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天津大学学报
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龚克　

月刊

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天津大学青年公寓B座414室

天津大学学报/Journal Journal of Tianjin UniversityCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊创刊于1955年，月刊，全国核心期刊。该刊主要刊登自然科学和工程技术领域中具有创造性和前瞻性的学术论文。本刊曾连续多届获天津市和华北地区优秀期刊奖。2001年进入“中国期刊方阵”；2003年重新成为EI检索系统收录期刊；2004年被评选为第二届国家期刊奖100种重点科技期刊，并荣获国家教育部优秀期刊二等奖和第一届北方优秀期刊称号。现己被18种国内外重要检索系统收录。
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收录年代

    直接电解海水制氢技术的挑战与进展

    苏荣欣李昊轩王晶辉崔美...
    111-121页
    查看更多>>摘要：在"双碳"背景下,采用水电解技术制备绿色可持续的氢能源来替代化石能源逐渐成为研究热点.目前,成熟的电解制氢技术均以纯水为原料.但是,由于淡水资源危机的加剧,直接电解海水制氢成为很有前景的替代方案.然而,由于海水自身的特性,如低电导率及复杂的盐分组成,导致了电极腐蚀、催化剂中毒、活性位点阻塞等问题,大大增加了直接电解海水制氢的难度.因此,本文针对直接电解海水制氢技术面临的挑战进行了深入探讨,并系统梳理了近期报道中提出的解决策略与工作进展.首先,阐述了通过掺杂改性、缺陷构造以及界面工程等手段优化电催化剂性能的方法,旨在提升催化剂的活性和选择性,使其在低电导率的环境中仍能高效催化析氢和析氧反应.其次,讨论了在电极表面构建耐腐蚀层或离子阻挡层的技术,以有效抵御海水中的腐蚀性离子对电极材料的侵蚀,以延长其使用寿命.此外,还介绍了通过设计特定的电极结构,创造出有利于电化学反应局部环境的方案,促进离子传输并抑制竞争反应的发生.这些工作揭示了通过合理设计电催化剂、优化电极结构和构建有效的防护层,有望克服海水特性所带来的催化障碍,推动直接电解海水制氢技术向商业化迈进.本文最后对该领域的发展前景进行了分析和展望,以期为直接电解海水制氢催化剂的设计提供参考,为全球能源转型和"双碳"目标的达成提供有力支撑.

    天然海水电解析氢反应析氧反应电催化剂

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    负载于SiO2表面的NiO/MgO催化剂用于CO2甲烷化反应

    刘源范鑫强姜雅楠张弦...
    122-130页
    查看更多>>摘要：CO2 甲烷化反应被认为是解决 CO2 利用难题的重要手段之一,其中 NiO/MgO 催化剂具有广阔的应用前景,如何提高NiO/MgO催化剂的比表面积成为其实际应用的关键.本文通过沉积-沉淀法在高比表面积的SiO2载体上负载NiO/MgO催化剂,制备出了NiO/MgO/SiO2 催化剂.研究了MgO含量、催化剂煅烧温度和还原温度对催化剂结构和甲烷化性能的影响.采用 X 射线衍射、程序升温还原、N2 吸附-脱附等温线、程序升温脱附、X 射线光电子能谱和场发射透射电子显微镜等技术手段对催化剂进行了表征.结果表明,合适的 MgO 含量既能够对 SiO2 形成较好的阻隔以避免 NiO 与 SiO2 的反应,又可与 NiO 形成对甲烷化有利的 Ni1-xMgxO 固溶体.适当的煅烧温度能够在形成 Ni1-xMgxO 固溶体的同时避免对反应不利的 NiMgSiO4 的形成.此外,通过调控还原温度还能够调变 Ni0 和Ni1-xMgxO 的比例,从而使二者在催化体系中起到协同作用,促进 CO2 甲烷化反应.30%MgO 含量、550℃煅烧、550℃还原后的 Ni30MgSi-550-550R 催化剂在 CO2 甲烷化反应催化剂性能测试中表现出最佳的催化活性,且在 350℃、30000 mL/(g·h)空速的测试条件下展现出 200 h 的稳定性,这是由于在催化剂表面具有适当的 Ni0/Ni1-xMgxO比例和对应的充足的H2 和CO2 活化位点.在高比表面积的SiO2 上负载NiO/MgO催化剂、在SiO2 表面进行固相反应和通过还原温度调控Ni0-Ni1-xMgxO活性对的策略为用于CO2甲烷化反应的催化剂设计提供了一种新思路.

