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

2022 Vol.23 No.12 P.955-1046

Cover:

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Contents:

<253>

<<< CONTENTS >>>

Review

Review: Inkjet 3D bioprinting for tissue engineering and pharmaceutics

Deng-ke ZHAO, He-qi XU, Jun YIN, Hua-yong YANG

DOI: 10.1631/jzus.A2200569 Downloaded: 2307 Clicked: 30119 Cited: 0 Commented: 7319(p.955-973) <Full Text> <PPT> 1607

Chinese summary <2909> 噴墨生(shēng)物(wù)3D打印的組織工(gōng)程和藥學應用

作者：趙登科^1,2,3，徐赫崎^1,3，尹俊^1,2，楊華勇¹
機構：¹浙江大(dà)學，流體(tǐ)動力與機電系統國家重點實驗室，中(zhōng)國杭州，310058；²浙江大(dà)學，浙江省三維打印工(gōng)藝與裝備重點實驗室，中(zhōng)國杭州，310058；³這些作者對本文的貢獻相同
概要：生(shēng)物(wù)3D打印具有通過層層疊加增材制造的方式構建所需載活細胞3D結構的能力。作爲生(shēng)物(wù)3D打印技術的重要組成部分(fēn)，噴墨生(shēng)物(wù)3D打印利用載細胞液滴作爲基本單元，構造仿生(shēng)組織或器官，以期用于替代人體(tǐ)損傷或病變的組織或器官。由于其優異的打印精度和準确性，噴墨生(shēng)物(wù)3D打印目前已被廣泛應用于組織工(gōng)程和藥物(wù)研發等領域。然而，盡管大(dà)量的應用已證明其在不同領域内的可行性和廣泛适用性，噴墨生(shēng)物(wù)3D打印仍然受限于生(shēng)物(wù)材料的選擇和打印工(gōng)藝。本文針對噴墨生(shēng)物(wù)3D打印，首先歸納總結了現有關鍵打印技術、可打印生(shēng)物(wù)材料和其在組織工(gōng)程和藥學領域内的典型應用，進而對其面臨的關鍵挑戰和潛在解決方案進行讨論。

關鍵詞組：噴墨生(shēng)物(wù)3D打印；生(shēng)物(wù)材料；體(tǐ)外(wài)組織模型；體(tǐ)内組織替代物(wù)；藥物(wù)篩選

Research Articles

Hole-growth phenomenon during pyrolysis of a cation-exchange resin particle

Zheng-liang HUANG, Yun-bo YU, Qi SONG, Yao YANG, Jing-yuan SUN, Jing-dai WANG, Yong-rong YANG

DOI: 10.1631/jzus.A2200233 Downloaded: 712 Clicked: 840 Cited: 0 Commented: 4(p.974-987) <Full Text> <PPT> 254

Chinese summary <499> 陽離(lí)子交換樹(shù)脂顆粒熱解過程中(zhōng)的孔增長現象

作者：黃正梁¹，餘雲波¹，宋琦¹，楊遙¹，孫靖元¹，王靖岱²，陽永榮²
機構：¹浙江大(dà)學，化學與生(shēng)物(wù)工(gōng)程學院,浙江省先進化學工(gōng)程制造技術重點實驗室,中(zhōng)國杭州,310027；²浙江大(dà)學，化學與生(shēng)物(wù)工(gōng)程學院，化學工(gōng)程國家重點實驗室,中(zhōng)國杭州，310027
目的：傳統非催化氣固反應模型無法用于解釋離(lí)子交換樹(shù)脂的熱解過程。本文旨在探讨不同條件下(xià)管式爐反應器中(zhōng)陽離(lí)子交換樹(shù)脂的熱解模式，并研究反應氣氛、反應溫度和樹(shù)脂結構對新型熱解模式的影響規律。希望提出的中(zhōng)心孔擴展模式爲非催化氣固反應模型的驗證和開(kāi)發提供指導。
創新點：1.确定一(yī)種新的非催化氣固反應，且該反應遵循中(zhōng)心孔膨脹模式；2.厘清中(zhōng)心空穴擴展模式的形成機理。
方法：1.通過實驗分(fēn)析及相關表征測試，研究反應氣氛、反應溫度和樹(shù)脂結構對新型熱解模式的影響規律；2.通過數值模拟和動力學角度（Flynn-Ozawa方法），分(fēn)析磺酸基團的分(fēn)解和轉化動力學，厘清中(zhōng)心空穴擴展模式的形成機理；3.通過仿真模拟（COMSOL Multiphysics），初步模拟樹(shù)脂顆粒在初始反應階段的溫度變化，爲陽離(lí)子交換樹(shù)脂熱解新模式提供間接驗證。
結論：1.确定了一(yī)種新的非催化氣固反應，且該反應遵循中(zhōng)心孔膨脹模式；2.厘清了中(zhōng)心空穴擴展模式的形成機理，發現其主要與磺酸基團的反應路徑有關；3.中(zhōng)心孔擴展模式因其規律的反應過程和可預測的反應位點，可爲非催化氣固反應模型的驗證和開(kāi)發提供指導。

