Journal of Zhejiang University

Current Issue: <JZUS-A>

Journal of Zhejiang University-SCIENCE A (Applied Physics & Engineering)

ISSNs 1673-565X (Print); 1862-1775 (Online); CN 33-1236/O4; started in 2000,Monthly.

JZUS-A is a peer-reviewed physical and engineering journal, indexed by SCI-E, Ei Compendex, INSPEC, CA, SA, JST, AJ, ZM, CABI, ZR, CSA, etc. It mainly covers research in Applied Physics, Mechanical and Civil Engineering, Environmental Science and Energy, Materials Science and Chemical Engineering, etc.

Impact factor: 0.408 (2011), 0.527 (2012), 0.608 (2013), 0.882 (2014), 0.941 (2015), 1.214 (2016), 1.215 (2017), 1.369 (2018).

Journal of Zhejiang University SCIENCE A

ISSN 1673-565X(Print), 1862-1775(Online), Monthly

2020 Vol.21 No.3 P.167-248

<<< CONTENTS >>>

Articles

Optimization of ultrasonic parameters for effective detachment of biofilm cells in an actual drinking water distribution system

Hong-xi Peng, Yu Shao, Yi-fu Zhang, Ruo-wei Wang, David Z. Zhu, Huan-yu Chen, Jing-qing Liu

DOI: 10.1631/jzus.A1900416 Downloaded: 1858 Clicked: 3072 Cited: 0 Commented: 0(p.167-178) <Full Text> <PPT> 1701

Chinese summary <31> 促進飲用水供水管道生(shēng)物(wù)膜脫落的超聲處理參數優化

目的:從貧營養環境(如飲用水供水管道)中(zhōng)獲取足量的DNA是用分(fēn)子生(shēng)物(wù)學的方法研究微生(shēng)物(wù)群落的重要環節. 盡管如此,DNA量不足始終是對飲用水環境樣品進行宏基因組測序時最大(dà)的問題之一(yī). 爲了獲得盡可能多的微生(shēng)物(wù),本文采用超聲處理進行微生(shēng)物(wù)分(fēn)離(lí),并研究處理供水管道生(shēng)物(wù)膜的最佳超聲處理參數.
創新點:本研究提供了一(yī)種預處理方法,可以從實際供水管道生(shēng)物(wù)膜中(zhōng)提取更多可靠的DNA,可以更好地解決貧營養環境中(zhōng)DNA的收集問題.
方法:1. 用挑選的細菌(Pelomonas sp.)形成的生(shēng)物(wù)膜來初步研究三個超聲參數的最佳水平,即功率、時間和超聲處理次數; 2. 基于這些值,對每個超聲參數選擇三個水平,并對實驗室培養的飲用水生(shēng)物(wù)膜進行正交試驗,以進一(yī)步确定能有效分(fēn)離(lí)生(shēng)物(wù)膜的最佳超聲參數水平; 3. 使用研究所得的最優超聲處理參數對從實際供水管道采集的生(shēng)物(wù)膜進行處理,以驗證其效果.
結論:1. 最佳超聲功率、時間和次數分(fēn)别爲13 W、1 min和15次,且兩次超聲處理之間需要20 min的靜置期; 2. 與沒有進行超聲處理的樣品相比,研究所得的最優超聲處理不會降低DNA質量,而且可以将提取的DNA量增加至少4.78倍.

關鍵詞組：生(shēng)物(wù)膜; 飲用水供水管道; DNA量; DNA質量; 超聲處理

Nonlinear analysis of pile groups subjected to combined lateral and torsional loading

Ling-gang Kong, Zhong-chang Zhang, Yun-min Chen

DOI: 10.1631/jzus.A1900590 Downloaded: 2249 Clicked: 4327 Cited: 0 Commented: 0(p.179-192) <Full Text> <PPT> 1822

