微波介质陶瓷产业体系发展研究

微波介质陶瓷作为微波电路中的电介质,是现代通信技术中的关键基础材料,广泛应用于通信、导航、雷达、卫星等领域。本文在分析国内外微波介质陶瓷及产业发展现状的基础上,剖析了当前我国微波介质陶瓷发展面临的问题,提出了涵盖发展目标、发展思路、重点发展方向以及发展路线图的微波介质陶瓷产业体系自立自强发展战略。为促进微波介质陶瓷的发展,实现我国微波介质陶瓷产品由中低端为主向高端型升级转变,突破高性能微波介质陶瓷制备技术及上游高纯原材料的自主化生产技术,建议加强微波介质陶瓷的基础研究和应用研究、强化重点微波通信领域的创新研发、积极布局第六代移动通信用介质陶瓷和加强产业生态建设。

双重孔隙流体饱和介质弹性波散射二维IBIEM模拟

基于平面波势函数,采用间接边界积分方程法(indirect boundary integral equation method, IBIEM)研究了双孔隙流体饱和介质中弹性波入射下二维孔洞的散射特性。推导得到了双孔隙介质中全空间二维线源动力格林函数,并给出了各散射波的位移场和应力场。在数值精度验证的基础上,以双孔隙二维饱和全空间中孔洞为例,解决了平面P、SV波入射下的地震波散射问题。数值结果表明:双重孔隙介质中的位移幅值、环向应力幅值、孔隙压力变化规律与不同入射波形,入射频率,孔隙率和边界排水条件密切相关,位移幅值在低频(无量纲频率η≤2)入射时出现峰值。环向应力幅值与干土条件相比更为复杂,基质孔压与裂缝孔压的存在增大了双重孔隙饱和介质的能量效应,总体震动趋势大于干土条件,环向应力放大可达62%。

考虑多孔介质渗透率变化的宾汉流体渗透注浆扩散模型

渗透注浆是一种广泛应用于岩土多孔介质加固的方法,但已有基于浆液流变方程和平衡方程的研究,侧重分析浆液本身性质如黏度时变性、滤过效应、自身重力等对渗透注浆扩散范围的影响,尚未考虑浆液在孔隙内的流动阻力对多孔介质渗透率的影响,导致现有理论解析结果与试验测试结果相差较大。因此,基于黏性流体的运动方程、连续方程和平衡方程,引入浆液在孔隙内的流动阻力对多孔介质渗透率的影响,推导获得多孔介质渗透率随介质孔隙特性、注浆施工参数和注浆扩散半径的函数解析表达式,据此建立考虑多孔介质渗透率变化的浆液扩散控制方程。与已有理论结果对比表明,考虑浆液流动阻力影响的理论结果更接近试验结果,可以验证该理论方法的有效性。参数分析结果表明:考虑浆液在孔隙内的流动阻力时,岩土多孔介质渗透率随注浆时间的增加呈现先迅速降低后缓慢上升趋势,随注浆压力的增大呈现逐渐下降趋势;对于工程中常见的符合宾汉流体性质的水泥浆液材料,当注浆时间小于5 min时,多孔介质渗透率变化是影响浆液扩散的主控因素,超过7 min后,浆液黏度时变性成为主控因素。研究成果能为岩土多孔介质渗透注浆工程实际中注浆参数选取和质量控制起到良好的理论指导意义。

重介质分选过程中悬浮液密度和黏度控制算法研究

为了解决传统的重介质分选过程忽略悬浮液黏度的建模与控制问题,首先分析了重介质分选工艺流程,以控制磁性物含量的方式控制黏度。然后建立了以补水阀和分流阀为控制量,悬浮液密度和磁性物含量为被控量的双输入、双输出控制模型。最后设计出基于模型预测控制(MPC)的悬浮液密度和黏度控制器。仿真结果表明:与传统的PID和前馈解耦控制器相比,MPC算法的超调量更小、抗干扰能力和鲁棒性更强。

