浮球覆盖下水面能量平衡再建与蒸发模型研究

针对干旱区平原水库蒸发强烈导致水资源利用率低的问题,选用黑色高密度聚乙烯(HDPE)浮球作为干旱区平原水库节水材料。通过理论分析、建模与室外试验三者结合,对完整非冰冻期内浮球覆盖下水面蒸发、水体能量平衡组分变化分布的响应机理进行研究,并在此基础上建立相应的水面蒸发量计算模型。结果显示:相较于自由水面,73%的浮球覆盖率下的整体水面净辐射吸收率减小约12.6%,其月均蒸发所需潜热通量减少了61.8%,约为148.73 W/m^(2),水体的感热通量和蓄热通量也有较大的变化。通过对彭曼模型的能量项和空气动力项进行修正,建立的覆盖条件下的水面蒸发量计算模型具有较高的精度。

航空发动机热防护超临界CO_(2)闭式循环方案设计

针对航空飞行器高速飞行时发动机热环境严峻、冷源有限的问题,提出了一种应用于航空发动机热防护、以超临界CO_(2)为工质的闭式布雷顿冷却循环方案。采用能量分析法构建布雷顿循环的数学模型,对比分析了简单循环、回热循环与间冷循环3种循环结构的优劣,比较了高温部件冷却通道的串并联结构对循环性能的影响。结果表明:回热循环能够提高系统热效率约4%,但热沉利用率降低50%;间冷循环能够降低系统热沉消耗8%,但会导致系统总质量增大;超临界CO_(2)简单循环是最符合发动机中间工质冷却循环工作需求的循环结构。对于简单循环而言,高温部件冷却通道并联结构的热效率比串联结构的高6%,但需要的碳氢燃料质量流量提高了2.7%,在碳氢燃料质量充足的条件下,并联结构的性能更优。

MoSi_(2)N_(4)的本征点缺陷以及掺杂特性的第一性原理计算

新兴二维材料MoSi_(2)N_(4)因其卓越的半导体性能,包括出色的环境稳定性和高载流子迁移率而受到相当多的关注.然而,半导体中的本征缺陷往往不可避免并且会显著影响器件性能.本文使用密度泛函理论计算并分析了MoSi_(2)N_(4)中本征点缺陷的性质及其产生的影响.首先确认了该材料物理性质与目前实验数据的一致性,之后通过计算12种本征缺陷的形成能,发现钼替硅型反位缺陷(Mo_(Si))在所有本征缺陷中占主导地位.在整体电荷保持中性的约束条件下,通过自洽费米能级计算,本文发现仅仅引入本征缺陷的MoSi_(2)N_(4)会表现出本征特征,这体现了其作为半导体器件材料的潜力,然而该本征性质与在生长过程中观察到的二维MoSi_(2)N_(4)的p型特征相矛盾.而在后来的缺陷浓度计算中,发现对于MoSi_(2)N_(4)用适当的杂质进行掺杂,可以实现n型和p型半导体特征,且本征缺陷的补偿效应很弱.这表明在生长过程中MoSi_(2)N_(4)的p型特征可能是由于非平衡生长条件下引入的杂质或硅空位缺陷造成的.本工作不仅展示了MoSi_(2)N_(4)在半导体器件应用上的潜力,还为未来该材料缺陷机理的研究提供了数据支撑.

更正:MoSi_(2)N_(4)的本征点缺陷以及掺杂特性的第一性原理计算[物理学报2024,73(8):086801]

《物理学报》2024年第73卷第8期第086801页《MoSi_(2)N_(4)的本征点缺陷以及掺杂特性的第一性原理计算》一文中,因作者疏忽导致基金标注错误,特此更正,并诚挚地向读者致歉.相关内容更正如下:第086801-1页下标栏中“湖北省自然科学基金面上(青年)项目(批准号:2021CFB085)”改为“国家自然科学基金(批准号:62174122)”.