Chinese summary <32> 水平偏心受荷群樁的非線性分(fēn)析

目的:群樁基礎在近海建/構築物(wù)及橋梁中(zhōng)廣泛應用,而風、浪、船舶撞擊等在群樁基礎中(zhōng)産生(shēng)的水平和扭轉荷載往往影響群樁基礎的安全. 本文旨在提出一(yī)套能夠計算水平和扭轉荷載聯合作用下(xià)的群樁非線性響應簡化分(fēn)析方法.
創新點:1. 采用廣義p乘子法考慮群樁中(zhōng)各樁水平變形導緻的樁-土-樁相互作用; 2. 建立基于瞬時轉動中(zhōng)心的基樁樁頭位移關系和承台平衡方程.
方法:1. 通過理論分(fēn)析給出基樁樁頭位移之間的關系,建立承台平衡方程; 2. 采用荷載傳遞模型(p-y和τ-θ曲線)模拟樁周土體(tǐ)非線性響應; 3. 采用廣義p乘子法考慮群樁中(zhōng)各樁水平變形導緻的樁-土-樁相互作用,并采用耦合因子計算基樁中(zhōng)推-扭耦合響應; 4. 通過叠代方法求解各基樁p乘子和群樁響應.
結論:1. 多組算例均表明本文提出的群樁非線性分(fēn)析模拟能夠較準确地模拟群樁響應,尤其在承台位移較大(dà)的情況下(xià); 2. 廣義p乘子能夠有效地模拟群樁效應的主要部分(fēn); 3. 模型中(zhōng)的簡化公式能夠應用于實際工(gōng)程問題分(fēn)析.

關鍵詞組：水平和扭轉組合荷載; 群樁; 轉動中(zhōng)心; p乘子; 群樁效應

Numerical analysis of reasons for the CO distribution in an opposite-wall-firing furnace

Xiao-qiang Xie, Jian-guo Yang, Chao-yang Zhu, Chuan-huai Liu, Hong Zhao, Zhi-hua Wang

DOI: 10.1631/jzus.A1900363 Downloaded: 1963 Clicked: 3122 Cited: 0 Commented: 0(p.193-208) <Full Text> <PPT> 1767

Chinese summary <31> 前後牆對沖燃燒鍋爐内CO分(fēn)布原因的數值分(fēn)析

目的:前後牆對沖燃燒鍋爐在實際運行中(zhōng)普遍存在沿爐膛寬度CO體(tǐ)積分(fēn)數呈中(zhōng)間低、兩邊高的分(fēn)布特點. 該分(fēn)布特點往往伴随着鍋爐效率降低、爐膛出口NO_x排放(fàng)偏高、側牆結渣和高溫腐蝕嚴重等一(yī)系列問題. 本文旨在分(fēn)析前後牆對沖燃燒鍋爐内CO分(fēn)布規律的形成原因,爲機組運行調整與燃燒系統改造等工(gōng)程實踐提供理論依據.
創新點:1. 針對煤粉爐燃燒過程中(zhōng)存在劇烈氣固反應流的特點,定義了與氣、固相質量變化無關的風、煤分(fēn)布系數η_a和η_p,進而得到了風/煤混合系數η. 2. 對比爐膛不同區域内的CO分(fēn)布與風/煤混合系數分(fēn)布,結合爐膛的空氣動力學特性,解釋了前後牆對沖燃燒鍋爐内CO分(fēn)布特征的形成過程.
方法:1. 建立一(yī)台660 MWe前後牆對沖燃燒鍋爐的數值模型,并通過現場測量數據與模拟數據的比較,驗證模型的有效性(表5和圖3). 2. 定義爐内風、煤分(fēn)布系數與風/煤混合系數(公式(1)~(3)). 3. 對比不同特征截面上CO分(fēn)布特性與風/煤混合特性,探讨二者之間的關聯性(圖4和5). 3. 分(fēn)析風的分(fēn)布和煤的分(fēn)布分(fēn)别對風/煤混合特性的影響(圖6和7). 4. 綜合考慮爐内氣流結構、風和煤的分(fēn)布及其混合特性,揭示爐内CO分(fēn)布規律的形成原因(圖4~9).
結論:1. 對前後牆對沖燃燒鍋爐而言,燃燒器區域出口的CO大(dà)量聚集在爐膛中(zhōng)間至側牆區域,燃盡風區域出口的CO則主要集中(zhōng)于側牆附近. 2. CO分(fēn)布與風/煤混合系數分(fēn)布基本一(yī)緻. 3. 在整個爐膛空間内,風和煤粉皆有向側牆流動的趨勢,但煤粉更加聚集在側牆周圍. 4. 在燃燒器區域,對沖氣流使得風與煤粉向側牆流動,然後在爐膛四角形成渦流; 四角渦流導緻煙氣在沿側牆上升的過程中(zhōng)發生(shēng)明顯的氣固分(fēn)離(lí),使煤粉被甩至側牆附近并在那裏燃燒,形成高濃度CO; 5. 在燃盡風區域,燃盡風與側牆附近煙氣的混合并不理想,因此側牆附近的高濃度CO難以消除,最終導緻沿爐膛寬度的CO體(tǐ)積分(fēn)數呈中(zhōng)間低、兩邊高的分(fēn)布特點. 6. 基于上述結果,本文分(fēn)析了當前應用中(zhōng)存在的問題,并提出了改進建議.