NH_(3)/CH_(4)/CH_(3)OH多孔介质燃烧特性模拟研究

氨(NH_(3))是一种无碳燃料,有望作为热能发电的替代燃料降低碳排放。多孔介质燃烧是一种可提高燃烧速率和稳定性的燃烧技术,实验表明其用于氨与反应性更强的燃料进行混燃可以同时提高燃烧强度和燃烧稳定性,但缺乏相应的模型研究。该文基于多孔介质导热强度高的特性,其内部燃烧满足一维假设,建立了一维多孔介质燃烧模型,对NH_(3)分别与甲烷(CH_(4))、甲醇(CH_(3)OH)掺混时的燃烧特性进行模型计算。计算结果显示多孔介质对两种混合燃料的作用不同,对于CH_(4)/NH_(3)燃料,多孔介质可以明显提高燃烧速率并降低富燃状态的NH_(3)残留;对于CH_(3)OH/NH_(3)燃料,提高燃烧速率和降低NH_(3)残留的效果较差;对两种混合燃料,可燃气体预混后直接送入多孔介质燃烧都增加一定的NOx排放,增加效果相同,而分级燃烧可以显著降低NOx排放。

基于多孔介质的高速铁路透风式挡风墙关键参数研究

合理的匹配参数是风区铁路沿线防风设施研究的关键问题。针对风区铁路沿线部分区段混凝土实心挡风墙出现的环境风越过挡风墙顶导致严重的弓网离线、无法正常升弓,危及铁路行车安全问题,提出改“堵”为“疏”,通过一定的透风率来调控挡风墙后的线路风场,从而为缓解上述现象提供一种新思路,其关键问题在于透风式挡风墙关键参数与防风效果的合理匹配。为此,基于多孔介质的自身特性,提出一种基于多孔介质的挡风墙风场新研究方法,将挡风墙透风率与防风效果的合理匹配问题转化为多孔介质的阻力系数与列车气动载荷的关系研究。首先,通过比较数值模拟结果与兰新高铁挡风墙风场现场试验结果,修正并验证数值模拟方法的准确性。然后,通过数值模拟研究进一步探究多孔介质阻力参数与挡风墙透风率之间的关系,获得风区铁路沿线透风式挡风墙关键参数最优区间。研究结果表明:可以采用多孔介质代替挡风墙几何进行挡风墙风场研究,能够显著提升研究效率;多孔介质的黏性阻力系数在挡风墙风场研究中可以忽略,多孔介质的惯性阻力系数与挡风墙的透风率呈幂函数关系;风区铁路沿线透风式挡风墙高度为3.5 m,透风率在24.4%~28.7%区间时,对一线、二线列车的防风效果最好。

弹塑性多孔介质流固耦合新理论:混合耦合理论

在全球气候变化和双碳政策的大背景下,多孔介质中固体的变形和流体的输运问题变得尤为重要。然而,在多孔介质中建立流固耦合模型仍面临的挑战之一是需要考虑跨越宏观尺度到纳米尺度的耦合作用。本文利用基于非平衡热力学的混合耦合理论,提出了一个弹塑性多孔介质流固耦合新模型,在同一个理论框架内研究了弹性变形、塑性变形和液体渗流之间跨尺度的耦合,考虑了耗散过程中的熵产,并利用Helmholtz自由能连接宏观尺度上的力学变形和纳米尺度上的液体输运之间的相互作用。在应力-应变关系中采用了弹塑性刚度系数以反映塑性的影响。同时,经典的达西定律扩展为可考虑固体的塑性变形。通过与文献中模型的比较,验证了该模型的有效性。最后,数值分析表明在多孔介质的流固耦合中塑性变形具有比较显著的影响。

VTI介质改进声学近似qP波交错网格正演模拟

Alkhalifah提出的声学假设近似令沿TI介质对称轴的qSV波速度近似为0,建立了相应的qP波波动方程并进行了数值模拟,但存在两个不足:一是方程中存在退化的qSV波解,不是纯qP波波动方程;二是方程不适用于ε<δ(ε和δ为Thomsen参数)的介质。为此,在Liang等的工作基础上,将改进声学近似方法的思想引入qP波频散关系和一阶波动方程推导。令qSV波的精确频散关系中的圆频率为0,同时结合椭圆分解,推导了VTI介质纯qP波解耦频散关系,利用改进标量算子的空间域渐近近似建立了VTI介质改进声学近似qP波一阶速度—应力波动方程,采用交错网格有限差分算法实现了基于改进声学近似的VTI介质纯qP波正演模拟。频散关系分析和数值示例表明,基于改进声学近似的qP波一阶波动方程不包含退化qSV波,是纯qP波方程,与弹性波波动方程模拟结果吻合较好,具有较高精度,并且该方程在ε≥δ和ε<δ的VTI介质中均是稳定的,同时也适用于复杂VTI介质。

