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汽车虚拟试验场技术研究与开发
以某商务车为研究对象，将理论研究、仿真分析和实车试验结合，研究了汽车虚拟 试验场技术，并基于该技术，建立汽车整车的虚拟样机，用于部件特性、NVH、疲劳耐 久及碰撞安全性能等的研究。主要完成以下的工作： 1）研究汽车虚拟试验场技术的建模理论与方法，并建立某商务车整车虚拟样机； 2）采用动态的、非线性有限元方法，对整车在时域内的平顺性及其影响因素进行 研究； 3）采用声-振耦合有限元法和声辐射边界元法，对轮胎和乘坐室内的低频噪声进行 分析预测； 4）应用多轴疲劳理论，采用三种典型的可靠性路面计算了车身及后悬架的疲劳寿 命； 5）依据 GB11551-2003 正面碰撞安全法规和 GB20071-2006 侧面碰撞安全法规对汽 车进行碰撞安全性的仿真研究，并提出可行的优化措施。
同济大学
2021-04-13
量子相干控制超分辨荧光宽场显微成像
传统的光学显微系统受到阿贝衍射极限原理的限制，无法分辨尺度小于~200nm的事物，为了突破衍射极限，超分辨荧光显微技术应运而生，在生物成像等领域得到广泛应用。根据成像采集过程，超分辨方法主要可分为两类。一种是单分子定位显微方法（SMLM），通过荧光分子的光开关特性，孤立每个发光分子进行单独定位。此类方法具有不受衍射极限限制的特点，可以得到10-40nm的超高分辨率，但由于分子激活漂白的循环步骤使得采集速度和成像时间较慢。另一种是如结构光照明等宽场成像的超分辨显微技术，可以通过获得相邻区域/荧光分子间一定程度的响应差异来实现分辨率的提升。宽场成像的方法具有较高的时间采集效率，但由于同时激发视野内的全部分子，使得其分辨能力往往在100nm以上。目前还缺乏一种方法在理论上可以有效的兼顾宽场成像的时间采集效率和单分子定位方法的空间分辨率，因此亟需提出一种基于宽场成像对荧光分子高效调制的技术方案。 超分辨方法其本质都是通过识别单个荧光分子的独立的发射特性获得该分子的空间定位。如果可以对宽场成像中衍射极限以内各个发光分子荧光发射差异实现主动控制，则有可能获得更好的超分辨显微结果。近期，物理学院介观物理国家重点实验室极端光学研究团队提出了基于量子相干控制原理主动调制分子荧光发射而获得超分辨荧光显微的方法（SNAC），在宽场成像下实现了分辨率的提升。课题组在ZnCdS量子点体系下获得衍射极限范围内各个量子点的差异化激发。通过设计多个整形脉冲，单个ZnCdS量子点的荧光差异性会得到增强。课题组通过周期性改变整形脉冲和傅立叶增强提取荧光响应的差异。同时，主动控制的图像采集方案可以有效的抑制系统中不随调制周期变化的泊松随机噪声和CMOS工艺导致的固定噪声，极大的提升了信噪比。接着，利用独立开发的混合周期（Combination-FFT）和多高斯拟合定位算法获得最终的超分辨重建结果。研究模拟了邻近双点荧光发射的超分辨定位，其结果可以很好的分辨出低至50nm的相邻荧光分子。对于密集标记的线性结构，SNAC的分辨能力同样有显著性的提高，获得了30nm左右的径向定位精度。在量子点标记的COS7细胞样品的维管结构区域清晰的观测到了维管的平行取向和姿态排布以及纤维交叉区域的95.3nm的邻近双峰，显示出了比已有多种宽场超分辨方法更好的重建结果。这个研究将脉冲整形作为新的控制维度引入荧光超分辨，并将宽场超分辨成像技术的分辨率提升到了与单分子定位方法接近的50nm的水平。
北京大学
2021-04-11
锅炉炉膛温度场声学可视化技术
成果介绍
成果名称：锅炉炉膛温度场声学可视化技术
成果参与单位：华北电力大学
成果完成人：沈国清
炉内温度场的分布是反映燃烧过程的重要参数，直接影响到锅炉的安全性和经济性。炉膛温度作为反应炉膛内部燃烧情况最直接、最及时、最重要的参数，是燃煤锅炉安全高效环保运行最主要的控制参数，是垃圾焚烧炉二噁英排放最主要的控制手段，是SNCR优化最直接的运行依据，是钢铁、冶炼等工艺环节提高成品率最关键的控制参数。
