长沙理工大学学报(自然科学版)
  • 2024年第21卷第2期文章目次
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    • >新能源与储能
    • 金属硒化物负极材料在钠离子电池中的应用

      2024, 21(2):1-15. DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20231214001

      摘要 (110) HTML (0) PDF 3.50 M (280) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着人们环境保护意识的日益增强和能源危机的不断加剧,环保、可持续性的可再生能源已引起人们广泛的关注。钠与锂是同主族元素,具有相似的物理、化学性质,并且钠的自然储量丰富、价格低廉。因此钠离子电池(sodium-ion batteries,SIBs)得到了广泛关注,已迅速发展成为锂离子电池(lithium-ion batteries,LIBs)最有效的替代品。作为SIBs负极材料的金属硒化物(MSex)比其他金属化合物表现出了更高的理论容量,在SIBs中显示出良好的电化学性能。然而,在电池充放电循环过程中,MSex会出现体积变化巨大、结构粉碎、“穿梭效应”等一系列问题。这些问题都限制了MSex在SIBs中的进一步发展与应用。该研究从储钠机制的角度出发,对不同反应类型的MSex负极材料在SIBs中的研究现状进行了综述,详述了不同改性策略对其电化学性能的影响,并对MSex负极材料在SIBs中面临的挑战及其未来发展进行了总结与展望。

    • 咖啡渣和去油咖啡渣热解特性的试验研究

      2024, 21(2):16-23. DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20220824001

      摘要 (32) HTML (0) PDF 2.59 M (150) 评论 (0) 收藏

      摘要:【目的】研究咖啡渣(spent coffee grounds,SCG)和去油咖啡渣(defatted coffee grounds,DCG)的热解特性并计算其热解动力学参数,分析两者在不同温度下热解三相产物的变化规律,实现废弃咖啡渣的二次利用。【方法】采用管式炉、热重(thermogravimetry,TG)试验和热裂解-气相色谱-质谱联用仪(pyrolysis-gas chromatography mass spectrometer,Py-GC-MS)开展了热解产物分布和热解特性的研究,采用Flynn-Wall-Ozawa(FWO)法计算了热解动力学参数。【结果】热重分析结果表明,SCG和DCG热解可分为4个阶段,主要热解温度范围为200~400 ℃,并且在300 ℃左右时失重率最大,升温速率可促进热解反应的进行。动力学计算结果表明,当转化率由0.1提高至0.7时,SCG和DCG的活化能均随之不断升高,转化率由0.7提高至0.9时,两者活化能均随之有所下降;SCG和DCG的平均活化能分别为293.58和307.86 kJ/mol。Py-GC-MS分析表明,SCG主要热解产物包括芳香族、酚类、醛类等化合物,DCG主要热解产物包括醛类、酚类、杂环类、酯类等化合物,在热解阶段,随着热解温度的升高,芳香族、酚类、杂环类化合物相对含量减少,醛类化合物相对含量先增加后减少。管式炉热解试验结果表明,SCG的热解产物中生物油产率较高,DCG的热解产物中焦炭产率较高。【结论】SCG和DCG在合适的温度下进行热解,有利于酚类、芳香族化合物等重要工业原料的回收,实现其高值化利用。

    • >土木工程
    • 边坡破裂角分析

      2024, 21(2):24-31,55. DOI: 10.19951/jcnki.1672-9331.20231028001

      摘要 (56) HTML (0) PDF 1.53 M (296) 评论 (0) 收藏

      摘要:【目的】边坡破裂角是边坡稳定性分析和加固设计的重要参数。关于确定边坡破裂角的方法目前尚存在一些争议。【方法】运用摩尔-库伦强度理论、边坡稳定性评价和挡土墙土压力三种计算方法对边坡破裂角进行计算与分析。【结果】推导出直立边坡稳定安全系数所对应的破裂角计算公式。通过边坡稳定性计算得到边坡稳定安全系数所对应的破裂角,当边坡稳定安全系数大于1.00时,该破裂角为潜在破裂角;当边坡稳定安全系数等于1.00时,该破裂角为临界破裂角。【结论】运用挡土墙土压力计算方法得到的破裂角是土压力最大时所对应的破裂角,并不是边坡临界破裂角。《建筑边坡工程技术规范》(GB 50330—2013)基于挡土墙土压力计算思路确定的边坡破裂角是不合理的,建议修改。

    • 压缩空气储能地下储气库热力学改进模型研究

      2024, 21(2):32-41. DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20230224002

