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多场耦合能质传递强化及调控理论与方法
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。
重庆大学
2021-04-11
关于远红外表面声子极化激元探测的研究进展
声子极化激元是极性材料中晶格振动与光场之间的强耦合，有望应用在低损耗纳米光学元器件中。相关的理论研究由黄昆先生于上世纪五十年代提出，目前已经较为成熟。但是实验测量表面声子极化激元直到近年才有较大的进展，主要是因为表面声子极化激元的测量同时需要高的空间分辨率和能量分辨率。目前测量表面声子极化激元的主要方法为近场光学方法（s-SNOM），该方法可以在中红外和太赫兹区间对声子极化激元进行很好的探测。但在远红外区间，由于目前缺少合适的远红外激光光源和探测器，相关材料体系的表面声子极化激元的研究受到很大限制。 近日，北京大学物理学院2016级本科生亓瑞时和王任飞利用扫描透射电子显微镜的电子能量损失谱，对ZnO纳米结构中的远红外表面声子极化激元进行了细致的探测。通过在纳米尺度上测量纳米线、纳米片不同空间位置的电子能量损失，探究了表面声子极化激元的性质，得到了表面声子极化激元的色散关系，并研究了其尺寸效应、几何效应等。图1. 左：利用电子束激发和探测纳米线表面声子极化激元。右：测量得到的色散关系。 利用电子显微镜中的电子束来激发和探测声子极化激元具有很多的优点，包括（1）电子显微镜方法具有亚埃的空间分辨率；（2）电子激发具有更高的效率（电子与材料相互作用的散射截面更大）；（3）电子能激发一些非光学活性的模式；（4）电子能量损失谱能得到高q（波矢）值下的信息；（5）电子能量损失谱具有很宽的激发、测量窗口，原则上可以测量从meV量级的振动谱信号至keV量级的芯电子激发谱信号。因此，电子能量损失谱有望极大地推动包括表面声子极化激元在内的相关实验研究。 该工作于2019年7月19日在线发表于学术期刊Nano Letters（DOI:10.1021/acs.nanolett.9b01350），第一作者为北京大学物理学院2016级本科生亓瑞时、王任飞，指导老师为量子材料科学中心和电子显微镜实验室的高鹏研究员。该项研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、量子物质科学协同创新中心等基金的支持。 论文链接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.9b01350
北京大学
2021-04-11
一种基于子结构的复合材料弹性参数识别方法
本发明提供了一种基于子结构的复合材料弹性参数识别方法，建立复合材料子结构有限元模型，根据子结构理论对复合材料子结构模型进行动力学缩聚；缩聚后子结构特征矩阵装配到残余结构上，计算得到复合材料全模型模态信息；提取全模型模态数据，计算模态频率对残余结构弹性参数的相对灵敏度；将试验和有限元模拟的模态频率残差的二范数作为目标函数，利用迭代优化算法最小化目标函数。本发明通过考虑了子结构的复合材料建模，将模型待识别部分定义为残余结构，通过全模型模态频率对残余结构弹性参数的相对灵敏度分析和模态振型匹配，采用优化迭代算法识别复合材料待识别参数，节省计算资源，提高计算效率，具有十分重要的工程意义。
东南大学
2021-04-11
针对第二陈数保护的手征Majorana费米子态的研究
当系统处于FFLO类型的超导配对时，在超导的涡旋线激发中出现手征无能隙马约拉纳态，且进一步表明，该手征特性的马约拉纳模不能由在二维空间定义的第一陈数保护。在原本的三维真实空间上，以超导相位作为参数空间，引入人工维度，进而研究由真实空间加人工维度形成的人造四维空间拓扑特性。他们计算发现在该四维空间中，系统的第二陈数非零，且提供了对前述涡旋线中手征马约拉纳态的拓扑保护。这个结论存在一系列非平凡推论，其中最有趣的是当考虑涡旋环结构时，该手征马约拉纳态可满足3-loop型的3D非阿贝尔统计。这对于研究高维空间的非阿贝尔统计性质以及新型拓扑物态提供了实际物理平台。
