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期刊信息/Journal information
工程科学学报
北京科技大学
工程科学学报

北京科技大学

徐金梧

月刊

2095-9389

xuebaozr@ustb.edu.cn

010-62332875

100083

北京海淀区学院路30号

工程科学学报/Journal Chinese Journal of EngineeringCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊是由教育部主管、北京科技大学主办的学术类科技期刊。国内外公开发行，主要刊载矿业与环境工程、冶金工程、材料科学与工程、机械工程等与冶金工业相关的学科领域的最新研究成果，为中文核心期刊（冶金工业类）及中国科技论文统计源期刊。目前，已经被EI、CA、MA、《剑桥科学文摘社网站》、俄罗斯《文摘杂志》、德国《数学文摘》等国内外著名检索刊物或数据库列为收录源期刊，先后荣获首届国家期刊奖、中国期刊方阵“双高期刊”、第二、三届国家期刊奖百种重点期刊等多项大奖。
正式出版
收录年代

    表面横向风流作用下煤体的内部燃烧蔓延规律

    王凯王喆韩涛邓军...
    187-198页
    查看更多>>摘要：煤的自燃特性使其在开采、存储和运输过程中存在火灾事故隐患,极大地阻碍了煤炭行业的可持续发展.通过自主搭建的敞车载运煤燃烧蔓延模拟实验装置,分析在表面横向风流作用下的松散煤体内部高温区域演变以及气体蔓延规律.结果表明,表面横向风流明显加快了本文实验煤样内部高温区域蔓延速度,相比无风状况下,高温蔓延速度加快了 0.3 倍(风流1 m·s-1 时)和 0.5倍(风流 2 m·s-1 时),高温区域峰值温度升高了 120±20℃;受表面横向风流影响,燃烧蔓延路径向风流流动方向偏移;在风流 0 m·s-1 时,燃烧的高温点O2 体积分数快速下降阶段所经历的时间随纵深的增加逐渐增大,风流作用会加剧煤氧反应.研究成果可为煤炭在运输与储存过程煤火灾害形成规律研究提供参考借鉴.

    煤自燃表面横向风流温度场气体蔓延敞车载运

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    基于形态学开运算的浸矿体系孔隙结构及其演化特征

    王雷鸣李辉尹升华潘晨阳...
    199-208页
    查看更多>>摘要：立足堆浸体系的偏析分层复杂结构,结合X-ray CT无损探测、形态学开运算处理、MATLAB和OsiriX可视化软件等手段,引入颗粒间孔隙的当量孔隙尺寸、面积、数量等关键表征参量,如从二维量化和三维可视化层面揭示浸矿体系中颗粒间孔隙结构特征及其演化规律.研究发现,细颗粒夹层呈"包裹体"状且均位于粗矿石颗粒的内部,分析认为其是造成堆浸体系颗粒偏析和分层的重要致因;浸矿作用下微细颗粒迁移导致矿堆内部发生沉积压实作用,由 197 mm降至 180 mm以下;浸矿 21d后,矿堆上部孔隙呈增大趋势,下部孔隙率呈减小趋势,此外,纵向当量孔隙的直径由 2.81 mm减小至 2.18 mm,其变化趋势和程度要显著大于横向颗粒间孔隙的当量直径;对比浸矿 0d和 21d的柱浸体系三维颗粒间孔隙结构,证实了细颗粒夹层所处区域的粘结聚集以及细颗粒夹层周边区域形成溶液绕流、溶液优势流动路径.

    金属矿堆浸技术颗粒偏析颗粒间孔隙三维可视化

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    中国钢铁行业数字化碳管理发展探讨

    李涛郦秀萍上官方钦张巍...
    209-217页
    查看更多>>摘要：为了缓解全球气候变暖,应对碳关税等国际贸易形式对中国钢铁行业带来的冲击和影响,助力钢铁行业早日实现"碳达峰+碳中和"的目标.基于中国钢铁行业碳排放现状与钢铁企业碳管理的痛点,本文通过深度融合数字化技术,创新提出了数字化技术赋能钢铁行业应用架构,通过分析钢铁行业数字化碳管理的典型案例,讨论了不同阶段数字化碳管理体系建设的侧重点,并针对性地提出了相应的应对策略.本文提出的数字化碳管理的架构应该主要包括四个层次:基础设施层&数据采集层、数据运算层、业务应用层和用户层.数字化碳管理在钢铁行业的应用场景应该主要包括碳核算、碳账户、碳全景、碳结构&碳比对、碳交易、碳报告、碳咨询、能碳协同、低碳指数、供应链产品碳足迹管理,产品实时碳足迹跟踪、数字化碳标签、识别节能潜力和生态设计等.通过研究钢铁行业数字化碳管理的典型应用案例,探讨了数字化碳管理技术应用在钢铁行业的展望,按照钢铁行业是否纳入全国碳交易市场,将中国钢铁行业数字化碳管理体系的建设分为两个阶段,认为政府部门应该发挥在数字化碳管理体系建设过程中的主导作用,在健全数字化碳管理相关标准和法规体系的同时,应该注重数字化碳管理人才的培养,紧密对接企业现有的信息化系统,并提出了"六化一体+多平台"的钢铁行业数字化碳管理的发展趋势,即"一主体+多平台"的低碳产品评价认证体系,和具有标准化、国际化、一体化、安全化、资产化和本土化特点的数字化碳管理体系.将数字化碳管理技术应用到钢铁行业,能够更好地解决钢铁行业碳管理的乱象和企业碳管理的痛点,降低钢铁行业碳管理的门槛,提高钢铁行业碳管理的效率,保障碳数据在传递过程中的安全.

