用于晶体生长的地基无容器悬浮技术

空间微重力环境下几乎无对流和沉降,可为晶体生长提供一个相对稳定和均一的理想环境,易于得到尺寸较大的高质量单晶。但是,空间结晶实验成功率低,费用昂贵,实验机会受限。因此,研发各种空间微重力环境地基模拟技术具有重要意义。目前可用于晶体生长的地基无容器悬浮技术主要有空气动力悬浮、静电悬浮、电磁悬浮、液体界面悬浮、超声悬浮和磁场悬浮技术等。这些地基模拟技术可实现晶体的无容器悬浮生长,避免器壁对晶体生长的不良影响,提高晶体质量,为解决X射线单晶衍射技术中的瓶颈问题提供新途径,还可为在地基进行结晶动力学和机理研究提供简单易行的方法。从技术原理、优势、缺陷及在结晶(特别是蛋白质结晶)中的应用4个方面对这些技术逐一进行了介绍和评述。重点介绍了液体界面悬浮、超声悬浮和磁场悬浮技术这3种用于蛋白质晶体生长的较为成熟的地基无容器悬浮技术。

短定子磁浮列车基于悬浮间隙实现测速和定位的算法仿真及应用

短定子磁浮列车测速和定位技术实现方式与传统轮轨不同,目前有多种技术实现方式,但都需要在磁浮列车上设置测速和定位设备或系统,且与悬浮控制系统相互独立,但悬浮控制系统对速度信号和位置信号又有一定的依赖性。因此,设计了一种基于悬浮间隙实现测速和定位的算法,并通过仿真达到算法设计预期目的,最后通过编程将算法嵌入磁浮列车的悬浮控制系统硬件平台,实现测速和定位的算法应用,测速和定位信号完全集成于悬浮控制系统中,摆脱悬浮控制系统对外置测速定位系统的依赖,提升磁浮列车在轨道交通市场的竞争力。

高温超导磁悬浮引纬结构悬浮稳定性分析

针对现有电磁投梭技术能量利用率低、引纬幅宽提升有限等问题,提出了一种基于超导磁悬浮的引纬方式,基于高温超导体的迈斯纳效应高温超导片梭能实现其自稳定悬浮,再通过设计的电磁线圈轨道产生行波磁场驱动片梭,从而实现增加片梭织机引纬幅度。由于引纬结构中永磁轨道间磁场存在相互干扰使轨道产生的磁场非对称分布,导致超导片梭两侧超导体悬浮力不相同,超导片梭不能稳定悬浮在轨道上方,后续引纬过程不能进行。为了保证引纬前片梭悬浮稳定性,通过有限元仿真软件分析超导片梭受到的悬浮力,并通过数值计算对永磁轨道磁场进行求解,从而研究磁场分布与超导片梭悬浮稳定性之间的影响。研究表明,轨道上方磁场分布对称性越高,超导片梭悬浮稳定性越高。通过数值计算方法确定了永磁轨道之间的距离为30-40 mm,即永磁轨道之间磁场发生干扰的临界距离,磁场分布具有很强对称性,超导片梭能够稳定悬浮于永磁轨道上方,并且能使超导片梭尺寸最小。

CAT-1超导磁悬浮系统的平衡分析与永磁实验装置设计

天环一号(CAT-1)是国内首个采用磁悬浮偶极场磁体设计的磁约束等离子体装置。本文根据CAT-1装置总体目标和参数设计要求,采用线电流简化模型,基于矢量磁场、力学平衡及动力学等方法,完成了超导磁悬浮系统的平衡稳定分析,给出了参数设计结果;初步设计出简化的永磁悬浮实验装置,用于检验超导磁悬浮系统稳定性及参数可靠性。结果表明:对于CAT-1装置的悬浮磁体1200 kg、电流5 MA、悬浮距离2.0 m设计目标,托举线圈半径最优值为1.7 m,相应的电流为3.49 kA,为实现对悬浮磁体偏移运动的有效阻减及控制,平衡点附近工作区域应限制在垂直位移Δz<0.1 m、水平位移Δer<0.05 m、倾斜角位移Δα<π/24;分析了TSR线圈对悬浮线圈的影响,计算显示TSR与悬浮线圈产生对向漂移,漂移幅度与径向位置有关,同时TSR线圈侧原本闭合磁力线被破坏,造成输运粒子损失;采用1.5 kg永磁完成了悬浮实验装置概念设计,分析表明永磁体与托举线圈间距0.1 m,铜导托举线圈电流895 A,满足控制对响应速度的要求。

