期刊简介
期刊名称： 天津工业大学学报
创办日期：1982年创刊
主管部门： 天津市教育委员会
主办单位： 天津工业大学
刊期： 双月刊
电话： 022-83955151
Email：tguxb@tiangong.edu.cn
国内统一刊号(CN)： CN 12-1341/TS
国际标准刊号(ISSN)：ISSN 1671-024X
三维六向编织结构刷式密封的泄漏性能仿真
毛丽贺;高枫煊;焦亚男;鲁吉文;针对传统金属刷丝易热变形及非金属材料应用不足的问题，设计开发了基于石英纤维三维六向编织结构的刷式密封系统，以提升刷式密封的稳定性和泄漏性能。通过数值仿真与试验相结合的方法，研究了每行六向纱根数对泄漏特性的影响。结果表明：纤维束密度增加可使刷式密封的泄漏量显著降低，行数为4、列数为6、每行间穿入3束六向纱的石英纤维三维六向编织刷式密封件在0.3 MPa压差下泄漏量的模拟值与试验值分别为103.71 g/s和95.93 g/s，误差低于8.23%，但高压差下狭窄流道的敏感性导致其泄漏增速提升，设计优化时需权衡纤维束密度与流道流通的适配性；三维编织结构通过多支撑点均匀分散压力梯度、增强流动阻力的有效性，为优化刷式密封性能提供了理论依据。
加热卷烟滤棒用CDA/PVA编织管的制备及其性能
张淑洁;刘雨慧;丁伟轩;唐卓煜;张丽;宋晓梅;为使加热卷烟的滤棒降温段同时实现气溶胶快速降温、降低吸阻并减少气溶胶截留，以二醋酸纤维（CDA）为基体，水溶聚乙烯醇（PVA）纤维伴纺，采用编织、浸泡工艺制备了加热卷烟滤棒用CDA/PVA编织管，分析了编织管的热学性能和形貌，考察了浸泡工艺对PVA残留率、编织管管壁孔隙率等滤棒性能的影响，研究了编织管对加热卷烟抽吸时气溶胶成分、最高气溶胶温度、吸阻的影响。结果表明：编织管由镂空管壁和中空结构组成；浸泡在超声水浴锅中以1.6℃/min升温至78℃即取出干燥，所得编织管的水溶PVA纤维残留率为35.0%，管壁孔隙率为78.4%，所得编织管的径向载荷最大值为38 N，滤棒硬挺度明显优于聚乳酸（PLA）薄片降温段，且编织管不易脱散；与聚乳酸薄片滤棒样烟相比，编织管滤棒样烟的最高气溶胶温度为48.1℃，下降了2.9℃，抽吸后的平均吸阻为65.6 Pa，下降了58.2%，气溶胶中总粒相物、水分、烟碱、甘油释放量分别增加了25%、17%、58%、106%，有效改善了加热卷烟的抽吸体验。
自旋转聚吡咯蜂巢织物太阳能界面蒸发器的制备及其性能
张松楠;刘庚辰;陈英璨;梁小芳;刘春惠;张迪;针对淡水资源短缺问题，设计开发了一种基于太阳能驱动的蜂巢织物基界面蒸发器。通过简单的“浸泡和聚合”方法，使聚吡咯原位生长在蜂巢织物上，得到了负载聚吡咯的蜂巢织物(PPy-HF)；以聚乙烯发泡棉为基底，与PPy-HF复合形成曲面蒸发器(CS-PPy-HF)，并研究了其光热转换和水蒸发性能。结果表明：PPy-HF在280～3 500 nm波长范围内吸光率达98%，可达到68℃的平衡温度；自旋转曲面结构蒸发器(CS-PPy-HF)的蒸发速率达2.1 kg/(m2·h)，蒸发效率高达98%，并具备优异的周期自脱盐功能；在低日照(0.6 kW/m2)、高盐浓度(质量分数20.0%)及酸碱环境(0.1 mol/L)等极端环境下，蒸发器仍保持优异性能；经过10次循环测试，CS-PPy-HF蒸发器的蒸发速率稳定在1.9 kg/(m2·h)。
锌空位ZnIn_2S4@g-C_3N4光催化剂的制备及产氢性能
安会琴;洪婉玉;王琰珺;邵静;陈诺;隗超;为提高ZnIn_2S4(ZIS)光催化分解水产氢的性能，向其中引入Zn空位(VZn)来提高ZIS可见光吸收范围，进一步将VZn-ZIS与g-C_3N4复合构建Z-scheme异质结促进光生载流子的转移与分离。首先通过溶剂热法成功合成具有Zn空位的VZn-ZIS纳米花球，进而将通过煅烧法制得的g-C_3N4纳米片对其进行修饰，成功合成VZn-ZIS@g-C_3N4光催化剂。通过SEM、TEM、XPS、XRD和UV-vis等手段表征所得产物的形貌、结构、组成及光学特性，并对其光催化纯水和海水产氢性能进行测试。