变截面纳米线声子输运蒙特卡洛模拟

采用蒙特卡洛(MC)方法建立了声子在变截面硅纳米线内的输运模型, 以渐扩几何体与渐缩几何体为物理模型, 分别研究了在等热量与非等热量输入条件下2种模型的热整流效应和声子的输运特性. 模拟结果表明在2种条件下, 渐缩模型的热传导性能均高于渐扩模型. 在非等热量输入的条件下, 渐缩模型的热整流效应要大于等热量输入条件下的热整流效应.2种物理模型的主要区别在于体积的分布不同, 虽然在纳米尺度下边界散射作用明显, 但模拟结果表明边界散射对热传导的影响小于质量分布不同对声子输运的影响.     

CO_2-CH_4体系热力学性质(PVTx)研究进展

开展CO_2-CH_4体系热力学性质研究,可以为注CO_2强化非常规天然气开采中气藏内CO_2-天然气混合流体的流动、扩散及运移研究提供必要的基础热物性数据,具有重要的科学意义和研究价值.本文综述了基于压缩因子测量方法和密度/体积测量方法的CO_2-CH_4体系热力学性质实验研究、不同类型热力学状态方程研究的国内外现状,总结了现有研究的不足及研究动向.研究分析得出主要研究趋势包括:实验测量深层、超深层气藏高温高压(超高压)条件下CO_2-CH_4体系的高精度密度数据;开展高CO_2浓度(x0.90)CO_2-CH_4体系在临界区温度压力条件下的密度测量实验研究,分析其相态和PVTx变化规律;建立或发展适用于以上温度、压力条件的状态方程,准确预测CO_2-CH_4体系热力学性质变化规律.本研究为今后CO_2-地下流体混合体系的热力学性质研究提供了参考和借鉴.     

三类微型能量转换系统有限时间热力学性能优化的研究进展

随着分子生物技术、纳米技术和微电子技术的发展,微型能量转换系统日益受到人们的重视.微型能量系统中能量转换的机理和效率研究是涉及热力学、统计力学、物理学等多学科交叉融合的新课题,而能量系统的性能优化是揭示微型系统能量转换机理、提升能源利用效率的一个关键问题.本文在概述有限时间热力学理论产生和发展的基础上,结合国内外的研究现状,阐明性能优化对微型能量转换系统的意义,综述利用有限时间热力学理论对热驱动布朗马达、能量选择性电子机和热离子装置这三类典型微型能量转换系统进行热力学分析和优化研究的最新进展,并提出进一步的研究展望.     

基于能量平衡模型的陇东黄土高原蒸散发遥感反演——以平凉市崆峒区水土保持世行贷款项目区为例

利用TM遥感影像和地表热量平衡模型估算平凉市崆峒区水土保持世行贷款项目区的蒸散发量，并结合地面实测资料进行检验，分析了该区域蒸散发的分布规律，研究了蒸散发量与土地利用、地表参数、地形参数的关系。结果表明：研究区当日蒸散发量介于0．46～7．85mm之间，平均3．81mm，空间分布差异明显；不同下垫面的蒸散发能力有一定差别，其中水体和林地的日蒸散发量最大；蒸散发量与NDVI和斋程等呈线性正相关，而与地表温度呈线性负相关。本研究可为区域地表水循环和生态修复提供数据支持。     

高电场下弛豫铁电体的场致效应

弛豫铁电体在热释电、介电、电场调制微波器件和电致伸缩器件方面有着广泛的应用.这些应用均涉及电场的作用.因电场会导致极化强度增大,并连续地延伸到顺电相,从而产生了电场诱导效应.用弯曲近似法对极化强度在电场作用下随温度的连续变化做近似,得到了介电系数峰值在高场下随电场2/3次方的变化规律.与介电峰在电场作用下移动的实验结果基本一致.理论数值模拟发现:存在一个与热力学参量相关的极化温度系数,其值越大,场致介电移峰效应越小,且热释电系数越大;反之,如果场致介电移峰效应越大,电场调制微波器件的介电可调性及可调性的温度稳定性会越好.上述研究结果对掺杂改性研究微波器件的介电可调性和热释电性有一定的参考作用.     