集成化白云石悬浮煅烧引领镁产业变革

白云石煅烧作为硅热法炼镁的第一步,不仅是主要的能耗和碳排放环节,其煅烧产物的质量更是直接影响原镁的产率与品质。目前主流的回转窑煅烧工艺存在热效率低、能耗高、污染大、单线产能低、产品质量不稳定等问题,整个煅烧工序亟待技术革新。提出了利用悬浮态煅烧替代回转窑进行白云石煅烧,并对两种工艺进行了综合对比,悬浮煅烧呈现出显著的技术、环保及经济优势:理论上节能50%以上,CO_(2)减排超20%,生产成本较目前降低35%,而且可以有效避免“过烧”和“欠烧”,获得高质量、性能稳定性好的煅烧产物,为后续炼镁环节提供优质原料。还分析了用绿色、高效的集成化白云石悬浮煅烧技术替代目前的“分散式”煅烧的可行性及对整个镁产业可能产生的颠覆性影响。

电动电磁混合磁浮悬浮稳定性及技术特性分析

针对EDS(electro-dynamic suspension)型磁浮系统自振较大的不足,研究一种EDS和EMS(electro-magnetic suspension)混合作用的磁浮技术。基于该系统的动力学模型,利用劳斯判据进行悬浮稳定性分析,结果表明,纯粹的EDS系统是临界稳定的,而引入EMS后即使对其不施加主动控制作用,只要EDS悬浮力达到一定比重即可实现稳定。通过选取4种典型情况进行数值计算,验证了所给稳定条件的正确性。论文还对混悬系统的技术特性进行分析,指出EMS部分既可完全利用车载永久磁铁实现,亦可再辅以零功率控制线圈来提供更好的主动阻尼。所增加的EMS控制器的体积重量功耗小、部件少、无需通过冗余来保障安全,且对轨道的精度要求低。EDS和EMS混合磁浮技术可以发挥二者的优点而克服各自的不足,具有潜在应用前景。

生物凝胶辅助空气悬浮技术在耳内镜鼓膜修补术中的应用

目的 介绍一种简易的利用生物凝胶辅助空气悬浮技术耳内镜下鼓膜修补的手术方式,并观察手术效果。方法 选择2023年2月—6月在南京明基医院就诊的鼓膜穿孔患者24例(25耳),其中男13例,女11例;年龄(42.3±10.1)岁。行耳内镜下生物凝胶辅助空气悬浮技术修补鼓膜。术中利用内植法植入耳屏软骨膜,鼓室内外不填塞,术后第3天、第6天及第2、4、8、12周门诊随访,行耳内镜检查。结果 24例(25耳)患者平均每耳手术时间(34.2±10.5)min, 2耳术后3 d漏气,1例术后3周感染,均进行积极处理,无耳闷、出血、过敏等并发症,随访时间1~3个月,穿孔鼓膜均愈合良好。结论 生物凝胶辅助空气悬浮技术修补鼓膜简便、微创、快速,术后无耳闷,为唯一听力耳手术提供了一种新选择,同时方便双耳同时手术、局麻手术及无法配合术后换药的儿童手术。

