【明日报告】博士学位论文答辩公告及学术报告通知

锌-空气电池是一种具有高比能量密度和高功率密度的清洁能源转换装置，是当前最有潜力替代锂离子电池的替代品之一。目前，锌-空气电池的商业化仍然面临许多问题，例如空气阴极催化剂的催化效率和制备成本问题。研究表明,催化效率最高的阴极催化剂为Pt 基催化剂。但Pt 元素的地球储量低，价格昂贵导致商业化应用困难。因此，寻找一种地球储量高，价格便宜，同时具有高催化活性和稳定性的阴极催化剂来替代Pt基催化剂是当前研究的热点。Ag 基催化剂是一种最有潜力替代Pt 基催化剂的阴极催化剂。在碱性条件下，Ag 具有高稳定性和催化活性；同时，Ag 的地球储量高，价格仅为Pt 的五十分之一。然而，Ag 基催化剂取代Pt 基催化剂的研究仍然面临许多问题，例如Ag 基催化剂的活性仍然低于Pt 基催化剂。本文采用激光脉冲沉积法(Pulsed Laser Deposition)制备了AgxCu100-x(x=0, 10,25, 45, 50, 55, 75 和100)和 Ag75M25(M= Co, Cu, Fe 和In)纳米催化剂，采用脱合金和伽尔瓦尼置换对其ORR活性进行了修饰，研究了其ORR活性和电子d带中心的关系，最后制备出了性能优异的锌-空电池，并成功应用于手机充电和照明。论文的主要创新点包括：

1. 制备了AgxCu100-x 纳米合金催化剂并对比了它们的ORR 活性。结果表明在AgxCu100-x合金中Ag50Cu50 合金具有最高的活性和稳定性。XPS 表征结果表明Cu 元素对AgxCu100-x 纳米合金电子结构的作用是增强ORR 活性的主要原因。

2. 制备了Ag50Cu50-MG 金属玻璃催化剂，XRD 和TEM 表征结果表明Ag50Cu50-MG 具有非晶特性。同时，采用UPS 对比Ag50Cu50-MG 和退火，再结晶的Ag50Cu50-NC 合金的功函，结果表明Ag50Cu50-MG 具有更高的功函数。加速耐久实验和锌-空电池耐久实验表明Ag50Cu50-MG 循环耐久性远超商业化Pt/C-20%催化剂。

3. 研究了AgxCu100-x 和Ag75M25 合金d 带中心和ORR 比活性的关系，建立了d 带中心和ORR 比活性的关系图。结果表明，证明d 带中心与M 元素种类和Cu 的含量有关，在Ag 基合金中d 带中心正移0.12eV 有利于提高ORR 活性。

4. 采用伽尔瓦尼置换和脱合金法对AgxCu100-x 纳米合金薄膜表面进行了修饰，结果表明AgxCu100-x 纳米合金薄膜表面修饰效果具有“成份”效应。对比表面修饰后合金的ORR 活性发现，GD-Ag45Cu55 和DE-Ag25Cu75 合金具有最高的ORR 活性。同时，GD-Ag45Cu55 合金催化剂的核壳结构和高功函数使得该催化剂稳定性远远高于DE-Ag25Cu75。

[1] 第一作者. Xiaoqiang Wu, Fuyi Chen, Yachao Jin, Nan Zhang and Johnston, Roy L. Silver-copper nanoalloy catalyst layer for bifunctional air electrodes in alkaline media. [J]Acs applied materials & interfaces, 2015, 7(32): 17782-17791. (对应论文第三章)

[2] 第一作者. Xiaoqiang Wu, Fuyi Chen, Nan Zhang, Qaseem Adnan and Johnston, Roy L. A silver-copper metallic glass electrocatalyst with high activity and stability comparable to Pt/C for zinc-air batteries.[J] Journal of materials chemistry A, 2016, 4(9):3527-3537. (对应论文第四章)

[3] 第一作者. Xiaoqiang Wu, Fuyi Chen, Nan Zhang, Yimin Lei, Yachao Jin, Adnan Qaseem and Roy L.johnston. Activity trends of binary silver alloy nanocatalysts for oxygen reduction reaction in alkaline media. [J] Small, 2017, 13(15). (对应论文第五章)

[4] 第一作者. Xiaoqiang Wu, Fuyi Chen, Nan Zhang, Qaseem Adnan and Johnston, Roy L. Engineering Bimetallic Ag-Cu Nanoalloys for Highly Efficient Oxygen Reduction Catalysts: A Guideline for Designing Ag-based Electrocatalysts with activity comparable to Pt/C-20%.[J] Small,2017, 13(19). (对应论文第六章)

[5] 第一作者. 陈福义，吴小强. 银铜纳米合金空气电极催化剂层及其沉积方法[P]. 中国专利：ZL201410542528.1，2015-01-28.

