鄂尔多斯盆地大牛地气田上古生界致密气轻烃地球化学特征

大牛地气田是鄂尔多斯盆地典型致密砂岩大气田之一。为了更深入了解该区天然气的成因和来源,揭示天然气运移相态,对大牛地气田上古生界致密气开展了轻烃地球化学特征分析。研究表明,该区上古生界致密气C5-7轻烃组成具有异构烷烃优势分布,C6-7轻烃组成中芳烃含量整体偏低(<10%),甚至未检出芳烃,C7轻烃组成具有甲基环己烷优势分布特征,甲基环己烷相对含量均超过50%。上二叠统下石盒子组天然气K_(1)值、K_(2)值均与二叠系山西组和石炭系太原组天然气一致,而δ^(13)C_(1)值则与山西组天然气一致,与太原组天然气有明显不同。与山西组天然气相比,下石盒子组天然气整体具有偏低的苯/正己烷、苯/环己烷和甲苯/正庚烷比值,以及明显偏高的正庚烷/甲基环己烷比值。轻烃地球化学特征及烷烃气碳氢同位素组成综合表明,大牛地气田上古生界天然气为典型煤成气,其中山西组和太原组天然气均为原地自生自储,而下石盒子组天然气为下伏山西组烃源岩生成的天然气经历了游离相垂向运移聚集形成,太原组烃源岩不具有显著贡献。受天然气运移和水溶等作用影响,庚烷值、异庚烷值、苯/正己烷比值等轻烃指标直接用于判识大牛地气田致密气成熟度会存在偏差。

天然气运移轻烃地球化学示踪--以鄂尔多斯盆地东胜气田为例

基于天然气中轻烃化合物组成分析和区域性对比,结合组分和甲烷碳同位素组成特征,揭示轻烃地球化学特征对鄂尔多斯盆地东胜气田上古生界天然气运移和水溶及逸散等示踪作用,探讨运移作用对特定轻烃指标的关联效应。研究表明:①东胜气田二叠系下石盒子组天然气C5−7异构烷烃含量高于正构烷烃,C6−7轻烃组成呈链烷烃优势分布且芳香烃含量明显偏低(小于4.0%),C7轻烃主体呈甲基环己烷优势分布,整体表现出煤成气特征且受到了水溶等作用影响;②东胜气田天然气经历了自南向北的游离相运移,并在充注后发生不同程度的水溶作用,其中泊尔江海子断裂以北什股壕地区天然气在聚集后具有明显的散失;③长距离的游离相运移导致天然气C7轻烃中甲基环己烷相对含量和甲苯/正庚烷值降低、正庚烷/甲基环己烷值和庚烷值增大,水溶作用导致轻烃异庚烷值增大,天然气散失导致什股壕地区天然气中C5−7正构烷烃相对异构烷烃含量增加。

贵州威宁对流单体雷达回波分层结构特征分析

本文选取了2017—2020年威宁县111个对流单体(35个冰雹云单体和76个雷雨云单体),着重分析了对流单体雷达回波在垂直指向上的分层结构特征,并结合双偏振雷达观测分析了对流云单体偏振参量和水凝物相态分布特征。研究分析结果表明:①威宁对流单体雷达回波典型特征量基本一致,对流单体生命史周期约为100 min,最大反射率因子主要位于与0℃层高度差±2.0 km的范围内;②当对流单体雷达回波强度从45 dBz发展到55 dBz以上时,冰雹云具有发展迅速且持续时间长的特点,冰雹大小则与强回波在融化层高度以上的扩展高度存在一定的对应关系,高度越高、冰雹越大;③X波段双偏振天气雷达能够较好地反映降水粒子类型,基本符合粒子形状、大小和相态分布的特点,但应考虑降水相态粒子处于临界过渡区域的转化特点;④威宁多小冰雹主要与垂直风切变较弱、对流有效位能CAPE值不稳定能量偏低,且中小冰雹在下落过程中逐渐融化变小有关。