结果表明：当g-C_3N4质量分数为5%时，VZn-ZIS@g-C_3N4制氢效果最佳，其4 h的纯水制氢量可达1 853.30μmol/g，分别是纯ZIS和g-C_3N4的2.46和61.77倍；4 h的海水制氢量为2 878.65μmol/g，分别是纯ZIS和g-C_3N4的2.10和15.50倍。这是由于ZIS经过构建Zn空位可拓宽其可见光吸收范围，此外，Z-scheme异质结的构建可在更好保留g-C_3N4和VZn-ZIS氧化还原能力的同时，促进光生电子和空穴在空间上的分离，从而增强其光催化活性。
碳量子点掺杂对g-C_3N4/TiO2光阳极性能的影响
赵学辉;张梓平;寇力夫;为提高光催化燃料电池的光催化性能，通过原位合成水热法，在氟掺杂的二氧化锡导电玻璃(FTO)上将碳量子点(CQDs)引入到g-C_3N4/TiO2纳米棒复合体系中，制备CQDS/g-C_3N4/TiO2光阳极，并与Cu_2O构建了模拟太阳光响应的光催化燃料电池，分析了碳量子点(CQDs)加入对光阳极带隙结构、光电性能及降解性能的影响。结果表明：当CQDs与TiO2的质量比达到3∶100时，CQDS/g-C_3N4/TiO2光阳极的光催化性能最优；与未加入碳量子点时相比，瞬时光电流达84.72μA，提升了45%，电流密度达到18.59μA/cm2，提高了63%,30 min内对盐酸四环素(TC 20 mg/L)的降解效率提高至35.22%，提升了10%，可见光吸收范围从397.53 nm扩大到419.56 nm；加入CQDs大大降低了半导体内部的光生电子-空穴的复合率，体系中的活性氧化物种由仅存在光生空穴(h+)转变为同时包含空穴(h+)、超氧阴离子自由基(·O2~-)与羟基自由基(·OH)3类活性组分，提高了对污染物的降解效率。
基于拓展移相的DAB变换器动态与稳态性能优化策略
岳改丽;李萍;杜光辉;孙薏涛;徐晓林;针对能源互联网双有源桥变换器（dual active bridge,DAB）存在的电流应力大与动态性能欠佳问题,提出一种基于拓展移相的DAB变换器稳态与动态性能优化策略。采用拉格朗日乘数法构建模型，以降低输入输出电压不匹配时的电流应力,对比不同运行模式优化后的电流应力,确保在可行域内峰值电流最小；针对DAB变换器高频特性与EPS调制的功率耦合关系，引入改进动态矩阵控制（dynamic matrix contro,DMC）算法改善电压波动与动态响应；通过搭建300 W的DAB变换器样机,验证了基于拓展移相的DAB变换器动态与稳态性能优化策略的优化效果。结果表明：拓展移相调制下的DAB变换器电流应力整体降低12.1%；改进DMC算法有效改善了变换器的动态响应性能，与传统PI控制相比，负载突变时动态响应时间从23 ms缩短至9 ms，电压波动从3.5 V减小至1.0 V,验证了该优化策略的有效性。
磁场强化四氧化三铁吸附铅离子性能的CFD模拟
郭幸斐;刘梓莹;马瑞远;龚耿浩;针对四氧化三铁(Fe_3O4)在处理含铅废水时因颗粒易团聚沉降、分散稳定性差而导致吸附容量受限的问题，通过流体力学(CFD)模拟研究外加静磁场对Fe_3O4的分散性、悬浮稳定性的强化机制，系统分析磁场方向、强度和空间构型对颗粒分布的影响规律，并结合铅离子(Pb2+)动态吸附实验验证模拟结果。结果表明：磁场方向与重力相反时，可有效提高Fe_3O4颗粒在反应器中的分散性；弱磁场条件下存在最佳的磁场强度，可提升Fe_3O4颗粒在溶液中分布的均匀性，并缓解颗粒的底部堆积现象；相比均匀磁场，本文构建的20 m T-60 mT非均匀磁场可显著提高磁性颗粒分布的均匀性，并有效降低磁性颗粒的底部沉积，在该磁场作用下Fe_3O4对Pb2+的去除率相比无磁场时提升了15%，模拟预测与实验结果吻合良好，证实外加静磁场可有效改善磁性吸附剂的流体动力学行为并提高其吸附性能。
基于超短时HRV特征的心律失常识别模型及有效性验证
