水下声学超表面异常折射方向调控研究

针对波束调控的问题,本文提出了一种控制波前相位的声学超表面。本文依据广义斯奈尔定律,利用不同声速的均匀介质构建了水中多频声学超表面模型,给出声学超表面产生异常声折射的基本原理,验证了声学超表面在多个频点下可以实现异常声折射现象,揭示了频率以及声波入射角对声学超表面异常折射现象的影响规律,制备了声学超表面实物在水箱中对理论结果进行验证。结果表明:在入射波频率为基频的整数倍时,超表面模型可以实现折射角相同的异常折射现象,并且入射角在一定范围内可以实现负折射现象。实验测量了水中钢板和超表面的折射情况,相较于均匀介质,在不同入射角度下设计的超表面均可以实现异常折射,并且测量值与理论值吻合较好。

考虑相含量的TC17钛合金线性摩擦焊中的残余应力

为了获得准确的TC17钛合金线性摩擦焊中的残余应力,建立TC17钛合金弹性常数与相分数之间的数值关系。结合焊接区域的相分数,获得呈梯度分布的弹性常数,并将其引入轮廓法进行计算。结果表明,TC17钛合金的弹性常数与α相分数呈正相关,在宽度约4 mm的焊接区域呈现明显的梯度分布特征;若忽略相分数的梯度分布,计算残余应力时相对误差可达36.06%;修正后的残余应力呈双峰分布,在热影响区边缘处达到峰值,约为442 MPa。这说明考虑相分数的梯度分布是必要的。

基于贝叶斯神经网络的相位梯度计算方法

应变重构是相衬光学相干层析力学性能表征中的关键步骤,其需要准确计算出差分包裹相位的梯度分布。为了能够解决强噪声干扰下的相位梯度重构信噪比低的难题,提出了一种基于贝叶斯神经网络的相位梯度计算方法。首先,通过计算机模拟不同散斑噪声等级下的包裹相位图,并生成相应的理想相位梯度,以构建网络的训练集。其次,基于网络训练集采用贝叶斯推断理论学习强噪声环境下的包裹相位与相位梯度的“端到端”映射关系。最后,将相衬光学相干层析测量的差分包裹相位结果送入贝叶斯神经网络进行处理,实现高信噪比相位梯度预测。此外,通过借助贝叶斯神经网络的统计特性,以模型不确定度来定量评估相位梯度预测结果的可靠性。通过数值实验和三点弯曲力学加载实验对比分析了本文方法和主流矢量方法的性能。实验结果表明:在噪声较小的条件下,本文方法重构的相位梯度信噪比可提升8%;在噪声较强条件下,本文方法能成功恢复因相位条纹难以分辨而无法计算的相位梯度。此外,模型不确定度能够定量分析网络的相位梯度预测误差。可以预见,在样品形变复杂且先验信息未知的条件下,本工作为相衬光学相干层析提供了一种有效的应变重构方法,从而能实现高质量和高可靠的内部力学性能表征。

基于GBDT的气液两相流相分布测量模型

双波长透射法是一种高精度的多相流相分布参数检测方法,为了进一步提高相分布测量的精度,本文提出用梯度提升决策树(GBDT)算法建立相分布测量模型。利用光学仿真,模拟气泡在不同相分布下波长为445nm和635nm的光线在气液两相流中的传播过程,采集检测平面的光强分布,分析不同相分布情况下气泡中心位置和气泡半径对光强分布曲线的影响;用GBDT建立测量模型,以光强缺失宽度和缺失偏移为特征参数,建立特征参数与气泡相分布之间的对应数据库,利用数据库对GBDT模型进行训练;用训练好的模型预测气泡的相分布。建立的测量模型对气泡相分布预测的均方误差小于0.0008mm,均方误差减小了33.33%,证明了测量模型更适用于相分布的测量。搭建了实验平台,对竖直上升气泡流相分布参数进行预测,实现了对气泡中心位置运动轨迹的追踪。

