Dynamic temperature model for proton exchange membrane fuel cell using online variations in load current and ambient temperature

This paper presents a dynamic temperature model for a proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) system. The proposed model overcomes the complexity of conventional models using first-order expressions consisting of load current and ambient temperature. The proposed model also incorporates a PEMFC cooling system, which depends upon the temperature difference between events. A dynamic algorithm is developed to detect load changing events and calculate instantaneous PEMFC temperature variations. The parameters of the model are extracted by employing the lightning search algorithm (LSA). The temperature characteristics of the NEXA 1.2 kW PEMFC system are experimentally studied to validate model performance. The results show that the proposed model output and the temperature data obtained from experiments for linear and abrupt changes in PEMFC load current are in agreement. The root-mean-square error between the model output and experimental results is less than 0.9. Moreover, the proposed model outperforms the conventional models and provides advantages such as simplicity and adaptability for low and high sampling data rates of input variables, namely, load current and ambient temperature. The model is not only helpful for simulations but also suitable for dynamic real-time controllers and emulators.     

Developing Subseasonal to Seasonal Climate Forecast Products for Hydrology and Water Management

We describe a new effort to enhance climate forecast relevance and usability through the development of a system for evaluating and displaying real‐time subseasonal to seasonal (S2S) climate forecasts on a watershed scale. Water managers may not use climate forecasts to their full potential due to perceived low skill, mismatched spatial and temporal resolutions, or lack of knowledge or tools to ingest data. Most forecasts are disseminated as large‐domain maps or gridded datasets and may be systematically biased relative to watershed climatologies. Forecasts presented on a watershed scale allow water managers to view forecasts for their specific basins, thereby increasing the usability and relevance of climate forecasts. This paper describes the formulation of S2S climate forecast products based on the Climate Forecast System version 2 (CFSv2) and the North American Multi‐Model Ensemble (NMME). Forecast products include bi‐weekly CFSv2 forecasts, and monthly and seasonal NMME forecasts. Precipitation and temperature forecasts are aggregated spatially to a United States Geological Survey (USGS) hydrologic unit code 4 (HUC‐4) watershed scale. Forecast verification reveals appreciable skill in the first two bi‐weekly periods (Weeks 1–2 and 2–3) from CFSv2, and usable skill in NMME Month 1 forecast with varying skills at longer lead times dependent on the season. Application of a bias‐correction technique (quantile mapping) eliminates forecast bias in the CFSv2 reforecasts, without adding significantly to correlation skill.     

三级AO耦合工艺低温污水处理脱氮机理

采用分段进水三级AO耦合流离生化工艺处理低温废水,在温度为（10±1）℃条件下,控制HRT为8h,进水流量分配比为3：2：1,污泥回流比为50%,考察耦合工艺对低温污水中污染物的去除效果、反应器内污染物变化规律、各级氮去除规律及系统硝化反硝化性能.研究表明：耦合工艺COD及NH₄⁺-N去除效率均超过90%,TN及TP去除效率达到80%,反应器内生物膜污泥浓度在400~800mg/L之间,系统各级NH₄⁺-N去除率均超过80%,缺氧反硝化脱氮率及好氧同步硝化反硝化脱氮率分别为50.15%和26.05%.受底物浓度及功能菌群数量影响,系统第二级比硝化速率及比反硝化速率均最高.     

最低气温对兰州市呼吸系统疾病就诊人次的影响研究

通过2013年1月1日~2017年7月31日兰州市呼吸系统疾病逐日就诊资料和气象资料,采用分布滞后非线性模型（DLNM）方法,分析0~30d滞后影响,研究极端低温对不同年龄（<15岁、16~45岁、46~60岁、>60岁）和性别人群呼吸系统疾病就诊人次的影响.结果发现：日均最低温度对相对危险度（RR）的最大RR变化范围为0.89~1.41,变化趋势整体呈现出V字型,在低温附近,温度越低,RR越高;滞后0~4d,极端低温代表的冷效应影响最为显著;滞后5~19d,在日均最低温度0℃附近,出现新的峰值,冷效应对RR的贡献有所下降,热效应对RR的贡献完全消失;滞后20~30d,日均最低温度为-10℃时,出现RR最小值,0℃温度点附近维持RR峰值;滞后22d时,滞后影响完全消失.在极端低温条件下,呼吸系统疾病对低龄人群表现出长期滞后性和高发性,对高龄人群表现出短期滞后性.男性比女性患病的滞后效应更长,患病风险更大.     