關鍵詞組：前後牆對沖燃燒鍋爐; CO分(fēn)布; 風、煤分(fēn)布; 兩相流; 四角渦流; 燃盡風

Numerical investigation of dynamic properties of plasma sheath with pitching motion

De-yang Tian, Guo-chao Fan, Wei-fang Chen

DOI: 10.1631/jzus.A1900503 Downloaded: 1730 Clicked: 2404 Cited: 0 Commented: 0(p.209-217) <Full Text> <PPT> 1618

Chinese summary <27> 俯仰運動下(xià)等離(lí)子鞘套動态特性數值研究

目的:通過對俯仰運動情況下(xià)的鈍錐體(tǐ)等離(lí)子鞘套進行數值模拟,揭示動态等離(lí)子鞘套的分(fēn)布規律,提高數據的可靠性,爲進一(yī)步研究入射電磁波與動态等離(lí)子鞘套的相互作用機理提供有力依據,并爲再入飛行器黑障問題的解決和再入飛行器設計提供參考.
創新點:考慮熱化學非平衡效應的簡化常規Burnett(SCB)方程能夠更準确地描述再入飛行器等離(lí)子鞘套的動态分(fēn)布規律.
方法:1. 提出稀薄流域穩态與動态等離(lí)子鞘套數值模拟方法; 2. 對不同化學反應動力學模型和熱力學模型進行數值比較和驗證; 3. 引入俯仰運動後對再入飛行器等離(lí)子鞘套的動态特性進行數值模拟.
結論:1. 在稀薄流條件下(xià)SCB方程模拟得到的激波更厚,對等離(lí)子鞘套的刻畫更爲準确精細. 2. 7組元Gupta化學反應模型與Park雙溫模型的計算結果優于其他模型. 3. 引入俯仰運動後,飛行器不同位置的碰撞頻(pín)率等關鍵參數與俯仰運動的周期存在相位差; 同時增強稀薄效應将減弱俯仰運動對動态等離(lí)子鞘套的擾動.

關鍵詞組：等離(lí)子鞘套; 動态; 熱力學非平衡; 稀薄流

Oxidative dehydrogenation of ethanol over Cu/Mg-Al catalyst derived from hydrotalcite: effect of ethanol concentration and reduction conditions

Piriya Pinthong, Piyasan Praserthdam, Bunjerd Jongsomjit

DOI: 10.1631/jzus.A1900451 Downloaded: 1913 Clicked: 2861 Cited: 0 Commented: 0(p.218-228) <Full Text> <PPT> 1567

Chinese summary <26> Cu/Mg-Al水滑石催化劑用于乙醇的氧化脫氫:乙醇濃度和還原條件的影響

目的:對現有的乙醇氧化脫氫體(tǐ)系中(zhōng)Mg-Al催化劑進行改進,以期獲得更高的收率和産物(wù)選擇性.
創新點:1. 制備Cu改性的Mg-Al催化劑用于乙醇氧化脫氫反應,獲得了更高的乙醛收率和選擇性; 2. Cu/Mg-Al催化劑制備方法簡單,制備價格低廉(無需貴金屬),制備條件溫和(無需高溫高壓); 3. Cu/Mg-Al催化劑在使用前無需預還原.
方法:1. 采用共沉澱法和浸漬法制備Cu/Mg-Al催化劑; 2. 通過乙醇氧化脫氫反應對催化劑進行考評,以探究Cu改性、乙醇濃度和催化劑的還原條件對催化活性的影響.
結論:1. 與Mg-Al催化劑相比,經由Cu改性的Mg-Al催化劑的乙醇氧化脫氫活性顯著提高; 在350 °C,乙醛最大(dà)收率爲41.8%. 2. 進料氣中(zhōng)水的存在(乙醇濃度下(xià)降)會對Cu/Mg-Al的催化性能産生(shēng)不利影響,使得乙醇轉化率和乙醛收率下(xià)降; 但在高溫區間(350~400 °C),這個不利影響有所減弱. 3. 反應前,催化劑在氫氣氣氛下(xià)的還原步驟對Cu/Mg-Al催化活性的影響不明顯.

