亲水-超疏水相间表面通气减阻实验研究

超疏水表面有利于在壁面形成气膜层,是一种潜在的兼具防污功能的新式仿生减阻技术,但在高速来流的剪切作用下该气膜易流失破坏.通过构造亲水-超疏水相间表面来增强超疏水表面气膜层的稳定性,从而期望达到更优的减阻效果.采用重力式水循环管道测试系统,测试了在湍流状态下,超疏水条带宽度与雷诺数对减阻效果的影响,并分析了对应的气膜铺展状态及其对减阻特性的影响.结果表明,亲水-超疏水相间表面持续通气能解决表面气膜层的流失问题,实现气膜层的长时间稳定维持;表面减阻率随水流速度(雷诺数)的增大呈现降低趋势,且表面气膜稳定性逐渐降低;表面减阻率随超疏水条带宽度增加呈现出先增后减的趋势,并在超疏水条带宽度为5.0 mm时达到最大,最大减阻率为40.2%.分析原因在于,超疏水条带较窄时,高剪切应力的液固界面占比较高,带来了较高的阻力;而条带较宽时,表面气膜层稳定性不佳.因而在某一流动状态下,存在最为合适的超疏水条带宽度,使得减阻效果最佳.

非对称微沟槽表面液滴各向异性润湿行为研究

液滴在各向异性表面的润湿行为对于液滴操作和运动控制具有重要的科研与工程价值.采用重力式测试系统对非对称沟槽表面上液滴各向异性润湿行为进行表征,分析了沟槽几何结构非对称性、沟槽高度和宽度以及浸油处理对液滴静润湿与动润湿行为的影响规律.结果表明,沟槽几何结构不对称性会影响液滴润湿状态,液滴在非对称沟槽表面不同方向上接触角差异比对称沟槽更大,使得各向异性更显著;浸油处理会减小沟槽表面液滴接触角,从而表现出更明显的各向异性;非对称沟槽表面的接触角随沟槽高度增大而减小,随宽度增大而增大,表面浸油处理会缩小试件间接触角的差异,高度和宽度对浸油处理后的非对称表面的调控作用基本失效;当沟槽宽度增加时,浸油处理后的非对称沟槽表面滑动角减小,同时液滴沿非对称沟槽大顶角向小顶角方向运动时的滑动角大于沿反方向运动时的滑动角,且液滴体积越大,滑动角越小.最后,对上述规律进行了接触线理论分析,并从表面能模型角度推导出滑动角理论公式,与实验结果基本吻合.

城市餐厨垃圾资源化处理的研究进展

城市餐厨垃圾逐年增加,产生量大,组成复杂,同时含有丰富的有机物、蛋白质和油脂等,具有非常广阔的资源化利用前景。传统的餐厨垃圾处理方式对生态环境和居民健康构成潜在威胁,已不适应当前的发展环境。无害化、减量化和资源化是未来餐厨垃圾处置的发展方向。结合餐厨垃圾的组成与特性,分析传统处理方式,并综述餐厨垃圾资源化处理技术的研究进展,以更好地实现资源化利用。

“双碳”背景下高校低碳校园建设路径研究

“双碳”目标提出后,中国不断采取更有力的政策和措施建设低碳城市、发展低碳经济,国内许多高校也开始了低碳校园的建设。目前,中国大多数高校低碳校园建设还处于起步阶段,但低碳校园建设是建设低碳城市、发展低碳经济必不可少的部分。对当前国内外高校低碳校园的建设现状进行了分析比较,对高校低碳校园建设的可行性路径和低碳校园的评估指标及研究方法进行了梳理,从而为高校低碳校园建设提供参考依据。

