摘要：对化石能源依赖所造成的能源安全和环境污染等问题限制了人类社会的可持续发展.Li-CO_2电池能量密度高、原材料成本低廉且结构简单,因而被认为是开发和利用可再生清洁能源的有力技术,在住宅能量存储、电动汽车驱动和智能电网等领域具备良好的应用前景.此外,CO_2等温室气体的大量排放是全球变暖的主要原因,Li-CO_2电池放电时可将空气中的CO_2还原固定,生成的碳材料可用作燃料和化工原料,在资源利用化上提供了新途径.Li-CO_2电池是建立在锂-空气电池的基础上.相比大气中的其他成分,H2O与CO_2对该电池的影响很大.防水膜可以减少水的影响;而在放电过程中,CO_2的存在会生成Li_2CO_3,Li_2CO_3是可以分解的.由此可见,CO_2在可充放的锂电池中作为正极活性成分储能,从而被利用起来.目前Li-CO_2电池至少面临三个问题:(1)电池充放电的机理尚不完全清楚,并且以O2和CO_2混合气为活性气体的机理与以纯CO_2为活性气体的机理是有差别的,Li_2CO_3的生成与分解的机制仍在探索中;(2)电解液的稳定性;(3)寻找高效的正极催化剂材料.本文介绍了Li-CO_2电池的发展历程,讨论了Li-CO_2电池的充放电机理、电解液的影响以及正极催化材料的选取等.综述了活性气体为纯CO_2和CO_2-O2混合气时机理的差别,以及CO_2/O2混合比对电池性能的影响.选取电解液应考虑其粘度和介电性.高效能的正极催化材料大多具有高导电性、多孔结构和大的比表面积等特点.而温度也是影响Li-CO_2电池性能的因素之一.虽然Li-CO_2电池的概念相对较新,但可实现CO_2在能源储存与转化领域中的应用,并为Li-O2电池向锂空气电池飞跃提供了重要参考.本文以如何提高正极材料的催化性能和Li_2CO_3的生成和分解机理为重点,总结了正极材料所具有的导电性、比表面积、特殊结构等特点,以及相关机理.

摘要：风载荷是海洋平台设计载荷之一,直接关系到平台稳性,确定平台在不同工况下的风荷载对于平台安全设计具有重要的工程意义。该文基于Fluent软件结合自编UDF程序,考虑Davenport、NPD以及API三种典型风谱的影响,利用简谐波叠加法将风谱由频域转换为时域内的随机脉动风速,引入雷诺平均法求解NS方程结合分离涡(DES)湍流模型对半潜式钻井服务支持平台在自存海况下的风力和风倾力矩开展了数值研究,并将数值模拟得到的最大风力及风倾力矩与ABS、DNV以及CCS的计算结果进行了对比验证。计算结果表明:平台受到的风力和风倾力矩与风谱自身特性、平台倾斜角及风向角等因素密不可分;同一工况下采用Davenport与NPD风谱计算时平台受到的平均风力(矩)较为接近;NPD风谱作用时平台受到的随机最大风力(矩)最大;采用API与NPD风谱计算时,各工况下最小风力(矩)随风向角的变化趋势、计算结果均基本一致。

