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

2016 Vol.17 No.2 P.89-170

<<< CONTENTS >>>

Articles

Pressure drop in a packed bed with sintered ore particles as applied to sinter coolers with a novel vertically arranged design for waste heat recovery

Fu-you Tian, Lian-feng Huang, Li-wu Fan, Hong-liang Qian, Jia-xi Gu, Zi-tao Yu, Ya-cai Hu, Jian Ge, Ke-fa Cen

DOI: 10.1631/jzus.A1500088 Downloaded: 3272 Clicked: 4847 Cited: 3 Commented: 0(p.89-100) <Full Text> <PPT> 2041

Chinese summary <26> 应用于余热回收的新型烧结矿立式冷却装置填充床阻力研究

目的：研究余热回收中的新型烧结矿立式冷却装置填充床的阻力特性，揭示烧结矿填充床宏观特性参数和空隙流动状态，提出适用于烧结矿的阻力特性公式。
创新点：1. 采用实验方法，获取全面的复杂异形烧结矿颗粒宏观特性数据；2. 通过实验测量，提出适用于烧结矿填充床的修正型Ergun阻力方程。
方法：1. 采用多种实验方法，测量烧结矿的颗粒粒度、球形度和堆积空隙率等宏观特性参数；2. 通过阻力实验数据分析，得到烧结矿填充床的宏观特性参数和堆积空隙流动状态；3. 通过实验数据拟合，提出适用于烧结矿的阻力特性公式。
结论：1. 表观流速为0.4(2.4 m/s时烧结矿填充床堆积空隙流动状态由层流过渡到湍流；2. Ergun方程的不规则异形颗粒的阻力预测值比实验值偏低约40%；3. 提出的修正型Ergun预测公式能够预测颗粒雷诺数500至12 000的烧结矿填充床阻力，预测误差在10%以内。

关键词组：压降；多孔介质；烧结矿冷却；填充床；余热回收

A hybrid short-term load forecasting method based on improved ensemble empirical mode decomposition and back propagation neural network

Yun-luo Yu, Wei Li, De-ren Sheng, Jian-hong Chen

DOI: 10.1631/jzus.A1500156 Downloaded: 2927 Clicked: 5901 Cited: 1 Commented: 0(p.101-114) <Full Text> <PPT> 2296

Chinese summary <26> 一种基于改进总体经验模态分解与反向传播神经网络的短期负荷预测方法

目的：短期电力负荷预测是电力系统安全调度、经济运行的重要依据。研究处理非线性、非稳态电力负荷信号的新方法，建立短期负荷预测的混合模型，提高短期负荷预测的精确度。
创新点：1. 提出一种改进总体经验模态分解（EEMD）方法，抑制传统EEMD方法中的端点效应问题； 2. 提出一种基于改进EEMD和反向传播神经网络（BPNN）的短期负荷预测方法。
方法：1. 使用改进的EEMD方法将非稳态、非线性的电力负荷信号分解为一系列的内禀模态函数和一个趋势余量；2. 移除所得的高频内禀模态函数；3. 使用BPNN分别预测各内禀模态函数及趋势余量；4. 使用BPNN组合各内禀模态函数及趋势余量预测结果，即为最终负荷预测结果。
结论：1.所提出的改进EEMD方法能有效抑制传统EEMD方法中的端点效应问题；2. 在相同条件下，所提出的基于改进EEMD和BPNN的短期负荷预测方法较 BPNN、EMD-BPNN、EEMD-BPNN、SARIMA-BPNN、WTNNEA和WGMIPSO预测方法有更高的精确度。

关键词组：集合经验模态分解；内禀模态函数；反向传播神经网络；短期负荷预测

A hybrid EMD-AR model for nonlinear and non-stationary wave forecasting

Wen-yang Duan, Li-min Huang, Yang Han, De-tai Huang

DOI: 10.1631/jzus.A1500164 Downloaded: 2957 Clicked: 4230 Cited: 1 Commented: 0(p.115-129) <Full Text> <PPT> 1969