氧化物共晶陶瓷激光增材制造裂纹缺陷形成及抑制研究进展

氧化物共晶陶瓷以其优异的高比强度、耐高温、耐腐蚀、抗氧化和抗蠕变等独特性能,被认为是超高温氧化腐蚀等极端环境下长期稳定服役的理想材料之一,在新一代高推重比航空发动机高温热端结构部件中具有巨大的应用前景。激光增材制造技术已成为近年来制备高性能复杂结构部件最具潜力的前沿技术,然而陶瓷在激光快速凝固过程中,裂纹缺陷极易产生,严重影响构件的成形质量和性能,成为制约工程化应用的关键。本文综述了激光近净成形和激光粉末床熔融两种典型陶瓷激光增材制造技术,分析对比了两种技术制备的不同形状陶瓷样件的裂纹形态特征,重点从微观组织形态特征、应力状态等角度探讨了激光增材制造氧化物陶瓷裂纹的形成机理,并进一步从工艺参数优化、成分设计、外场辅助等三个方面改善微观组织与减小热应力以抑制裂纹进行系统总结。最后指出氧化物共晶陶瓷激光增材制造在粉末特性、成形主次因素、成形技术研究等方面的未来发展趋势及突破方向。

粉体特性对光固化3D打印陶瓷浆料性质影响的研究进展

陶瓷材料因力学性能优异、化学稳定性好而被广泛应用,但其硬度高,脆性大,使陶瓷构件的成型与加工存在挑战。传统陶瓷成型技术已无法满足复杂精密陶瓷的生产需求。近年来陶瓷增材制造技术发展迅猛,光固化3D打印凭借打印速度快、成型精度高、生坯表面光滑等独特优势脱颖而出。作为光固化技术的原料,陶瓷浆料的性质严重影响成型质量。高质量光固化浆料应具有高固含量、低粘度、抗沉降的特点。由于光固化浆料的组成成分多样,影响陶瓷浆料性质的因素众多,如何获取最佳光固化浆料配方一直是一个难点。针对上述问题,本文在简述光固化3D打印技术原理及陶瓷浆料制备原则的基础上,从陶瓷粉体的性质出发,重点介绍了陶瓷粉体性质、粒径分布及级配设计对浆料流变性、稳定性以及光聚合性能影响的研究进展,并对光固化3D打印浆料制备中的陶瓷原料优化方法进行了总结与展望,为研究者从陶瓷原料选择与设计角度改善光固化浆料性质提供参考。

基于移动网格法的流动旋压快速仿真方法研究

目的针对筒形件流动旋压有限元仿真中因网格模型规模庞大而导致的计算极端耗时问题,提出一种基于移动网格法动态控制网格密度的高效仿真算法,并验证该算法的高效性与可靠性。方法移动网格法包括局部加密全六面体网格的动态重构与新旧网格间的数据传递两部分。针对平滑过渡的局部加密网格构造提出了维度分离弹簧比拟法以快速动态重构,并采用三次样条曲线来精确描述工件的几何形状以保证网格重构过程的一致性。在数据传递过程中,为避免冗长的邻域搜索步骤,采用自适应反距离加权插值算法提升传递效率。根据上述算法,设计编制了基于动力显式有限元求解器ABAQUS/Explicit的移动网格法插件,以实现快速仿真模型的连续计算。结果基于移动网格法插件,建立了单旋轮筒形件流动旋压的快速仿真模型。与全加密网格相比,采用移动网格法的仿真模型可在获得精确几何形状的同时提速2~4倍。结论所提出的算法可实现筒形件流动旋压的高效仿真,同时可结合并行计算进一步提高仿真效率。

粒子分离器结构优化对吞雨性能改进研究

本文采用欧拉-拉格朗日多相流粒子追踪模型对某型涡轴发动机粒子分离器进行了数值模拟,利用正交试验设计的原理进行试验并完成了对粒子分离器结构的优化,研究并揭示了粒子分离器结构参数对其分离效果和吞雨性能的影响规律。结果表明:在干工况条件下,与原型相比,优化后的模型扫气比降低4.3%,总压损失系数降低0.03%;在吞雨工况下,相比于原型,优化后的模型扫气比降低0.97%,总压损失系数降低0.039%,分离效率提高5.5%。本次结构优化基本达到了粒子分离器低总压损失高分离效率的优化要求,并且对粒子分离器吞雨性能有较大的提升。