    CO2甲烷化反应Ni基催化剂MgOSiO2

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    热输入对高锰钢模拟焊接热影响区显微组织和低温韧性的影响

    邸新杰曲永涛利成宁巴凌志...
    131-137页
    查看更多>>摘要：作为一种新型低温用材料,高锰钢具有低成本及优异的低温力学性能等优势,在液化天然气(LNG)储罐等领域具有广阔的应用前景.然而在实际焊接过程中,高锰钢焊接热影响区中距熔合线 3mm 处的特定亚区(FL+3 亚区)会出现低温韧性恶化的问题.针对这一问题,采用焊接热模拟技术再现了不同热输入下的FL+3 亚区,通过扫描电子显微镜、电子探针 X 射线显微分析仪和透射电子显微镜观察晶界比例、偏析及析出相.结果表明,模拟 FL+3亚区具有较好的低温韧性,其冲击断口形貌均为大量的韧窝.然而随着热输入增加,其冲击吸收功降低,10 kJ/cm、15 kJ/cm、30 kJ/cm和 45 kJ/cm不同热输入下的-196℃冲击吸收功分别为 177 J、172 J、138 J和 112 J.FL+3 亚区的显微组织为单相奥氏体组织,随着热输入增加,晶粒尺寸无明显变化,而小角度晶界比例升高.热输入增加会加剧FL+3亚区的C、Cu晶界偏析和Mn带状偏析,提高偏析区域的层错能以及临界剪切孪晶应力,使得孪生机制难以激活,进而减弱了形变孪晶的韧化作用,降低低温韧性.当热输入增大到 15 kJ/cm 时,FL+3 亚区开始析出尺寸约为 200 nm的颗粒状和块状Cr23C6 碳化物,且析出相的尺寸和数量随着热输入增加而进一步增加.碳化物析出易引起应力集中而产生裂纹萌生,降低了FL+3亚区的低温韧性.

    高锰钢热输入焊接热模拟晶界比例偏析析出相低温韧性

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    基于SVR模型的MIV法的复方苦参抗菌成分的辨识研究

    蒋建兰庞汐伦冯佳赵腾飞...
    138-146页
    查看更多>>摘要：由苦参、蛇床子、黄柏和白鲜皮四味中药材组成的复方苦参外用洗剂,因其抗菌效果而广泛应用于临床.然而,目前尚不明确复方苦参洗剂中哪些成分对于抗菌是显著有效的.本文以复方苦参洗剂为研究对象,应用化学计量法建立复方苦参中化学成分与其对金黄色葡萄球菌抑制活性之间的组效关系模型,并通过支持向量回归(SVR)的平均影响值(MIV)法识别出复方苦参中作用显著的抑菌成分.采用 HPLC-UV 法建立复方苦参醇提物的指纹图谱的检测方法,用该检测方法检测了 43 批次不同配方或不同提取工艺得到的复方苦参醇提物,并采用内标法对 43 批次样品中 35 个共有峰进行了定量分析,采用 UPLC-MS/MS 对共有峰进行了定性分析.采用分光光度法测定了该 43 批次样品对金黄色葡萄球菌的抑制率,然后利用 PSO-SVR 模型建立各成分与抗菌效果的组效关系模型.在该 PSO-SVR 模型的基础上,采用平均影响值法识别出复方苦参洗剂中抑菌效果显著的成分.结果表明,显著抑菌活性成分为异苦参酮、非洲防己碱、小檗碱、异茴芹内酯、苦参新醇 O、黄柏碱、木兰花碱、苦参酮和蛇床子素,这些成分的抑菌作用均有文献报道.本文抑菌活性成分的识别结果可为今后抑菌药物的研发提供参考.

