美国国家科学基金会 - REU 暑期项目
2017年夏季IR-SEED NSF-REU项目申请信息
4年2017月11日至2017年XNUMX月XNUMX日
申请截止日期：3月6，2017
REU 网站：跨学科整合可持续能源和环境研究
（红外种子）
2017 年夏季 IR-SEED REU 计划：4 年 11 月 2017 日至 XNUMX 月 XNUMX 日
1. 纳米材料对膨胀土工程性质的创新改进
（教师顾问：Jong-Won Choi 博士，土木与建筑工程助理教授）
岩土工程的关键问题之一是减轻膨胀土对岩土结构的不利影响。 几十年来，传统方法（例如用水泥材料进行化学稳定化）已广泛使用，但它们会引发各种环境问题。 最近，纳米技术的进步为加固膨胀土壤提供了新的机会，并取得了显着的成功。 然而，目前对纳米材料基本稳定机制的理解非常有限，阻碍了在地球工程中智能使用纳米材料的进展。 该研究项目将探索纳米材料在加固膨胀土中的基本机制，这将为开发一个通用框架来预测用纳米材料加固土壤的材料特性奠定基础。
本研究项目的目标是 (1) 深入了解纳米材料在改善膨胀土材料特性方面的机制，包括材料类型和纳米材料的加固量，以及 (2) 制定一般原则阐明加筋土的特性，这将为响应外部载荷的土壤行为提供预测能力。
2. 开窗系统对建筑节能和采光性能的影响——一项实验研究
（教师顾问：刘晓宇博士，土木与建筑工程助理教授）
一世。 动机： 现代建筑倾向于在不同的方向有大的玻璃外墙，以获得良好的室外景观和日光利用。 与传统的砖墙结构相比，较低的热阻值会导致热量损失（和太阳能增益）增加，从而降低现代透明外墙的效率。 应详细研究采光效益和能源需求之间的平衡，以优化现代开窗系统的设计。
ii. 项目简介： 本项目通过广泛的实验研究调查了开窗系统设计对现代建筑能源和采光性能的影响。 以下活动描述了实现目标和弥合前面提到的研究差距所需的任务。
任务 1：审查现代开窗系统的热和视觉特性。 目前市场上有许多开窗产品，在热性能和视觉性能方面具有不同的特性。 为了实现特定建筑的最佳开窗选项，了解这些属性如何影响室内和室外之间的热传递和光传输至关重要。 在这个任务中，将使用专业工具WINDOW来收集产品的详细信息，并在下一个任务中识别出两个用于实时测量的产品。
任务 2：实验设置。 TAMUK 建筑工程实验室建造了两个带有可重构开窗系统的测试单元（1.8m × 1.8m × 2.4m）。 它们是绝缘和气密的，符合国际节能规范 (IECC)。 每个测试单元的一面墙上分别有一个窗口。 测试单元安装在轮子上，因此窗户可以根据需要面向任何方向。 将安装已识别的产品并对其性能进行比较测量。 学生将对测试单元进行仪表化、设计和进行实验，以收集有关安装了不同开窗系统的测试单元的能源性能和采光性能的大量数据，同时考虑不同的方向、窗户尺寸和墙壁中的窗户位置。
任务 3：测量数据分析。 开窗系统对能源和采光性能的影响将从热传递和透光两个方面进行分析。 将得出结论并将其扩展到其他气候地点。
iii. 本科研究机会： 本科生将在拟建项目的整个期间参与和学习。 预期的学习经验包括 1) 动手实验技能； 2）专业的软件操作； 3) 数据分析和表达能力。 学生也将参与传播活动。
3. 车内空气质量分析
（教师顾问：刘晓宇博士，土木与建筑工程助理教授）
一世。 动机： 空气质量在职业空间中起着重要作用，许多空气传播因素对人体健康产生不利影响。 挥发性有机化合物（VOCs）的健康意义越来越受到重视。 已经有大量关于建筑物中 VOC 的类型和水平的研究。 然而，有限的研究工作已经在车辆的内部机舱内完成。 车辆环境是室内环境的一个缩影，因此可能容易受到 VOCs 的影响，VOCs 来自汽车内部使用的材料、饰面和偶尔的废气。 许多人每天在封闭的车辆中花费大约一个小时。 迫切需要研究车辆室内空气质量。 与建筑物内部不同，车辆暴露在各种室外条件下。 车内环境受室外环境影响较大。 各种户外条件会极大地影响 VOCs 的浓度。 例如，车内的高温会大大增加 VOC 的浓度，并将其他化学物质分解成更具毒性的成分。 本项目将通过现场测试研究车内空气质量。 通过测试和数据分析，识别和量化VOCs的关键影响因素。
ii. 项目简介： 本研究项目的目的是确定影响车内 VOCs 浓度的关键因素并量化其影响。 具体来说，以下活动描述了实现目标和弥合前面提到的研究差距所需的任务。