一种用于磁悬浮汽车的永磁电动轮的优化策略

为了改善磁悬浮汽车的基础性能,基于目前国内外永磁电动悬浮的研究现状,提出了一种基于更优磁化角的永磁电动轮结构。首先从原理的角度分析磁化角度变化实现更优电动轮结构的理论合理性,通过优化环形永磁电动轮的磁化角可以增加单极对的永磁体数量增加外围磁场强度,并利用等效面电流法推导得出更简洁的解析计算公式,分析得到了永磁电动轮与导体板之间的结构关系、磁场特性和涡流分布特点;然后在三维电磁仿真优化方面,从磁场、悬浮力、驱动力、浮重比和浮驱比等多个性能参数对比传统的永磁电动轮和改进的永磁电动轮。结果验证了改进后的永磁电动轮结构对其悬浮-驱动一体化功能具有有益提升,并从解析计算和实验分析两个角度共同验证三维电磁仿真的准确性和可靠性,为后续设计优化工作提供了可靠手段。这种Halbach阵列永磁电动轮的优化方案有助于磁悬浮概念车的基础性能提升,为“碳达峰、碳中和”背景下新型绿色环保交通工具的形成提供了可行的技术选择。

计及悬浮系统影响的高速磁浮直线同步电机建模方法

为提高高速磁浮直线同步电机模型精度,基于电磁铁模块磁共能重构,提出一种计及悬浮系统影响的分布参数建模方法.首先,建立高速磁浮列车电磁铁模块的有限元模型,利用有限元数值分析获取电磁铁模块在不同工况下的磁共能数据,通过对磁共能进行傅里叶级数展开及多项式拟合构建磁共能的解析模型;其次,根据磁共能解析模型推导电磁铁模块的磁链、电压和推力方程;然后,根据列车编组数量和电磁铁模块数量分别建立左右两侧直线同步电机的数学模型,并通过运动学方程计算高速磁浮列车位置和速度;最后,通过硬件在环仿真系统进行实验验证.试验结果表明:本文所提建模方法与传统建模方法相比,推力波动幅值增加超过6.8%;并且所提方法可以准确表征悬浮系统对牵引控制的影响,当励磁电流谐波幅值增加0.5、1.0、2.0 A时,推力波动幅值分别最大增加54.3%、26.2%、83.7%;当励磁电流谐波频率为5、10、20 Hz时,推力的谐波频率最大达到5.14%,21.75%和14.17%.

基层治理中的数字悬浮:内涵表征、形成机理及消解策略

数字技术作为一种外在嵌入型资源,在基层治理中具有纾解困境的潜力,但其应用并非尽善尽美,可能存在与基层治理场景难以深度契合的情况并滋生数字悬浮现象。此类现象表现为数字技术悬浮于基层工作、治理主体、群众诉求和治理过程之上,并由此引发包括增加治理主体的数字负担、浪费治理资源、数字治理内卷化和数字形式主义等在内的诸多困境。数字悬浮的产生在于:基层治理结构的科层化导致了管理模式僵硬,不利于灵活应用数字技术;诸多数字治理工具未能充分考虑基层实际需求,其在实践中难以发挥预期效果;部分基层工作人员和普通群众的数字素养不足,缺乏必要技能和知识来有效利用数字工具;传统治理方式的路径依赖阻碍了新技术的深度嵌入。为解决这些问题,应基于“结构工具主客体方式”的去悬浮化路径进行优化:优化基层治理结构,减少科层化带来的僵硬性;开发契合基层实际需求的数字治理工具;通过培训和教育提升治理主体和客体的数字素养;革新治理方式,建立更加高效、灵活的治理机制。通过科学的方法实现治理效能提升,促进数字技术与基层治理更深度的融合,使数字技术真正成为助力基层治理的赋能工具。

