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

2025 Vol.26 No.4 P.285-392

Cover:

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Contents:

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<<< CONTENTS

Review

Review: Recent advances in chiral drug separation membranes: design, mechanisms, challenges, and prospects

Jianyu WANG, Qindan CHU, Chuanjie FANG, Baoku ZHU, Liping ZHU

DOI: 10.1631/jzus.A2400409 Downloaded: 207 Clicked: 240 Cited: 0 Commented: 0(p.285-304) <Full Text> <PPT> 19

Chinese summary <2> 手性药物分离膜近期研究进展：设计、机制、挑战及展望

作者：王建宇^1,2,4，褚琴丹^1,4，方传杰^1,4，朱宝库^1,3,4，朱利平^1,3,4
机构：¹浙江大学绍兴研究院，大健康材料分中心，中国绍兴，312000；²凯里学院，理学院，中国凯里，556011；³浙江大学，高分子合成与功能构造教育部重点实验室，中国杭州，310058；⁴浙江大学，教育部膜与水处理技术工程研究中心，中国杭州，310058
概要：手性是自然界普遍存在的一种基本性质，在医药科学领域具有重要意义。手性药物的独特之处在于它们的分子结构互为镜像、不可重合，这种立体异构特性对药物的功能、代谢途径、有效性和安全性产生显著影响。手性药物的对映体可在人体内表现出不同的药理作用，通常一种分子具有良好药效，而其对映体没有药效甚至具有毒性。因此，有效分离和纯化手性药物对映体至关重要。虽然近年来关于手性药物分离膜的研究报道日益丰富，但综述类论文较少。本文从材料角度出发，对手性药物分离膜的近期研究进展进行系统梳理，重点介绍膜材料的种类及其制备方法，总结其分离机制，探讨其面临的挑战和未来发展前景，旨在为该领域的进一步研究和新型膜材料开发提供有益参考和借鉴。

关键词组：手性药物；手性分离；分离机制；膜分离

Research Article

Thermodynamics-based simulations of the hydration of low-heat Portland cement and the compensatory effect of magnesium oxide admixtures

Wenwei LI, Yifan ZHOU, Jiajie YIN, Yuxiang PENG, Yushan WANG, Shengwen TANG, Yan SHI, Yang WANG, Lei WANG

DOI: 10.1631/jzus.A2400521 Downloaded: 199 Clicked: 239 Cited: 0 Commented: 0(p.305-319) <Full Text> <PPT> 19

Chinese summary <2> 低热硅酸盐水泥水化反应及外加氧化镁产生补偿效应的热力学模拟

作者：李文伟^1,2，周一帆³，印家杰³，彭宇翔³，王钰珊⁴，汤盛文^3,5，石妍²，汪洋³，王磊⁶
机构：¹中国长江三峡集团，中国北京，100038；²长江水利委员会长江科学院，中国武汉，430010；³武汉大学，水资源工程与调度全国重点实验室，中国武汉，430072；⁴武汉科技大学，城市建设学院，中国武汉，430065；⁵洛阳理工学院，河南省绿色建筑材料制造与智能装备重点实验室，中国洛阳，471023；⁶西安建筑科技大学，材料科学与工程学院，中国西安，710055
目的：温度和外加氧化镁对混凝土的收缩有很大的影响。本文旨在探讨不同温度、水灰比和氧化镁含量对低热硅酸盐水泥水化和自收缩的影响，研究工程实践中适宜的温度和氧化镁含量，以有效提升混凝土的耐久性。
创新点：1.通过GEMS建立热力学模型，模拟出不同条件下低热硅酸盐水泥的平衡水化产物；2.建立MATLAB可视化模型，成功模拟低热硅酸盐水泥的水化和收缩过程。
方法：1.通过计算机模拟，探究不同温度对低热硅酸盐水泥水化和自收缩的影响（图1~12）；2.通过计算机模拟，探究不同氧化镁含量对低热硅酸盐水泥水化和自收缩的影响（图13~21）；3.通过数据统计，探究不同温度和氧化镁含量对孔隙率的影响（图22~26）。
结论：1.高温有利于促进水泥浆体的水化反应，但在长期硬化过程中，温度效应的影响逐渐减弱；2.水灰比越大，水泥浆体的自体收缩率越小；3.当外掺氧化镁的质量分数为4%时，收缩补偿效果最好。