任务 1：进行文献回顾以收集车内空气质量信息。 在这项任务中，将进行文献回顾。 这项任务致力于总结最近的研究，这些研究涉及将影响车辆中人类健康的空气污染源。 该任务还将组织用于分析建筑物室内和车辆内部空气质量的方法。 在这项任务中，将确定 VOCs 的潜在影响因素。
任务2：对车内空气质量进行现场测试研究，以确定关键影响因素。 在此任务中，将创建一个全面的测试计划。 该测试计划将涵盖具有各种户外条件的多种场景。 将选择不同类型和条件的车辆作为测试平台。 开展现场试验，找出影响车内VOCs浓度变化的关键因素。
任务3：进行数据分析，量化关键影响因素对车辆中VOCs浓度的影响。 将应用统计分析方法来分析测试数据。 通过数据分析，建立影响因素与VOCs浓度的关系，为今后的研究提供参考。
iii. 本科研究机会： 本科生将在拟建项目的整个期间参与和学习。 预期的学习经验包括 1) 制定全面的文献回顾和测试计划； 2）动手实验能力； 3）空气质量评价方法和4）数据分析方法。 学生也将参与传播活动。
4. 小型波浪能转换器的概念设计
（教师顾问：李华博士，机械与工业工程副教授）
一世。 动机： 容量范围在数百千瓦到兆瓦的大规模波浪能发电系统已用于电网系统。 然而，大多数需要数十千瓦电力使用的独立系统仍然使用化石燃料来源，如基于汽油和柴油的便携式区域以及风能和太阳能光伏电池等可再生能源。 为了使小规模波浪能获得可观的利用，其在特定位置的潜在应用和潜在的可收获波浪能资源将触发这些波浪能转换器的设计、制造和部署。
ii. 项目简介： 该研究项目旨在实现以下可交付成果：1）识别和审查小型波浪能转换器的当前和潜在应用。 它还将研究利用其他小型电力资源的当前应用，这些电力资源可以被小型波浪能发电机有效地替代或补充； 2) 对现有的波浪能转换技术从能量转换效率、设计复杂性和部署位置等方面进行审查和比较。 将选择一种可以成功适应特定位置以满足已确定需求的技术； 3) 基于所选技术选项的概念设计将被创建并在理论上进行验证。
iii. 本科研究机会： 本科生将参与为该研究项目提出的活动的所有阶段。 在课程结束时，学生应该能够： 1) 学习在特定科学领域进行文献综述的艺术，并就该主题制作一份综合报告； 2）能够使用工程规范和数学公式进行设计分析，并从工程分析中做出合理的工程判断； 3) 使用合适的工程制图工具呈现设计图。
5. 使用地理信息系统 (GIS) 工具和数据驱动方法评估风能生产
（教师顾问：环境工程副教授 David Ramirez 博士）
将可再生能源引入国家电网是减少大气污染和减轻气候变化对环境影响的一项拟议战略。 风能是可再生能源中最成熟的技术。 德克萨斯州拥有美国最高的风能发电装机容量。 然而，能源可变性是可再生能源面临的主要问题之一。 风能在每个生产地点都严重依赖其资源。
参与该项目的学生将 1) 使用来自 FAA 数字障碍文件、USGS 风力涡轮机数据库、能源部 eGrid 数据库和 NOAA 风能数据库等数据库的信息进行数据分析，以评估它们的结构、特性和兼容性，2) 学习ArcMap 软件用于确定风力涡轮机的能源生产和利用率，3) 整合地理时间和地理空间数据以开发一个数据库，该数据库将呈现在包括统计图形应用程序在内的 GIS 软件应用程序上。
6. 使用地理信息系统 (GIS) 工具评估风力涡轮机的位置
（教师顾问：环境工程副教授 David Ramirez 博士）
风力涡轮机的正确放置是风能项目成功的基本因素之一。 风力条件将决定有效产生的能量数量。 风电场和消费中心之间的距离是估算输电线路成本的一个因素。 从消费和生产地点优化风力涡轮机的位置很重要。
参与该项目的学生将 1) 使用来自 FAA 数字障碍文件、USGS 风力涡轮机数据库、能源部 eGrid 数据库和 NOAA 风能数据库等数据库的信息进行数据分析，以评估它们的结构、特性和兼容性，2) 学习ArcMap 软件用于确定数据库之间的风力涡轮机放置等效性，并在需要时执行校正和协调，以及 3) 集成地理时态数据以开发一个数据库，该数据库将在 GIS 软件应用程序上呈现，包括与相关利益相关者相关的统计图形应用程序。
7. 区域尺度的用水和缺水分析
（教师顾问：环境工程助理教授 Tushar Sinha 博士）
该项目将包括用水数据的空间和时间分析以及来自大型水文模型的数据。 缺水指数将根据可用水量和需求量进行估算。 该项目将提供使用地理信息系统 (GIS) 进行时空分析的机会。
