浙江科技学院学报

基于热电制冷的空气制水器的试验研究

王杰,索艳格,张治国,楼汉青 — 2024年06月28 00:00

【目的】为了解决从空气中取水的高能耗和低效率问题,设计了一种利用热电制冷器(thermoelectric cooler, TEC)进行空气制水的装置。【方法】首先结合空气冷凝制水原理,利用TEC将散热翅片表面温度降低至露点温度以下; 然后使装置与空气进行热量交换,从而实现空气中水蒸气的冷凝; 最后考察了在不同输入电压和散热翅片面积下TEC的热力学参数对系统的能效比(coefficient of performance,COP)及比能耗的影响。【结果】当输入电压为4 V、热端循环冷却水流速为0.3 L/min、散热翅片面积为20 320 mm²时,空气制水器比能耗最低,为2 135.27 kW·h/m³,系统的最佳COP为2.7。相对于现有研究,本试验通过对空气制水装置输入电压和散热翅片面积等参数的优化,将从空气中制水的能耗有效降低了13.8%。【结论】本研究结果为降低空气制水过程中的高能耗和提高空气制水过程中的系统效率提供了一定的技术支持。

混合锂离子超级电容器电化学与热特性研究

徐伟铭,董聪 — 2024年06月28 00:00

【目的】为研究混合锂离子超级电容器(hybrid lithium ion supercapacitor,HLIC)的性能,分析多种干扰因素对其电化学与热特性的影响。【方法】首先建立HLIC电化学热耦合模型; 其次通过试验与数值模拟相互验证来证明模型的可靠性; 最后分析阳极活性材料颗粒粒径、充放电倍率、电芯结构状态对HLIC的电化学与热特性的影响,并通过建立核壳模型绘制核壳图,从微观的角度分析了阳极活性材料颗粒粒径对HLIC电化学性能的影响过程。【结果】HLIC在高倍率的条件下,减小粒径可使阳极活性材料颗粒锂化程度显著提高,10 C倍率下粒径15.5 μm与0.5 μm的单体相比,前者能量密度降低了63.14%,平均发热率增加了121.66%,最大温度上升了17.7 K; 而在低倍率的条件下,粒径对HLIC的性能影响不大,无须增加成本过分减小粒径,并且电芯在层压方向导热性较差,需要在层压方向上增加散热以保证其工作性能良好。【结论】本研究对各个场景所需的HLIC性能参数的选取具有一定的参考意义。

基于课程关联的高校学生成绩预测模型研究

马婉晴,冯军,袁园 — 2024年06月28 00:00

【目的】为监测学习状况、管理学生成绩和提高教学质量,提出一种基于课程关联的学生成绩预测模型(students performance prediction using course association,SPCA)。【方法】以学生综合数据库为基础,挖掘课程间的关联程度,利用大数据技术对高校学生成绩进行分析和预测。选取某校2018—2020级工业工程专业学生的29门课程成绩,首先利用自组织映射网络(self-organizing map,SOM)算法对课程进行聚类,分为数学计算、通识与专业基础、实践应用三类; 然后利用先验算法(apriori algorithm,Apriori)挖掘课程间的关联规则; 最后采用决策树算法,利用处于同一类并且在关联规则中的前置课程成绩,对后置课程成绩进行预测。【结果】预测模型最终精确率为90.2%,准确率为88.9%,是预测学生成绩的较为有效的模型。【结论】本预测模型能优化课程安排,并帮助学生规划学习计划,对提高教学质量和改进教学管理具有一定的参考意义。