《固态相变》前沿材料与科技教学案例探讨

《固态相变》是材料科学与工程学科本科教学和研究生教学的基础专业课程,是材料科学领域的经典基础理论之一。但目前《固态相变》教程主要基于传统钢铁材料中的相变案例,难以激发学生对固态相变在新型材料与科技领域中的思考与应用。本文结合目前材料与能源领域发展前沿方向,举例了固态相变在现代先进材料科技领域中的应用案例,特别的,结合了我国学者在固态相变方向的丰富研发成果,以激发学生对固态相变的兴趣、深入理解与思考,提升学生的应用实践能力,并提升学生的爱国热情、国家荣誉感与责任感。

不同稳态工况对同步调相机单相短路后暂态温升的影响

同步调相机可在系统故障时为特高压直流换流站提供暂态无功支持,以保持系统电压稳定,防止直流换相失败,但调相机的高无功输出也会导致其温升增加,运行能力受限。系统故障前同步调相机的初始工况是影响其暂态温升和运行能力的一个重要因素,为研究系统低电压时调相机暂态温升与初始工况之间的关系,该文将调相机的电磁场、温度场与电网模型耦合,计算调相机不同稳态工况下的定转子损耗和温度分布;以线路单相短路故障引起的系统低电压为例,研究调相机初始工况对暂态温升的影响。在考虑各结构件最大容许温度的条件下,揭示调相机单相短路持续时间随初始工况的变化规律。研究结果为提升调相机在系统低电压下的暂态运行能力提供技术支持。

应用于全固态激光雷达的光学相控阵技术发展趋势与挑战

应用于全固态激光雷达的光学相控阵是一种电控扫描的光束指向控制技术,具有宽视场、低功耗、轻量化的优异性能,在军事和民用领域发挥着越来越重要的作用。文章首先介绍了光学相控阵基本工作原理;回顾了近年来基于不同材料光学相控阵的国内外研究进展,主要包括:光波导相控阵(如LiTaO3晶体、GaAs/AIGaAs、PLZT电光陶瓷、Si等)和液晶光学相控阵;并对基于不同材料光学相控阵的优劣势进行对比分析;指出了研制高性能光学相控阵需要突破的关键技术;并给出了光学相控阵技术的发展趋势与挑战。

单相电力电子变压器整流级复合无源控制

针对单相级联H桥型电力电子变压器整流级易受输入电压、负载电阻等参数影响,及传统PI双闭环控制性能较差的问题,提出一种电流内环的复合控制策略。在无源控制(PBC)的基础上加入扩张状态观测器(ESO)作为扰动观测,并进行补偿。通过MATLAB/Simulink软件搭建三级型电力电子变压器整流级模型,将结合扩张状态观测器的无源控制与传统PI控制、无源控制进行对比。结果表明:提出的控制策略能有效降低交流侧电流谐波量,且系统动态响应速度快、鲁棒性更好。

固体激光器涡旋光束产生实验系统设计与实现

高质量的涡旋光束在量子信息、激光雷达、激光通信等领域有着广泛的应用前景。为了用固体激光器直接产生涡旋光束,该文基于谐振腔模式与激光介质作用的速率方程,阐述了在二极管端面泵浦固体激光器中通过环形光泵浦产生拉盖尔-高斯涡旋光的原理。设计了环形光泵浦固体激光器产生涡旋光的实验方案并搭建了实验系统。实验产生了角向阶次为1阶、2阶的涡旋光束,相位涡旋手性可通过微调谐振腔输出镜调节。该实验能够使学生利用固体激光器直接产生涡旋光束并观察涡旋光束的相位特性,有助于学生加深对激光谐振腔模式理论及涡旋光束相位特性的理解,为相关专业学生的课程教学提供有力支撑。

