微尺度电动混合混沌反控制方法

针对被动式混沌微混合器受控性差且加工难度大等缺点,基于广义混沌同步理论,提出了一种运用混沌电场对微流控芯片有序层流流体进行主动混合的电动混沌反控制方法.该方法将Duffing混沌模型施加于微流控芯片混合室的壁面电极,结合微流控芯片微混合室建立控制模型,采用Rosenstein小数据量混沌评价法对流体混沌效果量化评价,进一步优化Duffing混沌反控制算法模型参数.对优化后的混合混沌反控制算法与传统正余弦控制算法进行性能分析.研究结果表明,优化后Duffing算法控制流体进入混沌状态的时间比传统正余弦算法提前了约27.3%,最大Lyapunov指数提高约25%,说明该方法有效地提高了微流控芯片微混合器的混沌混合效果.     

弹道扩散导热的热质模型

经典的傅里叶导热定律只适用于扩散导热.在瞬态导热过程中,为了描述热量的波动输运,基于热质理论建立了普适导热定律.对于微纳尺度的器件,由于弹道输运的作用,傅里叶导热定律也将失效.然而现有普适导热定律尚不能描述由弹道输运引起的非傅里叶导热现象.本文通过边界条件修正的方法将普适导热定律扩展到了弹道扩散导热区域.首先用热质理论的观点分析了弹道扩散导热机理;然后从声子玻尔兹曼方程出发推导了修正边界条件模型;最后数值求解了修正的普适导热定律并与蒙特卡罗模拟进行对比,验证了本文模型的正确性.     

受约束三维空间下油气集输系统布局优化

油气集输系统布局优化实质是一类受约束的三维网络拓扑优化问题,是组合优化中一类NP-hard难题,解决此类问题对减少油田建设投资、等效提高采收率、推动应用最优化理论的发展具有现实意义.为系统应对空间尺度下油气管网最优布局所存在的地形数据量庞大、决策变量众多、约束条件繁杂等优化难点,首先从随机地形限制、布站可行性、模型通用程度出发,以总建设费用最小为目标建立了受约束三维空间下油气集输系统布局优化数学模型;其次,基于表征地形的数字高程模型(digital elevation model, DEM),结合图论中的赋权有向图,提出了相向广度优先管道路径搜索算法,理论分析了其搜索管道路径的高效性;最后,引入具有全局搜索能力的混合粒子群-烟花(particle swarm-fireworks, PS-FW)算法,综合所提管道路径优化算法,构建了混合智能优化求解方法,并证明了其全局收敛性.研究结果表明,相较于现有理论方法,本文所建优化模型考虑因素全面、通用性好;所提管道路径搜索算法可以节约7/9的时间复杂度和空间复杂度,求解效率显著提高;所构建混合智能求解方法优化效果佳,能够以概率1收敛于全局最优解.     

塔式太阳能熔盐腔体吸热器一体化光热耦合模拟研究

首先采用蒙特卡罗光线追迹与杰勃哈特方法结合的混合光学模拟方法对塔式聚光集热系统中太阳辐射传播的全过程进行了完整描述,准确获得了全镜场条件下吸热表面非均匀的能流分布.在此基础上对熔盐腔体吸热器进行了一体化光热耦合模拟,重点分析了非均匀能流分布条件下熔盐流动布置方式对吸热性能的影响,同时考察了不同时刻条件下的吸热性能,结果表明:腔体吸热器吸热表面的能流分布表现出强烈的非均匀性,在这种非均匀的能流分布条件下,熔盐的流动布置方式会对吸热器性能产生显著的影响.当熔盐从能量密度高的区域流入,温度迅速升高,整个吸热面处于较高的温度水平,热损失较大,且会在熔盐出口处会出现熔盐加热吸热管的"吸热恶化"现象;当熔盐从能量密度低的区域流入,温度缓慢升高,整个吸热面处于相对较低的温度水平,热损失较小,能够获得更多的高温熔盐.另外,反射损失随时间变化显著,热损失随时间变化不显著.     

低温固化热致变色涂层辐射特性

以溶胶凝胶法制备的高纯La_(1-x)Sr_xMnO_3(x=0.125,0.175,0.2)纳米粉末为填料,分别以热塑性丙烯酸树脂和松油醇@乙基纤维素为基料制备成涂层浆料,并涂覆于铝基底表面,再分别以低温120℃和180℃固化La_(1-x)Sr_xMnO_3热致变色涂层.实验表征了纳米粉末的物相,表面形貌,观察了涂层的微观形貌.并利用稳态卡计法测量了热致变色涂层在173~370 K温度范围内全半球发射率随温度的变化.研究结果表明:两种不同树脂为基料的涂层都表现出热致变色特性,其发射率增幅达0.45.由于低温固化涂层制备工艺简单,能够适用于复杂表面的涂覆应用,在航天热控中具有潜在的应用前景.     