超高温氧化物陶瓷激光增材制造及组织性能调控研究进展

氧化物陶瓷具有高硬度、高强度以及优异的抗氧化和抗腐蚀性能,是高性能发动机极端高温、燃气腐蚀、氧化服役环境用重要的候选高温结构材料,在航空航天用高端装备领域具有广阔的应用前景。与传统陶瓷制备技术相比,激光增材制造技术能够一步实现从原材料粉末到高性能结构件的一体化高致密成型,具有柔性度好、成型效率高的特点,可以快速制备高性能、高精度、大尺寸复杂结构部件。近年来,基于液固相变发展的熔体生长氧化物陶瓷激光增材制造技术已成为高温结构材料制备技术领域的前沿研究热点之一。本文首先概述了激光增材制造技术的基本原理,着重介绍了选区激光熔化与激光定向能量沉积两种典型激光增材制造技术的工艺特点。在此基础上,重点阐述了利用激光增材制造技术制备不同氧化物陶瓷的组织特征及工艺参数对微观组织的影响规律,并总结比较了不同体系氧化物陶瓷力学性能的差异。最后,对该领域存在的问题进行了梳理和分析,并对未来的发展趋势进行了展望。

涡激振动小圆柱对翼型气动力影响的数值研究

在大攻角来流时,翼型吸力面气流常产生流动分离现象,使翼型气动性能恶化。针对大攻角情况下的流动分离现象,本文在翼型前缘加入控制柱,通过数值仿真探究发生涡激振动的小圆柱对于翼型气动力的影响。基于计算流体力学、结构动力学和嵌套网格技术,本文建立了二维流固耦合模型。以NACA0012翼型为例,对翼型前缘设置涡激振动圆柱的流场情况进行模拟,并且对比了静止圆柱与振动圆柱情况下的流场变化。通过流线图和涡量云图分析了小圆柱流动控制的机理。仿真结果表明:设置静止小圆柱可以提高大攻角下的翼型升阻比,使小圆柱产生涡激振动之后,能够进一步有效地提高大攻角下的翼型升阻比50%以上。涡激振动小圆柱的引入在大攻角条件下对提升翼型升阻比具有显著效果,为改善翼型气动性能提供了一种有效的流动控制手段。

卫星通信中基于流量均衡的跳波束分簇构型研究

星上资源有限且珍贵,而在真实的通信场景中,地面终端用户地理位置分布和卫星通信业务需求各不相同,因此需要进行动态星上资源管理,并设计灵活高效的资源管理方案。本文利用跳波束技术提供波束级别灵活的资源管理,解决高通量卫星产生的点波束覆盖地面小区之间业务需求量不均衡的问题。首先,针对跳波束卫星存在共信道干扰的问题,提出了基于频率模式切换的跳波束簇间干扰避免策略;然后,提出均匀分簇和非均匀分簇两种分簇构型策略,针对均匀分簇均衡效果差、不适用于地面动态变化的问题和共信道干扰问题,提出了基于频率模式切换的跳波束簇间干扰避免策略的非均匀分簇构型方案;最后,对干扰避免策略进行仿真,同时基于多种智能优化算法对不同的分簇策略进行验证,证明所提分簇构型的可行性,并表明无距离限制的非均匀分簇算法的流量均衡能力较传统分簇算法更强。

旋转环境下的磁耦合双稳态能量俘获机理研究

环境中存在大量的旋转运动能量,可以使用能量俘获技术将其转换为可用的电能,进而为嵌入式设备和无线传感器提供持续稳定的电能,以解决传统化学电池供电带来的环境污染和维护成本高等问题。为了提高能量俘获系统在超低频(低于3 Hz)旋转环境中的能量俘获性能,本文提出一种具有低势垒特性的时变势阱磁耦合双稳态能量俘获系统。在充分考虑了离心效应影响的前提下,基于能量法和拉格朗日方程在旋转坐标系下推导了该系统的分布式参数机电耦合方程。通过建立该系统的磁力计算模型以分析磁间距和离心效应对系统势能阱及能量俘获特性的影响。数值仿真结果和实验结果均验证了与传统线性能量俘获系统相比,本文提出的时变势阱磁耦合双稳态能量俘获系统具有更宽的工作频率范围(0~2.67 Hz)和更高的输出电压(大于2 V)。

