磷酸铁锂电池恒流模式电化学阻抗特性实验

电池的欧姆阻抗(R_s)、电荷传递阻抗(R_(ct))和离子扩散阻抗(Z_w)等信息是判断储能电池功能状态的有效方法之一,这些信息可以通过恒流模式电化学阻抗谱(GEIS)来实现,因为GEIS更接近电池真实状态.本文采用恒流模式电化学阻抗(GEIS)方法研究了1700 mA h磷酸铁锂(LiFePO_4)电池在不同温度下扰动信号正弦电流幅值的变化,以及在不同荷电状态(SOC)和不同温度下电池阻抗特性变化规律.实验结果表明,正弦电流最佳幅值随着温度升高而增大,而SOC与温度对电池的性能都有影响.相同温度下,Rs随着SOC增加稍有增加;Zw随着SOC增大而减小;Rct在0~40%SOC和60%~100%SOC区间内明显减少,在40%~60%SOC区间内呈增大趋势.在0~50℃下,R_s,R_(ct)和Z_w均随着温度升高而降低.电池阻抗特性受温度的影响比SOC影响更加显著.因此,电池在不同SOC和温度下阻抗特性能有效地反映电池内部极化状态,从而可预测储能电池的功能状态.     

密度分层流体中不同潜深拖曳回转体激发内波特性实验

在具有强密度跃层的分层流体中,采用沿水槽中纵剖面对称布置的电导率探头阵列方法,对长径比为7.7的轴对称回转体在5种不同潜深下拖曳运动激发内波时空特性进行了系列实验.结果表明:存在一个与潜深无关的临界转捩Froude数Fr_c=3.64,当Froude数FrFr_c时,在不同潜深下,内波相关速度均与物体运动速度一致,体积效应内波为主控内波,但内波反对称度随Fr增大而增大,表明尾迹效应内波的影响也随着增大;同时,存在一个内波峰值Froude数Fr_p≈1.33,当FrFr_p时,无量纲内波最大峰-峰幅值随Fr增大而增大,而当FrFr_p时,无量纲内波最大峰-峰幅值随Fr增大而减小.当FrFr_c时,在不同潜深下,内波相关速度均小于模型运动速度,其相关速度Froude数Fr_(iw)均在0.7~1.4之间的一个条带内变化,内波反对称度近似在某个小于0.5的常数附近波动,尾迹效应内波中对称部分略为占优,而且尾迹效应内波中对称和反对称部分的水平张角均近似为20.6°;同时,无量纲内波最大峰-峰幅值均随Fr增大而近似线性增大,而且其线性增大的斜率与潜深之间近似满足指数衰减关系.特别地,本文工作表明,现有文献认为尾迹效应内波关于轴对称回转体纵剖面是对称的先验假定是不合理的.     

去离子水在微圆管中流动特性的实验研究

实验研究了去离子水在内径为30, 20, 16, 5和2 μm微圆管中的流动特性. 实验结果表明: 内径为16 μm以上的微圆管中的流动符合经典流体力学理论; 当管径降低到5和2 μm时, 去离子水在微圆管中的低速流动呈现出明显的非线性特征, 实验结果偏离经典流体力学理论, 且管径越小偏离幅度越大. 随着Reynolds数的增大, 非线性程度逐渐减弱, 实验值趋近于某一稳定值. 实验最小Reynolds数仅为2.46×10^-5.     

有机朗肯循环系统动态特性

设计并搭建了以R123为循环工质的有机朗肯循环试验台,并对其动态运行特性进行了研究.该机组采用涡旋膨胀机作为热工转换设备,采用导热油锅炉模拟低温热源,并在试验过程中保持导热油出口温度为150℃.通过交流测功机测量膨胀机输出转矩、转速及功率.对机组动态特性的测试分为两种模式:恒流量模式和恒转矩模式.在恒流量模式下,R123的质量流量恒定,随着膨胀机转矩的逐步增大,膨胀机进出口压比增大,同时膨胀机入口过热度减小,系统输出性能表现为膨胀机输出功率和机组热效率的增大.相对而言,在恒转矩模式下,以工质泵运转频率9 Hz为界,膨胀机进出口温度可分为两个明显的区域:温度稳定区和温度快速下降区.随着R123质量流量的增大,膨胀机入口过热度减小,输出功率增大,而系统热效率增大趋势较为平缓.两种运行模式都存在最大输出功率.同时,试验结果表明系统输出功率和热效率的实测值明显低于通过膨胀机进出口温度计算得到的计算值.实测机组最大输出功率和热效率分别为2.62 kW和5.31%,而计算值为3.87 kW和9.46%.     