基于自蒸馏和双模态的室内场景解析算法

张喻铭,周武杰,叶绿 — 2024年06月28 00:00

【目的】为了使室内机器人能准确地识别室内不同类别的物体,从而选择更安全可行的路线,提出一种用于室内场景解析的基于自蒸馏和双模态的自蒸馏多级级联网络(self-distillation multi-stage cascaded network, SMCNet)。【方法】首先,使用分割变换器(segmentation transformer, SegFormer)作为骨干网络以双流的方式分别提取三色图(red green blue, RGB)和深度图中的特征信息,得到4组特征输出; 其次,设计了特征增强模块(feature enhancement module, FEM),将这四组特征进行特征增强后分组融合,以充分提取双模态特征中的有用信息并充分交融; 最后,设计了自蒸馏监督模块(self-distillation supervision module, SSM),通过自蒸馏方法将高层特征中的有价值信息传递到低层特征中,并设计了多级级联监督模块(multi-stage cascaded supervision module, MCSM)进行跨层监督,得到最终的预测图。【结果】在室内场景双模态数据集纽约大学深度版本2(New York University Depth version 2, NYUDv2)和场景理解彩色-深度(scene understanding red green blue-depth, SUN RGB-D)上,相比已有的方法,本研究提出的模型在相同条件下得到的结果超过其他方法,均值交并比(mean intersection over union, MIoU)在NYUDv2和SUN RGB-D两个数据集上分别达到了57.3%和53.1%。【结论】SMCNet能比较准确地解析出室内场景中不同类别的物体,可为室内机器人获取室内视觉信息提供一定的技术支撑。

MIWOA-LSSVM方法的构建及其在生物质炭模式分类中的应用

2024年06月28 00:00

【目的】最小二乘支持向量机(least square support vector machine,LSSVM)的性能受惩罚因子和核函数参数的影响较大,为了优化这些参数,提出一种基于多策略改进的鲸鱼优化算法(multi-strategy improved whale optimization algorithm,MIWOA)。【方法】首先,采用Logistic混沌初始化方法替代随机初始化,以提高种群的多样性,进而提高搜索效率; 然后,引入了非线性收敛因子和动态惯性权重,以增强算法的全局搜索能力; 最后,采用具有长尾分布的Lévy飞行策略,以跳出局部最优解,扩大搜索范围。【结果】将本研究所构建的MIWOA-LSSVM集成方法用于多类别生物质炭的模式分类,结果显示MIWOA算法在参数寻优上速度更快,仅迭代7次就能得到参数最优组合。随后,利用MIWOA算法优化的参数,结合LSSVM模型进行分类,成功将分类准确率提升至96.38%。【结论】本研究结果证明了MIWOA算法在参数寻优上的可行性和高效性,同时表明MIWOA-LSSVM集成方法在多类别模式识别中具有良好的应用前景,可为优化算法在参数寻优上提供一定的参考。

橡胶-粉土混合土动力特性试验研究

何顺锋,曹宇春,金泽平 — 2024年06月28 00:00

【目的】为了解橡胶颗粒掺入粉土中对其动力特性的影响,对橡胶-粉土混合土进行动力特性研究。【方法】将不同体积分数(0%、5%、10%、20%)的橡胶颗粒掺入粉土试样中,在不同竖向应力作用下,采用GDS动态循环单剪试验系统,对混合土的动剪切模量和阻尼比进行研究。【结果】混合土的动剪切模量随竖向应力的增大而增大,随橡胶颗粒体积分数和动剪应变的增大而减小; 阻尼比随竖向应力的增大而减小,随动剪应变的增大而增大; 橡胶颗粒体积分数对阻尼比的影响分为两个阶段,在动剪应变小于0.1%时,阻尼比随着橡胶颗粒体积分数的增大而增大,而在动剪应变大于0.1%时,阻尼比随着橡胶颗粒体积分数的增大而减小。【结论】本研究结果可为废旧轮胎橡胶颗粒在实际工程中的应用提供参考。