间隙原子及颗粒对激光增材制造高熵合金微观结构与力学性能影响的研究进展

近年来,高熵合金(HEAs)由于其独特的多主元设计理念和优异的性能获得了研究者的广泛关注。激光增材制造能够获得具有超细晶和多尺度结构的高熵合金,使其具有优异的力学性能。同时间隙原子的掺杂及增强颗粒的添加有助于进一步改善合金的强塑性,在航空航天高性能结构材料等领域应用前景开阔。基于此,首先介绍了选区激光熔化技术和激光定向能量沉积技术的原理和特点;然后,总结了间隙原子(C、B、N)及增强颗粒对激光增材制造高熵合金微观组织及力学性能的影响,并分析了各个间隙原子及增强颗粒对合金的强塑化机理;最后对激光增材制造高强塑性高熵合金的发展前景做了展望。

DDP功能化UiO-66纳米颗粒的制备及其作为润滑油纳米添加剂的摩擦学性能研究

金属有机框架(Metal-organic frameworks,MOFs)材料具有良好的机械性能、可设计的组成结构以及可调的表面物化性质,在润滑油纳米添加剂方面表现出潜在的应用前景,然而,MOFs纳米颗粒与基础油之间差的相容性限制了其进一步的发展.本文中选择具有良好化学、机械和热稳定性的UiO-66纳米颗粒作为润滑油添加剂,并通过将3种不同分子链长和结构的二烷基二硫代磷酸(DDP)分子在UiO-66上进行组装.借助透射电子显微镜、X-射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪、激光动态光散射和高频摩擦磨损试验机对DDP修饰前后UiO-66的微观形貌、物相组成、化学结构、粒径分布和摩擦学性能进行了研究,发现DDP分子可以通过配位相互作用组装在UiO-66纳米颗粒表面而不会破坏初始MOFs的形状尺寸和结晶性,DDP的修饰有效改善了UiO-66纳米颗粒在溶剂以及基础油中的分散稳定性,进一步将其作为润滑油纳米添加剂,可表现出良好的减摩抗磨性能,并能有效提高基础油的抗载能力以及综合摩擦学性能.最后,通过X-射线光电子能谱仪对其摩擦机理进行了研究,结果表明:DDP分子修饰的UiO-66纳米颗粒通过DDP在摩擦副表面形成了摩擦反应膜以及Zr-MOFs的“滚珠轴承”效应,有效减少了摩擦副表面的摩擦磨损.

高校异地科研机构创新发展路径研究

作为我国科学研究的重要载体,全国各大高校多年来承担着国家重大科技研究项目和技术攻关任务,涌现了一批又一批国家栋梁科技人才。20世纪90年代以来,以清华大学为代表的一批知名高校在深圳市设立研究院,构成了深圳市虚拟大学园。经过20余年的发展,深圳市虚拟大学园成员60余个,但真正对地方发展和高校发展产生实际促进作用的研究院仅占少数。除深圳外,多个高校在全国各地设有多个研究院,此类研究机构有些能够成长为科研实力雄厚的新型研发机构。深圳作为中国特色社会主义先行示范区,政府与高校异地科研机构保持着良好的沟通与合作,在深高校异地科研机构大部分保持着独特的发展模式,运行状态良好,在该领域为全国做出了积极示范。

光固化3D打印磷酸钙基生物陶瓷支架的研究进展

磷酸钙基生物陶瓷多孔支架是临床中实现骨缺损再生修复的常用骨移植物。光固化3D打印技术以其优异的打印精度和复杂结构成形特性能够精确地控制支架孔尺寸、孔形状、孔连通率,在制备生物陶瓷多孔支架领域展现出巨大的应用潜力。然而,利用光固化3D打印技术制备磷酸钙基生物陶瓷多孔支架仍面临亟需克服的挑战,如缺乏性能优异的磷酸钙基陶瓷打印浆料、打印及后处理工艺不成熟、制备的磷酸钙基陶瓷多孔支架的性能还有待提升。本文首先介绍了几种常用的光固化3D打印技术基本原理与特征,然后从3D打印成形工艺、力学性能、生物活性、支架结构及功能化等方面系统探讨了光固化3D打印技术在制备磷酸钙基生物陶瓷多孔支架领域的研究进展及存在的问题,最后展望了光固化3D打印磷酸钙基生物陶瓷多孔支架的发展趋势和突破点,为利用光固化3D打印技术制备成本低、综合性能优异的磷酸钙基生物陶瓷多孔支架提供参考。