關鍵詞組：非催化氣固反應；陽離(lí)子交換樹(shù)脂；熱解；中(zhōng)心擴孔；溫差；轉化

Enhanced photocatalytic performance of S-doped covalent triazine framework for organic pollutant degradation

Yi SHEN, Jing-yu HU, Lun LU, Chao ZHU, Qi-le FANG, Shuang SONG

DOI: 10.1631/jzus.A2200440 Downloaded: 690 Clicked: 805 Cited: 0 Commented: 0(p.988-997) <Full Text> <PPT> 234

Chinese summary <496> 硫摻雜(zá)共價三嗪骨架對提升有機污染物(wù)光催化降解性能的研究

作者：沈意¹，胡京宇¹，盧倫²，朱超^1,3，方齊樂⁴，宋爽¹
機構：1.浙江工(gōng)業大(dà)學，環境學院，中(zhōng)國杭州，310032；2.生(shēng)态環境部華南(nán)環境科學研究所，國家環境保護環境污染健康風險評價重點實驗室，中(zhōng)國廣州，510655；3.浙江工(gōng)業大(dà)學，化學工(gōng)程學院，中(zhōng)國杭州，310032；4.北(běi)京師範大(dà)學，自然科學高等研究院，中(zhōng)國珠海，519087
目的：随着工(gōng)業化的快速發展，各種有機化合物(wù)會導緻水質的惡化，進而對生(shēng)态系統和人類健康構成巨大(dà)威脅。因此，有機廢水的污染控制顯得尤爲重要。甲基橙（MO）和雙酚A（BPA）作爲典型的有機污染物(wù)，對環境和健康有不可忽視的影響。本文旨在構建可見光驅動去(qù)除廢水中(zhōng)有機污染物(wù)的低成本無金屬催化劑（CTFS_x），探究其降解有機污染物(wù)的性能，并提供一(yī)種實用有效的去(qù)除水中(zhōng)有機污染物(wù)的方案，爲基于CTF的光催化劑的設計和優化提供一(yī)種可行的方法。
創新點：針對MO和BPA污染物(wù)的性質和結構差異，考察了CTFS_x的光催化能力和污染物(wù)分(fēn)子中(zhōng)羟基官能團的影響，實現了水中(zhōng)有機污染物(wù)的高效去(qù)除和光催化劑的循環利用，并探明其光催化機制，不僅爲解決水中(zhōng)低濃度有機污染物(wù)去(qù)除的難題提供了針對性策略，也爲開(kāi)發具有增強可見光收集和電荷分(fēn)離(lí)的無金屬催化劑的設計提供了可行有效的方案。
方法：1.通過實驗分(fēn)析，以MO和BPA作爲染料和藥品及個人護理品（PPCPs）的代表性污染物(wù)探針，檢測材料的光催化性能與污染物(wù)分(fēn)子中(zhōng)羟基官能團的關系；2.基于表征和性能實驗從活性氧（ROS）和材料性質兩方面得出催化劑性能提升的機制。
結論：1. CTFS_x對MO和BPA的光催化降解效果優于CTF-1，具有較好的穩定性和可重用性；CTFS₅具有最佳的光催化性能；在可見光催化反應的6 h内，53.2%的MO和84.7%的BPA被降解，且降解的拟一(yī)級速率常數可分(fēn)别達到0.145 h^?1和0.29 h^?1，分(fēn)别是CTF-1的3.6倍和5.8倍。2.可見光吸收的增強、自由電荷複合程度的降低、光生(shēng)電子和空穴的快速分(fēn)離(lí)和轉移以及·OH産生(shēng)量的提高是導緻光催化活性顯著提高的重要因素。3. S摻雜(zá)方法有效地改進了CTF-1的光吸收性能、電子結構和調制能帶結構。