由于炉膛处于高温、高尘、超大空间、湍流等复杂恶劣的测量环境，接触式测量技术不断出现结焦、温度漂移、短时间内烧毁等问题，更换频繁、维护工作量大。常规接触式测量技术难以在炉膛高温测量上持久应用，以致炉膛温度测量难以实现连续准确实时监测，燃烧调整赖以依靠的炉膛温度参数处于“缺失”状态，炉膛燃烧成为了运行调整的“黑匣子”。现有的垃圾焚烧炉脱硝普遍采用SNCR脱硝工艺，没有精确的温度窗口检测手段，喷氨调节无温度场分布数据依据，脱硝效率低，氨逃逸量高。
温度场声学可视化技术作为一种非接触式测量方法，对测量环境要求不苛刻，能直观、及时的反应炉内温度场分布，实现炉内高温、多尘、湍流等恶劣环境下的实时在线测量，也可以为喷氨调整提供最直接的温度窗数据，提高脱硝效率，减少氨逃逸量。
创新点
能够给出实时的二维温度场信息，包括区域温度图、等温线图和三维温度立体图，运行稳定可靠。便于运行人员及时判断温度分布和火焰中心是否偏移，防止水冷壁局部过热超温。通过使用该技术，为机组的燃烧优化调整提供了参考，降低煤耗，节省燃料成本；延长面命，节省换管费用；减少锅炉NOx排放，节省脱硝成本。
市场前景
自主研发的声学测温系统性能价格比优于国外同类系统。系统价格仅为国外同类产品的一半，系统的测量精度、温度场分辨率、稳定性等性能指标均优于采用国外产品和技术。在系统软硬件升级、备品备件供应、售后服务与人员培训等方面具有明显的优势与市场竞争力。
应用案例
获奖情况
华北电力大学
2023-07-13
中远红外波段光场局域化和剪裁
提出采用规则几何纳米结构和掺杂来实现光场在纳米尺度上的精确局域化和调控，实现了单层石墨烯规则几何纳米结构剪裁中红外电磁场在单原子二维平面的局域分布、波长与强度调控。通过构建单层石墨烯规则几何纳米结构，利用边界对表面等离激元波的反射，形成多重干涉效应，实现了对10.7 μm入射波的光场局域化，并且通过纳米结构的几何形状调控其空间分布，结果以封面文章发表在Light: Science & Applications 2017, 6, e17057上。另外，通过对单层石墨烯进行硝酸根化学掺杂，实现了单层石墨烯表面等离激元强度提高了约2倍、波长由150 nm提高到了280 nm还发现了二维层状范德华α-MoO3晶体的中红外双曲声子极化激元效应，将声子极化激元体系推广至半导体。二维层状α-MoO3晶体具有丰富的光学声子模式，该研究揭示了它们能够与中红外电磁场进行有效地耦合激发声子极化激元，从而实现二维平面上高度的电磁场局域。另外，该研究利用α-MoO3晶体较大的层间间距，通过金属离子插层的方法，实现了对其声子极化激元的传播调制以及“关闭”
中山大学
2021-04-13
大尺度 PIV 气流速度场测试装置
PIV粒子图像测速技术一般用于小尺度流场测定，研究团队研发了大尺度PIV气流速度测试装置，利用电导轨对PIV片光源和相机实现精确定位，实现室内测量无人化操作，对室内空间流场关键区域精细测量和全场流动拼接技术，将测定范围扩大至1.2m×2.2m。
上海理工大学
2021-01-12
浸没循环撞击流反应器
本实用新型的目的是克服上述装置的不足，提供一种能够创造良好的微观混合条件、使反应及反应-沉淀和结晶等过程有效地进行，保证物料有足够的停留时间、能适应各种反应体系要求，可以间歇、也可以连续操作，并能提供反应所需换热等条件的反应技术装备。 除具备传统搅拌反应釜的一切功能外，本反应器还具有极佳的微观混合性质和全混流—无混合流串联循环的特殊流动结构，适合于在分子尺度上进行的液相或以液体为连续相的过程，特别是化学反应—沉淀法制取超细粉体；撞击流面附近产生波动现象还有利于促进动力学，消除微观混合不良对过程速度的限制。在沉淀法制白炭黑、纳米TiO2、纳米铜粉等所有制备工艺实验中，该反应器都显示出优越性能—制得产品比传统搅拌反应釜产品更细、分布更窄；该反应器中结晶成长速度比比传统装置中更快。是搅拌反应釜理想的更新换代产品。已完成不同规格工业反应器的机械设计。
武汉工程大学
2021-04-11
立式循环撞击流反应器