LiCl-NaCl-KCl相图的实验测量和热力学优化

碱金属氯化盐混合物LiCl-NaCl-KCl可以作为熔盐电解法制备稀土及其合金的电解质,该体系的相图是构建含稀土的多元氯化盐体系热力学数据库的基础.本文采用差热分析法对二元系LiCl-NaCl和三元系LiCl-NaCl-KCl的相图进行了实验测量,并基于新的实验数据和文献数据对这两个体系的相图重新进行了热力学优化,修正了现有数据库中LiCl-NaCl-KCl的热力学参数.计算得到的LiCl-NaCl是二元匀晶体系,极小值点位于xNaCl=0.262,温度为820 K.与前人的优化结果相比,本文计算得到的固相线更接近实验值.计算结果表明, LiCl-NaCl-KCl的液相面有一个极小值点,而不是四相共晶点,对应的组分为55%LiCl-8%NaCl-37%KCl,温度为620 K.     

集成统计仿真技术和SCE-UA方法的水文模型参数优化

水文模型参数优化是模型应用和发展过程中的一个的重要环节,然而如何快速有效地估计模型参数成为当前分布式水文模型发展的一个瓶颈.针对传统方法在多参数复杂水文模型的应用不足,提出一种集成统计仿真技术和SCE-UA方法的优化方案,即采用非参数的多元自适应回归样条建立复杂水文模型的代理仿真模型进行初始优化,缩小参数优选范围,再结合全局优化算法SCE-UA方法进行参数全局优化,从而提高模型优化效率.选用淮河流域的日尺度分布式时变增益水文模型进行实例研究,采用水量平衡系数(WB)和Nash-Sutcliffe效率系数(NS)两个目标函数综合评价模拟效果.通过模型检验结果表明该方法可以实现参数的高效优化分析,且具有很好的稳健性和适应性,说明方法是有效的.     

面向设计初期的建筑节能优化方法

设计初期的建筑方案决策对于建筑能耗和物理环境性能有重要影响.原因是随着设计进程的推进,建筑与节能和物理环境相关的性能可优化余地越来越小,获得相同收益所投入的成本则越来越高.本研究针对办公建筑提出了面向方案设计初期的节能优化方法,建立并完善设计初期建筑能耗快速预测模型,发展了针对多种建筑体型空间平面造型参数的目标寻优算法,并在建筑空间平面模型适用类型、天然采光、热体形系数、日照阴影等方面进行了拓展.在此基础上,提出了设计初期建筑节能优化的正向计算和反向优化流程.通过案例,分析了如何以整体能耗为目标进行建筑体型、空间方案实现反向设计优化并进行了参数敏感性分析.最后以热体形系数为例,介绍对单一被动式性能目标进行优化分析的方法.     

轻质复合材料及结构热膨胀调控设计研究进展

热膨胀系数是材料热物理性能的重要参数.在温度剧烈变化服役环境下,航空航天工程中卫星、高超声速飞行器以及精密仪器仪表,微电子封装中大量结构的热变形需要精确的控制.发展热膨胀可调控的材料具有重要的科学意义和工程应用价值.轻质复合材料凭借其轻量化,力学性能优异且热膨胀系数可设计的优点已成为热变形控制领域的重要材料.本文首先概括了材料和结构的热变形控制在工程中的重要应用以及已有低、负膨胀均质材料的研究现状.其次详细介绍了层合、颗粒增强及拓扑优化复合材料的热膨胀设计研究成果.最后重点综述了轻质点阵复合材料的几何结构设计方法,热膨胀调控机理,制备工艺及实验表征的最新研究成果.     

换热器参数优化中的熵产极值和火积耗散极值

以“仅以传递热量为目的”和“参与不可逆布雷顿循环”的逆流换热器为例, 比较了熵产极值准则和火积 耗散极值准则在换热器参数优化问题中的适用性. 对参与热功转换的换热器, 换热器的热力学优化准则取为熵产极值较好; 对只参与热量传递的换热器, 换热器参数优化准则取为火积 耗散极值更合适. 对流体温度变化不剧烈的换热器, 两种优化准则趋于一致.     