關鍵詞組：共價三嗪骨架；光催化；硫摻雜(zá)；甲基橙；雙酚A

Optimum insulation thickness of external walls by integrating indoor moisture buffering effect: a case study in the hot-summer-cold-winter zone of China

Yan-hao FENG, Zi-tao YU, Jiang LU, Xu XU

DOI: 10.1631/jzus.A2200158 Downloaded: 734 Clicked: 1030 Cited: 0 Commented: 466(p.998-1012) <Full Text> <PPT> 250

Chinese summary <494> 結合室内濕緩沖效應的外(wài)牆最佳保溫層厚度：中(zhōng)國夏熱冬冷地區的案例研究

作者：馮彥皓¹，俞自濤^1,2，陸江³，徐旭⁴
機構：¹浙江大(dà)學，熱工(gōng)與動力系統研究所，中(zhōng)國杭州，310027；²浙江大(dà)學，清潔能源利用國家重點實驗室，中(zhōng)國杭州，310027；³浙江科技學院，土木與建築工(gōng)程學院，中(zhōng)國杭州，310023；⁴中(zhōng)國計量大(dà)學，能源工(gōng)程研究所，中(zhōng)國杭州，310018
目的：探讨室内和外(wài)牆中(zhōng)的濕緩沖效應對外(wài)牆最佳保溫層厚度的影響，提高夏熱冬冷地區外(wài)牆最佳保溫層厚度的預測精度。
創新點：1.通過結合熱濕耦合傳遞模型和室内熱濕環境模型，構建考慮室内濕緩沖效應的最佳保溫層厚度優化方法；2.獲得室内濕緩沖對最佳保溫層厚度的影響規律及與外(wài)牆濕緩沖的對抗關系。
方法：1.通過理論分(fēn)析，構建水分(fēn)從室外(wài)環境轉移至室内環境時的外(wài)牆能量負荷，并得到最佳保溫層厚度的優化方法（圖1）；2.通過案例研究，得到氣密性和室内熱源對最佳保溫層厚度的影響（圖6）；3.通過優化方法間的對比，探讨室内濕緩沖和外(wài)牆濕緩沖對最佳保溫層厚度的影響。
結論：1.室内濕緩沖效應對最佳保溫層厚度的影響是圍護結構外(wài)牆中(zhōng)濕緩沖效應的2.54倍，而且這兩種濕緩沖效應對最佳保溫厚度的貢獻相反。2.在每小(xiǎo)時換氣一(yī)次（1 ACH）和100%正常熱源條件下(xià)，南(nán)牆的最佳保溫厚度可能被高估了2.13%~3.59%，而單面牆的年能量負荷可能被低估了10.10%~11.44%；在同屬夏熱冬冷地區的不同城市中(zhōng)，外(wài)牆濕緩沖的影響差異較大(dà)。3.氣密性的降低和室内熱源的增加會導緻最佳保溫厚度的輕微降低。

關鍵詞組：保溫層厚度優化；熱濕耦合傳遞；室内水分(fēn)緩沖；外(wài)牆；生(shēng)命周期成本

Investigations on lubrication characteristics of high-speed electric multiple unit gearbox by oil volume adjusting device

Shuai SHAO, Kai-lin ZHANG, Yuan YAO, Yi LIU, Jun GU

DOI: 10.1631/jzus.A2200274 Downloaded: 865 Clicked: 834 Cited: 0 Commented: 0(p.1013-1026) <Full Text> <PPT> 250