Chinese summary <24> 一种用于非线性非平稳波浪极短期预报的复合经验模态分解自回归模型

目的：相对于由能量平衡方程得到的数值预报模型和以神经网络为代表的非线性模型而言，自回归（AR）模型在波浪预报中具有计算效率高、自适应性强和建模所需的样本小等优点，但同时存在局限于平稳线性假设的缺陷。针对非线性非平稳波浪的极短期预报问题，提出一种复合的经验模态分解自回归预报模型，提高波浪预报精度。
创新点：1. 研究非线性非平稳波浪极短期预报问题，提出一种复合的预报方法；2. 基于三个不同地理位置的海洋波浪实测数据对预测模型进行验证，并分析非线性非平稳性对波浪预报结果的影响。
方法：1. 在AR模型中引入经验模态分解（EMD）方法，形成复合的EMD-AR预报模型；2. 分析实测波浪数据的非线性和非平稳性特点，并基于实测波浪数据获得AR模型和EMD-AR模型的预报结果；3. 基于多种预报误差度量分析AR模型和EMD-AR模型的预报性能以及非线性非平稳性对波浪预报结果的影响。
结论：1. 波浪非线性和非平稳性会导致AR预报模型精度降低。预报误差中，幅值上的偏差主要由波浪的非线性引起，而相位上的偏差则是源于波浪的非平稳性；2. EMD方法能够有效地克服波浪非线性和非平稳性对AR模型在精度上所带来的不良影响，在精度上EMD-AR模型的预报结果较AR模型有较大提高。

关键词组：波浪预报；非线性和非平稳性；自回归模型；经验模态分解；经验模态分解自回归模型

A meshless method based on moving least squares for the simulation of free surface flows

Yu Lu, An-kang Hu, Ya-chong Liu, Chao-shuai Han

DOI: 10.1631/jzus.A1500053 Downloaded: 2957 Clicked: 5215 Cited: 1 Commented: 0(p.130-143) <Full Text> <PPT> 2069

Chinese summary <29> 一种基于移动最小二乘无网格法的自由面流动数值研究

目的：自由面流动中的大变形、复杂几何边界等问题一直备受工程界的关注。本文基于拉格朗日观点，采用移动最小二乘的无网格技术数值模拟流场，研究溃坝流、孤立波传播及液舱晃荡等复杂变形的自由面流动，验证该方法的准确性与可靠性。
创新点：1. 通过不可压缩Navier-Stokes方程，采用投影法推导出压力与速度之间的关系；2. 借助移动最小二乘法的思想，对压力泊松方程进行离散求解。
方法：1. 通过理论推导，得出不可压缩流动中压力与速度之间的泊松方程式，并采用移动最小二乘法离散求解该偏微分方程；2. 采用数值计算，对自由面流动问题中的三个典型算例进行模拟；3. 将数值计算结果与文献中的试验结果进行比较。
结论：1. 基于移动最小二乘的无网格法能够较准确地模拟自由面流动中的液体迸溅、翻滚、破碎以及入水等强非线性现象，在处理大变形流动问题时体现出较好的灵活性及较强的自由面模拟能力；2. 对比分析数值计算结果与试验现象，得到一致性较好的结果，验证了该无网格法的准确性与可靠性。

关键词组：无网格法；移动最小二乘；自由面流动；有限点法；溃坝流；孤立波传播；液舱晃荡

Synthesis of ferrocene- and azobenzene-based compounds for anion recognition

Xiao-ting Zhai, Hao-jie Yu, Li Wang, Zheng Deng, Zain-ul Abdin, Yong-sheng Chen

DOI: 10.1631/jzus.A1500183 Downloaded: 2578 Clicked: 3767 Cited: 1 Commented: 0(p.144-154) <Full Text> <PPT> 1828

Chinese summary <27> 用于阴离子识别的二茂铁基偶氮苯化合物的合成

目的：研究二茂铁基偶氮苯化合物的光电响应性能及离子识别性能，并研究取代基对其离子识别性能的影响。
创新点：考察取代基对于二茂铁基偶氮苯化合物的影响，并提出可能的机理。
方法：循环伏安（CV）法和紫外可见吸收光谱（UV-vis）法。
结论：通过CV法和UV-vis法研究二茂铁基偶氮苯化合物的离子识别性能，发现硝基取代的化合物对于F^-和H₂PO₄^-具有选择性离子识别作用，而氨基取代的化合物则识别作用不明显。