治理竞赛、创新扩散与情境不兼容:基层治理创新悬浮现象的发生逻辑——基于A市居委会轮岗制的案例研究

创新扩散和创新悬浮现象是基层治理研究的重要议题,但围绕两个议题的整合性研究并不多。基于对A市居委会轮岗制扩散过程和应用结果的案例研究,发现基层治理创新的构成要素和应用场景在扩散中发生明显变化。创新悬浮现象发生的起点是基层治理竞赛的评价标准具有模糊性,模糊性评价造就了在扩散中竞争和创新再生产等行动策略,并导致创新与创新使用者在工作目标、工作经验和工作激励等方面形成情境不兼容问题,进而使创新使用者采取名实分离策略。扩散中的创新再生产可以分为复制、加码、移植和转换四种,情境不兼容包括效率、竞争和社会三种情况,表明创新悬浮现象可以通过多种路径形成。扩散带来的创新悬浮问题表明作为创新调适机制的扩散可能存在积极扩散和消极扩散两种功能。破解基层治理创新悬浮问题有赖于营造更多的积极扩散,在此过程中需要平衡好创新标准化与基层自主性、局部创新与整体创新以及管理知识与执行知识等关系。

25%辛·福悬浮种衣剂室内联合毒力测定

本文以辛·福悬浮种衣剂室内联合毒力测定为研究对象,探究该种衣剂对室内环境的毒害程度及与其他室内污染物之间的关联。本文采用青蒿素—磷酸氢二胺荧光显微法与亚硝酸盐还原法相结合的方法,对辛·福悬浮种衣剂对小鼠呼吸系统、消化系统和神经系统产生的影响进行了全面测定和分析。

超导电动磁浮列车电磁特性及悬浮稳定性控制

超导电动磁浮列车运行过程中电磁阻尼较小,借助列车直线同步电机牵引控制,设计悬浮稳定性控制系统,为列车的悬浮稳定提供一种技术手段。以MLX01型超导电动磁浮列车为研究对象,结合单个转向架与地面线圈组成结构的场-路-运动耦合数值模型,揭示了超导电动磁浮列车的悬浮特性。研究了超导电动磁浮列车超导磁场强度、悬浮位移、运行速度以及标准空气气隙之间的关系特性,分析了不同超导磁场强度和标准空气气隙下单个转向架悬浮方向电磁弹簧系数变化规律。采用矢量控制策略实现了超导磁浮列车直线同步电机直轴和交轴分量的解耦,建立了直轴电流与悬浮力之间的数值表达式,设计了悬浮稳定性控制结构,并采用状态反馈实现悬浮系统的极点配置。通过对比采用悬浮稳定性控制结构前后转向架平衡位移响应,证明了采用悬浮控制结构的有效性。研究结果表明,采用悬浮稳定性控制系统可有效抵抗外部干扰,维持列车的悬浮稳定,也可进一步提高列车的乘坐舒适性。

基于系统辨识的轴向磁悬浮轴承建模研究

磁悬浮轴承可有效地提升高速电机的临界转速,然而轴向磁悬浮轴承在转子高转速和材料实心的情况下涡流效应显著。针对该情况下实心轴向磁悬浮轴承的建模问题,使用等效磁路法建立轴向磁悬浮轴承模型时常会忽略涡流效应,导致理论模型与实际模型存在较大误差。为了得到更贴近实际的轴向磁悬浮轴承精确模型,针对一种混合型三自由度磁悬浮轴承的轴向部分采用系统辨识的方法进行了闭环辨识,研究了分数阶模型阶次的确定流程和误差准则,得到了轴向磁悬浮轴承的数学模型。结果表明,分数阶系统模型能够弥补整数阶模型在高频段上的相位特性误差,在整个频域上有着更高的精确度。

主动磁悬浮轴承运动力学分析与悬浮控制研究

主动磁轴承(Active magnetic bearing,AMB)具有无摩擦、低损耗、寿命长、可控性强等优点,因此广泛应用于各类旋转轴机械装置中,当前,许多应用于磁轴承系统的先进控制手段在理论上有着良好的控制效果,但在实际应用中却存在很大差异。在实际主动磁悬浮轴承系统中,磁悬浮轴承-转子系统制作偏差而使轴承磁力偏移,严重影响转子悬浮控制。为探究悬浮控制过程中转子运动状态,分析对比了等效磁路法与麦克斯韦积分法电磁力计算,在不完全微分PID控制基础上基于试验测试与理论推导提出了一种实际磁悬浮轴承系统下的运动力学分析悬浮控制方法。将转子运动过程分为加速、减速、波动阶段,对每一阶段转子运动行为特性与控制方法选择进行了研究,并应用于实际8极主动磁悬浮轴承系统中,最终使转子动态悬浮于气隙允许范围内。