Chinese summary <495> 通過油量調節裝置研究高速動車(chē)組齒輪箱的潤滑特性

作者：邵帥¹，張開(kāi)林¹，姚遠¹，劉逸¹，顧俊²
機構：¹西南(nán)交通大(dà)學，牽引動力國家重點實驗室，中(zhōng)國成都，610031；²蘇州舜雲工(gōng)程軟件有限責任公司，中(zhōng)國蘇州，215100
目的：油量調節裝置作爲高速動車(chē)組齒輪箱的一(yī)個重要零部件，可實現不同油溫環境下(xià)自動調節從動齒輪攪油的油位。本文旨在探讨油量調節裝置在不同工(gōng)作狀态下(xià)對齒輪功率損失和各軸承潤滑油量的影響，爲定量評估齒輪箱潤滑特性提供有效依據。
創新點：1.建立實際工(gōng)況下(xià)高速動車(chē)組齒輪箱的高保真三維模型，并探讨油量調節裝置的不同工(gōng)作狀态對齒輪箱潤滑特性的影響；2.在齒輪箱各軸承位置設置監測環，并從各軸承的潤滑油油量和覆蓋率的角度分(fēn)析軸承潤滑特性。
方法：1.應用移動粒子半隐式（MPS）方法，對比分(fēn)析油量調節裝置的不同工(gōng)作狀态對齒輪箱潤滑特性的影響；2.通過與德國齒輪研究中(zhōng)心（FZG）的試驗結果進行對比，驗證數值仿真方法的準确性和适用性；3.通過數值仿真，分(fēn)析不同轉速、不同浸油深度、不同油溫等實際工(gōng)況下(xià)的齒輪箱攪油功率損失和各軸承的潤滑油油量。
結論：1. MPS方法非常适用于分(fēn)析複雜(zá)結構的齒輪箱的潤滑特性；2.齒輪功率損失和各軸承潤滑油油量與齒輪轉速、浸油深度和潤滑油油溫呈正相關；3.油量調節裝置主要通過減少輸出齒輪攪拌的潤滑油油量來減少齒輪的功率損失和參與軸承潤滑的潤滑油油量。

關鍵詞組：高速動車(chē)組；飛濺潤滑；無網格移動粒子半隐式法；軸承潤滑；攪油功率損失；油量調節裝置

A novel stacking-based ensemble learning model for drilling efficiency prediction in earth-rock excavation

Fei LV, Jia YU, Jun ZHANG, Peng YU, Da-wei TONG, Bin-ping WU

DOI: 10.1631/jzus.A2200297 Downloaded: 736 Clicked: 846 Cited: 0 Commented: 0(p.1027-1046) <Full Text> <PPT> 250

Chinese summary <334> 土方開(kāi)挖過程中(zhōng)鑽進效率預測的Stacking集成學習模型

作者：呂菲，餘佳，張君，俞澎，佟大(dà)威，吳斌平
機構：天津大(dà)學，水利工(gōng)程仿真與安全國家重點實驗室，中(zhōng)國天津，300350
目的：對鑽進效率進行精确預測是制定土方開(kāi)挖進度計劃的關鍵。但現有預測方法多采用單個機器學習模型，存在參數敏感性和過拟合等問題，且往往忽略了環境因素和人員(yuán)操作因素的影響。針對這些問題，本文提出一(yī)種同時考慮多種因素綜合影響的新的集成學習預測方法。
創新點：1.建立一(yī)種基于Stacking集成學習的鑽進效率預測模型；2.定量地考慮地質特性、人員(yuán)操作、環境和機械特性等多種因素的綜合影響；3.提出一(yī)種基于自适應步長策略的改進布谷鳥搜索優化方法，優化模型關鍵參數。
方法：1.通過多次對比實驗，最終選擇極值梯度提升（XGBoost）、随機森(sēn)林（RF）和反向傳播神經網絡（BPNN）三個模型作爲基學習器，支持向量回歸（SVR）作爲元學習器進行集成。2.建立基于自适應步長策略的改進布谷鳥搜索優化算法，對集成模型的Max_depth等超參數進行優化。3.将鑽進效率值及相關影響因素的樣本數據輸入到每個基學習器中(zhōng)，得到相應的輸出結果，再将預測結果作爲元學習器的輸入值，得到最終的預測結果。4.以中(zhōng)國西南(nán)地區某土石方工(gōng)程爲例，通過五折交叉驗證方法，驗證模型的魯棒性，并采用五個常用評價指标評價模型的精度和泛化性能。
結論：工(gōng)程應用結果表明，相比于目前流行的單個機器學習方法中(zhōng)預測性能最好的XGBoost和基于粒子群算法優化的Stacking集成模型，本文所提方法的平均絕對百分(fēn)比誤差（MAPE）分(fēn)别提高了16.43%和4.88%。

關鍵詞組：鑽進效率；預測；土方開(kāi)挖；Stacking集成學習；改進的布谷鳥搜索算法