川渝高竹新区水环境承载力评估研究

川渝高竹新区是川渝两省市深入贯彻落实成渝地区双城经济圈发展战略,共同批准设立的跨省域省级新区。以川渝高竹新区2021年地表水环境质量监测数据为基础,结合社会经济发展和排水规划,按照《水环境承载力评价方法(试行)》对川渝高竹新区范围内御临河、后河、温塘河3个水环境评价单元进行水环境承载力现状评估,采用河流一维纳污模型对新区河流排污限值进行分析,对比排污限值和排水规划排污总量,预测新区未来水环境承载能力。研究表明:川渝高竹新区2021年地表水环境承载力现状处于未超载状态;预测出御临河、后河、温塘河等流域新增污染负荷超过纳污能力时的排水增量限值;预测出到2035年,御临河流域水环境承载力R_(C)=93.8%,后河段、温塘河流域水环境承载力R_(C)=100%,均为未超载状态。

袋装淤泥质土挡墙现场试验研究

在平原地区航道建设过程中,航道开挖会产生大量的淤泥质土,将开挖的淤泥质土装入土工袋用于修筑引航道挡墙,能够有效解决开挖淤泥处理的问题。结合苏州杨林塘航道整治工程,利用航道开挖的淤泥质土,通过室内无侧限压缩与固结试验研究了土工袋处理淤泥质土的作用原理;对100m长的袋装淤泥质土挡墙试验段开展了现场试验,实测了挡墙施工过程中与竣工后的水平位移、侧向土压力及表面沉降。结果表明土工袋能够加速袋内土体固结,增大袋内土体强度;竣工7个月后实测墙体最大水平位移为29.42mm,发生在挡墙顶部,墙顶面沉降位移为19.2cm,基本达到稳定;由于土工袋层间摩擦作用,土工袋挡墙墙后土压力从墙内向墙外会逐渐减小;与常规重力式混凝土挡墙相比,所设计的袋装淤泥质土挡墙能够有效降低工程造价。

盐酸溶液中17种氨基酸混合溶液标准物质的研制

目的研制盐酸溶液条件下的17种氨基酸混合溶液标准物质。方法选用17种氨基酸纯度标准物质,采用氨基酸分析仪对各种标准物质的主成分及杂质进行了准确分析,评估了组分相互干扰情况,在此基础上采用重量-容量法配制了盐酸溶液中17种氨基酸混合溶液标准物质,以配制值作为标准物质的量值,并对标准物质进行了均匀性、稳定性检验和不确定度评估。结果结果表明,制备的混合溶液标准物质均匀性、稳定性良好,不确定度评估合理,满足国家标准物质技术要求,研制的2个不同浓度的混合溶液标准物质均已通过标准物质评审并获批。结论该类标准物质的研制对于保证农产品及其投入品中氨基酸成分检测以及实验室质量控制等具有重要意义。

SO4^2-功能化处理对Fe2O3催化剂上氨选择性催化还原NOx性能的促进机理研究

采用沉淀法制备了Fe(OH)3和Fe2O3。通过硫酸化处理得到SO4^2-/Fe(OH)3和SO4^2-/Fe2O3两种催化剂,并将其应用于氨选择性催化还原NOx(NH3-SCR)反应,研究了SO42-功能化处理对Fe2O3催化剂上NH3-SCR脱硝性能的促进机理。结果表明,与纯的Fe2O3相比,硫酸化处理得到的催化剂上SCR活性得到显著提升;其中,SO4^2-/Fe(OH)3表现出更加优异的催化性能,在250-450℃时NOx转化率高于80%,且具有优异的稳定性和抗H2O+SO2性能。XRD、Raman、TG、FT-IR、H2-TPR、NH3-TPD和in situ DRIFTS等表征结果显示,硫酸功能化处理能抑制Fe2O3的晶粒生长,同时SO42-与Fe3+结合形成硫酸盐复合物,提高了催化剂表面酸性位点的数量和酸强度,抑制了Fe2O3上的氨氧化反应,从而提高了其脱硝催化性能。