对于在液相和液固相体系中进行的反应以及反应-沉淀和结晶等过程，反应器中的混合状况，尤其是分子尺度上的混合即微观混合有重要影响。工业上广泛用于这类过程的传统装置是搅拌槽反应器(简记为STR)。这种反应器通常是在一个高度与直径大致相等的容器中，依靠转动的单层或多层搅拌桨带动流体旋转运动，使流团之间和液固相之间产生相对运动，从而发生混合。由于这种方式产生的流团间和液－固相间相对运动不够剧烈，混合、尤其是微观混合状况不理想，因而液相和液固相中进行的上述过程效率不够高；同时，旋转引起的离心力使得搅拌桨输入的机械能大部分消耗在流体与器壁碰撞上，能量利用率也不高。化学工程研究室伍沅研发了一种“浸没循环撞击流反应器”，已获得专利(ZL00 2 30326.4)。该反应器具有下列重要特性和优点： (1)全混流－无混合流串联循环的特殊流动结构； (2)撞击流微观混合强烈； (3)通过循环的安排，可以根据需要任意设置反应时间，适应大多数反应体系的要求； (4)可以间歇、也可以连续操作； (5)可以提供换热条件。 它在制取超细粉体等应用中已显示出优越的性能；还具有动力消耗低的优点。然而，该反应器在工业应用方面也存在一定的局限性。主要问题是反应器侧壁形状有相当大的一部分平面，受力情况比较苛刻。当用于在加压或真空下进行的过程时，器壁势必做得很厚，大大增加设备重量、材料消耗和投资。本实用新型的目的是克服上述不足，通过改变结构、提供一种既能保持浸没循环撞击流反应器的优点和性能，又便于设计和制造成能在受压条件下工作的反应技术装备。它是浸没循环撞击流反应器(ZL00230326.4)的改进型。由卧式改为立式圆筒形结构，消除了所有平面壁，从而更容易制造加压反应器。其它性质和功能与前者相同。 销售专利售反应器，也可转让专利权或入股联合经营企业。
武汉工程大学
2021-04-11
关于自旋超流基态的研究
研究小组首先利用激光分子束外延技术生长了具有原子级别平整度的反铁磁Cr2O3薄膜，是电荷的绝缘体。采用非局域自旋输运的技术，用热方法在铂电极和Cr2O3薄膜界面注入自旋流、产生自旋压，在另外一个铂电极处利用铂的自旋霍尔效应测量自旋流的输运（图A）。实验数据显示在低温下自旋输信号出现饱和现象，对应着自旋导的饱和，也就是零自旋阻效应；即自旋超流基态的最重要基本性质之一（图B）。在此基础上，该研究小组又系统研究了不同自旋输运距离下自旋超流的输运现象，证明了自旋在该自旋超流基态可以进行长距离的输运，并且其随输运距离的关系与自旋超流态输运理论预言一致（图C）。该工作是是自旋超导态领域研究的一项重大突破，势必推动自旋超导态的快速发展，为研究基于自旋玻色子的玻色爱因斯坦凝聚的基础物理研究提供了实验平台，并为新型量子自旋器件，如自旋流约瑟夫森结等，奠定了实验基础。图：自旋超流基态的重要实验证据。（A）非局域自旋输运测量示意图。用热方法在左边铂电极和Cr2O3薄膜界面注入自旋流，在右边铂电极处利用铂的自旋霍尔效应测量自旋流的输运。（B）自低温下自旋输信号出现饱和现象，反映出自旋超流基态的零自旋阻效应。（C）自旋信号随其随输运距离的关系与自旋超流态输运理论预言一致。
北京大学
2021-04-11
新型高效潜水推流曝气机
该装置工作原理不同于已有产品，具有推流和曝气双重作用，利用叶轮的高速旋转，在叶轮前端形成一定负压吸入空气，形成汽水混合物后在叶轮的强大推力下喷出，采用旋转蜗壳喷水装置，涡壳在水流反作用力下可以做 360 度旋转，极大地提高曝气面积。该装置的特点是：使用独特的高效无堵塞推流曝气叶轮，提高了效率；采用水力自旋转蜗壳喷水装置，提高了服务面积；结构紧凑，安装维护方便。
扬州大学
2021-04-14
挑流-射流联合消能系统
挑流-射流联合消能系统利用下泄的高速水流冲击溢流堰上叶轮转动，通过变速器加速发电机旋转发电，为置于水垫塘中的增压泵供电，增压泵的矩形出水口向上喷射出的面状水流与溢流坝面挑射后下泄的面状水流在空中碰撞消能，冲击叶轮过程进行底坎消能，在完成底坎消能和对冲消能后，余能将在水垫塘得到进一下的消减。
安徽理工大学
2021-04-13