北京大学物理学院/定量生物学中心欧阳颀课题组在Nature Physics发表题为“The energy cost and optimal design for synchronization of coupled molecular oscillators”（文章网址：https://www.nature.com/articles/s41567-019-0701-7）文章，揭示了互相耦合的分子振子达到同步化所需的热力学代价，表明分子振子的同步化需要额外能量耗散，并揭示了能量耗散与所能达到的最优同步化效果及耦合的最佳设计之间的关系。 振子之间的同步化现象在自然界是非常普遍的现象，许多非线性理论与实验很好地回答了很大一部分非线性振子中的同步化问题。然而，对于分子振子而言，他们的振荡节律由随机的、大噪声的生化反应所决定，与之前相对成熟的非线性理论所涉及的情况有所不同。这类分子振子的同步化规律，尤其是同步化所需的热力学代价尚不明确。 欧阳颀课题组与美国IBM T. J. Waston 研究中心/北京大学定量生物学中心杰出访问教授的涂豫海教授展开合作研究，首次在理论上阐明了实现分子振子同步化所需的热力学代价。该研究提出一个简单而普适的随机理论模型，假设不同的分子振子之间被一些额外的分子间化学反应耦合起来从而使彼此的相位相互靠近，用以描述一般的可产生同步化振荡的分子振子。在这个理论模型中，研究者们找到了单分子稳定振荡状态的概率密度的解析解，由此计算了不同条件下的能量耗散，并通过平均场近似得到了该振荡出现同步化现象的条件。通过比较不同条件下的能量耗散，研究者发现，若要实现分子振荡的同步化，除去驱动单个分子振荡的能量以外，还必须要有一部分不为零的额外的能量耗散。除此以外，当外界条件给定能量耗散的大小时，虽然可以通过调整模型中的参数达到各种不同的同步化效果，但是可以达到的最优的同步化效果由给定的能量耗散所限制。当能量耗散小于一个临界值时（这个临界值大于驱动单个分子振荡的能量）同步化是不可能的，给定的能量耗散越大，所能达到的最优同步化效果越好。该结论具有一定的普适性。随后研究者在蓝藻的生物钟系统中检验了该理论，验证了生物体内的分子振荡体系确实需要额外的能量来实现同步化。 北京大学物理学院博士生，欧阳颀课题组的张东良为该文章的第一作者，涂豫海教授为通讯作者，合作者包括欧阳颀教授和美国加州圣地亚哥分校的博士后曹远胜博士。

能源、环境及化工等领域广泛存在具有相变和反应的能质传递和转化问题， 具有多区域、多场、传递与转化等相互耦合的特点，是影响装备性能的关键热物 理问题，对提升性能至关重要。本项目针对上述领域中共性的多场耦合能质传递 机理反其强化和调控方法的前沿科学问题开展研究工作，取得了系列原创性研究 成果。主要发现点有： 一、 分区耦合多相传递可视化实验方法及其机理与特性：创新了滞止流和通 流槽道内逸出速率及位点可控的液滴和气泡动力学行为、变孔隙率网络流道及其 与外部流场耦合的两相流动、毛细阻力可调的多孔层内相变传热及含反应边界的 两相流及传递等可视化实验方法。获得了逸出液滴聚合衰减震荡机理及规律；发 现了微孔逸出气泡脱离后涌入和界面震荡现象；揭示了具有壁面逸出气泡的槽道 内两相流规律；阐明了具有微孔层和结构缺陷的气体扩散层内两相分布特征；厘 清了反向式毛细蒸发器多孔层内相分布规律反其对相变传热的影响机理；揭示了 燃料电池内两相流动和传输以及电化学反应的相互作用规律，获得了流道水淹与 压降之间的定量关系及膜电极表面温度分布特性。 二、 多元多相分区耦合能质传递及转化理论模型：建立了多场耦合固体基质 表面细胞吸附成膜理论模型，揭示了生物膜结构与能质传递及产氢/产电性能的 相互关系；建立了含生化反应的多孔填料床内多相能质传递的毛细管模型和多相 混合模型，阐明了流动和传输与生化反应的耦合特性，为固定化细胞生物反应器 性能预测提供了方法；建立了毛细结构材料内分区耦合相变传热理论模型，为反 向式毛细蒸发器和微槽膜状凝结换热提供了理论计算方法；提出燃料电池两相传 输三维孔隙网络模型和气体有效扩散系数的分形模型，首次利用V0F方法模拟 了边壁具有逸出液滴的燃料电池流道内细观两相流行为，揭示了多孔扩散层与流 场板流道内两相流的耦合关系以及流道结构和工况参数对两相流特性的影响规 律。 三、多场耦合能质传递强化及调控方法：基于分区耦合强化传热思想，提出 了三维肋表面和螺旋扭带组合强化传热新方法；通过分区流动和传递强化与调控, 发展了三维柱状阵列结构阳极微流体燃料电池，显著提升了电池性能；利用石墨 烯表面修饰，实现了多孔电极内微生物产电菌电子转移速率和活性生物量调控和 强化；创新性利用流场/浓度场/温度场/光场的强化和调控，结合表面修饰和弥 散光导体技术，实现微生物生化转化全过程强化；提出了通过外接电阻控制阳极 电势诱导和调控生物膜结构，强化了质子传输，大幅提升了微生物燃料电池性能。