气候增暖对我国近40年植物物候变化的影响

根据现代气象观测资料及中国科学院物候观测网络26个观测站点的物候资料，分析了近40年温度变化对我国木本植物候变化的影响，并建立了不同年代物候期与地理位置之间的关系模式，分析了当前气候增暖背景下物候期地理分布模式对温度变化的响应。结果表明：（1）物候期的提前与推迟对温度的上升与下降的响应是非线性的。20世纪80年代以后，在同等升降温幅度情况下，因降温而导致的物候期推迟幅度较因升温而导致的物候期提前幅度大；因升温而导致的物候期提前日数的变化率随着升温幅度的增大而减小，因降温而导致物候期推迟日数的变化率随着降温幅度的增大而加大。（2）物候期与地理位置的关系模式因气候变化而呈现不稳定特点。随着20世纪80年代以后我国大部分地区的春季增温及秦岭以南广大地区的降温，东北、华北及长江下游等地区的物候期提前，西南东部、长江中游等地区的物候期推迟；同时物候期随纬度变化的幅度减小。     

可压缩容积对内肋阵列微通道流动沸腾不稳定性影响

实验研究了通道入口上游存在不同的可压缩容积条件下,水力直径为210.4mm的硅基内肋阵列微通道内去离子水流动沸腾不稳定性,实验采用的内肋结构为圆形叉排内肋阵列.实验过程中,实验段加热功率保持恒定,采用逐渐减小去离子水质量流量的方法改变工况.定量分析了不同可压缩容积条件下,沸腾不稳定起始点(OFI)、沸腾不稳定现象产生时,温度和压力振荡的振幅和周期变化规律.结果表明,几种可压缩容积(V=0,0.5,1.0和2.0cm~3)条件下,OFI点对应的质量流量几乎相同,这表明可压缩容积对OFI没有影响.当通道上游存在可压缩容积时,OFI点之后通道内产生了沸腾不稳定性现象,伴随着温度和压力的周期性振荡.而且随着可压缩容积增加,温度和压力振荡的振幅逐渐增大,周期线性增加.在非稳态沸腾区,流量稍有减小便会引起平均压降突然增大,且增幅随着可压缩容积增加而增大.而通道上游不存在可压缩容积时,通道内未产生沸腾不稳定性现象.微通道入口上游可压缩容积有多种形式,采用压力罐驱动和上游管道采用软管连接都会引入可压缩容积,从而引起可压缩容积不稳定性振荡.     

圆柱形共振腔中存在人工孔隙岩样的共振声谱实验测量

在以前共振声谱实验工作基础上, 对 10 块中高孔隙度(22%~30%)的饱和人工岩样分别在圆柱形共振腔体形成的低阶模式共振声谱进行了实验测量, 并研究了岩心孔隙度对共振声谱的影响. 实验结果表明, 岩样位置由谐振腔顶部变化到中部, 共振频率逐渐增大, 共振幅度逐渐降低. 在谐振腔中部, 共振频率增至到最大而共振幅度减至最小; 随着孔隙度增加, 共振频率降低, 共振幅度减小, 衰减增大.另外, 利用体积平均模型, 对圆柱形谐振腔中具有岩石样品的共振频率进行了理论分析和数值模拟, 理论结果表明, 随着岩样位置由谐振腔的顶部变化到中部, 共振频率逐渐增大且在中部时最大; 岩样孔隙对共振频率有影响, 在谐振腔中部共振频率随着孔隙度的增大而减少. 以上结论已被理论和实验结果所证实. 为利用低阶模式共振声谱法检测岩石样品的孔隙和裂缝特征提供了理论和实验依据.     