关键词组：低热硅酸盐水泥；收缩；氧化镁膨胀；热力学模型；水化；孔结构

Effects of the jet fan air velocity response strategy and fire source location on the immersed tunnel fire smoke control

Jianzhong CHEN, Haining ZHANG, Liang WANG, Songlin LIU

DOI: 10.1631/jzus.A2300639 Downloaded: 763 Clicked: 1233 Cited: 0 Commented: 0(p.320-338) <Full Text> <PPT> 19

Chinese summary <2> 射流风机风速响应策略和火源位置对沉管隧道火灾烟气控制的影响

作者：陈建忠^1,2，张海宁¹，王亮¹，刘松林¹
机构：¹重庆大学，煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室，中国重庆，400044；²招商局重庆通信技术研究设计院有限公司，中国重庆，400067
目的：射流通风作为一种重要的供风方式，被广泛应用于公路和铁路隧道的通风设计，并在隧道运营和火灾事故处理中发挥重要作用。本文旨在研究超宽沉管隧道火灾情况下，射流风机风速响应策略和火源位置对烟气控制的影响，以优化烟气排放效率，提高火灾安全性。
创新点：1.采用计算流体动力学（CFD）方法，对沉管隧道内的正向上游通风-反向下游通风（P-R）模式进行了数值模拟研究；2.量化分析了火源位置和射流风机风速调节策略对顶部温度衰减、一氧化碳（CO）分布及烟气排放效率的影响；3.提出了基于火源位置的风速优化调节策略，实现了烟气沉积的有效控制，并提高了烟气排放效率。
方法：1.采用CFD数值模拟，对不同火源位置条件下的温度分布、CO浓度及烟气流动特性进行分析；2.研究火源位置与射流风机风速调整策略的相互作用，探讨风速对火焰倾斜方向和烟气排放效率的影响；3.通过参数优化，确定最优风速调节方案，并验证其在减少烟气沉积和提高排烟效率方面的有效性。
结论：1.火焰会向风速较小的射流风机一侧倾斜，表明风速分布对火焰传播具有显著影响。2.射流风机风速应根据火源与排烟口的相对位置进行调整；最优风速控制方案为：在靠近排烟口一侧将风速调整至25 m/s，可使烟气排放效率提高至87%，同时可有效减少烟气沉积。3.隧道温度衰减符合指数衰减规律，且靠近排烟口一侧的温度衰减速率明显高于远离排烟口一侧；本研究可为沉管隧道火灾烟气控制提供理论支撑和优化策略。

关键词组：沉管隧道；纵向温度衰减；纵向一氧化碳分布；隧道火灾；可逆射流风机风速

Thermocline performance in a molten salt thermocline energy storage tank with annular-arranged and cross-arranged diffusers

Zheming TONG, Haidan WANG, Shuiguang TONG, Qi YANG, Taotao NIE

DOI: 10.1631/jzus.A2400359 Downloaded: 593 Clicked: 864 Cited: 0 Commented: 0(p.339-358) <Full Text>