8. 利用遥感数据估计地表条件
（教师顾问：环境工程助理教授 Tushar Sinha 博士）
该项目将利用遥感数据来估计地表温度和土壤湿度。 这些地表变量对于初始化水文模型以改进每两周到每月的可用水资源预测非常重要。 此外，可以使用遥感观测在更大的空间域上验证水文模型
9. 清洁能源技术可最大限度地减少发电厂的碳排放
（指导教师：肖崇伟博士，化学与天然气工程系助理教授）
一世。 动机： 温室气体超过 14.4 Gt 二氧化碳（CO2) 每年由全世界的燃煤电厂产生。 EPA 于 2015 年发布的清洁能源计划要求将发电厂的碳污染降至最低。 传统的胺基工艺是 CO 的唯一商业化工艺2，这与严重的能源消耗和环境污染有关。 基于碳酸盐的系统对二氧化碳产生了兴趣2 由于低能耗和环境影响的吸收过程。 然而，由于 CO 的低相间传质，传统反应器中的这一过程被阻止2. 随着制造业的发展，微反应器中的新工艺为克服工艺强化带来的传质限制和提高二氧化碳的效率提供了一种潜在的新解决方案2 以环保的方式捕获。
ii. 项目简介： 本项目重点研究一种新型清洁能源技术——微反应器工艺吸收CO2 与天然碱溶液。 这项工作将通过实验测试 CO2 通过微反应器中的tronal溶液吸收。 天然碱浓度、气体/液体流速和入口配置对 CO 的流动状态和动力学和流体动力学参数的影响2 将研究在微反应器中使用天然碱的吸收。 研究活动是：（1）搭建实验仪器； (2)通过高分辨率相机记录流态并生成流态图； (3)通过自动数据采集系统采集压力数据并确定压降； (4)用pH计测量pH值； (5) 确定出水浓度； (6) 确定微反应器中不同气/液速度下的传质系数。
iii. 本科研究机会： 本科生将与研究生一起进行拟议的研究活动。 本科研究人员将 (1) 了解典型研究的程序； (2) 亲身体验实验仪器设置、ISCO泵操作、自动数据采集系统； (3) 应用理论知识确定临界动力学和流体动力学参数。
10. 用于非常规油藏开发的高能压裂液的环保水力压裂
（指导教师：肖崇伟博士，化学与天然气工程系助理教授）
一世。 动机： 常规压裂液，无论是水基还是油基，都存在大量水、地层损伤、流体损失等问题。2) 纳米粒子稳定的泡沫最近被研究为一种新型无水压裂液，它可以快速清理裂缝和井筒，最大限度地减少流体损失和环境问题，并有望提供更高的生产率。 通过泡沫流体输送支撑剂对于裂缝扩展和最终油气回收至关重要。 然而，目前仍缺乏对储层条件下泡沫流体输送支撑剂的深入了解。
ii. 项目简介： 本研究将调查高质量 COXNUMX 输送支撑剂的基本原理2 由纳米粒子稳定的泡沫。 将实施流动循环实验和数值模拟以了解该过程的机制。 研究活动是：（1）搭建实验仪器； (2) 通过高分辨率相机可视化泡沫在储层条件下的泡沫生成和支撑剂输送； (3) 从在线数据库确定储层条件下的泡沫特性（密度）； (4)通过自动数据采集系统采集压力和温度数据； (5)用数值方法确定压降和支撑剂沉降。
iii. 本科研究机会： 本科生将与研究生一起进行拟议的研究活动。 本科研究人员将（1）获得非常规油藏开发先进压裂液的知识； (2) 获得使用世伟洛克接头/管、ISCO 泵和压力控制装置设置高压流动系统的实践经验； (3) 学会通过自动数据采集系统采集数据； (4) 应用理论模型来表征流变行为。
IR-SEED REU 2016 年夏季项目：
12 年暑期项目共有 2016 名学生，其中包括两名社区大学生，完成了不同的研究项目。 详细的研究项目描述可以从这里下载。
实地考察：
由于 TAMUK 大学暑期课程安排，2016 年暑期课程从 10 周缩短至 9 周，因此 2016 年暑期组织了两次不同的实地考察，包括
- 金斯维尔海军航空站
- 科慕科珀斯克里斯蒂（杜邦）
照片库：
以下是在实验室、实地考察和毕业典礼期间拍摄的一些精选照片。
IR-SEED REU 2015 年夏季项目：
2015 年夏季计划开展了十个不同的研究项目。 这 详细的研究项目描述可以从这里下载.
实地考察：
2015 年夏季组织了四次不同的实地考察，包括
- CITGO 科珀斯克里斯蒂炼油厂
- 金斯维尔海军航空站
- 科慕科珀斯克里斯蒂（杜邦）
- 孤星无人机中心
照片库：
以下是在实验室、实地考察和毕业典礼期间拍摄的一些精选照片。