大壁虎在垂直面和水平面上小跑和行走的关节角度观测

大壁虎优异的爬壁和运动协调能力为仿壁虎机器人的研制提供了很好的仿生模型. 用三维运动观测系统测定了大壁虎在水平面小跑(337.1 mm·s^-1)和行走(66.7 mm·s^-1)以及垂直面上小跑(241.5 mm·s^-1)和行走(30.6 mm·s^-1)时前后肢的关节角度变化. 在水平面上, 当运动速度增大时, 关节转动角速度增大, 前肢摆动角前摆的幅度几乎保持在59°不变, 而后摆幅度由72°增大到79.2°. 在垂直面上, 壁虎运动时前肢提升角始终大于零以使质心贴近运动平面, 随速度的增加前肢摆动角前摆的幅度由33.7°增大到36.7°, 而后摆的幅度几乎在87.5°不变. 无论在水平面还是在垂直面上运动, 步态的变化对后肢摆动角的范围影响不大.     

烧结多孔表面分布式阵列射流沸腾

使用50, 100和200μm粒径的铜粉,分别烧结制作了厚度为2倍粒径的多孔结构表面,以新型环保电子冷却液HFE7000为工质,进行了分布式阵列射流沸腾的换热性能实验,并将实验结果与光滑表面进行了对比.结果表明,烧结多孔表面增加了对流换热面积,增强了流体扰动,大大强化了单相段换热性能,且流量越高,强化效果越显著;100和200μm颗粒烧结表面的强化效果接近,且明显好于50μm颗粒烧结表面,表明粒径和厚度对传热性能具有重要影响.在射流沸腾换热过程中,多孔烧结表面提供了更多的气化核心和更大的换热面积,但同时也增加了蒸汽逸出阻力, 100μm颗粒烧结表面强化效果最佳,其最大沸腾换热系数比光滑表面提高了61%.分布式射流是沸腾表面补液的主要途径,由于HFE7000本身表面张力小、亲水性好,多孔表面吸液能力对于临界热流密度(critical heat flux, CHF)的影响较小, 100μm颗粒烧结表面的CHF和光滑表面相比仅提高了17%.尽管如此,烧结多孔表面的核态沸腾偏离点(departure from nucleate boiling, DNB)与CHF之间的热流密度区间显著变大,对实际应用过程有利.     

超临界流体密度波动机理的分子动力学模拟

超临界流体在工业技术领域得到越来越广泛的应用,从本质上研究超临界流体的结构特性具有重要意义.本文采用分子动力学方法模拟得到不同温度和压力下超临界流体局部密度波动的时序曲线变化规律,并进行非线性特性分析.结果表明,在近临界温度时,密度波动幅度在拟临界点处达到最大值,随着温度升高和偏离拟临界点程度的增大,波动幅度逐渐减小.超临界流体是具有显著密度波动的非均匀介质,可以看作是高密度(类液区)和低密度(类气区)流体的混合物,非均匀性随偏离拟临界点程度的增加而逐渐减弱.采用自相关函数法得到各工况延迟时间,结合时序曲线的吸引子相图和递归图定性分析发现,不同系统温度下,时序曲线的波动规律主要满足混沌和类随机两种特性.在近临界等温线上,较大密度范围内具有混沌特征;随着系统温度的升高,范围逐渐缩小,当T=1.075T_c时,混沌特征消失,各工况均符合类随机规律.混沌系统表现为较类随机系统更小的样本熵,在不同系统温度下,均在偏离拟临界点较远处得到较大值,并在一个小区域内收敛,此时样本熵的变化受系统温度的影响逐渐减小,密度起主导作用.     