赵喆;唐建同;王天昊;苗冯博;王慧泉;缪竟鸿;为减轻长期动态心电图判读的负担并降低误诊率，提出了一种基于超短时心率变异性（ultra-short-term heart rate variability, UST-HRV）的心律失常分类方法。通过MIT-BIH数据库系统提取了26项时域、频域及非线性HRV特征，评估30 s UST-HRV与300 s HRV的一致性，并构建了基于LightGBM的融合时间平铺、不平衡处理和个体差异校正的自动心律失常分类模型。结果表明：20项UST-HRV特征对于300 s HRV具有良好替代性；通过改进交叉验证与时间平铺策略，模型实现了正常窦性、房早、室早、房颤和房扑的自动识别，性能达到准确率99.09%、精确率99.53%、召回率99.52%、F1分数99.44%，说明UST-HRV可利用短序列数据表征自主神经调控功能，实现良好的心律失常辨识，为快速筛查和减轻长期动态心电图判读负担提供智能化方案。
基于pH调控的Na_2Ti_3O7形貌及其储钠机制分析
田琦峰;杨文静;胡炜;艾常春;谢婷婷;薛永萍;针对Na_2Ti_3O7本征电导率低及钠离子扩散动力学缓慢等问题，通过pH值调控的液相-喷雾干燥法成功制得了不同微观结构的Na_2Ti_3O7负极材料，并分析不同pH值条件下其形貌结构和电化学性能的变化。结果表明：在pH=6条件下获得的样品(NTO-6)因同时具备“高堆积有序度的微球形貌”与“最大的层间距(0.85778 nm)”这一协同结构而展现出最优异的储钠性能；致密的微球结构有效维持了电极在长循环中的完整性，而扩大的层间距则为钠离子提供了更畅通的扩散通道，从而直接促使该材料在2.0 C高倍率下实现93.4 mA·h/g的高容量，并在1.0 C下循环200圈后仍能保持86.4%的容量；NTO-6具有最高的表面电容贡献((b值=0.49)与最小的电荷转移阻抗，这与其独特的微观结构特征高度一致；基于pH值进行精确调控可优化材料的微观结构与晶格参数，是提升Na_2Ti_3O7负极动力学性能与长期稳定性的关键。
新型磁屏蔽式永磁调速器的设计与性能分析
白华;靳海毅;柳志明;为实现水泵、风机等离心式负载的高效转速调节与节能目标，同时解决传统永磁调速器在大功率工况下调节可靠性低、空间占用大的问题，设计开发了一种新型磁屏蔽式永磁调速(MS-PMASD)系统。通过在永磁转子(PMR)与导体转子(CR)之间增设高磁导率磁屏蔽环(MSR)，以磁屏蔽环轴向移动为核心调速机制，建立等效磁路(MEC)模型分析不同屏蔽距离下的气隙磁场、涡流密度及转矩特性，结合有限元分析(FEA)与大功率实验平台验证系统性能，并优化导体环电导率、外背铁磁导率等关键材料参数，分析磁屏蔽环位移、转速差对系统输出转矩、涡流损耗及轴向力的影响。结果表明：该系统仅通过磁屏蔽环轴向移动即可实现调速，无需调整电机与负载位置；当磁屏蔽环位移从0增至90 mm时，铜环峰值涡流密度从856降至338 A/cm2(仅为最大值的39%)，峰值输出转矩从2 160降至920 N·m，转矩-转速关系与理论曲线吻合度达90%；动态响应时间小于0.5 s，改进外背铁后可消除传统调速的转速骤降现象，在315 kW大功率负载工况下，调速稳定性与精度显著提升，且在线调节便捷，为离心式负载的节能调速提供了可靠技术方案。
ANSYS有限元网格划分浅析
王瑞,陈海霞,王广峰为提高有限元数值计算的精度和对复合材料结构及力学分析的准确性 ,结合实例阐述了有限元网格划分复合材料结构件的方法和过程 ,指出了采用ANSYS有限元分析软件在网格划分时应注意的技术问题 ,并对进行ANSYS网格划分采用的方法、工具进行了详细的分析和论述 .研究认为 ,对于单一模型的分析可采用自由网格划分方法 ;对于尺寸变化的系列模型分析 ,则应考虑采用对应网格划分方法 ,同时应保证划分得到的结点均匀分布在指定路径上
纤维缠绕技术的发展及研究现状
谢霞,邱冠雄,姜亚明从纤维缠绕的概念、发展史及发展趋势等方面对纤维缠绕技术的发展过程及研究现状做了综述,重点介绍了未来纤维缠绕工艺和纤维缠绕机械的发展趋势,即缠绕工艺与其他工艺的复合化、热塑性树脂缠绕的日益增多以及缠绕机械的精密化、高效化、柔性化等,并对我国纤维缠绕技术的现状做了概述.