长蛇灸联合熏洗包熏蒸治疗气滞血瘀型腰椎间盘突出症对患者疼痛介质及炎症因子的影响

目的:探讨长蛇灸联合熏洗包熏蒸在腰椎间盘突出症(气滞血瘀型)患者治疗中的应用价值,观察其对炎症因子、疼痛介质水平的影响。方法:将2019年6月—2020年12月因腰椎间盘突出症于南昌市洪都中医院就诊且中医证型属于气滞血瘀型的90例患者纳入研究,用随机数字表法将患者分为对照组、观察A组、观察B组,各30例。对照组予硬膜外封闭治疗,观察A组予硬膜外封闭治疗+熏洗包熏蒸治疗治疗,观察B组予硬膜外封闭治疗+熏洗包熏蒸+长蛇灸治疗。治疗2周后比较临床效果。结果:治疗后,三组血清肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、超敏C反应蛋白(hypersensitive C reactive protein,hs-CRP)、白介素-1β(interleukin-1,IL-1β)、血清前列腺素E2(prostaglandin E2,PGE2)、5-羟色胺(5-hydroxytryptamine,5-HT)水平均较治疗前降低,观察B组均低于观察A组、对照组,观察A组上述指标水平均低于对照组,差异均有统计学意义(P<0.05)。治疗后三组视觉模拟评分法(visual analogue scale,VAS)评分均降低,日本骨科协会(Japanese orthopaedic association,JOA)评分及血清β-内啡肽(β-endorphin,β-EP)均较治疗前升高,观察B组VAS评分数值水平低于观察A组、对照组,JOA评分及β-EP数值水平则均高于观察A组及对照组,观察A组VAS评分水平低于对照组,JOA评分及β-EP数值则均更高,差异均有统计学意义(P<0.05)。结论:对于腰椎间盘突出症(气滞血瘀型)患者而言采用长蛇灸联合熏洗包熏蒸可减轻炎症反应,降低疼痛介质,改善临床症状及腰椎功能,安全性高,有助于临床效果提高。

基于双重介质渗流-应力耦合模型的高压压水试验渗透参数反演

高压压水试验过程中岩体易发生水力劈裂产生裂隙,岩体内部孔隙、裂隙双重导水,渗流场和应力场相互作用,导致岩体渗透参数的时空变异性。基于高压压水试验反演渗透参数需考虑双重介质渗流-应力耦合作用下产生裂隙前后渗透系数的变化规律,利用渗流-应力耦合数值模型结合工程现场高压压水试验数据进行参数反演,计算得到不同压力阶段下灰岩岩体渗透率。主要结论如下:发生水力劈裂前,随着注液压力的增大,渗透率及孔隙水压力在不同压力阶段之间分界明显,渗透率反演值与规程公式计算值相近;发生水力劈裂后,岩体渗透率增大约2倍,孔隙介质渗透率和通过的流量出现陡减现象。

高含量重密度组分煤重介质旋流器分选特性研究

为了提高重介质旋流器对高含量重密度组分难选原煤的分选效率,设计了新型重介质旋流器模型装置,建立了颗粒在离心旋转流场中沉降分离数学模型,采用试验与理论分析相结合的方法研究新型重介质旋流器的分选特性,揭示高含量重密度组分难选煤分选特性随工艺参数的变化规律,探索影响新型重介质旋流器流场工作悬浮液动态稳定性的因素及重产物排料输运机制。研究结果表明,新型重介质旋流器分选高含量重密度组分煤时,底流重产物排料能力强、处理量大;离心旋流场中的悬浮液密度梯度分布小、密度相对均匀,底流与溢流密度差值较低,流场中悬浮液稳定性更强;入料的压力与悬浮液动态稳定性、分选精度及重产物排料效率直接相关,随着入料的压力增大,底流、溢流口排出悬浮液密度差值增大,可能偏差E值降低,分选精度提高,重产物排出量升高;当入料的压力为25 kPa时,实际分选密度为1.666 g/cm^(3),可能偏差E值为0.09 g/cm^(3),重产物产率为75.23%。本研究为高含量重密度组分煤的分选提供了新的思路。