外部FP-LD光注入下多模FP-LD的调制响应特性理论研究

对FP半导体激光器(从FP-LD)在另一个FP半导体激光器(主FP-LD)的强光注入下, 其调制响应特性进行了理论研究. 研究结果表明: 从FP-LD的调制响应特性与外部光注入强度、主从FP-LD之间的中心频率失谐以及模式间隔差等密切相关. 随着主FP-LD注入强度的逐渐增加, 从FP-LD的3 dB调制带宽将增大; 进一步地增大注入强度将导致弛豫振荡峰的前端已经降到3 dB以下, 从而使3 dB调制带宽迅速减小. 随着主从FP-LD之间的中心频率失谐量?f的逐渐增加, 对于较小的光注入强度, 3 dB带宽呈现单调增加的趋势, 直到FP-LD工作在单周期(P1)状态; 对于较大的光注入强度, FP-LD注入锁定的频率失谐范围较大, 在注入锁定范围内, 可观察到随着失谐量?f的逐渐增加, FP-LD的3 dB调制带宽先增大后减小. 对于给定的光注入强度以及频率失谐量, FP-LD的3 dB调制带宽随模式间隔差的分布存在两个极大值. 通过合理地选择系统参数, 可以使FP-LD的频率响应特性得到显著改善, 其3 dB调制带宽可达自由运转时的5.5倍.     

煤纳米孔径与分形特征的同步辐射小角散射

煤是一种非均质多孔介质,孔隙结构复杂.本文利用同步辐射小角散射试验对6种不同煤阶煤样纳米尺度微孔结构(1~100 nm)进行测试,分析了煤样的Porod散射曲线、Guinier散射曲线、孔径分布、比表面积和分形特征等,探讨了煤化过程中煤中微孔隙结构的演化特征.实验表明:6种煤样Porod散射曲线均呈现正偏离现象,Guinier曲线表明煤样孔隙呈多分散系分布特征;基于最大熵理论计算得出煤样孔径分布呈"双峰"形态,随变质程度增加,煤样平均孔径和最可几孔径均呈下降趋势;煤样比表面积表现为先增大后减小又缓慢增加.测试煤样的分维数在低角q阶段呈现表面分形,在高角q阶段表现为孔分形.表面分形维数随煤阶增加呈先减小后增加而后又减小的变化趋势,孔分形维数随煤阶增加呈先减小后增加的态势,且当R_(o,max)为2.07%时达最小值.     

基于单负材料光子晶体异质结构的可调多通道滤波器

用传输矩阵方法研究了由两种单负材料构成的光子晶体异质结构多通道滤波器, 结果表明, 随着异质界面数的增加, 零有效位相带隙内出现的共振模的个数增多, 并且共振模的数目与异质界面数相等, 为多通道滤波器的通道个数的调节提供了精确方法. 当介质存在耗散时, 我们得到: 异质界面数越大, 共振模衰减的幅度越大; 耗散因子越大, 共振模衰减的幅度越大. 多通道滤波器的品质因子Q值与异质界面数成线性关系, 随耗散系数的增大而减小, 为多通道滤波器的品质因子的调节提供了一种可行的方法.     

RegCM3对21世纪中国区域气候变化的高分辨率模拟

使用RegCM3区域气候模式,单向嵌套日本CCSR/NIES/FRCGC的MIROC3.2_hires全球模式输出结果,对中国及东亚地区进行了1951~2100年,在IPCCSRESA1B温室气体排放情景下,水平分辨率为25km的连续气候变化模拟试验.首先分析了区域模式对当代气候的模拟能力,结果表明,模式可较好地再现中国地区地面气温和降水的空间分布及数值.对未来21世纪中期和末期气候变化的模拟表明,未来平均气温将明显升高,且随时间推移,气温升高幅度增大,升温高值区集中在高纬度和高海拔(青藏高原)地区.21世纪中期,冬季降水除青藏高原外以增加为主,夏季降水在中国西部西北地区增加、青藏高原减少;东部地区降水变化呈正负相间的分布.21世纪末期,降水变化分布除个别地方外,和21世纪中期一致,但变化幅度增大.此外,将此模拟结果与以往RegCM3在另一个全球模式驱动下的结果进行了对比,以了解中国地区气候变化预估中的不确定性.     

利用双流体模型研究柴油高压喷嘴内部的空化流动

利用双流体模型对一单孔柴油喷嘴内部复杂的空化流动进行数值模拟, 并分别考察进口压力恒定和进口压力瞬变这两种不同的边界条件所对应的空化过程及流动特征. 模型预测的结果与文献中已有的实验结果吻合较好. 通过数值分析发现, 超空化的出现引起了流场结构及出流条件的显著改变, 超空流状态下的液相湍动能分布特征和喷孔出口速度类型有利于柴油射流的一次雾化过程. 此外, 喷孔上游的压力波动对空化过程有着重大的影响, 无论是部分空化还是超空化都会随着上游压力的急剧升高或降低而表现出不稳定的特性.     