医学生创新能力培养在形成性教育中的应用

探索高校大学生课外研学创新能力培养在形成性教育中的应用,推进医学教育改革实践。采用组建大学生人体科学社团,以"二课堂"形式指导医学生课外研学创新实践活动,完善形成性教育改革。先后指导完成医学生研学创新创业课题9项,创作发表科研学术论文32篇,带领学生参加国内科技竞赛和学术会议5次,入选"国创计划"创新创业成果展览交流2项,获省级以上课外科技作品奖励4项。通过项目改革实践检验,显示了医学生在专业学习和创新能力培养形成性教育质量方面均有显著提高。

资源勘查工程专业对比研究

资源勘查工程专业为经济社会发展培养了大量人才,但社会发展和科技进步对该专业提出了新的要求。文章通过对比中国地质大学(武汉)、中国地质大学(北京)、中国石油大学(华东)、中国石油大学(北京)四所国内高校在培养方向、师资力量、课程体系、培养模式等方面的异同,并对比美国、英国、德国、法国等国的十所大学在学制、学分、课程等方面的差异,认为我国资源勘查工程专业在学生、培养目标、毕业要求、持续改进、课程体系、师资队伍、支持条件等方面总体较好,但存在培养偏重于应用、以学生为本的教育思想重视不够、学生创造性与创新性不足等问题,提出以学生为本、动态跟踪资源勘查行业发展趋势、进一步优化培养计划等改进对策。

革新涡轮加速器模态转换特性研究

为研究革新涡轮加速器(RTA)模态转换特性和控制策略,基于发动机部件特性法建立了RTA发动机性能仿真模型,对RTA发动机模态转换过程进行了分析,提出了采用不同调节手段实现模态转换过程的方法,对不同转换方法进行了仿真对比,制定了沿给定飞行轨迹的模态转换控制计划,保证模态转换过程中,发动机可始终工作在最大允许机械负荷和最大允许热负荷状态。基于本文提出的模态转换控制计划,RTA发动机可在Ma1.6条件下开始模态转换,实现在Ma0~4.0范围稳定工作,工作过程中发动机涵道比变化范围接近8倍,为飞行器加速提供高推力性能。

基于中红外光谱技术的甘氨酸铁螯合物判别研究

目的研究基于中红外光谱(mid infrared spectroscopy,MIRS)技术定性判别有机微量元素添加剂掺假的可行性。方法以甘氨酸铁螯合物和硫酸亚铁为研究对象,分析样品的中红外光谱,解析不同样品光谱的特异性;建立偏最小二乘判别(partial least squares discriminant analysis,PLS-DA)校正模型对掺假样品进行判别,并比较不同预处理方法、全光谱与特征波段对校正模型判别效果的影响。结果甘氨酸铁螯合物与硫酸亚铁光谱差异显著,主要分布在(3500~3000)cm^-1、(1600~1300)cm^-1、(1300~1000)cm^-1、(660~550)cm^-1,通过采用平滑(smoothing,SM)、归一化(normalization,Norm)与一阶导数(first derivative,FD)相结合的方法对光谱进行预处理,结合1300 cm^-1~1000 cm^-1波段建立的PLS-DA校正模型判别效果最优,校正集的判别正确率为97.5%,验证集的判别正确率为100.0%,对外部样品的判别正确率达到92.7%。结论中红外光谱技术结合化学计量学方法能够对甘氨酸铁螯合物的掺假进行准确判别。

涡轮冲压组合发动机在超声速客机上的应用方案研究

为研究涡轮冲压组合发动机(Turbine Based Combined Cycle,TBCC)在超声速客机上的配装可行性,以Ma4超声速客机典型飞行任务需求为牵引,采用飞/发一体化约束分析与任务分析方法,建立了Ma4客机/TBCC发动机的一体化设计模型,确定了满足宽范围机动性需求的起飞推重比和满足航程需求的飞机起飞重量,对比分析了起飞推重比、模态转换马赫数、爬升轨迹等因素对飞机任务特性的影响。研究结果表明,TBCC发动机可满足Ma4客机配装需求,满足Ma4客机典型任务剖面机动性需求的起飞推重比应在0.6以上,满足60人商载与4000km航程任务需求的飞机起飞总重在50t^60t量级。