    数字化技术碳管理碳达峰碳中和钢铁行业

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    结构化网格快速生成工具的开发及其在冶金模拟仿真中的应用

    张江山刘昱宏杨树峰李东岳...
    218-229页
    查看更多>>摘要：结构化网格在模拟计算高精度、复杂问题时具有更高的计算准确度和更好的收敛性,但其划分难度大且耗时较长,如何快速生成高质量结构化网格是进行CFD(Computational fluid dynamics)等模拟计算领域的前沿问题.根据冶金容器的几何结构特征,引入了参数一体化建模+网格划分的理念,利用Python脚本快速批处理数据和开源CFD软件OpenFOAM的优势,成功开发了适用于冶金反应器的网格快速生成工具.以钢包-中间包-结晶器及其附属连接装置为例,进行了案例分析测试.结果表明,该工具软件生成的结构化网格在扭曲度和正交性等方面质量较高,可以满足各类模拟仿真的需求.该工具在解决冶金容器几何结构更新和网格分布调整方面相比于传统前处理方法可以在几十秒内快速生成高质量结构化网格.此外,开发了便于用户使用的图形用户界面,界面中仅需输入关键的几何结构和网格参数,即可对冶金容器快速便捷地生成相应的结构化网格,有效提升了前处理的简易度和效率.这一工具软件有望应用于冶金数字化和智能化转型发展的多种场景,并为其提供有效的软件支撑.

    结构化网格参数化模拟仿真工具软件数智化

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    添加真空蒸馏炭渣对炭阳极反应性的影响

    高致远曹晓蒙彭建平李轶斐...
    230-238页
    查看更多>>摘要：利用真空蒸馏炭渣替代部分煅后焦制作炭阳极可实现炭渣高值资源化,在有效利用真空蒸馏炭渣的同时也有着改善阳极反应性的潜力.但真空蒸馏炭渣的添加量对含炭渣阳极反应性影响,及其对阳极原料的作用机制尚不明确.本文在1200℃,真空度 0.5～5 Pa的条件下对炭渣真空蒸馏,添加不同含量的真空蒸馏炭渣,与石油焦及沥青复合成含炭渣阳极,对阳极进行反应性检测.采用同步热分析仪(TG-DSC)分析真空蒸馏炭渣对沥青热解过程的影响,采用热重分析仪(TG)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜能谱仪(SEM-EDS)探究真空蒸馏炭渣对石油焦、沥青焦反应性的作用机理.结果表明,随着真空蒸馏炭渣的添加量(质量分数)从 3%增加到 5%、7%、10%,炭渣对阳极空气反应性(600℃)起抑制作用,对阳极CO2 反应性(970℃)起先抑制后催化的作用.添加真空蒸馏炭渣可提高沥青的结焦率,以及沥青焦、石油焦的炭化程度,从而抑制阳极空气反应性(600℃);高温下炭渣中的微量元素对沥青焦气化反应的促进作用,是高含量炭渣催化阳极CO2 反应性(970℃)的主要原因.

    炭渣真空蒸馏炭阳极反应性结焦率

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    脱合金纳米材料的制备及其在碱金属离子电池负极中的应用进展

    路笃江万修芹牟津津鞠彬彬...
    239-254页
    查看更多>>摘要：碱金属离子电池包括锂离子电池、钠离子电池和钾离子电池等,是一种非常有应用前景的电化学储能装置.在"双碳"背景下,随着电动汽车的快速普及,对电池的能量密度提出了更高的要求.硅、锗、锡、锑、铋等因具有高的理论比容量有望实现在高能量密度电池中的应用.由于具有成本低、结构可控和工业应用潜力大等特点,脱合金技术常用来制备硅、锗、锑等负极材料,并实现对硅、锗、锑等脱合金材料的结构、形态和空间排列的动态控制.本文阐述了脱合金技术的常见分类和代表性研究进展,重点讨论了由脱合金技术制备多种维度的纳米材料以及它们在碱金属离子电池等储能领域的应用情况,最后对脱合金技术的发展趋势以及脱合金技术在储能领域的应用前景进行了展望.

    脱合金化学脱合金电化学脱合金液态金属脱合金气相脱合金电池

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    氧化物负载单原子电解水催化剂的载体效应

    蒋朝敏王祖民于然波
    255-267页
    查看更多>>摘要：单原子催化剂(SACs)由于其原子利用率高、活性中心明确、比活性高和稳定性强等优点,在催化电解水领域具有独特的优势.然而,材料中的金属-载体相互作用对催化过程具有重大影响.首先,本文明确了单原子催化剂的特点并研究了其电子结构和构效关系方面独特优势.其次综述了氧化物载体在稳定金属单原子、分散活性物种、调节中心电子结构、吸附和活化反应物等方面的重要作用;并详细分析了载体如何通过结构缺陷、表面基团、空间限域和晶格作用等实现对金属原子的负载和稳定.然后,通过实例对比了单原子在不同氧化物载体上配位结合方式,以及在析氢、析氧和全水解反应中的性能差异.最后,对利用载体与单原子相互作用调节催化剂性能的机遇和挑战、关键问题和可能的解决方案进行了展望.