径流时空分布理论及其在无定河流域的应用

在综合国内外相关研究的基础上,提出了径流时空分布理论,该理论基于流域数字高程模型(DEM)获得的数字化流域单元网格,并以线性汇流假定为基础,已成功应用于湿润地区的径流相关性研究中,显示出明显的科学意义和强大的实用功能.为进一步验证该理论在干旱半干旱地区的适用性,还将理论具体应用于黄河流域的无定河流域的径流相关性分析中,并获得了初步有效验证.     

江汉平原主要气候变化特征

根据江汉平原8个气象观测站1961年-2004年的气象资料，对该区气候变化特征进行分析，结果发现，该区年平均气温呈现上升趋势，气温增加倾向率为0．259℃／10a，平均最低气温有明显增加趋势而平均最高气温变化幅度不大；秋、冬两季气温上升明显；1993年是江汉平原气温突变年。该区年降水量呈现上升趋势，降水增加倾向率为42．39mm／10a；降水年际间变化明显，年际问变异系数和极值比分别为0．174和1．97；该区存在明显的3个连丰和2个连枯阶段。该区干燥度指数升高，气候向湿润化发展。该研究结果能够更好的指导该区农业生产和湿地保护，同时为政府部门决策提供气象依据.     

青藏铁路沿线多年冻土地温变化及工程地质特征响应研究

随着近几十年全球气候变暖, 青藏高原多年冻土区的气候和其他环境条件都有较大改变, 多年冻土的工程地质条件也发生了很大变化. 根据大量野外实测数据, 讨论了多年冻土的平面和垂向分布规律, 着重分析了不同冻土区域的地温变化特征, 并对不同分区冻土在未来气温升高1℃和2.6℃时工程地质特征的响应变化分别进行了模拟分析研究, 这种响应变化对建筑物的稳定性将产生巨大影响.     

膜换湿过程吸附热对传热过程的影响分析

对膜换湿过程中吸附热对传热过程的影响进行了理论研究，建立了考虑吸附热的传热过程的数学物理模型．通过分析得到了一个控制吸附热对膜过程中传热影响的无量纲数ψ=JLλ／δ（T10-T20），并分析了ψ对换热过程的影响．结果表明：温度梯度与传质方向相同时，有效热流方向会在ψ=1时发生变化．ψ〈1时，热量将由高温侧向低温侧传递，此时传质通量越大或两侧温差越小，总热阻就越大；而ψ〉1时，热质传递的综合效果是有效热流由低温侧向高温侧传递，此时传质通量越大或两侧温差越小，总热阻就越小．而传热方向与传质方向相反时，吸附热的存在会强化热量由高温侧向低温侧的传递，使得总热阻减小．传质通量J越大或温差越小，总热阻也就越小．     

深海热液羽流动力学特性的数值模拟研究:以卡尔斯伯格脊大糦热液区为例

建立了基于雷诺平均方法的计算流体动力学模型以模拟深海层化环境下高温热液羽流的上升、扩散和湍流混合过程,并应用于研究西北印度洋卡尔斯伯格脊大糦热液区羽流的特性.根据现场测量数据,分析了模型的参数敏感性,重点讨论了喷口流量、环境浮力频率等因素对羽流运动过程的影响.计算得到了层化海洋环境中热液羽流的三层流场结构形态以及最大上升高度、中性浮力高度等关键环境参数.结果表明,经典卷吸假设仅适用于0.6倍最大上升高度以下的羽干区域,而中性层水平输运和羽帽区循环等作用使得羽流上部具有复杂的结构;湍流动能和湍流耗散率均在热液口附近达到最大值,而湍流黏度的最大值却出现在羽帽区,说明羽帽区存在强烈的湍流混合.通过所建立的模型对大糦热液区所探测到的热液羽状流进行了定量模拟,其结果得到了现场观测数据的验证,并估计了高温热液喷口的热通量约为39.38 MW.研究结果对海底热液喷口的示踪、海洋物质能量循环过程研究和海底多金属硫化物资源勘查与环境评价具有支撑价值.     