变体飞行器作为一种可以在飞行过程中实时地改变机翼构型的飞行器，受到了研究人员的广泛关注。但由于该飞行器与常规的固定机翼飞行器相比，存在着明显的差异，因此也产生了许多新的问题需要探讨，其中就包括变体结构与气动力相互耦合的气动弹性问题。本文以两段式折叠翼刚体模型和“Z”型折叠翼柔性体模型为研究对象，分别对其在变体过程中的气动弹性稳定性特性和非线性气动弹性响应特性进行了比较系统的研究，探讨了变体运动对折叠翼模型气动弹性稳定性的影响，分析了不同铰链非线性情况下的折叠翼模型非线性气动弹性响应行为。此外，通过折叠翼实物模型的风洞实验，研究了折叠角和铰链间隙非线性对折叠翼气动弹性特性的影响。并通过时域仿真结果与实验结果的比较，验证了本文提出的折叠翼气动弹性建模方法的有效性。本文主要创新点如下：

1. 建立了一种典型的“Z”型折叠翼柔性体气动弹性分析模型。为了提高气动弹性响应的时域仿真计算效率，提出了一种采用遗传优化算法、样条插值和Kriging代理模型技术的变体过程中折叠翼气动力实时降阶重构方法。

2. 通过对折叠翼模型在变体过程中气动弹性特性的研究，发现了折叠翼变体运动产生的速度二次项的附加阻尼效应，及其对气动弹性稳定性特性的影响。其中，折叠运动产生正的阻尼效应，而展开运动产生负的阻尼效应。

3. 通过对带集中非线性环节的折叠翼模型气动弹性响应的仿真，揭示了变体运动对非线性气动弹性响应的影响规律，并探讨了通过准静态下的吸引域进行折叠翼变体过程中非线性气动弹性响应推测的方法的可行性。

4. 设计制作了“Z”型折叠翼柔性体气动弹性风洞实验模型，并在内、外铰链处设计了间隙非线性环节。通过风洞实验研究获得了折叠角及内、外铰链间隙对折叠翼气动弹性特性的影响规律，并通过与理论模型计算结果的比较，验证了本文提出的气动弹性建模方法的有效性。

[1] 第一作者. Wei Hu, Zhichun Yang, Yingsong Gu, Aeroelastic study for folding wing during the morphing process, Journal of Sound and Vibration, Volume 365, 17 March 2016, Page 216-229. (SCI: 000367458600014) （对应论文第四、五章）

[2] 第一作者. Wei Hu, Zhichun Yang, Yingsong Gu, Xiaochen Wang, The nonlinear aeroelastic characteristics of a folding wing with cubic stiffness, Journal of Sound and Vibration, Volume 400, 21 July 2017, Page 22-39. (SCI: 000402355100003). （对应论文第三章）

[3] 第一作者. Wei Hu, Zhichun Yang, Yingsong Gu, The influence of morphing process on the aeroelastic characteristics of a folding wing, 30th Congress of the International Council of the Aeronautical Sciences, ICAS 2016, 25-30 September 2016. (EI: 20170903386758) （对应论文第二章）

[4] 第一作者. 胡巍, 杨智春, 谷迎松, 带操纵面机翼气动弹性地面试验仿真系统中的气动力降阶方法, 西北工业大学学报, 第31卷, 第5期, 2013年10月, 810-815页. (EI: 20135017075794) （对应论文第四章）

[5] 第一作者. 胡巍，杨智春，谷迎松，折叠翼在变体过程中的气动弹性特性，第十四届全国空气弹性学术交流会, 陕西西安, 2015年8月, 172-173页

[6] 第一作者. Xiaochen Wang, Zhichun Yang, Jian Zhou, Wei Hu, Aeroelastic effect on the aerothermoacoustic response of metallic panels in supersonic flow, Chinese Journal of Aeronautics, Volume 29, Issue 6, December 2016, Pages 1635-1648. (SCI: 000393113300017)

Tom I-P. Shih，美国普渡大学航空航天学院教授，院长。Tom I-P. Shih教授先后就职于爱荷华州立大学(教授、主任；2003-2009)、密歇根州立大学(教授；1998-2003)、卡耐基梅隆大学(副教授，1988-1993；教授，1993-1998)、佛罗里达大学(副教授，1983-1988)以及NASA研究中心（机械工程师，1981-1982）。Tom Shih教授最早于西弗吉尼亚大学开始大学本科阶段学习，于国立成功大学获得学士学位；后在密歇根大学安娜堡分校获得硕士和博士学位。他是ASME和AIAA的研究员，并获得了AIAA的能源系统奖。

Shih教授的研究方向为流体力学、传热学和计算流体动力学（CFD）。Shih教授和他的学生已经开发了用于反应和非反应，可压缩和不可压缩流动的算法和CFD代码。他们还开发了诸多程序和代码，例如直接模拟（DNS）程序研究流动中粒子间相互作用，用来解决流动中每个粒子的移动；复杂结构的网格生成；以及网格诱发CFD计算错误的评估和修正。通过建模和数值模拟，他研究了有关空气动力学的各类问题，如：翼型和机翼积冰、激波/边界层相互作用的控制技术、混合压缩进气道超音速飞机；燃气轮机高温部件冷却，如：叶片通道和端壁传热与冷却、涡轮叶片气膜冷却、耦合传热等；两相流，如：颗粒沉积、粒子/流体相互作用、雾化、喷雾等；能源动力及推进系统，如：燃气轮机燃烧室、活塞转子式发动机、汽车离合器、液环泵、热电发电机；材料加工，如：热喷涂成型，冷喷涂成型。Shih教授联名主编了一本教材，一本专著，另外参与编写了十本专著的部分章节；发表期刊和会议论文超过200篇；同时担任过28名博士和55名硕士的导师或者合作导师。

本次报告将对燃气涡轮的冷却技术进行综述，同时论述冷却技术的挑战和机遇。报告内容主要包括计算流体和换热方法（CFD/HT）对于涡轮冷却方案设计和分析的可靠性研究；通过实例说明稳态及非稳态RANS方法下常用湍流模型的适用范围和劣势，并介绍大涡模拟的适用范围；稳态和非稳态实验测量中不确定性分析和解决方法；实验和数值研究涡轮材料热负荷突增情况下的换热。