磁悬浮列车磁浮力的计算与分析

磁悬浮交通系统具有速度域宽、噪声小、环保节能、无接触悬浮与导向等特性,受到较为广泛的关注与研究。在磁浮列车-桥梁耦合系统动力学问题中,作为桥梁与磁浮列车之间的相互作用力,磁浮力是引起磁浮列车-桥梁耦合系统振动最根本的激励源,对其进行准确的计算与分析及其重要。简要阐述常导电磁悬浮、电动磁悬浮、高温超导磁悬浮的悬浮特点与基本原理,综述3种磁悬浮模式下磁浮力的计算公式,分析不同磁悬浮原理的优缺点及其适用情况。研究结果可为不同制式下磁浮列车-桥梁耦合系统中磁浮力的确定提供一定的参考。

强吸收纳米粒子团簇的光泳力悬浮及热泳力下的迁移行为

为了探索空气中强吸收纳米粒子团簇在激光作用下的悬浮以及迁移行为,提出采用反向传输的双贝塞尔光束对纳米粒子团簇进行捕获及悬浮,而后释放团簇,观察和计算分析团簇的迁移行为.两束贝塞尔光束由锥透镜和偏振分光方式产生,进行反向水平布置,形成三维光阱,光阱刚度可通过调节两束贝塞尔光束的功率比进行控制.悬浮室内的粒子通过微弱气流进行流化,而后被光阱捕获和悬浮.采用高速摄像仪对团簇的悬浮及迁移过程进行记录,然后通过图像分析来获取粒子运动参数.以强吸收性超细煤粉粒子团簇为对象,首先对其进行悬浮和释放迁移的实验研究,而后对团簇所受的光泳力、重力、浮力、曳力以及热泳力进行计算和分析.实验和计算的结果表明:强吸收性纳米粒子团簇在激光作用下产生的光泳力占主导作用;团簇能够被稳定地悬浮在反向传输的双贝塞尔光束形成的三维势阱中,通过调整悬浮的位置而达到与重力、浮力、曳力等的动态平衡;利用悬浮的相对不稳定度分析评价强吸收性粒子团簇的稳定性,超细煤粉粒子团簇的最小相对不稳定度可达0.075;通过对团簇释放后的高速图像进行分析,可获得团簇的迁移运动参数,从而测量出团簇所受的热泳力;对于等效粒径为13—21μm的超细煤粉粒子团簇,其热泳力量级为10-11—10-10N,随着团簇粒径的增大,热泳力线性增大,与理论计算结果趋势一致.通过利用激光对粒子进行悬浮和释放的方式为热泳力的测量和研究提供了一种新的研究思路,也为气体介质中粒子的控制和输运展现了一种新的操控手段.