非均质底水油藏水平井沿程水淹模型

地层非均质性和井筒压降是水平井沿程见水不均匀的两个重要影响因素.本文建立了底水油藏地层两相渗流与水平井井筒变质量流的耦合模型,并给出求解方法.保持井筒沿程平均渗透率和变异系数不变,构造不同的渗透率分布,并以此为基础,利用所建模型对井筒沿程产液剖面与渗透率剖面关系、井筒沿程含水率变化规律和水平井井口含水率变化规律进行分析.研究表明,由于井筒压降的作用,沿程渗透率分布对水平井含水率的变化有很大的影响,井筒沿程产液剖面与渗透率剖面相关性沿流体流动方向逐渐变差;在井口定产液量的条件下,高渗带与跟端距离越近,高渗带处产液量越来越大、水平井见水越早、井口含水率上升得越慢、开发效果越差.     

面向多区域能源互联的多智能体协同AGC策略

传统强化学习无法有效解决由于大规模新能源接入所带来的强随机扰动,以至产生AGC(automatic generation control)响应速度变慢、性能变差的问题.本文以能够解决基于Q框架的强化学习算法中状态动作对的值高估问题的双层Q学习为支点,融入了一种能够在未知的搜索空间中快速搜索最优解的灰狼优化算法,提出一种面向多区域能源互联的多智能体协同AGC策略,即GWDQ(grey wolf double Q)策略,来快速获取AGC过程中多区域协同最优解.通过对包括了混合发电燃气轮机系统、冷热电联产等多种形式能源的两区域综合能源系统模型,及多区域能源互联的东北电网模型进行仿真,结果显示所提策略与传统强化学习算法相比,拥有更强的学习能力,收敛速度和控制性能明显改善,能够快速获取AGC过程中多区域协同最优解.     

金属/非金属间界面热导的飞秒激光瞬态热反射法测量

搭建了飞秒激光泵浦-探测瞬态热反射测量系统,利用该系统测量Al/SiO2,Al/Si,Au/SiO2,Au/Si四种样品的界面热导.测量结果表明,对于同一种金属薄膜,基底热导率越低,金属与基底间的界面热导越小.通过引入DMM模型中的声子透过率,初步解释了实验结果.     

基于天然气动态模型的电-气耦合网络稳定控制策略研究

随着终端能源系统的快速变革,天然气网络与电力网络的耦合程度日益增加,燃气机组可快速响应可再生能源出力的不确定性,同时也将引起天然气网络状况的巨大波动.因此,本文针对电-气耦合网络的相互作用,提出了有效的模型和方法对其进行动态分析.首先,对偏微分方程模型进行改进,使其能够有效反映天然气管道的端口特性.该线性模型显著地减小了传统模型的复杂度与计算量,更适用于电-气耦合网络的在线分析计算.在此基础上,计及压缩机的动态特性,提出了基于可变压缩比的电-气耦合网络稳定控制方法,保证电-气耦合网络的安全稳定运行.最后通过仿真算例,验证了所提模型的准确性和控制方法的有效性.     

一种高速铁路无砟轨道混凝土结构疲劳损伤模型

基于连续损伤力学理论和边界面概念,建立了高速铁路无砟轨道混凝土结构在循环荷载作用下的疲劳损伤模型.模型在主坐标系中采用了拉压两个边界面,根据加载面与极限断裂面、边界面之间的位置关系来计算高速铁路无砟轨道混凝土结构在复杂应力状态下的损伤,并由累积损伤与应变能释放率之间的关系确定循环加载中极限断裂面的变化规律.通过将该理论模型嵌入有限元软件ABAQUS的用户材料子程序UMAT,与同类模型进行比较验证了模型的可行性.最后对高速铁路双块式无砟轨道支承层进行了循环动荷载作用下的疲劳累积损伤分析.结果表明该模型不仅能够较好地反映支承层在循环荷载作用下疲劳损伤非线性演变规律,还可以展现其疲劳损伤分布形态的全过程,为研究高速铁路无砟轨道混凝土结构的疲劳损伤与寿命预测,提供了可行的理论分析方法.     