Chinese summary <2> 熔盐温跃层储能单罐环形与十字布置扩散器对温跃层性能的影响研究

作者：童哲铭^1,2，王海丹^1,2，童水光^1,2，杨琦^1,2，聂涛涛³
机构：¹浙江大学，流体动力基础件与机电系统全国重点实验室，中国杭州，310058；²浙江大学，机械工程学院，中国杭州，310058；³西子清洁能源装备制造股份有限公司，中国杭州，310021
目的：温跃层储能单罐储放热过程中易出现黏性指进等现象，影响热分层效率，且缺少对扩散器的优化分析。传统双盘径向流扩散器在单工质满罐储热应用中存在局限性且缺乏优化分析。本文旨在研究和比较环形布置扩散器和十字布置扩散器在熔盐储热罐中的性能，分析不同扩散器设计、结构参数（管径、开孔角度）对熔盐储罐温跃层性能的影响，并提出优化方法以提高储能效率。
创新点：1.提出了两种适用于单工质熔盐储罐且具有较小截面积比的新型管式扩散器（环形布置扩散器和十字布置扩散器），并比较了不同扩散器结构参数对温跃层厚度的影响；2.开发了一种针对管式扩散器开孔直径的优化算法，成功改善了射流均匀性，进一步减小了温跃层厚度。
方法：1.建立考虑真实工况的三维瞬态计算流体动力学模型，用于模拟熔盐储罐在不同扩散器配置下的储放热过程和温跃层的形成与演变（图1）；2.应用开发的迭代优化算法，调整扩散器上各开孔的直径，并通过最小化各孔口出流流量的标准差，达到优化目的（图2）；3.通过仿真模拟，得到不同结构参数对温跃层性能的影响（图19和20）。
结论：1.环形扩散器性能更优，且温跃层厚度比交叉扩散器在储热和放热工况下分别减少4.23%和5.41%，更适合工程应用。2.冲击射流对温跃层厚度有显著影响，且斜向射流效果最佳；45°~60°孔口角度可平衡水平与垂直热交换，减少冷热流体混合。3.大管径扩散器可降低湍流扰动，改善温度分层。4.扩散器孔口尺寸的优化增强了熔盐储罐内温度分布的均匀性，且所提出的优化方法可使温跃层的厚度减少6.78%。

关键词组：熔盐；温跃层；计算流体动力学；扩散器；热能存储

Impact of disc-cutter partial wear on tunneling parameters and a high-accuracy method for discrimination of partial wear

Xinghai ZHOU, Yakun ZHANG, Guofang GONG, Huayong YANG

DOI: 10.1631/jzus.A2400068 Downloaded: 749 Clicked: 1023 Cited: 0 Commented: 0(p.359-375) <Full Text> <PPT> 17

Chinese summary <3> 圆盘滚刀偏磨对隧道掘进参数的影响及其高精度判别

作者：周星海^1,2，张亚坤¹，龚国芳¹，杨华勇¹
机构：¹浙江大学，流体动力基础件与机电系统全国重点实验室，中国杭州，310058；²中国电建集团华东勘测设计研究院，中国杭州，311122
目的：隧道掘进机滚刀失效引起的损耗是影响工程施工速度和造价的关键因素，且滚刀偏磨在异常损坏中最为常见。本文旨在探讨滚刀偏磨故障对掘进参数（刀盘扭矩和推力）的影响，并研究偏磨故障率的判别方法，以实现滚刀故障的准确识别。
创新点：1.搭建滚刀故障模拟试验台进行滚刀偏磨故障试验，获取不同偏磨故障率下的掘进参数数据；2.通过时域、频域及时频域故障特征提取，建立基于Stacking集成模型的偏磨故障率判别模型，成功实现滚刀偏磨故障率的高精度判别。
方法：1.通过缩尺偏磨试验，收集不同偏磨状态下刀盘扭矩和推力数据，并对其时域特征进行分析（图8~10）；2.运用时域、频域及时频域分析方法，对偏磨特征进行精细提取，并采用Person相关系数及Copula熵（CE）进行特征分析（图12和13），最终形成判别模型的数据集；3.基于Stacking集成模型算法，建立偏磨故障率判别模型，并与k近邻算法（KNN）、随机森林（RF）、支持向量分类器（SVC）和多层感知机（MLP）等经典模型进行全面对比，验证所提模型的有效性和准确性（图19和20）。
结论：1.当盾构滚刀受困并出现偏磨时，掘进参数中的推力和扭矩会随之显著增加，这是因为滚刀与岩石的相互运动方式从滑动变为滚动，同时接触区域的形状也发生了变化；2.相比于偏磨深度，偏磨故障率对掘进参数的影响更为显著；3.推力和扭矩的多域特征与偏磨故障率之间存在相关性，且Pearson相关系数的大小表明了均方根（RMS）、形心频率（CF）和子带能量等28个特征与偏磨故障率之间的线性相关性，而CE则确认了偏度和峰度等12个特征与偏磨故障率之间的非线性相关性；4.所提出的局部磨损率判别模型（PRDM）能够准确判别偏磨故障率，且与KNN、RF、SVC和MLP等模型相比，PRDM在准确性和宏观F₁评估指标方面表现最佳。