關鍵詞組：氧化脫氫; 乙醇; 銅; Mg-Al水滑石; 乙醛; 催化劑

Effects of chain stiffness and shear flow on nanoparticle dispersion and distribution in ring polymer melts

Dan Wang, Feng-qing Li, Xiang-hong Wang, Shi-ben Li, Lin-li He

DOI: 10.1631/jzus.A1900530 Downloaded: 1849 Clicked: 2800 Cited: 0 Commented: 0(p.229-239) <Full Text> <PPT> 1662

Chinese summary <27> 鏈剛性和剪切場對環形聚合物(wù)熔體(tǐ)中(zhōng)納米顆粒分(fēn)散和空間分(fēn)布的影響

目的:一(yī)般情況下(xià),納米粒子在環形聚合物(wù)熔體(tǐ)中(zhōng)處于聚集狀态. 本文通過增加鏈剛性或施加穩定的剪切場來誘導納米粒子在環形聚合物(wù)熔體(tǐ)中(zhōng)的聚集-分(fēn)散轉變,使環形聚合物(wù)中(zhōng)的納米粒子達到最優的分(fēn)散狀态.
創新點:同時改變鏈剛性和剪切場強度,誘導納米粒子在分(fēn)散的同時進行有序排列.
方法:利用分(fēn)子動力學模拟方法,研究納米粒子在環形聚合物(wù)熔體(tǐ)中(zhōng)的分(fēn)散和空間分(fēn)布.
結論:1. 在較弱的高分(fēn)子/納米粒子(polymer-NP)相互作用力下(xià),增加環鏈的剛性或施加剪切場,可以誘導納米粒子(NPs)從聚集态向分(fēn)散态過渡. 2. 增加鏈的剛性可以提高NPs在環形聚合物(wù)熔體(tǐ)中(zhōng)的分(fēn)散度; NPs被半剛性(或棒狀)環形聚合物(wù)鏈包裹,有效地避免了NPs間的聚集,促使其分(fēn)散. 3. 随着剪切場強度的增加,聚集的NPs也會因polymer-NP相互作用、NP-NP相互作用以及剪切場之間的競争而趨于分(fēn)散; 由于polymer-NP相互作用強,所以NPs的空間分(fēn)布具有良好的有序性和分(fēn)散性. 4. 同時考慮剪切場和鏈剛性,可有效提高NPs在環形聚合物(wù)熔體(tǐ)中(zhōng)的分(fēn)散度和空間分(fēn)布,而鏈剛性的增加幹擾了NPs的有序結構.

關鍵詞組：環形聚合物(wù); 納米複合材料; 鏈剛性; 剪切場; 分(fēn)子動力學

Classification of hyperspectral images based on a convolutional neural network and spectral sensitivity

Cheng-ming Ye, Xin Liu, Hong Xu, Shi-cong Ren, Yao Li, Jonathan Li

DOI: 10.1631/jzus.A1900085 Downloaded: 2004 Clicked: 3790 Cited: 0 Commented: 0(p.240-248) <Full Text> <PPT> 1953

Chinese summary <28> 基于卷積神經網絡和光譜敏感度的高光譜影像分(fēn)類方法

目的:由于高光譜成像的特性,高光譜遙感影像較光學、多光譜影像具有更多的光譜信息,因此對高光譜影像地物(wù)的分(fēn)類也相對困難. 爲提高分(fēn)類精度,本文提出一(yī)個新的高光譜遙感影像分(fēn)類模型.
創新點:考慮到不同的地物(wù)覆蓋對不同波段範圍的電磁波有不同的敏感度,本文提出一(yī)個基于卷積神經網絡和光譜敏感度的深度學習模型,以提高對高光譜遙感影像地物(wù)分(fēn)類的準确率. 通過在最終的分(fēn)類器後添加一(yī)個光譜權重,該模型能夠更準确地分(fēn)類地物(wù).
方法:1. 将帶标記的樣本在光譜維度上分(fēn)爲可見光和紅外(wài)波段,并将部分(fēn)樣本作爲訓練集和測試集輸入到網絡中(zhōng)進行訓練. 2. 訓練完成後利用模型對全圖進行預測,并通過部分(fēn)預測結果計算出未識别率δ和誤識别率γ兩個參數. 3. 利用δ和γ可計算出不同光譜範圍的光譜權重并将其置于分(fēn)類器前(圖5).
結論:1. 模型加入光譜權重後的分(fēn)類準确率較之前提高了約2%. 2. 利用公共數據集測試後顯示,使用了光譜權重的卷積神經網絡模型的分(fēn)類精度比未使用光譜權重的模型高約1%. 3. 本文結果顯示,利用不同地物(wù)對電磁波的敏感性差别可以增加不同地物(wù)間的差異,從而提升分(fēn)類模型的性能.

關鍵詞組：高光譜影像; 深度學習; 卷積神經網絡; 光譜靈敏度