悬浮物对三亚珊瑚礁区浮游动物群落结构及其摄食的影响

随着人类活动对珊瑚礁的影响日益加剧,输入到近岸珊瑚礁区的悬浮物日益增多,不仅影响珊瑚的生理,也会对珊瑚礁生态系统基础生物生产过程产生影响。为了解悬浮物对珊瑚礁区浮游动物组成及摄食的影响,于2015年4月在三亚典型岸礁区设置了昼夜连续观测站点(W4为悬浮物浓度高的站位,W5为对照站位),分析了悬浮物波动对浮游动物群落结构的影响,并用分子生物学方法结合室内实验,研究了悬浮物对优势桡足类现场食物组成和摄食选择的影响。结果显示:两个站位叶绿素a浓度偏低,昼夜波动较大;W4站的悬浮物和叶绿素a浓度均高于W5站,但W5站悬浮物中有机颗粒物组分比例(73.69%)高于W4站(46.09%);W5站浮游动物种类多样性和丰度均高于W4站。进一步摄食分析表明,两个站位桡足类均以后生动物来源的有机碎屑为主要食物,在W4站桡足类食物组成中浮游植物的比例也相对较高,而在W5站桡足类还摄食较多的微型浮游动物。在摄食实验中,高浓度的悬浮颗粒物显著提高了红纺锤水蚤(Acartia erythraea)的滤水率和摄食率,但其食物组成却由以浮游植物为主转而以陆生植物碎屑为主,说明浓缩海水中较高的悬浮颗粒物含量限制了桡足类的摄食选择,使其摄食大部分有机碎屑作为补偿营养来源。研究结果表明,高悬浮物浓度会影响浮游动物的摄食选择,但悬浮物中高比例的有机碎屑可为浮游动物提供重要的补充食物来源,支持其维持较高的生物量。

不同基因型甘薯品种胚性愈伤诱导和植株再生试验及福薯604胚性悬浮体系的建立

以福薯604、福菜薯18号、福薯7-6等16个甘薯品种为材料,通过茎尖诱导胚性愈伤,进行愈伤分化再生试验,比较不同基因型品种的愈伤诱导率、愈伤生长状态和植株再生率等的差异,结果表明,胚性细胞的诱导率和再生率因品种的不同而呈现明显差异.试验筛选出诱导率高、胚性愈伤状态好、分化再生率高的品种福薯604,并建立其胚性悬浮体系,测量胚性悬浮细胞的生长量,为甘薯优良品种福薯604遗传转化提供技术支持.

橡胶树热垦525胚性悬浮细胞系的建立及其胚性能力的维持

易碎胚性愈伤组织和胚性悬浮细胞系都是基因工程和细胞工程的理想受体材料。然而橡胶树(Hevea brasil-iensis)易碎胚性愈伤组织诱导频率低、耗时长,且其胚性能力通常随继代次数的增加而下降甚至完全丧失,限制了相关研究的持续开展。因此,快速获得易碎胚性愈伤组织,建立具有高效体胚发生能力的胚性悬浮细胞系,并尽可能较长时间维持其胚性能力是当前橡胶树基因工程和细胞工程研究的重要内容。本研究以橡胶树热垦525未成熟花药为外植体进行愈伤组织的诱导和胚性悬浮细胞系的建立,分析比较固液2种长期继代方式对维持其胚性能力的影响。结果表明:花药外植体在愈伤诱导培养基中获得的黄色致密初代愈伤组织体胚发生能力低,分散性差,不适合进行悬浮培养。将初代愈伤组织转移至胚性愈伤组织诱导培养基中培养70~80 d后,可观察到有胚性结构的形成和早期体细胞胚发生,同时周围长出鲜黄色小颗粒状易碎胚性愈伤组织。通过常规方法建立的Ⅰ型胚性悬浮细胞系具备胚性细胞的典型特征,体胚发生能力显著高于胚性愈伤组织,但在体胚发生过程中容易重新愈伤化;而通过筛选特定形态的胚性愈伤组织低密度启动悬浮培养建立的Ⅱ型胚性悬浮细胞系,在显微镜下可观察到细胞处在有序的胚性结构中,其体胚发生频率可达100%。在含2 mg/L2,4-D的液体培养中持续继代2 a后细胞明显老化且增殖缓慢,体胚发生能力几近丧失;而在去除2,4-D并添加低浓度脱落酸(0.1 mg/L)和水解酪蛋白(0.5 g/L)的固体培养基上持续继代2 a后,体胚发生能力仍能维持在较高水平。所建立的Ⅱ型胚性悬浮细胞系可为橡胶树遗传转化及原生质体培养等相关研究长期提供优质充足且状态相对稳定的材料来源。