白虎汤纳米相态相关研究进展

中药汤剂包含真溶液、纳米相态、乳浊液和混悬液,是一种复杂的多分散相体系。中药汤剂的有效成分主要存在于纳米相态中,与中药汤剂相比,中药纳米相态具有溶解性强、稳定性高、药效佳等特点。随着研究的深入,有学者提出汤剂中的纳米粒子可能起着增溶与靶向递送的作用。白虎汤是清热类经典方剂之一,被称为“寒剂祖方”,由石膏、知母、炙甘草、粳米四味药材配伍而成,用于治疗阳明经证或气分热盛证,现代临床上应用广泛。白虎汤纳米相态可能包裹药物有效成分,实现药物的靶向性治疗。研究发现白虎汤药液的纳米相态中主要药效成分的含量明显高于药液中的其他相态,纳米相态对汤剂中主要解热成分芒果苷、新芒果苷、钙离子、甘草酸和甘草次酸起到了增溶作用,纳米相态是白虎汤发挥解热作用的关键组分。本文从白虎汤纳米相态的形成理论、物质基础、分子表征、药理作用等方面进行综述,为深入探究白虎汤的作用机制、创制纳米相态制剂提供思路,为推动纳米技术在中药方剂创新中的应用提供参考。

基于压缩态光场的量子增强型光学相位追踪

量子增强型光学相位追踪作为高精度跟踪和测量光学相位的量子光学技术,在目标定位、量子测距以及相控阵雷达和唢呐等领域中有着重要应用.本文提出一种基于压缩态光场的量子增强型光学相位追踪协议.采用中心波长为1064 nm的连续固体激光光源,结合光学参量振荡器以及Pound-Drever-Hall(PDH)锁定技术,制备得到初始压缩度为(8.0±0.2)dB的相位压缩态光场.通过信号调制及解调技术,实现对压缩态光场相位的控制,从而实现对光学相位0-2π范围内的量子增强型追踪.与经典协议相比,这一协议可以将相位追踪的噪声起伏抑制至散粒噪声基准以下至少6.27 dB,实现了相位追踪精度至少76.4%的量子增强.由于到达角估计、相控阵雷达、相控阵唢呐等应用领域对相位测量精度要求极高,这一协议有望将相位估计的精度提高至突破散粒噪声极限,为相关领域提供压缩光源,也为更高精度的空间定位及量子测距技术提供理论和实验基础.

基于机器学习算法的农田挥发氨多传感器阵列检测技术研究

【目的】设计能够快速、低成本、便捷检测农田挥发氨装置。【方法】构建基于二氧化锡(SnO_(2))半导体气体传感器阵列检测系统,并在新鲜空气(氨气质量浓度为0 mg·m^(-3))和氨气质量浓度分别为75.9、151.8、303.6 mg·m^(-3)条件下,以及混合有乙醇的空气、纯乙醇气体(质量浓度为151.8 mg·m^(-3))、混合有氨气的空气和纯氨气气体(质量浓度为151.8 mg·m^(-3))样品下,通过主成分分析法(principal component analysis,PCA)、K-最近邻算法(K-nearest neighbors,KNN)和支持向量机算法(support vector machine,SVM)对多传感器阵列响应稳态阶段和暂态阶段的数据进行分类处理,分析该系统对不同质量浓度氨气和混合气体环境下氨气的区分效果。【结果】该装置能够明显区分不同质量浓度氨气,稳态阶段的主成分1值超过90%。KNN与SVM算法稳态阶段平均准确率超过97%,暂态阶段平均准确率68%,KNN与SVM平均分类准确率为68%。【结论】该多传感器阵列检测系统不需要等待传感器进入稳态阶段便可以读取数据,有助于农田环境中氨气快速和连续检测。

四次型状态方程计算若干物质的固-液-气三相物性

为考察四次型状态方程(CCOR-PT EOS)的性能,对苯酚、乙烷、正壬烷、丙酮、乙酸乙酯、二氧化碳、甲苯、正庚烷、乙炔、正己烷、辛烷11个物质的固-液-气三相压力、体积、温度(PVT)物性,使用CCOR-PT EOS进行计算,并与文献数据相比较。同时考察了物质的固有参数对计算结果的影响。结果表明,该方程能够较好地描述包括固体升华压力、固体密度等在内的三相PVT物性,计算结果对临界压缩因子ZC的敏感程度大于偏心因子ω。