软弱夹层结构面剪切特性各向异性试验研究

2024年06月28 00:00

【目的】研究不同剪切方向下软弱夹层结构面剪切特性的差异。【方法】选取各向异性特征明显的天然三维结构面形貌,制作了具有不同充填度的含淤泥质黏土结构面试样; 基于自主研发的软弱夹层岩石结构面各向异性直剪仪,开展了不同充填度下含有软弱夹层岩石结构面各向异性直剪试验,分析了软弱夹层结构面剪切特性的各向异性规律。【结果】 1)不同剪切方向下无充填结构面剪应力-剪切位移曲线具有峰前硬化和峰后软化特征,其法向与剪切位移曲线表现出先剪缩后剪胀的变化趋势; 2)相同充填度不同剪切方向下软弱夹层结构面剪应力-剪切位移变化规律存在差异,且剪应力与剪切位移的峰后软化特征随着充填度的增大逐渐消失; 3)同一充填度下结构面峰值抗剪强度随着剪切方向的变化呈现差异; 各向异性程度随着充填度增大呈现出先增大后减小的规律; 4)同一充填度下软弱夹层结构面法向与剪切位移曲线随剪切方向差异呈现不同的变化规律,剪切特性随充填度增大由剪胀转变为剪缩,各向异性程度降低。【结论】本试验结果对研究岩体滑坡的破坏机理具有一定的参考价值。

不同基坑围护结构与支撑结构组合的土体位移分析

夏建中,吴彦苇 — 2024年06月28 00:00

【目的】为了解型钢支撑结构及混凝土支撑结构与不同类型围护墙体系的适配性,采用数值模拟方法对其进行研究。【方法】选择有限元软件来分析型钢支撑结构及混凝土支撑结构与不同围护桩体系组合情况下,基坑周边土体的变形情况及其变化规律。【结果】当3种实际工程常用围护结构均采用相同支撑材料时,钻孔灌注桩对基坑周边土体的竖向位移控制效果最佳,等厚度水泥土搅拌桩(trench cutting re-mixing deep wall,TRD)工法桩次之。采用不同支撑材料时,钻孔灌注桩组合型钢支撑对基坑周边土体的竖向位移控制效果最佳,其次分别是型钢水泥土搅拌桩(soil mixed wall,SMW)工法桩、TRD工法桩两种型钢内插式围护结构组合混凝土支撑。钻孔灌注桩更适合组合型钢支撑,SMW工法桩和TRD工法桩更适合组合混凝土支撑; 不同的组合支护形式下,整体的水平位移曲线与竖向位移曲线分布趋势都主要取决于围护结构的选用,而支撑则是在位移曲线走向的基础上对组合支护基坑的周边土体位移控制效果产生影响。【结论】本研究结果可为软土地基下基坑工程的组合支护选型提供理论参考。

老化微塑料对重金属镉的吸附特征

2024年06月28 00:00

【目的】光老化是微塑料老化的一种重要过程。光老化会改变微塑料的表面形貌和物理化学性质,进而影响微塑料与重金属间的相互作用,因此对光老化前后微塑料吸附镉离子的特征进行了研究。【方法】首先采用340 nm紫外光老化聚丙烯(polypropylene,PP)和聚酰胺66(polyamide66,PA66)微塑料,借助扫描电镜和傅里叶红外光谱对老化前后微塑料进行表征; 然后采用静态吸附试验,研究老化前后微塑料对镉离子的吸附动力学、吸附等温线,分析溶液pH和温度对微塑料吸附镉离子的影响; 最后比较微塑料吸附的镉离子在超纯水和模拟胃液中的解吸率。【结果】微塑料对镉离子的吸附过程符合准二级动力学模型(R²>0.91)和Freundlich模型(R²>0.96)。老化微塑料对镉离子的吸附能力要高于老化前,这与老化微塑料比表面积增大和C=O官能团增加有关。随着溶液pH增加,微塑料对镉离子的吸附表现出先增加后降低的趋势。微塑料对镉离子的吸附是自发进行的吸热过程,温度升高有利于吸附。解吸试验表明微塑料吸附的镉离子在模拟胃液中的解吸率高于超纯水,且老化微塑料的解吸率降低。【结论】本研究结果为全面了解微塑料与重金属的相互作用行为提供了一定的理论依据。