交通限行下多级配送网络节点划分与车辆路径优化

针对车载限行政策对城市物流配送的制约和经验主义节点布局导致派送盲点等问题,建立城市多级配送网络模型,并设计节点划分方法。采用区域覆盖法对配送终端服务区域进行划分,确定其服务能力需求;结合城市区域划分,自下而上对配送中心、中转站和配送终端的配送任务进行匹配,构建符合约束条件的配送网络。根据网络层级选择车型完成配送任务,实现总成本最优。最后通过仿真算例验证了模型和算法的有效性。     

祝融号火星车热控系统设计与验证

低温、弱光照、低密度风场火面环境对祝融号火星车热控设计与验证提出严峻挑战.祝融号火星车热控设计采用"开源节流"思路,构建了基于火面太阳能原位利用技术的太阳能光-热转换与蓄能系统,及基于纳米气凝胶隔热技术的组合隔热系统,解决了无核源供热条件下火星车保温用能源供给及系统保温设计难题.采用以热分析仿真为主验证热设计的思路,开...     

焊接热输入对MIG焊接熔池行为的影响

MIG焊接热输入包括焊接电弧热流和熔滴带入熔池的热焓量两部分. 根据电弧物理的基本原理和熔滴与熔池作用过程的物理本质, 建立了电弧热流密度在变形熔池表面以及熔滴热焓量在熔池内部的分布模型. 采用数值模拟技术研究了MIG焊接电弧热流密度分布、熔滴热焓量分布模式、焊接熔池几何形状、温度场及流场的相互影响规律, 并对计算模型的可靠性进行了实验验证.     

海基合成燃油系统关键单元的热力学分析与优化研究进展

本文在简要回顾化学反应过程有限时间热力学研究的基础上,从海基合成燃油系统的碳、氢源捕获子系统各单元(包括电化学海水酸化单元,酸化海水CO_2捕集单元,氢气(H_2)获取单元)、燃料催化合成子系统各单元(包括"长链烃裂解"合成燃油技术路径中逆水气变换单元反应器、费托合成单元反应器,"短链烃聚合"合成燃油技术路径中CO_2氢化合成低碳烯烃单元反应器、烯烃齐聚单元反应器)性能研究方面介绍了其热力学分析与优化研究进展.研究工作结合热力学、传热学、流体力学、化学反应动力学、最优控制理论和多目标优化方法,建立模型,优化性能,探索海基合成燃油系统关键单元的热设计与优化问题.由浅入深,从建立热源温度完全可控的一维活塞流反应器模型到建立考虑真实热源载热工质的二维拟均相反应器模型;由可逆模型到不可逆模型,从建立经典平衡态热力学模型到建立考虑多种不可逆因素的有限时间热力学模型;由单目标优化到多目标优化,从熵产生率最小和比熵产生率(对目标产物产率平均的熵产生率)最小的单目标优化到综合考虑目标产物产率最大和熵产生率最小、出口平均转化率最高和最大径向温差最小的多目标优化.本文取得了一些具有重要理论意义和实用价值的研究成果,可为海基合成燃油系统的设计与优化提供科学依据和理论指导.下一步的发展方向是实现两个子系统和全系统与关键单元集成的构形热力学优化.     

地热单井连续和间歇供暖性能

目前国内的地热单井供暖(SWGH)工程实践遇到了单井换热量小和投资回收期长的问题.再加上SWGH的运行数据在公开场合没有报道,导致很多企业家不了解其性能,限制了SWGH的快速推广.本文建立了SWGH取热和热恢复过程的数学模型,分析了间歇和连续运行工况下取热温度和功率的变化以及岩石温度场的衰减和恢复.研究结果表明:连续供暖整个供暖季平均出口温度和取热功率分别为18.16℃和635.68 kW.出口温度和取热功率在前两周剧烈减小,两周后逐渐趋于稳定.由于岩石导热系数小、热阻大,连续取热导致岩石温度降低,越靠近井壁,岩石温降越大.非供暖季的热恢复是保障地热单井连续出力的有效手段.由于有热恢复时间,间歇供暖能部分克服岩石导热系数小的难题,大幅提高单井取热功率.间歇供暖的平均取热功率为920.21 kW,比连续供暖提高44.76%.由于总取热量小于连续供暖,间歇供暖工况下岩石温度场的衰减及恢复均好于连续供暖. 3000 m的地热井,连续和间歇运行工况下的静态投资回收期分别为6.18和4.37年.因此,采用间歇供暖模式,将会促进SWGH的快速推广,可为我国北方雾霾的解决做出巨大的贡献.