基于稳定性分析的含酸/醇烃水体系相平衡计算

油气开发的井流物多以油气水混相形式存在。对于酸性油气田,还常伴有硫化氢或二氧化碳等酸性气体。为了避免水合物生成堵塞管道,加注醇类防冻剂是常用的方法。因而油气田井流物易于呈现含酸、含醇的多相烃水混输状态。含酸/醇烃水体系相平衡的准确计算,是预测其物性特征的基础,也是支持该复杂体系多相混输流动仿真的关键。但目前被广泛应用的基于经典立方型状态方程计算油气水体系相平衡的方法,存在对液烃及水相分布预测准确性不高的问题。为此,引入稳定性分析的方法,构建适用于含酸/醇烃水体系的稳定性检验方式,结合SRK-HV状态方程,建立了耦合稳定性分析的含酸/醇烃水多相多组分相平衡计算模型及算法。经多角度验证,本研究所提模型具有较高的准确性与稳定性。

冷冻电镜观察固态锂电池界面

固态锂电池(SSLBs)有望兼顾高能量密度和高安全性,是未来电池领域的重要发展方向。固态电解质(SSE)与电极材料之间存在界面阻抗大、相容性差等问题,严重地制约着它的发展。然而,由于辐照敏感特性,难以直接采用常规透射电子显微镜(TEM)观察界面结构。冷冻电镜(Cryo⁃EM)可以有效地缓解辐照损伤,提供更准确、真实的结构信息,有助于深入理解界面微观结构与SSLBs电化学性能之间的构效关系。本文综述了Cryo⁃EM用于观测SSLBs界面的晶体结构和化学组成,揭示了界面形成和演化机制以及SSLBs的失效机制。最后展望了Cryo⁃EM在表征SSLBs界面所面临的挑战和未来的研究方向。Cryo⁃EM在SSLBs界面研究中发挥越来越重要的作用,逐渐成为推动高性能SSLBs发展的必备技术。

原位加热诱导Nb扩散引起Nb_(0.8)CoSb有序度的转变

本文以覆盖Nb薄膜的半赫斯勒合金Nb_(0.8)CoSb为研究对象,成功利用原位加热透射电镜技术在高温下诱导Nb扩散,致使Nb_(0.8)CoSb转变为有序度更高的Nb_(0.8)+δCoSb,即倒空间漫散带代表的短程有序结构转变为超结构衍射点代表的长程有序结构.进一步的分析表明,这种超结构的调制波矢为q=(a~*+b~*-c~*)/3,其形成主要源自于Sb和Nb组分的变化.与离位合成的Nb_(0.8)4CoSb的微观结构进行对比,发现二者中超结构不同,这种超结构的调制波矢为q=(2a~*-2c~*)/3,主要源自于Nb组分的变化.此项研究揭示了组分导致超结构的多样性以及半赫斯勒合金结构相变的复杂性,丰富了对半赫斯勒合金材料的理解,对相变材料的设计以及功能调控具有重要指导意义.

塑晶材料及其压卡效应研究发展与展望

随着世界经济的快速发展,以及全球变暖导致的气候问题日益加重,制冷技术对现代社会的影响越来越深入。全氯氟烃(CFCs)和含氢氯氟烃(HCFCs)类氟利昂制冷剂在常规的气体压缩制冷技术中一直占据主要地位,但这一类制冷剂的使用会加剧全球的温室效应。为了实现全球碳中和,寻求高效环保的制冷方案成为科学家们的重点研究方向,而基于外场诱导的固态相变技术就提供了一种很有前景的方案,其中压卡效应备受关注。近年来,科学家们相继在一系列被称为塑晶的材料中发现了庞压卡效应,其熵变比传统的固态相变制冷材料高一个数量级。在此之后,科研界对塑晶材料压卡效应的研究逐渐增多,并不断探寻出新的具有优异性能的塑晶材料作为压卡制冷技术的工质。这极大地促进了压卡制冷技术的发展,为未来实现绿色环保的高效制冷技术提供了更多可能性。本文将简单解释塑晶压卡效应的物理机制,对C_(5)H_(12)O_(2)(NPG)、(NH_(2))C(CH_(2)OH)_(3)(TRIS)以及碳硼烷等几种典型的塑晶材料在压卡效应上的综合表现进行陈述和对比,并对塑晶压卡效应在新型固态制冷技术中的应用进行展望。