    单原子催化剂氧化物电催化析氢反应析氧反应

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    Fe3O4与ZIF-9复合催化剂的制备及其快速降解亚甲基蓝的研究

    何浩波李海旭姜天男徐良...
    268-278页
    查看更多>>摘要：为了提高水中有机染料的降解速率,采用超声和溶剂热法制备Fe3O4/ZIF-9 复合催化剂,该催化剂为立方状的金属有机骨架ZIF-9且表面附着有类球形Fe3O4 颗粒.Fe3O4 的加入为ZIF-9 提供了更多的成核位点,同时Fe3O4/钴盐比例的变化也会影响ZIF-9的成核与生长.当Fe3O4/钴盐摩尔比为 1∶1 时,该催化剂在 30 min内对亚甲基蓝的降解率达到 95.1%,催化反应 10 min的伪一阶动力学常数达到 0.101 min-1,在pH为 5～9 范围内保持稳定的高催化性能.X射线光电子能谱(XPS)结果表明铁和钴位点之间存在电子转移,并且钴和铁的协同作用可以降低钴的还原电位,从而加速钴的价态变化,提升催化速率.电磁共振实验(EPR)结果显示该催化剂可以活化过一硫酸盐生成单线态氧(1O2)、硫酸根自由基(SO4-·)和羟基自由基(·OH),进一步通过活性因子淬灭实验发现其中单线态氧为主要活性物种.由此可知,Fe3O4/ZIF-9 通过铁和钴位点的氧化还原循环催化PMS不断生成1O2、·OH和SO4-·,共同将亚甲基蓝分子降解成二氧化碳和水.此外,磁滞回线测试(VSM)结果显示,该复合材料饱和磁化强度值为 7.6 A·m2·kg-1,表明Fe3O4 能赋予复合催化剂良好的铁磁性,同时该催化剂循环使用 4 次后仍保持较高的降解率,表明该复合催化剂具有良好的回收性能和重复使用性能.本研究为有机染料等污染物的治理提供了新的技术和材料支撑.

    金属有机骨架超声溶剂热Fe3O4ZIF-9高催化速率磁性可回收

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    BioMGE——一个用于采集和分析生物医用材料和多组学数据的数据库

    龚海燕张晓彤张司臣李铭鸿...
    279-289页
    查看更多>>摘要：随着机器学习技术的发展,生物医用材料的科学研究也逐渐走向数据驱动,利用生物测序技术来测试生物医用材料的生物功能,需要对生物医用材料进行进一步优化.因此,一个开放、共享的基础设施来存储来自不同研究领域的异构科学数据是多学科交叉联合分析的基石.本文介绍了BioMGE,一个基于灵活的自定义平台NMDMS(国家材料数据管理与服务平台)实现的数据库建设案例,用于收集生物医用材料和多组学测序数据.NMDMS的动态容器框架允许用户定义个性化的数据提交模式,存储来自生物医用材料和多组学研究领域的数据.自 2019 年以来,BioMGE已收集了 1547100 个生物医用材料和多组学数据集.BioMGE提供了数据导出接口,方便用户直接导出数据以进行数据分析.以组学数据可视化为例,提供BioMGE-viewer模块以实现对生物染色质结构数据从一维到三维的数据可视化.该数据库可为其他跨领域研究的数据共享提供了新的思路和平台.

    生物医用材料多组学动态容器数据库异构数据存储可视化

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    大模型及其在材料科学中的应用与展望

    李长泰韩旭蒋若辉贠培文...
    290-305页
    查看更多>>摘要：以大模型在材料科学中的应用为着眼点,首先综述了大模型,介绍了大模型的基本概念、发展过程、技术分类与特点等内容;其次从通用领域大模型和垂直领域大模型两个角度,总结了大模型的应用,列举分析了不同种类大模型的应用场景和功能.再次,结合材料科学领域中的具体需求研究现状,调研并综述了语言大模型、视觉大模型和多模态大模型在材料科学中的应用情况,以自然语言处理和计算机视觉中的具体任务为切入,参考典型应用案例,综合提示工程策略和零样本知识迁移学习,厘清了当前将大模型应用至材料科学的研究范式和制约因素,并利用改进SAM视觉大模型在四种材料显微图像数据上进行了验证性图像分割与关键结构提取实验,结果表明SAM带来的零样本分割能力对于材料微结构的精准高效表征具有巨大应用潜力.最后,提出了大模型相关技术、方法在材料科学中的未来研究机遇,从单模态到综合性多模态的大模型研发与调优,评估了可行性及技术难点.

    大模型深度学习ChatGPTSAM材料科学多模态

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