波前编码红外成像系统的温度梯度适应能力探究

利用波前编码技术为红外光学系统进行无热化设计可提高其在不同均匀工作温度下的适应能力,但针对温度突变、成像系统内温度分布不均情况,波前编码技术是否能正常进行成像及其适用的温度范围还有待进一步研究.为简化分析流程,采用温度梯度模型来仿真非稳态下的温度变化.利用温度梯度模型来定性分析光学系统在轴向、径向温度梯度为系统引入的附加像差.计算两个方向下的光程差变化来比较两种温度梯度环境下系统的成像性能差异.在此基础上,为非稳态温度环境下红外光学系统的设计建立了结合光/机/热分析的无热化设计流程,通过ZEMAX设计了一套最大轴向尺寸为85 mm、最大径向尺寸为25 mm的红外光学系统,通过SolidWorks加载轴向和径向的热形变,探究所设计的系统能够适用的温度梯度范围.结果表明,结合光/机/热分析的无热化设计流程可以有效表明系统在非稳态温度下的成像情况.对上述采用三次相位板进行无热化设计的红外光学系统,在非稳态温度下可以适应±10℃的轴向温差范围,但是仅可以适应±1℃的径向温差范围.因此在进行红外波前编码光学系统的无热化设计时,需要对径向方向进行重点优化.

岩心油水两相渗流启动压力梯度实验研究

低渗储层油水两相渗流时存在启动压力梯度,充分认清水驱油时启动压力梯度的变化和影响因素对油藏水驱开发至关重要。为了搞清油藏储层油水两相渗流启动压力梯度特点及其影响因素,对不同渗透率、不同含水饱和度、不同润湿性岩心水驱油两相渗流的启动压力梯度进行了室内实验测定,根据实验现象和实验结果,分析了产生启动压力的岩心孔隙内部的阻力效应和微观成因。研究结果表明:气体渗透率小于50×10^(-3)μm^(2)的低渗岩心随含水饱和度增加,启动压力梯度增大;气体渗透率大于50×10^(-3)μm^(2)的中高渗岩心启动压力梯度随含水饱和度变化不大,总体呈下降趋势,且数值较小;对于低渗油藏,启动压力梯度随岩心渗透率降低而增大,随岩心润湿指数增加而减小;岩心边界层液体厚度越大,启动压力梯度越大。产生启动压力的附加阻力效应有油滴毛管力产生的摩擦阻力、静润湿滞后导致油珠变形产生的阻力及液阻效应产生的阻力,其大小和岩石孔喉半径、润湿指数、微观孔隙的油水分布状态、边界层厚度及固液界面张力有关。

基于分段斩波控制的开关磁阻电机新型电流梯度法

针对开关磁阻电机传统电流梯度无位置传感器方法不适用中低速运行以及输出转矩低等问题,提出了一种电压斩波与电流斩波分段控制下的新型相电流梯度法.在检测到相电流峰值之前采用电压斩波控制方式,通过比较前后时刻相电流的大小确定相电流峰值,获得位置脉冲信号;检测到相电流峰值之后将控制方式切换为电流斩波控制,充分利用直流母线电压,进而获得更高的输出转矩.该无位置传感器方法适用的转速范围宽,不需要增加额外的硬件电路,并且能够提升电机在中低速度范围内的输出转矩.该文对所提方法进行了理论分析,并在此基础上进行了仿真和实验,结果验证了方法的可行性和有效性.