塔里木盆地自然样品磷灰石(U-Th)/He封闭温度及其地质意义

磷灰石(U-Th)/He热定年技术是目前国际上研究低温状态下构造-热演化最先进的方法之一,而其中的磷灰石He封闭温度是该技术的一个重要参数;但目前被广泛应用的磷灰石He封闭温度模式是通过热模拟样品建立的.本文通过塔里木盆地钻井样品的磷灰石He年龄测试,探讨了自然演化系列的磷灰石He封闭温度并建立了磷灰石He年龄与深度的演化模式.研究表明,塔里木盆地自然样品的磷灰石He封闭温度为88±5℃,高于国外广泛应用的由热模拟实验得到的结果(～75℃±).综合分析认为,造成磷灰石He封闭温度偏高的因素主要是过高的有效铀浓度(eU),长期的辐射损伤积累和足够大的颗粒半径.塔里木盆地自然样品磷灰石He封闭温度的确立,修正了国际上广泛应用的磷灰石He封闭温度演化模式,从而更好地运用该方法研究盆-山演化晚期的构造事件,精确地揭示其隆升时间及隆升速率.     

自然界泥石流流变模型的探讨

应用野外现场泥石流体和浆体的观测实验资料，根据不同类型粘性泥石流的流变特性对无量纲线性粘碰混合模型的２个参数进行修正，求得高浓度泥石流体的流变模型，２个参数的修正是指：（ｉ）对线性浓度指数进行了高粘性介质的修正；（ｉｉ）对极限浓度进行颗粒组在不均匀的体积浓度的修正。     

HJ-1A星干涉成像光谱仪数据业务化光谱重建

2008年9月6日, 环境减灾小卫星星座A/B星(HJ-1A/B)成功发射. HJ-1A星上搭载的干涉成像光谱仪是我国第一个对地成像的星载高光谱相机(HSI), 同时也是世界上第一个基于干涉成像原理设计的民用高光谱成像仪, 具有极为重要的研究与应用价值, 是我国星载高光谱相机发展的一个重要里程碑. 针对HSI原始干涉数据的特点, 研究并建立了HSI数据业务化处理流程与光谱重建的算法, 尤其针对干涉数据的预处理, 设计了CCD相对辐射校正、全系统校正、滤波、相位修正、切趾等数据预处理算法. 目前, 该光谱重建流程与算法已在中国资源卫星应用中心多星多任务地面数据处理系统中得到实施和应用, 具有极高的运行效率与较理想的处理质量.     

利用SiO_2混合模型计算漳州地热田热储温度

热储温度是地热资源勘探中不可缺少的一个重要参数,一般通过化学温标的方法加以计算,目前热储温度计算中通用的化学温标有十数种,每种温标有其相应的应用条件,漳州地热田是一个受海水混入影响强烈的咸水热田,其热储温度不能简单地用一般化学温标加以直接计算,1986年法国学者曾用普通化学温标计算过该热田的热储温度,但未能取得一致的结果,作者根据漳州热田的具体情况,提出用SiO_2混合模型计算热储温度的方法,取得了可靠的结果,现报道于下。     

“嫦娥一号”对环形山起伏非均匀月表层微波辐射观测的理论建模分析

中国“嫦娥一号”探月卫星在世界上首次采用多通道微波辐射计垂直测量月球表面的微波热辐射, 以期由多通道微波辐射亮度温度了解整个月球表面的微波辐射特征, 进而反演月壤层厚度, 估算月壤层富含的氦3含量. 在该科学目标和技术条件下, 讨论了月球表面微波辐射理论建模中月表粗糙面、温度廓线介质辐射、密集粒子散射等物理要素的影响. 按照月表面环形山数目与形态的统计特征, 数值构造环形山随机分布的月表面地形. 由规则三角形网格对“嫦娥一号”微波辐射计空间分辨率量级的月表面地形数值剖分, 来计算随机起伏粗糙月表面微波平均反射率与发射率. 数值结果表明在“嫦娥一号”微波辐射计空间分辨率的条件下, 环形山月表面可视为平表面建模. 由具有相干势的准晶体近似讨论了月壤层密集颗粒的散射与吸收特性, 及其月壤层有效介电常数的计算. 用分层辐射传输方程推导具有非均匀温度廓线分布的月尘、月壤、月岩层微波辐射亮度温度, 分析了各个物理参数对辐射亮度温度的影响. 从而分析了“嫦娥一号”对月表面微波辐射观测的三层结构理论建模与参数选取.     