关键词组：隧道掘进机；滚刀；偏磨；掘进参数；多域特征；集成学习

Prediction of wheel wear in light rail trains using an improved grey GM(1,1) model

Yanyan ZHANG, Xinwen YANG, Zhiang SUN, Kaiwen XIANG, Anguo ZUO

DOI: 10.1631/jzus.A2400252 Downloaded: 623 Clicked: 1253 Cited: 0 Commented: 0(p.376-388) <Full Text> <PPT> 17

Chinese summary <2> 基于改进灰色GM(1,1)模型的轻轨车辆车轮磨耗预测

作者：张岩岩¹，杨新文¹，孙志昂¹，项恺文¹，左安国²
机构：¹同济大学，上海市轨道交通结构耐久与系统安全重点实验室，中国上海，201804；²长春市轨道交通集团有限公司，运营事业部，中国长春，130012
目的：车轮磨损由于"数据少、信息贫"的特点而难以预测。本文基于传统非等间距灰色GM(1,1)模型，提出GA-GM(1,1)、GA-GM(1,1)-BPNN、GA-GM(1,1)-PSO-BPNN三种车轮磨耗预测改进型模型，旨在实现轻轨车辆车轮磨耗量的精准预测。
创新点：1.借助遗传算法搜索全局最优解的能力，提出GA-GM(1,1)改进灰色模型；2.基于神经网络强大的处理非线性和随机性数据能力，构建GA-GM(1,1)-BPNN残差修正模型；3.利用粒子群算法改善神经网络预测速度慢、全局搜索能力弱等缺点，构建GA-GM(1,1)-PSO-BPNN预测模型。
方法：1.利用遗传算法对传统非等间距灰色GM(1,1)模型的背景值进行优化；2.将GA-GM(1,1)模型预测磨耗的残差序列作为神经网络的输入进行训练，输出残差预测序列用以修正GA-GM(1,1)模型的初步预测序列，进而得到最终的车轮预测磨耗；3.利用粒子群算法对神经网络的初始权重和阈值进行优化。
结论：1.改进的GA-GM(1,1)模型降低了传统GM(1,1)模型的拟合和预测误差；2.GA-GM(1,1)-BPNN模型进一步提升了对磨耗观测数据的拟合和预测性能；3.GA-GM(1,1)-PSO-BPNN模型对磨耗观测数据的拟合效果最好，且拟合与预测结果最为接近，表现出了最为可靠的性能。

关键词组：车轮磨耗预测；灰色模型；遗传算法；神经网络；粒子群优化

Correspondence

Correspondence: A moisture-driven direct air capture device for low-cost gas fertilizer

Renyu XIE, Sheng CHEN, Xuejun ZHANG, Long JIANG

DOI: 10.1631/jzus.A2400233 Downloaded: 791 Clicked: 1026 Cited: 0 Commented: 0(p.389-392) <Full Text> <PPT> 16

Chinese summary <2> 一种用于低成本气体肥料的湿度驱动直接空气捕集装置

作者：谢任禹，谌盛，张学军，江龙
机构：浙江大学，制冷与低温研究所，中国杭州，310027
概要：直接空气捕获（DAC）是一种负碳排放技术，然而由于成本过高，其在可扩展性和实际部署应用上面临挑战。作者团队将DAC技术与气体肥料需求相结合，并使用湿度驱动的多床解吸系统为室内农业提供了有竞争力和可持续的碳源。

关键词组：直接空气捕集；变湿吸附；气体肥料