S-FHMC710型煤泥重介质旋流器在吕家坨选煤厂的应用

吕家坨矿选煤厂为了解决粗煤泥分选效果差的问题,采用S-FHMC710型超级煤泥重介质旋流器分选粗煤泥,并通过工业性试验对超级煤泥重介质旋流器进行工艺性能进行检测。试验结果表明:大于0.5 mm粒级可能偏差0.050 kg/L,数量效率99.64%;0.50~0.25 mm粒级可能偏差0.060 kg/L,数量效率98.76%;0.25~0.10 mm粒级可能偏差0.087 kg/L,数量效率96.99%,有效分选下限达到0.10 mm。该超级煤泥重介质旋流器应用效果良好,对于提高精煤质量、产率和选煤厂经济效益具有显著的效果。

含有氮化硼势垒层的三明治结构聚合物基复合介质储能特性研究

聚合物基高温储能介质因其较高的功率密度及优异的充放电效率被广泛应用在电气和电子等领域。该文选用不同粒径的氮化硼纳米片(BNNSs)作为填料,掺杂到聚醚酰亚胺(PEI)中构建势垒层,添加在纯PEI两侧制备拥有三明治结构的复合薄膜,探究粒径大小在不同温度/填充体积分数下对复合薄膜的介电性能及储能性能的影响。研究发现,构建BNNSs势垒层的三明治结构复合薄膜显著抑制了介质的高温电导,提高了充放电效率,且较小粒径BNNSs填充势垒层能更有效地提高击穿场强和储能密度,其中掺杂200 nm粒径BNNSs体积分数为5%的复合薄膜在常温下的储能密度可达5.65J/cm^(3),充放电效率高达96%,即使在150℃下,储能密度和充放电效率也可分别达到2.52 J/cm^(3)和95%。通过随机击穿模型阐明了粒径大小及三明治势垒层结构对击穿性能的提升机制。该文提出的含有势垒层的三明治复合结构为高温下复合薄膜储能特性优化提供了新的策略。

基于多目标优化的跨介质航行体水面滑跳初始运动参数设计

基于耦合欧拉-拉格朗日方法,开展了初始运动参数对带滑板跨介质航行体近水面滑跳过程的影响规律研究。采用参数回归方法分别建立最大浸深、最大过载和俯仰角变化3个变量随航行体初始速度、入水角、滑板倾角变化的关系式,得到了跨介质航行体稳定滑跳的参数包络,在入水角2°~5°、滑板倾角10°~25°、速度60~80 m/s范围之间,且在范围内各参数之间会相互制约。在此基础上,基于多目标优化算法获得了最适宜航行体稳定滑跳的初始参数为入水速度60.1 m/s、滑板倾角18.8°、入水角2°,在此参数范围内,跨介质航行体的水面滑跳过程可以在不超过航行体过载要求的条件下获得相对最小的入水浸深和俯仰角变化。

VTI介质修正声学近似qP波波动方程与模拟

各向异性介质中纵横波通常耦合在一起传播,纵横波解耦是地震波传播理论研究的重要内容。经典的声学近似通过设置垂向qSV波速度V_(S0)为0来解耦qP波场,但是存在退化qSV波等问题。本研究将垂向qSV波速度V_(S0)考虑成波数k_(x)、k_(z)和各向异性参数ε、δ的函数,对声学近似进行修正,推导了VTI介质修正声学近似qP波频散关系和波动方程。VTI介质修正声学近似qP波波动方程包含椭圆项和非椭圆项两部分,因此采用混合有限差分/伪谱算法进行求解,即采用有限差分法求解椭圆项、伪谱法求解非椭圆项。频散关系分析和数值示例表明,基于修正声学近似的qP波波动方程不包含退化qSV波,是纯qP波方程,与弹性波方程模拟结果吻合较好,且具有较高精度;该方程在ε≥δ和ε<δ的VTI介质中均是稳定的,并且精度高于声学近似模拟结果。