天然气储层裂隙中气-液两相流的流态转变条件数学模型

气-液两相在储层裂隙中流动时可能存在气泡流、段塞流、环雾流等流态,查明流动时流态转变条件能为气-液两相流流态形成机理研究提供依据,有助于天然气井的生产管控。根据气-液两相流不同流态的流动特点,结合连续介质控制理论和动量守恒原理,构建了气泡流-段塞流-环雾状流等流态之间转变的数学模型,确定了各流态间变化的临界条件和主控因素,通过气-液运移产出微观流动物理模拟试验验证了所建数学模型的准确性。结果表明:气-液两相在裂隙中的流态转变是气/液相的物理性质、注气通道孔径、裂隙流动通道孔径、气相流体流速、液相流体流速等因素耦合作用的结果。气泡流与段塞流能否转变主要取决于初生气泡大小、流动通道空间、液相界面波高度;段塞流与环雾流间能否转变取决于气相流体能否击碎液相流体并使之悬浮。不同流态间转变的主要控制因素不同:气泡流与段塞流相互转变的主控因素为裂隙系统的孔径,注气通道孔径越大、流动通道孔径越小,越容易发生段塞流;段塞流与环雾流相互转化的主控制因素为流体流速、气/液相流体的物理性质,气/液相对速度越大、气/液密度差越小、液相表面张力越小,越容易发生环雾流。研究成果能够为天然气储层裂隙中气-液两相流态形成机理和天然气运移产出研究提供理论依据。

二态量子系统准确布居动力学的一类新型相空间表示及其与三角窗函数的关系

二态系统是最简单的且无经典对应的量子系统,对二态系统的同构表示的认识和研究能启发研究人员对其动力学与统计行为的更深刻理解.本文使用在[J.Chem.Phys.145,204105(2016);J.Chem.Phys.151,024105(2019);J.Phys.Chem.Lett.12,2496(2021)]等文章中发展的约束相空间严格理论、非协变相空间函数、含时权重函数与含时归一化因子来构建一类新型量子相空间表示.这类同构表示可以导出二态量子系统布居动力学的准确结果.约束相空间上的轨迹运动方程同构于含时薛定谔方程.每条相空间轨迹对于布居动力学所对应积分表达式的贡献严格半正定。进一步证明了在[J.Chem.Phys.145,144108(2016)]这篇文章中根据经验提出的三角窗函数方法在本质上可以对应于本文的这类新型相空间表示的一个特殊情况,因此同样是二态量子系统准确布居动力学的同构表示.

基于多光子叠加态的交叉相位调制耦合参数测量

继纠缠之后,粒子间相互作用已成为量子增强的重要资源.在不利用纠缠资源的前提下,已有研究工作利用单光子叠加态与相干态的相互作用实现了精度为海森堡极限的参数测量,然而海森堡极限并不是这个相互作用模型的测量精度极限.为了得到更高的测量精度,将单光子叠加态替换为多光子叠加态,在弱测量框架下对信号光量子态进行后选择与量子态筛选.将单光子叠加态替换为多光子叠加态,能为测量结果带来全方位提升.提出基于多光子叠加态的交叉相位调制耦合参数测量的物理方案,该物理方案具有搭建难度低及操作简单的优点.

基于扩张状态观测器的永磁直线同步电机改进模型预测电流控制

针对永磁直线同步电机(PMLSM)模型预测电流控制(MPCC)中存在的电流脉动过大、在线计算复杂的问题,提出一种基于扩张状态观测器(ESO)的改进MPCC策略。利用最优电压矢量相角和重新划分后的电压矢量扇区,改进第一电压矢量的选取方式,减小第二电压矢量选择范围,以实现电压矢量的快速选取,进而降低电流脉动。同时,为了提高PMLSM抗负载扰动能力,通过ESO对扰动进行观测,将观测到的扰动转换为电流进行补偿,提高系统的鲁棒性,且补偿电流可起到进一步减小电流脉动的作用。仿真结果表明,所提出的控制方法切实可行,与MPCC相比,基于ESO的改进MPCC系统具有更好的控制性能、更小的电流脉动和较强的鲁棒性能。