      摘要 (51) HTML (0) PDF 1.52 M (240) 评论 (0) 收藏

      摘要:【目的】明晰地下储气库的热力学过程是压缩空气储能(compressed air energy storage,CAES)电站安全设计与运行调度的重要基础。【方法】现有地下储气库热力学模型在计算热量交换时,存在高压储气阶段热损失偏大和低压储气库阶段补热过多的不足。本文在全面分析地下储气库热力学模型理论基础合理性的前提下,先分析储气库热量计算偏差的形成根源;再提出改进模型。【结果】研究结果表明:现有的热力学计算解析模型忽略了CAES地下储气库在运行过程中温度分布的不均匀性,这种温度分布的不均匀导致储气室洞壁与压缩空气之间的对流换热模型失真,导致温度计算结果偏差大。考虑混合对流换热的改进模型二可以较好地解决储气阶段温度计算结果与真实结果之间偏差过大的问题。算例分析证明了改进模型二的合理性。【结论】本文的改进模型二可为CAES地下储气库容积优化设计与效率分析提供计算依据。

    • 渗透率各向异性对CAESA系统季节性运行性能的影响

      2024, 21(2):42-55. DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20230419001

      摘要 (33) HTML (0) PDF 4.77 M (99) 评论 (0) 收藏

      摘要:【目的】储层岩石渗透率通常呈各向异性分布,探究储层岩石渗透率各向异性对含水层压缩空气储能(compressed air energy storage in aquifers, CAESA)系统季节性运行性能的影响。【方法】建立CAESA系统概念模型和三维井群-储库数值模型,拟定3种储层渗透率各向异性分布方案,运用T2WELL/EOS3数值模拟软件,研究CAESA系统在季节性运行模式和渗透率各向异性条件下的流体传质和传热过程。【结果】储层渗透率各向异性会影响井筒-储层中的气相运移、流体交互和温压传递过程,进而影响系统的储能效率;当渗透率横纵比从2.0升高至10.0时,井筒的最大压力降低2.79 MPa,抽采阶段井口的最高温度升高2.06 ℃,井口两相流现象出现的时间从系统运行第435 d提前至第410 d,系统储能效率从89.8%降低至60.1%。【结论】对于渗透率各向异性程度较高的储层,可以通过增加初始气囊注入量或在后期进行补气来增加系统支撑压力,还可以采用注浆等工程手段,建立人造低渗边界以优化储层条件,提升系统储能效率。

    • >先进制造
    • 主动进气格栅在混动车型应用的关键技术研究

      2024, 21(2):56-67. DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20231201002

      摘要 (105) HTML (0) PDF 2.72 M (326) 评论 (0) 收藏

      摘要:【目的】主动进气格栅(active grille shutter,AGS)技术是优化整车热管理性能、风阻和油耗的重要手段之一,但AGS在混动车型的应用价值尚未得到明确的多方位评估,这导致主机厂对该技术的应用仍有疑虑。【方法】该文首次进行AGS在混动车型应用的多方位研究,提出一种混动车AGS开度控制策略。基于某混动车型,采用UltraFluidX、Amesim和Star CCM+等科学工具进行仿真,并开展整车油耗试验,多方位地评估AGS对整车风阻、热管理性能和油耗的影响。【结果】该混动车型在高速行驶时关闭AGS可有效降低整车风阻7.85%,主要原因是气流无法进入机舱,从而降低了机舱阻力;在该混动车型上应用AGS可满足热管理系统的性能需求,优化空调箱内循环比例,进一步提升热管理系统性能;安装AGS密封导流装置是改善机舱内热回流和防止冷空气逃逸的关键措施,可提高格栅进气效率和热管理系统性能;配备AGS并采用该文提出的AGS开度控制策略的该混动车型油耗比未配备AGS的对应车型的降低5.20%,效果显著。【结论】AGS对混动车型的整车风阻、热管理性能和油耗等均有较大提升,良好的AGS匹配设计和关联控制策略实施是促使未来混动车型能耗下降的关键之一。

    • 聚合物微针阵列热压印成型仿真与试验研究

      2024, 21(2):68-76. DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20221209001

      摘要 (40) HTML (0) PDF 2.09 M (120) 评论 (0) 收藏

      摘要:【目的】针对聚合物微针阵列热压印成型过程中充型不完整、脱模后继续变形和应力集中等问题,将成型仿真与试验相结合,探究热压印成型参数对残余应力与平均填充深度的影响,以满足高精度批量制造聚合物微针阵列的需求。【方法】在聚合物材料热-机械性能研究的基础上,建立微针阵列的有限元模型,分析热压印温度、热压印速率和下压量等成型参数对残余应力及其分布的影响,进行热压印成型试验,探讨相关成型参数对微针成型的影响,对比分析了平均填充深度仿真与试验值。【结果】随热压印温度的升高,最大成型应力呈先降后升的趋势;随热压印速率与下压量的增加,最大成型应力均呈增大的趋势;除热压印温度高于125 ℃之外,平均填充深度的仿真值与试验值变化趋势一致,且仿真值均高于试验值。此外,还获得了适用于聚苯乙烯微针阵列的最佳热压印参数,即热压印温度125 ℃、热压印速率10 μm/s、下压量2.6 mm。【结论】在一定温度范围内,该数值仿真结果具有较高的指导意义,聚苯乙烯微针阵列结构的残余应力与平均填充深度具有较为敏感的温度与时间相关性。