镱对大鼠海马神经元钠电流及其动力学的影响

利用全细胞膜片钳技术,研究稀土镱离子对大鼠海马神经元电压门控性钠电流及其动力学的影响.膜片钳记录到的钠电流经过滤波过滤后储存于计算机中.结果发现,稀土镱离子对海马神经元钠电流的增大效应具有剂量依赖性和电压依赖性.100 mol/LYb3+使电压门控性钠电流的最大电流值由2154±163 pA增大到2807±60 pA,电流幅度增加了30.3%,这与镱抑制钾电流作用完全不同.镱作用钠电流的半数增大浓度是8.97 mol/L.通过对钠通道激活和失活动力学分析发现,100 mol/LYb3+基本不改变钠通道的激活和失活的电压过程.从激活时间和失活时间常数来分析,它们都具有电压依赖性,在80和70 mV电压下,100 mol/LYb3+显著延长了钠电流的激活时间,大于70 mV以后,镱不改变峰值时间,Yb3+使钠电流失活时间常数显著减小.总体来说,在钠电流开放的电压范围内,Yb3+基本不影响钠电流的激活过程,使失活时程提前,可以看出Yb3+主要通过增大钠通道的电导而增大钠电流的幅度,这可能是Yb3+作用海马神经元的机制之一.     

多年冻土区碎石路堤冬季自然对流降温效应的演化机理

通过变渗透率无量纲控制方程的有限元数值方法分析了多年冻土区碎石路堤孔隙空气对流降温效应的发生机理和演化过程. 分析表明, 碎石路堤的对流降温效应是从两个边坡最先开始形成, 逐渐向路堤中间区域发展, 随着等温线偏离热传导温度分布位置的畸变程度不断加重, 碎石路堤冬季对流降温效果也不断增强. 分别给出了在边坡区域和路堤中间区域开始形成自然对流的最小临界Rayleigh数.分析了碎石路堤发生冬季自然对流降温效应的影响因素, 并从理论上明确了抛石护坡、碎石护道是确保多年冻土区路基稳定性的有效工程措施.     

污泥对石灰性土壤有机质和全氮磷钾含量的影响

通过盆栽试验研究了不同用量污泥对石灰性生土和熟土有机质和全氮、全磷、全钾含量的影响.结果表明:施用1.25%、2.5%、3.75%、5%的污泥,两种石灰性土壤有机质和全N、全P含量都显著高于对照,且随着用量的增大,增加幅度增大;而全K含量增加不显著.因此,合理利用污泥能提高土壤肥力.     

污泥对石灰性土壤有机质和全氮磷钾含量的影响

通过盆栽试验研究了不同用量污泥对石灰性生土和熟土有机质和全氮、全磷、全钾含量的影响。结果表明：施用1．25％、2．5％、3．75％、5％的污泥,两种石灰性土壤有机质和全N、全P含量都显著高于对照,且随着用量的增大,增加幅度增大;而全K含量增加不显著。因此,合理利用污泥能提高土壤肥力。     

流动聚焦研究进展及其应用

流动聚焦(flow focusing)是一种毛细流动现象, 1998 年被正式提出. 其原理为从毛细管流出 的流体由另一种高速运动的流体驱动, 经小孔聚焦后形成稳定的锥形, 在锥的顶端产生一股微射 流穿过小孔, 射流因不稳定性破碎成单分散性的微滴. 该技术稳定、易操作、没有苛刻的环境条 件, 可以制备微米量级甚至数百纳米量级的液滴、气泡、颗粒和胶囊等微粒子, 在科技领域和工 程实际中都有重要的应用价值. 本文回顾了流动聚焦技术的研究进展, 包括实验、理论和数值模 拟, 并对其应用进行了简要评述, 最后对流动聚焦的发展趋势做出展望.