基于固体介质的倍频程连续光谱产生的研究进展

超快激光经过透明介质时由于非线性作用光谱会得到展宽,甚至能够产生超过一个倍频程的相干超连续光谱,这样的光源能够压缩得到几个甚至单个光周期的超短脉冲,并在现代超快科学的各个领域得到了广泛应用.实验中已经在气体、液体和固体中都观测到了光谱的展宽,目前较为成熟的方法是使用充满惰性气体的空芯光纤和具有高非线性效应的固体材料展宽光谱.但空芯光纤由于芯径限制无法用于高能量激光脉冲的光谱展宽,而固体材料又容易被高功率密度的脉冲激光损坏.随着激光技术的发展其脉冲能量不断提高,一种新的、利用多片薄固体介质实现光谱展宽的方式被提出.多片薄的非线性介质可以实现光谱展宽的逐片累积,而且避免了激光在介质中因自聚焦产生过高功率密度带来的损坏.目前使用这种方法已经在实验上得到了近毫焦尔量级的倍频程光谱,覆盖了近紫外到中红外的整个区域,并实现了脉冲压缩.本文简要回顾了超快激光在固体中光谱展宽的发展历程,概述了新型薄片固态介质产生超连续光谱的原理,对近年来使用此新方法的实验进行了简要分析,并对其发展前景进行了展望.

45钢/锡铅合金复合结构熔融沉积中熔滴过渡行为

面向45钢/锡铅合金复合结构熔融沉积过程中的锡铅合金熔滴与钨极惰性气体保护焊(TIG)焊接熔池的匹配性需求,基于有限差分方法,采用流体体积法(VOF)建立微喷熔滴形态演变过程数值计算模型,分别研究压电驱动式熔滴微喷过程中压电激振驱动参数和喷头内结构参数对于产生熔滴的尺寸及速度的作用和变化规律.研究发现,当喷孔直径为0.5~0.6 mm,喷孔深度为5~6 mm,环隙为4~5 mm时,锡铅合金熔滴具有较高的球形度,熔滴可控性较好.压电陶瓷激振频率和驱动行程对于锡铅合金熔滴尺寸影响不明显,熔滴速度随激振频率和驱动行程的增大而增大.对比数值计算结果与实验结果,发现锡铅合金熔滴尺寸与熔滴速度最大误差均小于10%,表明利用数值计算模型对熔滴微喷过程进行分析较可信.

快速傅里叶变换在阿秒束线光路稳定控制中的应用

本文报道了将快速傅里叶变换算法应用于抽运探测系统和倍频光谱干涉系统(f-2f interferometry),对光路进行反馈控制的原理和结果,分别得到相对臂长抖动均方根1.24 nm(对应时间为4.1 as)的抽运-探测光路锁定和积分时间3 ms下相对相移均方根227 mrad的慢环载波包络相位(carrier envelop phase,CEP)锁定.这样的锁定精度可以保证产生阿秒脉冲的飞秒激光脉冲拥有稳定的CEP,并且为后续阿秒抽运探测提供了稳定的实验条件.

燃气管路气流脉动压力模化试验研究

燃气管路气流脉动特性是影响补燃循环多推力室液体火箭发动机安全运行的因素之一,气流脉动压力强度剧烈时将影响管路下游燃烧室燃烧稳定性及发动机的正常工作。为探究液体火箭发动机燃气管路气流脉动压力特性,对燃气管路进行了模化试验,分析了进口流量分别为额定值模拟流量65%,100%和108%下无导流装置和有导流装置的气流脉动压力变化特征。结果表明,带导流装置的燃气管路分叉处气流脉动压力标准差值减少约38%~50%,脉动压力功率谱能量减少约66%~88%;两出口管间气流脉动压力标准差相对大小值减少约11%~22%。导流装置在抑制气流脉动及改善气流稳定性方面效果显著,对燃气管路设计及气流优化具有参考价值。