    • 基于非线性超声表面波的轴承钢激光损伤程度表征

      2024, 21(2):77-83,103. DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20230405001

      摘要 (17) HTML (0) PDF 2.45 M (120) 评论 (0) 收藏

      摘要:【目的】针对轴承钢在激光加工过程中易出现表面损伤的情况,研究利用非线性超声表面波对轴承钢激光加工损伤程度进行表征的方法。【方法】利用不同工艺参数的激光对轴承钢GCr15试件进行表面处理,形成不同程度的表面损伤;搭建非线性超声表面波检测系统,测量不同损伤程度下的轴承钢超声表面波的非线性系数,分析损伤程度与表面波非线性系数的关系。【结果】经激光表面处理后,轴承钢的表面波非线性系数变大且与损伤程度成正相关关系,当出现重度损伤时,非线性系数变化更为剧烈;与传统的线性声学参数相比,表面波非线性系数对轴承钢的表面损伤程度更加敏感。对常规线性与非线性声学参数进行归一化处理后,发现波速几乎不受表面损伤程度的影响,声衰减系数随损伤程度的变化率仅为0.25,而表面波非线性系数随损伤程度的变化率为0.98。【结论】利用表面波非线性系数可以对轴承钢表面的激光损伤程度进行有效表征。

    • 串联六轴机械臂逆运动学几何解法

      2024, 21(2):84-91. DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20220524001

      摘要 (28) HTML (0) PDF 1.82 M (306) 评论 (0) 收藏

      摘要:【目的】提高机械臂运动轨迹的控制精度和快速响应性能。【方法】采用特征点改进串联六轴机械臂运动学逆解的几何算法。【结果】机械臂末端位姿通过三个特征点表示,将前5个关节划分为关节1、关节2和关节3、关节4和关节5三组。前5个关节的角度由两个特征点确定,每组可得出两种连杆姿态,进而组合成前5节连杆的8种姿态,再根据前5节连杆的姿态和另一个特征点确定关节6的角度。通过与目标末端位姿进行对比,逆解计算出的转角值所确定的末端位姿无理论上的误差,并且与目标位姿一致。【结论】改进的串联六轴机械臂几何逆解算法计算过程简单且正确可行。

    • >管理科学与工程
    • 基于SEInRS的建筑企业文化内部传播机理研究

      2024, 21(2):92-103. DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20220914001

      摘要 (19) HTML (0) PDF 1.53 M (84) 评论 (0) 收藏

      摘要:【目的】探究建筑企业文化内部传播过程及传播路径。【方法】根据建筑企业文化传播特性,建立基于传染病动力学模型的建筑企业文化内部传播模型并模拟企业文化的传播过程,以揭示建筑企业文化内部传播机理。【结果】在企业文化的传播过程中,对企业文化了解程度不同的各群体人数最终会趋于稳定,并达到动态平衡。在传播初期,企业中的高级管理层与管理层是传播主体;在传播过程中,普通员工具有传播学的主客体二重性。说服力、转信率和离职率的提升与文化传播速度、文化传播效果成正相关,而弃信率、拒信率的提升与之成负相关。【结论】建筑企业文化传播会经历兴起、强化、转变三个阶段。普通员工是企业文化的主要传播力量,直接影响传播效果与传播速度。企业可以围绕宣传、沟通、制度三方面制定相应措施,以改善文化传播效果。

    • 我国中小城市电动两轮车骑行者戴盔意向研究——基于TPB和TAM整合模型

      2024, 21(2):104-112. DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20220807005

      摘要 (31) HTML (0) PDF 1.51 M (82) 评论 (0) 收藏

      摘要:【目的】探究影响我国中小城市电动两轮车骑行者戴盔意向的心理因素,以更好地提升头盔佩戴率。【方法】 从骑行者角度出发,结合计划行为理论(theory of planned behavior,TPB)和技术接受模型(technology acceptance model,TAM),构建了电动两轮车骑行者戴盔意向模型,通过结构方程模型(structural equation model,SEM)探究了骑行者心理潜变量对戴盔骑行意向的影响效果。【结果】与以传统的TPB为框架的模型相比,基于TPB和TAM整合的模型在拟合适配度方面表现更优。其中态度(0.411)、知觉行为控制(0.305)两个潜变量对骑行者戴盔意向的作用效果最为显著,骑行者的年龄对戴盔意向模型具有调节作用。【结论】研究结果可以为当地政府制定相关政策提供理论参考依据,并为其他学者后续针对戴盔骑行行为的研究提供思路。