摘要：氮氧化物(NO_x)是大气污染的主要因素之一,对其排放的治理成为较为迫切的需求.氨气选择性催化还原法(NH_3-SCR)是目前减少NO_x排放中应用最为广泛的技术.目前,商业SCR催化剂主要是V_2O_5(WO_3,MO_3)/TiO_2,但其具有活性温度窗口窄、N2选择性低和对环境影响大等缺点.因此,新型的催化活性高且活性温度窗口宽的环境友好催化剂成为脱硝催化剂的研究热点.CeO_2因其独特的氧化还原性能和优异的储释氧能力在催化领域具有广泛应用,在NH_3-SCR中也研发出较多类型的铈基催化剂.我们课题组前期研发了具有优异脱硝性能的CeO_2(ZrO_2)/TiO_2催化剂,为拓展其应用范围,需要进行更深入的研究.理论上,Ti^(4+),Ce^(4+)以及Zr^(4+)离子的价态均高于Er^(3+),且离子半径相近.换言之,Er_2O_3能够与TiO_2以及CeO_2产生缺陷反应增大催化剂的缺陷浓度,进而提高催化剂的催化活性.本文以溶胶-凝胶法制备了一系列Er掺杂CeO_2(ZrO_2)/TiO_2催化剂,测试了样品的NH_3-SCR催化活性和N2选择性,并且在320°C下连续24 h测试了水蒸气、SO_2以及两者混合作用对催化剂活性的影响.使用X射线衍射(XRD)、N2等温吸附-脱附(N2-BET)、NH_3程序升温脱附(NH_3-TPD)、H2程序升温还原(H2-TPR)、光致发光光谱(PL)、电子顺磁共振(EPR)以及X射线光电子能谱(XPS)对催化剂进行了表征.XRD结果显示,Er掺杂后催化剂的结晶程度降低,且图谱中没有出现明显的Er_2O_3衍射峰,即Er在催化剂上有较好的分散度且掺杂抑制了催化剂的晶化.NH_3-TPD和H2-TPR结果表明,Er掺杂降低了酸强且提高了储释氧能力,催化剂的氧化还原能力则有所减弱.PL和EPR测试结果显示,掺杂后的催化剂氧空位浓度和Ti^(3+)浓度有所增加,与前期理论设计一致.XPS测试结果表明,掺入Er后催化剂的化学吸附氧含量和Ti^(3+)浓度增加,Ce^(3+)浓度基本不变,推测是CeO_2(ZrO_2)/TiO_2催化剂中掺入的Er主要与载体TiO_2,而不是与活性组分CeO_2或助剂ZrO_2产生缺陷反应的结果.CeO_2(ZrO_2)/TiO_2催化剂最高活性为94.28%,其活性温度窗口为230–390°C,掺入Er(Er:Ce=0.10:1)后,催化剂的整体活性尤其是350°C以下的催化活性具有明显提升,最高活性达到98.85%,活性温度窗口也拓展为220–395°C.单独的水蒸气对催化活性影响很小,SO_2会部分降低催化剂活性,而当两者混合作用时,催化剂活性下降最为显著,且Er掺杂后CeO_2(ZrO_2)/TiO_2催化剂的抗中毒能力有所增强.Er掺杂CeO_2(ZrO_2)/TiO_2催化剂显示出较好的抗硫抗水中毒能力以及较高的NH_3-SCR催化活性和N2选择性,应该是一种具有应用前景的SCR催化剂.Er掺杂降低了催化剂的酸强,抑制了TiO_2和铈锆固溶体的晶化,提高了Ti^(3+)和氧空位浓度并增强了储释氧能力,是CeO_2(ZrO_2)/TiO_2催化剂活性提高的主要原因.

摘要：设计形貌可调的共价有机框架(COFs)电催化剂并将其用于高选择性CO_(2)电还原反应(CO_(2)RR)是非常有研究价值和意义的.该工作设计合成了2种具有可调一维纳米形貌的AAn-COF(NF)和OH-AAn-COF(HT)材料,并通过不同时间间隔研究其不同形貌的形成机制.这类多孔纳米结构具有优异的稳定性、多孔性和CO_2吸附/活化能力等优点,将这类COFs纳米结构修饰上不同过渡金属(如Cu、Co和Zn)后,可以将其应用于CO_(2)电还原性能研究.其中,AAn-COF-Cu(NF)和OH-AAn-COF-Cu(HT)均显示出优异的CO_(2)RR性能,可以高选择性还原CO_(2)为高附加值产品CH_(4),其法拉第效率分别达77%(-128.1m Acm^(-2),-0.9V)和61%(-99.5m Acm^(-2),-1.0V).AAn-COF-Cu(NF)在较宽的电压范围(-0.8~-1.0 V)内FECH_(4)保持在53%以上,并且在-0.9 V下所达到的FECH_(4)(77%)是已报道的COFs中最高的.这种具有一维可调纳米形貌的蒽醌基COFs的制备及其CO_(2)RR应用探索,有可能为高性能CO_(2)RR电催化剂的设计提供参考.

摘要：研究了在瑞利衰落信道下将离散速率自适应调制与自动重传技术相结合的上行分布式大规模多输入多输出(Multiple-input multiple-output,MIMO)系统的跨层设计(Cross-layer design,CLD)性能。通过性能分析,基于每个用户近似有效信噪比的条件概率密度函数和目标丢包率(Packet loss rate,PLR)约束下的切换阈值,推导出了采用CLD的分布式大规模MIMO系统的平均误包率(Average packet error rate,APER)和整体平均频谱效率(Average spectral efficiency,ASE)的闭式表达式。根据以上结果,使用互补误差函数的近似值,还可以推导出近似的APER和整体ASE。仿真结果表明理论分析是有效的,得到的理论ASE和APER能很好地匹配相应的仿真。此外,该系统可以满足目标PLR要求,并且分布式大规模MIMO系统比集中式大规模MIMO提供了明显的性能提升。