01. 成果简介 质子交换膜燃料电池系统具有污染低，排放少，高比功率等优点，在汽车上有着越来越广泛的应用。燃料电池汽车一般包含两个动力源，即燃料电池和动力电池，如何实现两个动力源间最优的功率分配，提高能量利用率和使燃料电池大部分工作在稳态工况下，提高燃料电池的使用寿命，是动力系统控制和能量管理的重点。 针对动力系统控制，提出了一种燃料电池混合动力整车控制方法和基于多信息融合的整车控制方法等。整车控制器通过实施读取车辆状态参数，预测整车需求功率，根据动力电池SOC状态，计算预测未来一段时间内动力电池的目标最优SOC轨迹，同时计算整车的辅助功率等，实现整车目标功率在动力电池和燃料电池之间的优化分配。 针对能量管理，提出了一种燃料电池汽车的热管理系统和基于地理位置信息的能量管理方法等。新型热管理系统采用水冷方式控制燃料电池工作在合适的温度，利用燃料电池工作时产生的热量以及辅助电加热器产生的热量，用于车辆冬季取暖，同时用于锂离子电池在冬季的保温。基于地理位置信息的能量管理方法将车辆的地理位置信息与车辆的功率需求结合起来，通过多时间尺度的通讯，融合马尔可夫模型和动态规划算法，实现了工况预测和最优的能量管理。 同时还针对燃料电池等混合动力汽车，提出了多种网络通讯方法和通讯网络测试系统。提出了基于有限状态机的分布式控制系统、基于时间出发的分布式控制系统CAN网络通讯方法和基于TTCAN的整车通讯网络测试系统等。简化了控制流程设计，通过确立系统节点间信息交互模式可方便的规划各节点间的协同工作，避免网络仲裁和冲突，提高网络安全的实时性和安全性。02. 应用前景 本成果可应用于质子交换膜燃料电池领域。03. 知识产权 本成果涉及10项发明专利。04. 团队介绍 项目团队主要研究方向新能源汽车动力系统，团队成员包括欧阳明高、李建秋、杨福源、王贺武、卢兰光、李希浩、徐梁飞、杜玖玉、韩雪冰、冯旭宁等，课题负责人为李建秋，获得国家技术发明二等奖两项，北京市科学技术一等奖一项、中国汽车工业技术发明一等奖一项，论文发表200余篇。项目团队深度参与了中国新能源汽车的战略规划、科技研发、国际合作、示范考核和产业化推进的全过程，培育出多家学生创业型高科技企业，为中国新能源汽车跻身世界先进行列作出了重要贡献。05. 合作方式 技术许可。06．联系方式 邮箱： zhangyan2017@tsinghua.edu.cn

本发明公开了一种部分单元能量回馈级联型变频器及能量回馈单元配置方法，由基于三相不控整流 电路的功率单元和能量回馈单元级联构成，其中，能量回馈单元为基于三相 PWM 整流电路的功率单元， 由绝缘栅双极型晶体管构成的逆变电路、中间直压电路和三相 PWM 整流电路并联构成，所述的中间直 压电路包括第一电容、第二电容、第三电容和第四电容，第一电容和第二电容并联构成第一并联支路， 第三电容和第四电容并联构成第二并联支路，第一并联支路和第二并联支路串联。本

220mm×220mm×490mm，铝环和磁铁，铝环能在管外，使封闭在管内的磁铁上下振动。

1、成果简介 可以研发：扭矩传感器、测功机、回转动力监测系统、回转动力测试系统、闭式转动动力试验装置、发动机测试装置等。2、应用说明 主要应用对象：材料、船舶、航空航天、铁路、矿山、钢铁等领域。3、效益分析 高技术产品