虚拟现实技术的现状与展望
陈健,孙兰凤,陆达虚拟现实技术提供了以人为核心的人机交互模式．它使用户沉浸于由计算机创建的虚拟场景中，而且为用户提供了完善的交互手段．本文介绍了虚拟现实（ＶＲ）系统的内涵、研究内容、虚拟现实技术的现状及其在机械工程中的应用前景，并简述了作者所做的一些研究工作．
PP/PEG蓄热调温复合纤维的纺丝与性能
张兴祥,王学晨,胡灵,牛建津,印瑞斌以聚丙烯（ＰＰ）和分子量为１０００～２万的聚乙二醇（ＰＥＧ）及增稠剂为主要原料，采用熔融复合纺丝的方法研制出了蓄热调温纤维．该纤维加工成４９０ｇ／ｍ２的非织造布，在３５．５℃左右时其内部温度较纯丙纶非织造布低３．３℃，在２６．９℃左右其内部温度较纯丙纶非织造布高６．１℃．
ANSYS有限元网格划分浅析
王瑞,陈海霞,王广峰为提高有限元数值计算的精度和对复合材料结构及力学分析的准确性 ,结合实例阐述了有限元网格划分复合材料结构件的方法和过程 ,指出了采用ANSYS有限元分析软件在网格划分时应注意的技术问题 ,并对进行ANSYS网格划分采用的方法、工具进行了详细的分析和论述 .研究认为 ,对于单一模型的分析可采用自由网格划分方法 ;对于尺寸变化的系列模型分析 ,则应考虑采用对应网格划分方法 ,同时应保证划分得到的结点均匀分布在指定路径上
沸石咪唑骨架材料(ZIF-8)的结构生长过程
陈英波;赵林飞;王彪;胡晓宇;刘冬青;周凤潇;张宇峰;以2-甲基咪唑为有机配体,由硝酸锌提供金属离子,在室温下以甲醇为溶剂合成了沸石咪唑骨架(ZIF-8)晶体.通过红外光谱、X射线衍射、透射电子显微镜、热重分析等手段对晶体结构及其生长过程进行了表征.结果表明:随着反应时间延长ZIF-8晶体迅速形成,然后逐渐堆积成六面体二维结构,进而形成三维十二面体结构.对ZIF-8结构的生长过程的理解有助于通过控制ZIF-8的大小和形态来制备出功能化的金属有机骨架材料.
g-C_3N4光催化剂研究进展
田海锋;宋立民;类石墨相氮化碳g-C3N4由于其特殊的光学特性而被用作可见光响应的光催化剂,本文介绍了g-C3N4的形貌、非金属掺杂、金属掺杂、半导体复合、贵金属沉积等改性研究方面的动态和主要成果,并介绍了其作为光催化剂方面的应用.
反渗透膜的应用进展
李凤娟;王薇;杜启云;反渗透膜过滤技术是一种高效、低能和易操作的液体分离技术,同传统的水处理方法相比具有处理效果好,可实现海水淡化、废水的循环利用和对有用物质回收等优点.本文基于中空纤维反渗透膜技术的发展,研究其在国内外的应用现状,介绍了反渗透膜在海水和苦咸水淡化、纯水制备、废水处理、食品加工等方面的应用,并讨论了反渗透膜的研究方向和发展前景.
纤维缠绕技术的发展及研究现状
谢霞,邱冠雄,姜亚明从纤维缠绕的概念、发展史及发展趋势等方面对纤维缠绕技术的发展过程及研究现状做了综述,重点介绍了未来纤维缠绕工艺和纤维缠绕机械的发展趋势,即缠绕工艺与其他工艺的复合化、热塑性树脂缠绕的日益增多以及缠绕机械的精密化、高效化、柔性化等,并对我国纤维缠绕技术的现状做了概述.