筒口气团作用下航行体垂直出筒数值研究

潜射航行体出筒过程是水下发射的基础与前提,具有受力剧烈、时间短和非线性等特点。基于CFD方法,利用VOF多相流模型追踪气液界面,结合高分辨率交界面捕捉(HRIC)与重叠网格(零间隙)技术,建立了完整描述航行体水下垂直出筒的数学模型,系统研究了筒口气团与发射参数对流场与航行体载荷特性的影响规律。结果表明:随着筒口气团初始压强的增加,航行体受力变化周期增长,筒口气团演化过程减慢;发射深度的增加有助于缩短出筒过程中筒口气团脉动周期,肩部压强增加,有利于抑制航行体自然空化;横向来流会显著增加航行体横向受力与偏转力矩;横向流作用下,筒口气团脉动过程对航行体偏转力矩与横向受力影响较大。

基于对抗性机器学习的网络入侵检测方法研究

网络攻击数据中攻击类别多样、数量分布不均等问题,导致现有基于机器学习的网络入侵检测模型对部分攻击类型的泛化能力较弱,并且由于深度学习模型容易受到对抗样本的攻击,使得深度学习模型在网络入侵检测方面的应用存在诸多约束。对此,文章首先提出了基于随机子空间的入侵检测模型—BAVE-ELM(Bat Algorithm Voting Ensemble Extreme Learning Machines),该方法较好地平衡了模型的泛化能力和虚警率;然后,以BAVE-ELM作为一种基分类器,提出了一种基于自适应集成的网络入侵检测系统(Ensemble Adaptive Network Intrusion Detection System,EA-NIDS),通过集成多种类型的机器学习模型,显著提高了检测模型针对各种攻击类型的泛化能力;最后,文章提出了基于对抗性机器学习的网络入侵检测方法,通过在EA-NIDS中引入对抗训练,显著提升了模型在对抗样本攻击下的鲁棒性。实验结果表明,文章所提出的方法有效提高了网络入侵检测的检测性能以及泛化性,并且在不影响模型准确率的前提下,可显著提升基于机器学习的网络入侵检测模型在对抗性环境中的鲁棒性。

基于位置社交网络的兴趣点组合推荐算法研究

随着智能手机的普及和基于用户地理位置信息服务的增多,用户数据量呈爆发式增长,海量数据之间的稀疏性成为了限制基于位置社交网络(Location-Based Social Network,LBSN)的推荐系统性能的一个主要因素。基于此,文章提出了一个基于位置社交网络的兴趣点组合推荐模型(Geographical LightGCN,GLGCN),该模型由协作偏好模块和地理偏好模块两部分组成,其中,协作偏好模块使用图卷积网络深度挖掘用户和兴趣点的嵌入表示,获取用户的协作偏好;地理偏好模块结合兴趣点的相关性和用户轨迹,使用基于门控循环单元(Gate Recurrent Unit,GRU)的序列模型捕获用户的序列偏好。文章将两个模块的推荐分数以线性加权的方式进行组合,得到最终推荐结果。实验表明,相较于现有其他算法,文章提出的组合推荐算法具有更优秀的性能。

超高温氧化物陶瓷激光增材制造及凝固缺陷控制研究进展

超高温氧化物陶瓷具有优异的高温强度、高温结构稳定性、抗氧化和耐腐蚀性能,有望成为极端高温氧化环境下长期服役的新型高温结构材料,在航空航天领域具有广阔的应用前景。以激光选区熔化和激光近净成形为代表的激光增材制造技术具有高效快速、柔性制造、近净成形等特点,近些年来逐渐应用于超高温氧化物陶瓷的制备并成为该领域的研究热点。本文概述了激光选区熔化技术和激光近净成形技术的原理和特点,从工艺优化、高温预热、超声振动辅助和掺杂4个方面详细阐述了激光增材制造超高温氧化物陶瓷凝固缺陷控制的研究进展,并在文末展望了本领域未来的发展趋势和研究重点。