螺纹接头处拉应力作用下的缝隙腐蚀行为

目的 研究N80钢在高温高压中缝隙和应力耦合作用下的腐蚀行为,为油井管的选材和螺纹选型提供参考。方法 以油管螺纹接头为研究对象,在高温高压釜模拟地层环境,采用电化学方法和表面分析技术,研究N80钢在缝隙单因素作用下和缝隙-应力耦合作用下的腐蚀行为。结果 仅有缝隙作用24 h后,缝内存在大量腐蚀产物堆积,缝外几乎没有腐蚀产物。40 ℃时的凹槽深度为17.2 μm,而70 ℃时的凹槽深度则达到82.7 μm。在缝隙和应力耦合作用24 h后,在缝隙口处发现有腐蚀产物堆积,缝隙内腐蚀程度比缝隙外腐蚀程度更为严重。40 ℃时,弹性形变试样的缝隙口处凹槽深度约为35.3 μm,塑性形变的试样缝隙口处凹槽深度约为41.3 μm;而70 ℃时,发生弹性变形和塑性变形的试样缝隙口处凹槽深度则分别为143.7 μm和243.9 μm。结论 缝隙和应力耦合作用使缝隙口处凹槽的深度加深,且深度随着腐蚀时间和温度的增加而增大,塑性形变时凹槽深度最大。这表明应力的施加会加剧N80钢的缝隙腐蚀,导致形成更深的腐蚀凹槽,这反过来又会导致应力的进一步集中,应力腐蚀风险增加。因此,缝隙和应力对N80钢在高温高压地层水环境中的腐蚀具有协同作用。     

污水生物处理工艺低温下微生物种群结构

构建有针对性的运行控制策略是我国城市污水生物处理工艺冬季低水温条件下高效稳定运行的重要保证.以我国北方低温期（8~15℃）稳定运行的4个典型污水生物处理工艺为对象,利用高通量测序方法系统解析了活性污泥中的微生物群落及碳、氮、磷去除等关键功能种群结构,阐明了重要功能种群在低温影响下的动态变化及与污染物去除性能间关系,为控制策略的有效建立提供了坚实的科学数据基础.尽管存在着不同工艺形式,但结果表明低温期活性污泥均具有较为良好的种群丰富度,其中放线菌门（Actinobacteria）在低温期优势地位提升;关键功能种群中硝化种属Nitrosomonas受温度影响较大,而作为核心种群的反硝化种属则因分布广泛及多样性高,整体丰度受温度变化影响较小,工艺的反硝化性能仅与回流比具有相关性;Tetrasphaera在4个工艺中广泛存在但仅在厌氧/好氧交替条件下承担主要除磷功能;低温下4个工艺中多种丝状菌优势生长并诱发污泥膨胀,但对出水水质影响较小.     

增温和锌复合作用对菠菜富集多环芳烃的影响

目前有关增温和重金属复合作用对植物富集疏水性有机物的影响研究还鲜有报道.本文通过构建土壤-大气-植物密闭微宇宙,分析土壤、大气和植物中多环芳烃（Polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs）的浓度及土壤中PAHs降解菌基因的拷贝数,进而探究增温（+6℃）和锌胁迫（100~600 mg·kg^-1）及两者复合作用对菠菜富集4种氘代PAHs及其致癌风险的影响.结果表明,增温使菠菜根部中PAHs的浓度降低了1.5%~20.4%,这是由于增温促进了土壤中PAHs的生物降解,进而导致PAHs自由溶解态浓度降低;另外,增温也降低了根部脂肪的含量,从而降低PAHs在根部的富集作用.然而,菠菜根部中PAHs的浓度随土壤中锌浓度的增加而增加,且增加比例为1.2%~91.7%,这主要是因为锌抑制了土壤中PAHs的降解,进而增加了PAHs的自由溶解态浓度;另外,锌胁迫还增加了菠菜根部细胞膜的通透性,进而促进根部吸收PAHs.增温和锌胁迫条件下,菠菜茎叶中PAHs的浓度分别降低了7.3%~51.1%和增加了3.0%~76.9%,与对根部富集PAHs的影响一致,这归因于茎叶中的PAHs主要来源于根部的向顶运输而非大气的茎叶吸收.增温和锌复合作用对菠菜富集PAHs具有拮抗作用,这是因为两者对土壤中PAHs的生物降解具有相反的影响.在无外源PAHs输入下,增温和锌胁迫分别会降低和增加PAHs的总致癌风险.     