北京大学
2021-04-11
一种基于逆向子结构的有限元模型修正方法
本发明公开了一种基于逆向子结构的有限元模型修正方法。该 方法包括以下步骤：首先，测量实际工程结构的试验模态，建立整体 结构的试验模态；通过独立子结构试验模态参数和整体结构试验模态 参数之间的关系，将整体结构的试验模态分解为独立子结构的试验模 态；然后，基于独立子结构的试验模态建立目标函数，调整独立子结 构参数，使目标函数最小化，获取子结构最优结构参数，根据所述最 优结构参数修正独立子结构有限元模型；最后，根据结构损伤前后有 限元模型结构参数的变化完成结构损伤识别。本发明通过修正独立子 结构模型，避免
华中科技大学
2021-04-14
高频双偏心声波振动钻进驱动器及其减振结构
本专利涉及一种高频双偏心声波振动钻进驱动器，属于环境钻探技术领域和工程装备技术领域。包括：1.利用充气式隔振器，分别斜向布置于振动体的斜上方和斜下方，使振动能量转化为气体热能散发到大气中，从而达到减振目的；2.减振箱体利用一体化冷轧制造工艺可以避免应力较为集中的焊缝，且类椭圆形结构可以起到缓冲减振作用，增加使用寿命；3.通过控制使两偏心轴保持同步反向运动，具有换向作用的轮系结构强制使两偏心轴同步反向运动，最大化的保证偏心运动产生的水平激振力相互抵消。4.在振动钻机上加装法兰连接件和多级螺纹结构，增大了螺纹寿命、强度，以及钻具级配需要。
中国地质大学（北京）
2021-02-01
高振强振动机械的智能变频超前控制系统
本实用新型涉及的是一种高振强振动机械的智能变频超前控制系统，特别是一种高振强振动机械的基 于智能变频的超前控制系统，属于振动利用工程技术领域。由上位机、PLC、变频器、振动机、传感器构成 闭环控制系统，上位机主要作编程设计及与PLC的通讯，实现程序下载和上存，同时可对PLC程序运行实时 监控；PLC作为核心控制器，一方面与上位机交互，可实现编程调整；另一方面通过智能变频超前控制软件， 实施对变频器的变频输出控制；变频器一端与PLC相连接，另一端与振动机的驱动电机相连接；通过智能变 频控制使振动机的频率按照控制值变化，达到对振动机高振强、瞬态超高振强及其作用时间的有效控制,以确保振动机的正常运行。
南京工程学院
2021-04-11
一种周期性结构地铁减振道床制作方法
本发明公开了一种周期性结构地铁减振道床制作方法，利用这种减振道床可有效减小地铁列车振动对周边环境的影响。该减振道床是由钢筋连接而成的立方型网状构件，为增加减振效果，立方型网状构件的钢筋外面需要包裹一层树脂层，再将这立方网状构件放到模具中，进行浇注混凝土，这样制作成地铁道床构件，其强度要达到40?45MPa。这种构件在地铁隧道底部安装后，成为周期性结构地铁减振道床，减振效果达10dB。
东南大学
2021-04-11
一种多维波面厚粘弹性层隔减振／震装置
本发明提供了一种多维波面厚粘弹性层隔减振／震装置，包括上钢板、下钢板及夹置在上钢板和下钢板之间的波面粘弹性支座，所述波面粘弹性支座包括固定在上钢板下表面的顶板、固定在下钢板上表面的底板以及位于顶板和底板之间的波面叠层支座，所述波面叠层支座由粘弹性材料层和上下表面具有椭球状突起的钢板依次交替叠合硫化而成。本发明在水平方向能够在保证水平隔振效果的情况下提高了装置水平向的抗极限变形能力；在竖向保证承载力情况下，降低竖向刚度改善隔振效果，且通过截面设计获得了较大的竖向阻尼。
东南大学
2021-04-11
一种高速铣削电主轴切削颤振的主动抑制装置
本发明公开了一种高速铣削电主轴切削颤振的主动抑制装置， 包括磁悬浮轴承铣削电主轴、变频器、磁悬浮轴承控制器和信号辅助 处理部件；磁悬浮轴承铣削电主轴安置于铣床上，用以加工工件及抑制颤振；变频器与所述磁悬浮轴承铣削电主轴的电机相连，用于驱动 所述电机旋转及控制其启停；所述磁悬浮轴承控制器通过控制主轴内 部的径向磁悬浮轴承以产生抑制主轴振动的磁场力；信号辅助处理部 件用以对上述各器件在铣削加工过程中所传递的信号进行调理。本发 明可以大幅提高主轴-刀具系统的动态刚度和阻尼，从而抑制了颤振的 发生，提高了切削加工的稳定性及效率。
华中科技大学
2021-04-11