    复方苦参抗菌活性组效关系化学计量学活性成分识别

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    基于动网格技术的CMT-WAAM熔池温度场与流场数值模拟

    申俊琦张帆胡绳荪耿辉...
    147-156页
    查看更多>>摘要：针对基于冷金属过渡(CMT)技术的镁合金摆动电弧增材制造(WAAM)过程,采用流体体积(VOF)法和动网格(DM)技术建立了分别考虑熔滴和熔池受力情况的三维瞬态数值模型,研究了熔滴过渡和熔池流动过程中的温度场和速度场变化.结果表明,相应试验结果验证了所建立数值模型的有效性,熔池和熔滴尺寸参数模拟的误差均在10%之内.在 CMT-WAAM 开始阶段,基板表面和焊丝在电弧热作用下熔化分别形成熔池和熔滴.在焊丝向熔池送进过程中,熔滴不断长大,并在表面张力作用下长成球形.熔滴金属的热量主要通过热传导的形式向熔池传递,熔池最高温度随着熔滴金属的过渡而升高,熔池最高温度可达 2100.0 K;随着焊丝的回抽,熔池最高温度降低至1763.6 K.随着焊丝向熔池送进,熔滴的最大速度从 1.87 m/s 逐渐减小到 1.07 m/s,而熔池的最大速度仅为0.87 m/s.当熔滴金属前端与熔池发生接触后,液态金属的最大速度可达到 4.21 m/s;随着焊丝的机械回抽,液态金属的最大速度在 1.69～4.90 m/s范围内波动.当熔滴与熔池接触发生短路时,熔滴金属从熔池表面流向熔池底部和熔池两侧,增强了对熔池底部和熔池两侧的搅拌作用,使得熔池体积增加;当熔滴从焊丝端部脱离后,熔池中液态金属从熔池底部流向熔池表面和熔池两侧,熔池温度和流体速度随之降低,从而减缓了熔池体积的增加.此外,熔池自由表面在摆动电弧作用下呈现波浪式变形.

    动网格电弧增材制造熔滴过渡熔池流动数值模拟

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    2Cr13马氏体不锈钢扫描激光-电弧复合焊接接头元素分布及组织性能研究

    郝康达刘友情徐连勇韩永典...
    157-166页
    查看更多>>摘要：2Cr13 马氏体不锈钢力学性能优异、耐蚀性适中且价格低廉,具有较好的利润空间,一直以来是钢铁企业尝试发展的焦点.先前研究表明激光-电弧复合工艺有望通过焊丝材料的合理选择,借助合金化的作用实现 2Cr13不锈钢的高质高效焊接,但存在合金元素分布不均的问题.为此,本文在 2Cr13 马氏体不锈钢激光-电弧复合焊接中引入激光束扫描,依靠其对熔池的强烈搅拌效应调控合金元素分布,改善熔池冶金行为,细化晶粒,从而增强焊缝韧性.本文着重探讨了激光束扫描频率对焊缝中合金元素分布特征、焊缝组织和力学性能的影响规律.结果表明,扫描激光束对熔池的高频搅拌效应加强了熔池对流,驱动 Ni 元素由电弧作用区域向激光作用区域转移,焊缝中 Ni元素分布不均匀程度减弱.在扫描半径 0.4 mm 情况下优化的扫描频率为 20 Hz,此时焊缝中激光作用区域 Ni 元素含量由不引入激光束扫描时的 1.52%提高至 2.03%,对应的奥氏体相含量由 4.7%增加至 10.1%.同时,激光束扫描行为降低了熔池温度梯度,有利于改善焊缝成形,热影响区粗晶区平均晶粒尺寸由 4.92µm降为 3.95µm,焊缝杯突测试中断裂位置由熔合线转向母材,且杯突值由 4.82 mm 提升至 5.89 mm,提升幅度达 22%.相关研究将对以后马氏体不锈钢焊接研究提供一定的理论指导,对扩大马氏体不锈钢的应用领域具有重要的推动作用.

    激光-电弧复合焊接扫描激光元素分布马氏体不锈钢微观组织力学性能

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    金属封装管壳随机振动失效分析及抗振优化

    龚宝明张杰李海龙
    167-174页
    查看更多>>摘要：混合集成电路(HIC)在服役过程中,壳体长边焊缝内侧区域容易出现裂纹导致失效.本文针对这一问题对失效现象进行振动研究,通过仿真软件 ABAQUS 对大尺寸混合集成电路封装管壳进行模态和随机振动实验与仿真,确定器件的薄弱位置,通过有限元仿真和实验结合的方法确定随机激励作用下盖板的危险位置和危险共振频率.针对薄弱位置设计不同载荷下的正弦振动实验,通过振动实验和仿真相结合的方式拟合得到材料的 S-N 曲线.分析危险位置的失效原因为由于随机振动的应力集中现象导致的振动疲劳失效,并针对失效原因设计减振方案对原模块进行结构优化设计,对危险位置进行减振加固,提升器件的抗振性能.