一种基于相位梯度原理的反射型电磁超表面及RCS缩减应用

针对电磁波束调控和电磁隐身问题,本文设计了一种在圆形贴片上开口十字缝隙形式的反射型相位梯度超表面,通过对单元尺寸的调节实现了差异的反射相位覆盖,该系列超表面作用于X波段,按照线性、等相位差形式排布超表面单元能够将反射波最大散射方向偏转至关注角域以外,且通过对相位梯度数值的人为设计,能够精确控制最大散射方向,降低单站后向散射的同时兼顾了降低关注角域内的双站散射,具备针对单站雷达截面积(RCS)减缩、双站RCS散射方向调控的能力,且单元结构采用对称设计方式,具有极化不敏感的特性,基于此相位梯度超表面设计了一维、二维相位梯度超表面阵列结构,一维阵列结构的频带内单站RCS峰值减缩了41.13dB,均值缩减了8.7dB,面内最大散射方向偏转了16.5°;二维阵列结构的频带内单站RCS峰值减缩了16.29dB,均值减缩了9.04dB,最大散射方向发生了俯仰23°、方位135°偏转,均具备较好的单站和双站雷达隐身效果。

WPT系统线圈移动的零相角频率跟踪研究

在家用电器自主充电的无线电能传输(WPT)系统中,由于其难以每次移动到相同的位置,因此在初次级磁芯的相互影响下,线圈的自感会随着其相对位置的改变而发生变化,进而使得系统失谐、零相角(ZPA)频率漂移,最终影响系统的平稳运行。这里基于串联-串联(SS)型拓扑结构,提出了线圈移动条件下追踪ZPA频率的方法,通过对SS型拓扑结构的电路进行建模,推导了出现频率分裂现象(FSP)时系统ZPA对应的角频率,在Matlab仿真中建立电流相角和初级电流幅值的关系,并采用梯度下降(GD)算法分别在频率分裂是否发生两种情况下,对电流幅值的谷值和峰值进行追踪。实验结果表明:无论系统是否出现频率分裂,都可以实现ZPA频率的追踪。

基于北斗GEO卫星观测的桂林地区TEC空间梯度研究

小尺度的总电子含量(TEC)梯度异常会显著影响区域电离层模型以及地基增强系统(GBAS)的精度。因此,为了提高区域电离层模型的准确性和GBAS导航定位的精度,深入研究小尺度的TEC空间梯度显得尤为重要。为了研究中小尺度的空间梯度,利用2019—2022年间桂林地区全球卫星导航系统(GNSS)接收机的北斗地球静止轨道(GEO)卫星数据,对中国低纬地区(23°N 107.9°~113.1°E)电离层的TEC空间梯度进行研究分析。根据3颗北斗GEO卫星对地形成的3个相邻穿刺点(从西至东,依次编号为C02,C03,C01)的TEC观测值,构成C02-C03与C03-C01两个约为300 km尺度区域(107.9°~110.3°E,110.3°~113.1°E)的TEC梯度观测。统计结果显示,C02-C03区域的空间梯度基本为西向;而C03-C01区域的空间梯度在1~4月与9~12月为东向,5~8月为西向。这表明2个相邻区域的空间梯度在季节变化上存在差异,揭示了中小尺度空间梯度具有显著的局地效应。此外,地方时差并非空间梯度事件的主要原因。在太阳活动高年,背景TEC较高,空间梯度事件更易发生。梯度事件发生率的半年变化是TEC半年异常的体现。空间梯度事件在不同地磁条件下的发生率相似。

基于前后逐段逼近的含多分支配电网单相接地故障测距方法

随着配电网的发展,T接分支的大量接入使得配电网结构复杂,传统测距算法通常忽略分支,测距精度变低,研究含多分支配电网单相接地故障测距具有重要意义。为此,提出一种基于前后逐段逼近的含多分支配电网单相接地故障精确测距方法。首先,分析分布参数模型,根据零序电压、电流关系,提出故障区段判别系数,判别最小故障区段。其次,利用最小故障区段两端的零序电压、电流建立故障测距函数,采用梯度下降法求解精确故障点。最后,在PSCAD仿真平台上对所述方法进行验证。结果表明,所提方法可确定故障最小区段,精确计算出故障点,并具有较强的耐受过渡电阻能力,能较好适应高渗透率分布式电源的接入。