热声振荡器的二端口网络模型及起振条件

热声发动机的起振过程是发生在非均匀声介质中的自激振荡过程, 揭示各影响因素之间的耦合关系是热声学基础研究的重要课题. 将热声发动机视为由主动网络与被动网络组成的热声振荡器. 相应地, 推导了组件对应的二端口Y参数, 采用负阻模型和反馈模型分别描述了驻波和行波热声发动机, 并给出了对应的二端口网络拓扑, 应用Nyquist失稳判据获得了热声振荡器的起振条件. 模型预测的起振参数, 特别是起振频率及模态特征与文献实验报道相符; 此外, 通过拓扑图论证了驻波热声发动机起振于负阻状态、热声——斯特林发动机存在高频模态. 该方法通过考察热声系统的频域响应, 实现了以解析方式反映发动机运行参数和系统结构对起振模态、起振温度的影响; 能避免使用经验频率设计热声系统, 在系统设计阶段提供热稳定性校核的途径.     

基于混合高斯模型的日冕物质抛射探测方法

提出了一种基于混合高斯模型的日冕物质抛射(CME)探测方法.基本思想是利用自适应的混合高斯模型建立较为稳定的日心极坐标下的日冕图像的动态背景,从而探测作为前景变化的CME.采用SOHO卫星上的大视角分光日冕仪(LASCO)观测的2组日冕序列图像作为研究对象,研究的内容主要包括日冕序列图像的预处理、CME的探测、自适应混合高斯背景差分法与其他多种CME探测方法的对比3个方面.实验结果表明,自适应混合高斯背景差分法探测CME是可行的,它能探测到CDAW手动目录列出的全部CME,还能探测到CDAW探测不到的强度弱和张角小的CME,而且探测数量也多于CACTus和SEEDS探测算法.     

生物质的低温热解预处理实验研究

农作物秸秆类生物质水分含量高、能量密度低、资源分散,因此储存运输成本高,而且可磨性差不易制粉用于煤粉锅炉或气化炉的混合燃烧与气化.生物质低温预处理技术是一种能够解决上述问题的温和热解方法,能够显著改善生物质的特性.在固定床实验台进行了棉花秆和小麦秆N2氛围下的低温热解试验,200,230,250,270和300℃下加热时间均为30min.热解得到的固体焦产物能量密度显著提高,对比原始的生物质其可磨性得到明显改善,并且具有了疏水性,便于储存运输和磨粉用于气流床气化.热解气体产物以CO2,CO为主还有少量CH4,液体产物主要是水分和焦油.随着热解温度升高,液体产物和气体产物量均增加,固体焦的质量产率和能量产率都下降.对热解气体产生的动力学分析,作为相互平行独立的一级反应求解生成的动力学参数.     

通用陆面模式(CoLM)湖泊过程方案与性能评估

对新版通用陆面模式CoLM(the Common Land Model)中的湖泊过程方案CoLM-Lake做了介绍,并通过10个湖泊的观测数据评估了它的模拟性能,同时讨论了模拟结果对模型关键参数的敏感性.模拟结果显示,CoLM-Lake对于浅湖的模拟效果非常理想,对于表层温度、湍流通量和垂直热力结构的量级和季节变化特征模拟的比较准确,同时对湖泊冻融循环过程给出了合理的刻画.CoLM-Lake对于深湖垂直结构及其变化的模拟亦较为准确,但对垂直混合强度的刻画仍然不足.虽然模型对于北美五大湖表层温度的模拟误差相对明显,但其量级和季节变化特征仍在合理的范围之内.通过模型参数的敏感性分析发现,动力学地表粗糙度可通过改变湍流通量的大小修正湖泊表层温度的模拟.湖泊深度、辐射消光系数和热力扩散系数可共同影响湖泊的热力结构.较大的湖泊深度,较小的消光系数和较大的热力扩散系数均使得湖泊内部传递和存储更多的热量,从而增加湖泊的热力惯性,降低湖泊各层温度的季节震荡和变化幅度,推迟湖泊冬季的冻结时间.湖泊到达最大密度时的温度受湖泊盐度的影响,调整此温度同样可使得模型的模拟结果得到改进.以上敏感性分析说明CoLM-Lake对于湖泊热力过程的模拟可以通过模型参数优化进行改进.总体上,CoLM-Lake可以合理地刻画各个湖泊的主要特征,模拟的误差均在参数取值的不确定性范围之内,因此CoLM-Lake在全球尺度上适用于对湖泊物理过程的模拟.     

沉积物来源组成定量分析的磁诊断模型

系统地探讨了沉积物来源组成定量分析的磁诊断模型。以美国Ｒｈｏｄｅ河口湾和西班牙ｓａｂａｌ水库沉积物来源研究为例,提出了在样品磁参数基础上进行聚类分析,对来源物质分类;通过样品混合试验,建立磁参数混合模型;利用线性规划模型计算沉积物来源组成等方法在两个实例中,磁诊断模型实现了利用磁信息对沉积物来源组成的定量计算,其结果与相关的环境指标相吻合。