摘要：二氧化碳的过量排放引发了一系列的环境和能源问题.如何将CO2转化为我们生活所需的能源产品对于人类社会的发展具有重大意义.从能量输入和市场价值等方面考虑,利用电化学方法将CO2电还原为甲酸是一种较为理想且绿色的解决途径.本文设计合成了一系列具有类叶绿体多孔核壳结构的铋基催化剂(简写为CPBC-x)用于CO2电还原.在电催化过程中,CPBC-x外层的多孔碳可以将CO2富集并转移到催化中心Bi@Bi2O3中,Bi可以提供电子,Bi2O3可以转化为高活性的亚稳态,高效地将CO2电催化转化为甲酸.CPBC-x表现出很好的化学稳定性和优异的电催化活性,其中,CPBC-1在较宽的电位范围(-0.65^-1.0 V)内法拉第效率可以达到94%以上,其能量效率在-0.7 V下高达76.7%,是目前已报道的铋基材料中能量效率最高的.此外,这类催化剂具有良好的催化稳定性,能够保持高催化效率循环使用72 h以上.这一工作为新型CO2电还原催化剂的设计和制备提供了新思路.

摘要：根据多体动力学在Adams环境中建立了某款工程车辆的模型,以汽车地面力学中Bekker承压模型和Jo-nasi剪切模型为基础建立了刚性轮和弹性轮模型以模拟轮胎地面接触,并将轮胎地面接触模型用S函数描述,以提高仿真运行速度和计算精度.最后借助Adams-Matlab联合仿真工具,对车辆与松软地面相互作用问题进行了仿真计算,研究了地面特性对车辆行驶平顺性的影响.仿真计算结果表明,同车辆行驶速度、路面不平度和载荷一样,地面土壤力学特性对车辆行驶平顺性也有重要影响.该联合仿真模型能将地面变形因素考虑到车辆平顺性分析中,为非公路车辆悬架优化设计提供了思路和研究基础.

摘要：研究了多竖井城市公路隧道自然通风条件下的火灾烟气扩散规律.在某真实隧道内实施了全尺寸燃烧试验,试验过程中顶棚下方烟气温度沿纵向朝出口快速衰减,火源附近存在明显的烟气分层现象,大量烟气从竖井排出,下游排烟竖井个数多于上游.使用FDS火灾软件开展基于计算流体动力学的大涡模拟,火源区网格尺寸为0.083 m.采用并行计算技术,模拟得到的顶棚下方烟气温度、烟气前锋、竖井进/排烟均与试验数据吻合较好.进一步的数值模拟结果表明:降低环境温度或竖井组间距有助于降低顶棚下方烟气温度,同时提高竖井出口的排烟质量流量.本研究为该类隧道的设计与修建提供了理论与技术支持.

摘要：为了分析浮式液化天然气平台薄膜式储罐底部斜坡对流体晃动的影响规律,建立了仿真模型用于描述晃动储罐内的流体行为.流体自由液面运动通过流体体积法和k-ε湍流模型进行模拟,利用文献中的实验数据和仿真结果对该模拟的准确性进行验证.为了研究底部斜坡对流体晃动的影响,对不同斜坡尺寸、填充率以及储罐低阶固有频率下的流体晃动过程进行了仿真模拟.结果显示,固有频率可由水力参数的平均峰值决定,固有频率和储罐壁面压力载荷随着斜坡尺寸的增大而减小,当斜坡占比从5%增加到20%,壁面峰值压力下降了5.45 kPa.但该壁面峰值压力的变化只在填充率较低时明显,当填充率较高,如60%时,流体运动特性稳定,受斜坡结构改变的影响很小.流体仿真建模与分析结果对薄膜式液化天然气储罐的优化设计和运行提供了数据支撑.

摘要：铁基非晶合金作为亚稳态新型零价铁,具有高活性亚稳态结构、较大的残余应力和高密度低配位点等特性,在催化和废水处理中引起了广泛的关注;但由于腐蚀产物沉淀覆盖活性位点,非晶合金的反应活性随着时间的推移而逐渐降低,导致耐用性差.腐蚀产物沉淀造成长期反应活性降低也是阻碍传统晶态零价铁技术在废水处理领域应用的主要问题之一.本文通过在铁基非晶合金中引入纳米尺度的化学不均匀性,有助于构成局部原电池效应,加速电子在降解过程中的转移,可以有效地克服这一问题.更重要的是,非晶合金中的零价铁被选择性腐蚀/脱合金,导致反应区域局部体积收缩和裂纹形成,裂纹扩展使沉淀腐蚀产物和反应区域自剥落.因此,可以连续提供新的低配位,消除质量传递和反应活性恶化的问题.本文所制备的具有成分不均匀的铁基非晶合金即使在中性溶液中也具有良好的长期反应活性和自更新性能.研究结果不仅为废水处理提供了一种新材料,而且为设计高活性零价铁材料提供了一种新思路.