关键词组：二茂铁；偶氮苯；光电响应；离子识别

A novel organosilicon-based ionic plastic crystal as solid-state electrolyte for lithium-ion batteries

Xin-yue Zhao, Jing-lun Wang, Hao Luo, Hu-rong Yao, Chu-ying Ouyang, Ling-zhi Zhang

DOI: 10.1631/jzus.A1500099 Downloaded: 2760 Clicked: 5300 Cited: 0 Commented: 0(p.155-162) <Full Text> <PPT> 1968

Chinese summary <25> 新型有机硅基离子塑晶材料作为固态电解质用于锂离子电池

目的：合成新型的有机硅基离子塑晶材料 [DTMA][TFSI]，测试材料的物理和电化学性能，研究其掺杂改性并作为固态电解质用于锂离子电池。
创新点：1. 合成新型的有机硅基离子型塑晶材料；2. 将三元复合塑晶材料作为固态电解质在室温下用于锂离子电池。
方法：1. 通过热性能分析，得到材料的塑晶温度区间和融化熵值（图1和表1）；2. 通过电导率测试，确定塑晶掺杂对导电性能的影响（图2）；3. 通过对扣式电池的充放电性能、倍率性能、循环性能以及阻抗的测试（图4~7），得到塑晶复合物作为固态电解质的电化学性能以及电池循环的稳定性和可逆性。
结论：1. 合成新型有机硅基离子塑晶材料[DTMA][TFSI]，塑晶温度区间为-26 °C到54 °C；2. 在纯塑晶IPC中添加10% LiODFB和10% PC，得到复合物的电导率为1×10^-4 S/cm，提高塑晶作为固态电解质在室温下应用的可行性；3. 将复合物用于LiFePO₄/Li半电池测试，在C/20倍率下，电池的放电比容量为144 mA·h/g，库伦效率为99%。在50次循环后，容量保持率为94%；4. 测试结果表明，新型有机硅基离子塑晶的复合物可作为固态电解质材料应用于锂离子电池，以及更高能量密度的锂-硫和锂-空电池。

关键词组：有机硅；离子塑晶；固态电解质；锂离子电池

Asymmetric synthesis of N-protected 3-methylpiperidin-2-one and its diastereoisomer

Xiao-zhong Wang, Xia Wang, Ying-qi Chen, Li-yan Dai, Xing-cong Li

DOI: 10.1631/jzus.A1500008 Downloaded: 2819 Clicked: 3934 Cited: 0 Commented: 0(p.163-170) <Full Text> <PPT> 1971

Chinese summary <24> (3S)-1-[(R)-2-羟基-1-苯乙基]-3-甲基-2-哌啶酮的合成

目的：探索合成(3S)-1-[(R)-2-羟基-1-苯乙基]-3-甲基-2-哌啶酮的新方法。
创新点：以常规化工原料D-苯苷氨醇为主要原料，在比较温和的条件下合成重要的药物中间体(3S)-1-[(R)-2-羟基-1-苯乙基]-3-甲基-2-哌啶酮及其同系物。该方法中的甲基化步骤较常规甲基化步骤减少1当量s-BuLi的用量，更环保和安全。
方法：利用D-苯苷氨醇的空间位阻作用，在六元环内酰胺中引入具有特定光学纯度的手性甲基。在甲基化过程中，用叔丁基二甲基氯硅烷对羟基进行保护，以减少仲丁基锂的用量。
结论：以工业易得的δ-戊内酯及D-苯苷氨醇为初始原料，探索合成3-甲基-2-哌啶酮类物质的新方法。新方法中对仲丁基锂的消耗量与常规方法有所不同。当羟基受保护时，甲基化1当量六元环内酰胺（化合物7）消耗1.5当量而非2.5 当量仲丁基锂，甲基化产物脱掉醇羟基保护基，得到(3S)-1-[(R)-2-羟基-1-苯乙基]-3-甲基-2-哌啶酮（化合物1）及其非对映异构体(3R)-1-[(R)-2-羟基-1-苯乙基]-3-甲基-2-哌啶酮（化合物8），二者摩尔比为1:2.5。通过重结晶或柱层析的方法可对二者进行完全分离。

关键词组：哌啶酮；生物碱；不对称合成；D-苯甘氨醇；醇羟基保护基