云南地区介质衰减、场地响应及震源参数研究

利用云南区域地震台网2012-2023年的地震波形记录,采用联合反演方法,获得研究区的介质衰减Q值、67个台站的场地响应以及区内ML2.0以上2819次地震的震源参数。结果显示,在三段地震波几何衰减模型基础上,非弹性衰减模型较准确地反映了云南地区构造复杂、地震活动性较强的特征。在研究区67个台站中,场地响应总体上没有出现明显的放大效应,但存在显著的高频衰减现象。在卓越频段1~6Hz,场地放大倍数大多为1~4倍;在10Hz以上高频段,场地的衰减幅度大多在0~95%之间。其中,12个台站的场地响应值在1附近波动;4个台站的场地响应值在低频段接近1,在高频段放大;5个台站的场地响应值整体上略小于1;46个台站出现低频段稍微放大,高频段衰减的现象。各震源参数的相关性分析结果表明,地方性震级与矩震级、地震矩、应力降、视应力及辐射能量均正相关,与拐角频率负相关。滇西漾濞、盈江、芒市地震余震区及滇南红河断裂南段是中小地震应力释放水平相对较高地区,沿金沙江–红河断裂带,尤其是滇南红河断裂带南段沿线则是高应力降地震集中的区域,说明这里的断层可能受到相对较强的构造剪应力作用。

孔隙密度对多孔介质燃烧器燃烧特性影响

建立多孔介质燃烧器的数学物理模型,运用Fluent模拟软件对其进行数值计算,研究多孔介质孔隙密度变化对燃烧特性和污染物排放的影响。结果表明:随着孔隙密度增大,火焰区域会逐渐往下游移动;沿着流动方向孔隙密度从10 PPI逐渐增大到45 PPI的变化结构更有利于热量传递,相较于其他孔隙密度分布其燃烧特性更好,氮氧化物生成量也相对较低,径向方向孔隙密度内部加密结构有更高的燃烧温度和稳燃上限。

超深层多重介质储层径向非稳态水侵模型

为进一步认识超深层多重介质储层的水侵规律,将水体分别考虑为无限大水体和封闭水体,建立了其关于双重介质储层和三重介质储层的径向非稳态水侵模型。利用拉普拉斯变化等数学方法对模型进行求解,得到拉普拉斯空间下的累计水侵量解,再通过数值反演即可获得实空间下的累计水侵量解。绘制了无限大水体多重介质储层和封闭水体多重介质储层的水侵曲线,对两种水体的水侵曲线进行了对比分析以及对多重介质储层水侵曲线进行了参数敏感性分析。最后,选用塔里木盆地超深层缝洞型油藏的现场数据并结合物质平衡原理对模型进行了验证分析。研究表明,无限大水体水侵曲线不断上升,封闭水体水侵曲线后期保持平稳且有“水侵台阶”出现;水体半径和储容比主要影响水侵曲线的位置高低;窜流系数主要影响“水侵台阶”出现的时间早晚;该水侵模型能准确地求取累计水侵量大小。建立的水侵模型以及绘制的水侵曲线可为超深层多重介质储层水侵机理研究提供理论参考。

用静电纺丝技术制备纳米片取向结构复合电介质材料

金属化薄膜电容器因其具有超高功率密度而在新能源行业领域受到广泛关注。为了提升薄膜电容器的储能密度,将高绝缘氮化硼纳米片(BNNS)引入到聚偏氟乙烯(PVDF)基聚合物中以制备电容器用高储能复合电介质材料,并利用静电纺丝技术实现BNNS均匀取向的分布。结果表明,均匀取向分布的高绝缘纳米片可以抑制载流子迁移并提升复合材料的击穿场强。结合相场模拟分析可知,均匀取向分布的BNNS结构能调控外电场分布且更有效地阻滞复合材料被击穿,最终在396 MV/m的电场强度下实现高达10.5 J/cm^(3)的储能密度。

双层电介质界面极化电流测量装置的设计与实现

界面夹层极化现象是高电压技术中的重要知识点。为了使学生更好地掌握双层电介质界面极化电流的测量,研制了一套界面极化电流测量装置——极化-去极化电流测量装置。基于极化-去极化电流测量原理,设计了无线传输数据的皮安表、可输出0~5 kV电压的程控直流高压电源以及分析显示数据的上位机控制程序,然后基于该测量装置设计了双层电介质界面极化电流测量实验。结果表明,该测量装置解决了双层电介质界面极化电流不易测量、学生理解难的问题。将实验教学与实际工程问题紧密连接,把微观的工程技术问题转变为宏观的实验现象,对于培养学生的科研思维及分析问题、解决问题能力有重要意义。