4 eV,这对半导体的能带结构提出了较为苛刻的要求.此外,全分解水反应的可逆性、溶解氧的影响以及材料的光稳定性问题也是实现近红外光驱动全分解水的挑战.其次,总结了各方法制备的催化剂全分解水制氢的性能,分析了其近红外光子捕获方法的优缺点,特别指出了如何在每种方法的基础上进一步促进光生载流子的分离以及近红外光子的捕获能力(比如:负载贵金属单原子助催化剂、多种方法结合构筑多元复合体系以及光催化剂表面优化等).同时,强调了在近红外驱动全分解水过程中材料特征、催化性质与功能机理三者之间的关系.尤其是利用等离子体效应和光敏化作用来实现近红外光驱动全分解水的机理,目前尚不明确,需要结合理论计算以及先进的时空分辨仪器进一步研究电荷转移机制.另外,总结了全光谱响应的全分解水制氢光催化剂在材料设计和调控方面的最新进展,包括:光敏化作用的应用、带隙调控的策略、局域表面等离子体效应的研究,以及乌尔巴赫带尾吸收捕获技术的探索.最后,归纳并展望了未来近红外驱动全分解水光催化剂所面临的挑战与机遇.尽管近年来国内外学者们围绕着近红外驱动全分解水制氢光催化剂开展了系列研究工作,取得了一些突破性进展,但近红外驱动全分解水制氢效率仍然较低以及对于近红外响应光催化剂的设计和调控方面仍然面临着许多挑战.如何设计和开发廉价、稳定且高效的近红外驱动全分解水制氢光催化剂仍需进一步探索.因此,未来需要结合不同构筑方法的优势来加强近红外区的光捕获能力、实现多元复合材料界面间的精准调控、通过高端原位时空分辨仪器以及理论计算剖析近红外驱动全分解水的过程等方面对近红外响应光催化材料进行深入研究.

摘要：平原河网河道流动性较差是引起水环境污染严重的主要原因,引调水是改善平原河网地区水环境的重要措施之一。本文以佛山市三山围为例,基于实测资料构建了河网水动力水质耦合模型,采用15天的连续水动力水质监测数据对模型进行了验证,并将NSE和RMSE模型评价指标用于模型评价。同时结合地势、潮汐规律和景观水位等设计了4种闸控模式和7种景观控制水位,共28种模拟工况,模拟分析了不同条件下的水动力水质改善与内外江潮位变化、引排水流量及其空间分布、闸控方式和景观水位等综合响应机理。结果表明:构建的模型合理可靠。研究区域受引排水路径的影响,河道流动性差异较为显著。综合考虑河道流量分布、水流路径、分汊河道分流作用和外江污染物浓度等对河道水质的作用效果并有效结合潮汐河网的动态水环境容量和污染源排放的时空分布对水环境的改善作用将非常显著。与低景观控制水位相比,高景观控制水位的内江动态水环境容量相对较大,污染物浓度较低。景观控制水位从0.2 m上升至0.8 m时,不同引调水路径的引水流量上升28.00%~64.70%,断面氨氮浓度削减了0.85~5.50 mg/L,削减比例达到28.89%~67.23%。本研究为平原潮汐河网水环境优化调度研究提供了新的思路,为相关部门对平原河网的水环境改善提供了重要的参考。