    混合集成电路随机振动结构优化:有限元分析

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    MnCe-Al2O3球形颗粒的制备及其催化燃烧环己烷性能

    尤生萍付换然秦璐王康...
    175-180页
    查看更多>>摘要：挥发性有机物(VOCs)的大量排放会导致环境污染和健康危害,催化燃烧是高效降解 VOCs 的重要手段之一.采用海藻酸盐溶胶-凝胶法合成了 MnCe-Al2O3 球形颗粒作为环己烷催化燃烧催化剂,结果表明,Mn 催化剂中适当添加Ce可提高MnOx的分散性,降低催化剂H2-TPR还原温度.催化剂中Mn和Ce摩尔比为 3∶1、煅烧温度650℃时,催化剂催化燃烧环己烷活性最高,可以在 345℃实现环己烷的完全转化.反应 24h 后,催化剂仍显示出几乎 100%的环己烷转化率,表现了良好的催化稳定性.与浸渍法制备的催化剂相比,MnCe-31-Al2O3-650 催化剂活性更高.

    挥发性有机物MnCe-Al2O3球形颗粒海藻酸盐溶胶-凝胶法催化燃烧环己烷

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    Wi-Fi接收机的高效频率偏移估计电路设计

    刘强伍问岳
    181-188页
    查看更多>>摘要：频率偏移估计能够保证正交频分复用系统中符号间的正交性,是 Wi-Fi 接收机进行信号处理的重要步骤.针对频率偏移估计电路设计面临的计算精度与资源消耗的权衡难题,设计了一种高效率的频率偏移估计电路.首先,对频率偏移估计数据处理流程进行总体仿真,探究不同数据位宽对估计结果的均方根误差的影响.并对各级中间变量的动态范围进行细粒度划分,确定各级中间变量的合适数据位宽和截断方式,在保证数据精度的同时节约硬件资源.其次,采用一种基于查找表的复数相角计算单元,通过查表和近似计算提高电路性能.通过此方法可以降低逻辑资源消耗超过 96.9%,减少 95%的执行周期数.最后,通过时分复用设计使粗、精频率偏移估计共享硬件资源,并通过优化流水线结构进一步减少电路的资源消耗、提高数据处理速度.实验结果显示,在信噪比为15 dB 时,与粗频率偏移估计电路相比,设计的电路使 Wi-Fi 接收机误码率降低了约 17.94%;与分别进行粗、精频率偏移估计的电路相比,查找表消耗数量降低了 71.22%,功耗降低了 24.73%,处理所需周期数降低了 22.90%.所设计的频率偏移估计电路最终实现了资源消耗和计算精度的优化.

    Wi-Fi现场可编程门阵列频率偏移估计

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    基于显著性双流分层感知的NR-IQA方法

    史再峰康泰王云峰肖云泽...
    189-198页
    查看更多>>摘要：人类会对图像中自己感兴趣的区域给予更多关注,所以发生在这些区域的失真更容易影响人类的主观质量分数,而传统的图像质量评价(IQA)方法并未考虑到图像中不同区域受到关注度的差异,导致预测分数与主观质量分数的拟合程度较低.针对上述问题,本文利用显著图对图像中受关注区域的突出表达能力,提出了一种基于显著性双流图像质量评价(SDS-IQA)方法.该方法采用显著图分支和原始图分支组成的双流分层结构,从整体和重点两个方面实现图像的多尺度失真感知,并通过双重注意力在所有维度上体现特征的重要性差异.SDS-IQA 在特征提取阶段通过在显著图分支使用空间注意力来体现尺度空间上的关注度差别,并通过空间注意力权重来强化原始图分支的失真信息表达,在特征融合阶段使用门控注意力强化通道间的交互,使通道间的关注度差异在融合时得到体现,最终实现对受关注区域中失真的重点表征.实验结果表明,该方法在 3 个合成数据集(LIVE,TID2013,CSIQ)上的皮尔森线性相关系数分别达到 0.976、0.896 和 0.865,在 2 个真实数据集(LIVEC,KonIQ-10k)上分别达到 0.869 和0.877,证明SDS-IQA的预测结果与人类主观评价有良好的拟合性.

    图像质量评价显著图注意力机制

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