WC-Co梯度硬质合金的研究现状

梯度硬质合金(Gradient Cemented Carbides)基于其特殊的结构或成分梯度变化,在不同的位置具备不同的性能,使整体具有优异的综合力学性能。介绍了粘结相梯度硬质合金、表面贫立方相梯度硬质合金、表面富立方相硬质合金和多层梯度结构硬质合金等基本制备原理、组织结构特点和性能优势,指出了梯度硬质合金的发展趋势。

基于PRP共轭梯度的图像去噪算法

两阶段算法是去除椒盐噪声的一类非常有效的方法.该文设计了一类PRP共轭梯度法来求解两阶段法中的无约束最优化问题.该方法具有两个显著特点:搜索方向具有充分下降性;结合一类定制的Armijo型非精确线搜索,其点列的梯度趋于零,而不是通常共轭梯度法的下极限趋于零.将所设计方法及一些经典的共轭梯度法应用到两阶段算法的最优化问题中,数值结果表明该文设计的方法在收敛速度与计算精度方面都具有优势.

动态梯度多相抽提运行模式研究

多相抽提技术对有机污染地下水具有显著修复效果,可以提高抽提井内真空度,促进挥发性有机物(Volatile Organic Compounds,VOCs)的释放,并提高污染水的抽提量,降低污染物浓度。本研究提出动态梯度多相抽提运行模式,选取上海市某工业遗留地块进行中间试验,以修复地下水环境。结果表明,经过28 d的多相抽提运行,动态梯度多相抽提区1,2-二氯苯浓度由68.5 mg/L降低至21.3 mg/L,1,4-二氯苯浓度由33.6 mg/L降低至11.4 mg/L,其污染物去除效果显著优于传统持续多相抽提模式。它可以形成以重污染区为中心的水力梯度,通过液位差带来的压力增加重污染区的重质非水相液体(Dense Non-Aqueous Phase Liquids,DNAPLs)相抽提量及总抽水量,从而促进地下水修复。

考虑第二相粒子的晶粒尺寸梯度镍基合金晶体塑性有限元分析

晶粒尺寸梯度结构镍基合金具有优异的强度和延展性,但存在于合金内第二相粒子对这些性能的影响尚不明确。为了阐明第二相粒子对梯度结构镍基合金力学性能的影响,将晶体塑性有限元方法结合Hall–Petch法则通过用户子程序方式嵌入至Abaqus软件中,并对晶粒尺寸梯度结构镍基合金的强度和延展性进行了研究,得到了晶粒尺寸梯度结构镍基合金有限元模型的应力和应变云图。进一步探究了位于表层或芯部的不同颗粒尺寸第二相粒子对该合金宏观力学性能的影响,得到了含第二相粒子的晶粒尺寸梯度结构镍基合金的应力-应变曲线图和应力和应变分布图。结果表明:位于表层1号尺寸第二相粒子的镍基合金表现出较高的强度和较好的延展性,强度为1804.96 MPa,应变为20.49%;位于芯部1号尺寸第二相粒子的镍基合金抗拉强度最大,为1902.34 MPa,但延展性最差,为9.68%。随着第二相粒子尺寸的增大,镍基合金的强度逐渐降低。研究结果有助于理解镍基合金的强塑性,并为合金的设计和应用提供参考。

特殊拉格朗日型方程在超临界相位下的内部梯度估计

本文研究了在超临界相位下的特殊拉格朗日型方程arctan{∆uIn−D^(2)u}=Θ(x),并建立了与特殊拉格朗日型方程相关的解的内部梯度估计.