海上浮式风机平台的水动力分析

针对深海海域,设计了适用于深海的新型浮式风机平台,计算了平台在频域内的运动响应,结果表明平台运动的固有频域远离常见波浪频率。计算了平台在时域内工作工况下的运动响应,计算得到了不同工况下风机运动的最大响应值,并且给出建议的风机工作风速区间。计算了平台在极限工况下的运动响应,计算结果表明平台在极限工况下运动响应良好,能够适应恶劣海洋环境。对平台运动响应进行频谱分析,分析表明平台在风和波浪共同作用下的运动可分为与锚链和平台固有频率有关的低频部分和与波浪频率有关的高频部分。

EPS浮球覆盖下静水水面蒸发抑制率与最优直径研究

近年来我国大力推广节水灌溉工程,但尚未完全达到高效节水的要求。在“节水优先”的新时代背景下,水源地(水库)的防蒸发将成为干旱区与半干旱区的节水研究方向之一。目前关于PE浮球蒸发抑制效果的研究已经比较全面,但在偏远山区布置时成本较高。为了寻找一种更经济的防蒸发材料,主要研究EPS浮球对小型水体蒸发的抑制效果,选用10 mm、40 mm、80 mm、120 mm、150 mm共5种不同直径的EPS实心浮球,在新疆吐鲁番地区开展室外蒸发器试验,共使用6个圆柱体蒸发器,统计各蒸发器非冰冻月的蒸发量,计算不同直径的EPS浮球在年内非冰冻月(3-10月)的蒸发抑制率。5种直径中40 mm浮球的蒸发抑制率最高,为76.31%;10 mm浮球蒸发抑制率最低,为59.57%。浮球直径与蒸发抑制率并非呈一次函数关系。通过分析蒸发器中表层水体温度、空间体湿度对蒸发量的影响,发现在EPS浮球覆盖下,静水水面蒸发量对空间体的相对湿度更加敏感。经过12个月的户外试验,选用的EPS浮球在浸泡、暴晒等条件下的耐久性、吸水性以及抗冻、抗侵蚀等性能满足长期使用的要求,且在经济性上较PE浮球更具优势。试验进一步完善了防蒸发浮球直径选择方案,在小型水体、人工池塘和所在地区不易受大风侵袭的小型水库宜采用直径为40 mm左右的EPS实心浮球以减少水体蒸发。

基于瞬态光栅频率分辨光学开关法测量飞秒脉冲的研究

超宽光谱的飞秒脉冲测量一直是超快激光领域的重要研究方向之一.常规的飞秒脉冲自相关方法是通过测量自相关倍频信号来获得,而倍频信号具有波长选择性,不同中心波长的飞秒脉冲测量需要更换不同的倍频晶体,十分不方便.因此,提出了一种改进型的瞬态光栅频率分辨光学开关(TG-FROG)方法用于测量飞秒脉冲.该方法结合四波混频和频率分辨光学开关方法,其基本过程是将待测脉冲分为三束,其中两束脉冲经过精密的延时控制并聚焦在光学介质上达到时空重合,利用三阶非线性效应产生稳定的瞬态光栅作为开关光;另一束脉冲作为探测光与产生的瞬态光栅进行相互作用产生一个信号光,使用光谱仪对该信号光的光谱与延迟时间进行测量,并通过反演迭代算法处理而获取待测飞秒脉冲的光谱与电场信息.该方法只需要待测光的功率密度达到三阶非线性效应就可以实现测量,因此可以应用于任意中心波长的飞秒脉冲测量.利用该方法对中心波长分别为800 nm, 400 nm的飞秒脉冲,以及超连续亚10 fs的周期量级超宽光谱飞秒脉冲进行了测量,并与常规的干涉自相关仪器测量结果进行了比较,所得测量结果基本一致.实验结果表明,建立的基于TG-FROG方法对不同中心波长,不同脉冲宽度的飞秒脉冲测量是十分有效的.