温度和基质浓度对厌氧氨氧化工艺中N2O释放的影响

污水生物脱氮工艺中通常会释放温室气体N₂O,厌氧氨氧化工艺作为新型生物脱氮工艺,其N₂O的释放规律及机制值得深入研究.本文利用厌氧氨氧化序批试验,研究了不同温度和基质浓度对厌氧氨氧化工艺中N₂O释放的影响,并探讨了N₂O释放的微生物机制.结果表明,厌氧氨氧化工艺中进水基质浓度的增加会促进N₂O释放,在35℃条件下,当进水亚硝氮从40 mg ·L^-1增加至60 mg ·L^-1和120 mg ·L^-1时,N₂O最高积累浓度从0.5 mg ·L^-1增加至1.5 mg ·L^-1和2.4 mg ·L^-1,分别占总氮去除量的0.85%、1.43%和1.11%.温度降低对厌氧氨氧化活性抑制作用明显,15℃下的比厌氧氨氧化活性仅为30℃时的6%.温度降低导致厌氧氨氧化工艺中N₂O的释放减少,温度降低时反硝化速率的降低是导致N₂O产生速率降低、N₂O积累减少的主要原因.厌氧氨氧化工艺微生物群落中存在丰富的异养反硝化菌,工艺中N₂O积累主要是反硝化菌产生和消耗N₂O的结果.     

我国典型潮间带沉积物-水界面无机氮源汇效应

以中国东部沿海12个典型潮间带为研究对象,通过室内模拟测定了潮间带沉积物-水界面硝酸盐(NO_3~-)和氨氮(NH_4~+)的源汇通量,分析了沉积物对上覆水体无机氮源汇效应的空间分布特征,以及环境因子的影响.结果发现:(1)NO_3~--N的总通量范围是-2.91~3.34 mmol·(m~2·h)~(-1),NH_4~+-N的总通量范围是-4.36~2.34 mmol·(m~2·h)~(-1).12℃和35℃温度下,无机氮的平均值是-0.04 mmol·(m~2·h)~(-1),我国东部典型潮间带沉积物表现为氨氮和硝氮的有效汇库.(2)潮间带的硝氮和氨氮通量存在纬度分异.12℃时,纬度越高,氨氮硝氮通量值越大;25℃和35℃时,潮间带硝氮通量值大小随纬度的变化为,25°~35°N15°~25°N35°~45°N.而氨氮通量值,25°~35°N15°~25°N35°~45°N.(3)温度通过影响硝化反硝化的耦合作用影响无机氮通量.潮间带的NO_3~--N通量随温度的增加而减小,15°~25°N和35°~45°N地区NO_3~--N通量随温度先升高再降低,25°~35°N地区NO_3~--N通量随温度一直减小.每个纬度区,温度越高,NH_4~+-N通量值越低.(4)上覆水体的盐度、沉积物总有机碳(TOC)、总氮(TN)含量,孔隙水氨氮、硝氮浓度,容重等环境因子对通量没有单一的显著影响,协同影响NO_3~--N、NH_4~+-N在潮滩沉积物水界面的空间分异.     

温度与循环热冲击对聚酰亚胺涂层耐蚀性影响

目的研究聚酰亚胺涂层对N80钢的防腐性能和耐热冲击性能。方法采用静电粉末喷涂在N80钢表面获得一种聚酰亚胺防腐涂层,通过高温浸泡实验评价涂层在不同温度下、不同腐蚀介质中的耐蚀性能,通过循环热冲击实验评价涂层的耐热冲击性能,通过扫描电子显微镜(SEM)观察实验前后涂层的表面微观形貌。结果热重分析(TGA)表明,聚酰亚胺涂层的热分解温度(t_(d5))为518℃。电化学交流阻抗测试结果和SEM形貌观测表明,腐蚀介质温度越高,耐蚀性能下降越快,涂层在3.5%Na Cl溶液的耐蚀性能比在25%HCl溶液中更好。涂层在经过不同温度的循环热冲击之后,表面无破损。结论聚酰亚胺涂层具有优异的耐热冲击性能,温度和腐蚀介质对涂层的耐蚀性能有重要影响。