基于非线性渗流的低渗透油藏极限注采井距计算方法

注水已成为低渗透油藏高效开发的重要方式之一,原油在低渗储层中渗流时存在启动压力梯度以及压敏效应的影响,导致低渗透油藏注水开发效果差。为了明确注采井之间压力分布、确定合理注采井距,基于油水两相渗流理论,建立了注水井与生产井(压裂直井)之间的压力分布计算模型,并根据注采井间压力分布计算了低渗透油藏极限注采井距。以DG油田Z区块为例开展了实例应用,分析了启动压力梯度、渗透率、注采压差、原油黏度以及压敏效应对极限注采井距的影响,验证了极限井距与启动压力梯度、原油黏度呈负相关关系,与渗透率、注采压差和压敏效应呈正相关关系。应用该方法计算的一注一采条件下的极限井距与实际生产相符合,验证了方法的准确性和可靠性。该方法为低渗透油藏布置合理的注采井距以及实现效益开发提供了理论依据。

基于梯度孔隙率金属泡沫的复合相变单元储热性能数值模拟

向相变材料中添加金属泡沫可以解决相变材料低导热率引起的换热效果较差等问题,提高系统的整体蓄热效率。然而,复合相变材料的传热性能受金属泡沫孔隙率分布的影响较显著,为进一步提高相变储能单元的传热性能,本工作基于低孔隙率金属泡沫-相变材料(PCM)复合储能系统,建立了一种新的梯度孔隙率金属泡沫结构,通过数值模拟方法,对蓄热单元熔化过程中的熔化率、储能速率、储能总量进行分析,系统研究了孔隙率沿加热方向负梯度分布、正梯度分布对复合相变材料熔化速度和储热性能的影响。研究结果表明,负梯度孔隙率结构可以进一步提高储能系统的储热效率,其中,孔隙率梯度为0.12(案例S-6)时增强效果最显著。在熔化周期的不同阶段,负梯度孔隙率对复合材料的传热均有不同程度增强,对于S-6,在1000 s、2000 s、2600 s时,熔化率相较于均匀孔隙率结构分别增加了0.67%、2.31%、9.90%;随着孔隙率梯度的增加,相变材料的热性能提高越显著,与均匀孔隙结构相比,改进的负梯度孔隙率结构其完全熔化时间最高可缩短7.32%,储热速率可提高8.02%。对于正梯度孔隙率结构,其对熔化速度没有显著影响,但是储热总量可提高0.49%。

随机样本选择的合成孔径雷达距离空变相位梯度自聚焦算法

针对距离依赖的相位梯度自聚焦(phase gradient autofocus,PGA)算法中样本选择的问题,本文提出了一种新的基于随机样本选择的距离依赖PGA(range-dependent PGA,RDPGA)算法。不同于传统算法利用固定门限对特显点样本进行硬剔除的选择方式,该算法利用样本的信杂比(signal to clutter ratio,SCR)构造了样本选择概率密度函数,在每次PGA迭代估计过程中,利用该概率密度函数对样本进行随机选择。随机样本选择方法不仅通过增加距离依赖样本的丰富性保证了RDPGA的估计精度,同时还保证了高质量样本在模型参数估计中提供较高贡献,在保持高效性的同时进一步提升了算法的稳健性。实测数据处理结果表明所提算法具有较高的估计精度和稳健性。

双层离散介质相位梯度超表面透镜设计

针对多层介质堆叠带来的介质损耗和不便加工等问题,利用介质离散单元设计了一款双层多频点超表面聚焦透镜。依据开口谐振环原理,设计了变形“工”字型、双“T”型的电容耦合臂结构作为超表面单元的金属层,采用两种单元分段覆盖的方式实现了360°的透射相位覆盖,并完成不同频段透射幅度的互补。仿真与测试结果表明,在14 GHz~17 GHz的Ku频段内,能够实现对x极化波的聚焦功能。中心频率15 GHz处,单元的透射率在0.83左右。阵列聚焦效果较优,所实现的3 dB焦斑直径约为22 mm,焦距为40 mm。通过单元介质离散化处理,相较于传统超表面透镜减少了层数,降低了介质损耗,简化了设计方式。该超表面透镜结构设计在通信等领域具有广泛的应用前景。