    • 考虑碳排放的市政道路绿色施工评价研究

      2024, 21(2):113-121. DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20220729001

      摘要 (34) HTML (0) PDF 1.42 M (139) 评论 (0) 收藏

      摘要:【目的】有效减少施工过程中的碳排放量,优选出绿色施工水平较高的市政道路建造方案,提升市政道路科技创新和绿色建造水平。【方法】从碳减排的角度出发,针对市政道路绿色施工综合评价问题,结合市政道路施工的特点,建立了市政道路绿色施工评价体系和标准,构建了基于组合赋权的灰色关联模型,在综合主、客观权重基础上进一步运用灰色关联法计算各指标和各路段施工方案的灰色关联度,分析比较绿色施工水平。【结果】该研究建立的市政道路绿色施工评价体系具有适用性,通过长沙市某市政道路各路段的施工建造方案对所提出的模型进行了验证,其结果与实际情况相符,据此确定了一套合理的市政道路绿色施工方案。【结论】基于组合赋权的灰色关联理论在市政道路绿色施工评价中的应用具有可行性和科学性,并为市政道路绿色施工方案设计提供了参考依据。

    • >人居环境
    • 单位制老旧小区的空间重构与改造研究——以邯郸市复兴区六二社区为例

      2024, 21(2):122-132. DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20230810003

      摘要 (24) HTML (0) PDF 2.85 M (172) 评论 (0) 收藏

      摘要:【目的】为解决我国单位制老旧住区在空间使用上的不适老问题,通过重构与改造单位制住区空间,以及研究小体量空间住区在城市街道改造中的功能置换,完善社区功能,改善老年人居家养老环境,提升居民幸福指数。【方法】通过实地调查和案例分析,了解邯郸市单位制老旧小区空间改造的需求,总结单位制老旧小区空间的共性问题,并从文化风貌、基础设施、交通系统、公共空间4个方面提出重构策略。【结果】针对单位制住区公共空间匮乏、割裂、难以满足使用需求等问题,结合无障碍设计和特殊人群需求,提出挖掘与表达文化风貌、增补与修缮基础设施、整合与划分交通系统、改造与重构公共空间等改造方案,以激发单位制住区公共空间活力。【结论】该研究不仅丰富了华北地区单位制住区公共空间的重构改造理论,还为单位制住区公共空间的改造提供了新思路,为应对老旧社区老龄化问题提供了适老性设计思路,以期为同类型单位社区的更新改造设计提供一定的参考。

    • 易地搬迁安置点人居环境建设适配性评价及优化策略——以临沧市临翔区为例

      2024, 21(2):133-146. DOI: 10.19951/j.cnki.1672-9331.20230523002

      摘要 (19) HTML (0) PDF 2.72 M (74) 评论 (0) 收藏

      摘要:【目的】易地扶贫搬迁从根本上治愈了临翔区乡村在“高山纵谷,山地聚居,垂直耕作”的艰难生存环境与劳作方式下的贫困顽疾,但环境以及人与环境关系的巨变也在客观上导致了部分“人”与“环境”、“需求”与“供给”多重关系的不适应、不匹配。科学审视易地扶贫搬迁安置点人居环境的宜居性问题以及主客体要素的适配情况,可为易地扶贫搬迁的后续发展及政策优化提供技术指导。【方法】基于对临翔区35个集中搬迁安置点的实地调研、抽样调查及入户访谈数据,从主客观对比视角出发,探讨易地扶贫搬迁安置点人居环境适配性的内在逻辑,构建“搬迁村民满意度”和“人居环境建设水平”的主客观评价模型,对比分析安置点人居环境建设的适配性状况。【结果】研究表明临翔区易地搬迁安置点人居环境建设在不同维度存在适配差异,即物质设施环境与社会人文环境层级处于“合理”适配状态,自然生态环境层级处于“超供给错配”失配状态,经济发展环境层级处于“欠供给错配”失配状态。为使人居环境达到理想适配状态,各安置点须对适配状态采取“维护平衡,全面提升”,对失配状态采取“关键突破,合理调配”的优化策略。【结论】基于“适配”的有限性和失配状态隐含的局部资源浪费或发展支撑不足,针对性地剖析人居环境建设成效与适配状况并探讨优化策略,有助于彻底消除易地搬迁安置点在乡村振兴发展中的隐性环境羁绊,尽快稳定并全面优化易地搬迁安置点的社会、经济、文化与生态整体发展格局。

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