锂离子电池的劣化:力-电化学耦合机理与模型

锂离子电池在充放电循环过程中会不可避免地发生容量衰减,这种性能劣化现象普遍存在,且符合人们的日常认知.然而,显而易见的电池劣化现象背后的机理则是相当复杂.本文首先分别从颗粒尺度和电极尺度入手,对锂离子电池的多尺度-多场-多过程的力-电化学耦合劣化机理进行了梳理,其中对固态电池的劣化进行了单独的讨论.进一步地,本文梳理了用以描述锂离子电池力-电化学耦合劣化行为的劣化模型.需要指出的是,由于电池劣化机理的复杂性和外部可测量的稀缺性,建立劣化模型是具有挑战性的,且目前仍存在巨大的研究空白.基于此,本文提出了一种双向劣化模型的设想,融合物理模型和数据模型,以具有一定物理意义的内变量为纽带,建立围绕内变量的“力学行为-内变量-劣化行为”完整映射,为客观、准确地描述和预测电池劣化行为提供新思路.

用光合-蒸散耦合模型模拟冬小麦CO_2通量的日变化

根据 SPAC理论建立了一个冬小麦光合和蒸散的耦合模型。冬小麦 CO2 通量包括冠层光合、呼吸和土壤呼吸。冠层光合采用了 Farquhar光合作用生化模型 ,并通过冠层阻力的参数化将光合作用与蒸腾作用耦合起来。用涡度相关方法观测了 CO2通量 ,对模型进行了验证 ,结果显示模型可以较好地模拟 CO2 通量日变化过程。对模型的敏感性分析发现日间 CO2 通量最敏感的参数是初始量子效率。其次 ,CO2 通量对光响应曲线凸度、CO2 补偿点、凋萎点和叶面积指数的变化也有着较强的敏感性 ;夜间 CO2 通量敏感的参数是最适温度下

用光合-蒸散耦合模型模拟冬小麦水热通量的日变化

从SPAC理论出发 ,建立了一个冬小麦光合和蒸散的耦合模型 .感热通量和潜热通量采用Shut tleworth Wallace的双层模型计算 ,并通过冠层阻力的参数化 ,将光合作用与蒸腾作用耦合起来 .用涡度相关方法 ,观测了感热通量和潜热通量 ,对模型进行了验证 .结果表明 ,模拟值与观测值比较一致 ,模型可以很好地模拟感热通量和潜热通量的日变化过程 .对模型的敏感性分析发现 ,冬小麦蒸腾比较敏感的参数有凋萎点、气孔导度参数、叶对红外辐射的反射率和光响应曲线凸度 ;土壤蒸发只对土壤阻力参数的敏感性较强 .本模型对水热通量与环境因子作用过程的理论研究和指导农田的灌溉制度等有一定的意义 .

基于电-热-机械耦合作用机理的IGBT可靠性模型

基于IGBT的工作机理与特性,通过开关特性映射其电特性,通过结温映射其热特性,通过键丝断裂映射其机械特性,对其电-热-机械耦合作用机理进行了深入分析,得出饱和压降随键丝翘起呈线性增大规律。在此基础上,基于Saber 仿真平台建立了IGBT可靠性评估模型,并在不同机械疲劳状态下,对其动静态特性进行了验证,仿真与实验结果吻合良好,验证了模型的正确性与准确性。该研究对于IGBT器件及电力电子装置可靠性与优化设计具有一定的指导意义。

水肥亏缺下水稻叶片气孔导度与光合速率耦合模型

叶片气孔导度-光合速率的耦合模型是作物生理模拟的关键,是估算作物生长及水分利用动态的基础.采用盆栽试验实测资料,建立Leuning-Ball气孔导度模型及其耦合模型,考虑水肥因子对气孔导度、光合速率的影响,引入水稻叶片叶气温差、叶绿素相对含量修正气孔导度模型,并进行比较.结果表明,考虑叶气温差、叶绿素相对含量的气孔导度-光合速率耦合模型具有针对水肥限制条件下更高的模拟验证解释能力,针对气孔导度,最大相对误差由125.5%、128.8%分别降至98.2%和126.6%,针对光合速率,平均相对误差由32.3%、74.3%降至20.5%和39.3%,最大相对误差则由331.5%、327.9%降至177.1%和113.4%.

全耦合活性污泥模型(FCASM3)Ⅰ:建模机理及数学表征

在充分分析活性污泥系统中生物反应机理的基础上,建立了活性污泥系统生物去除营养物质的细观机理模型——全耦合活性污泥模型(Fully Coupled Activated Sludge Model No.3,简称FCASM3).FCASM3将系统中微生物划分为8类菌群,包含31种组分、72个子过程;该模型的主要特点是将活性污泥系统中的微生物进一步细化,充分考虑了系统中微生物间的相互作用.FCASM3引入了硝化-反硝化过程中的中间产物亚硝酸盐,实现了对两步硝化-反硝化过程的模拟;FCASM3不仅包含聚糖菌的有关生物反应过程,而且还考虑了聚磷菌(非反硝化聚磷菌和反硝化聚磷菌)以及聚糖菌的厌氧维持过程.为直接体现温度对生物反应的影响,FCASM3将温度作为一个变量直接耦合到生物反应速率方程中.

水文-水动力-水质模型耦合应用现状综述

随着城市化进程,评估生态环境是在流域低影响开发和制定区域决策方案中至关重要。集成流域与河流模拟原理,构建水文-水动力-水质系列模型,优化现有模型结构,更好的服务于水环境日常管理。文章主要介绍现有水文-水动力-水质耦合模型框架,通过模型耦合来源、机理,针对复杂流域水系,综合分析面源点源污染,常见水文-水动力-水质耦合模型应用分析,有助于水环境耦合模型开发应用。

冬小麦叶片和冠层尺度的光合-蒸腾模拟

利用气孔导度-光合-蒸腾耦合模型(SMPT-SB),选取冬小麦关键生育期的典型日,模拟了冬小麦叶片和冠层尺度的光合与蒸腾速率日变化,并借助光合仪和涡度相关系统获得的观测数据进行了验证。研究结果表明:模型模拟的叶片和冠层尺度光合及蒸腾速率与实测值变化趋势具有较好的一致性,光合速率日均绝对误差不超过1μmol·m^(-2)·s^(-1),蒸腾速率日均绝对误差不超过0.41 mmol·m^(-2)·s^(-1);叶片尺度光合和蒸腾速率模拟值与实测值的决定系数R^(2)均在0.90以上,冠层尺度也分别达到了0.96、0.88。此外,模型中水汽响应函数以f(D_(s))=RH表示时,相对湿度(RH)变化较大会导致参数m值不能准确量化气孔导度(g_(s))的变化,从而降低模拟效果;若分时期率定m值,会大幅提高模拟精度。该模型适用于冬小麦叶片及冠层尺度的土壤-植物-大气之间水碳交换的模拟。

基于渗流-管流耦合模型的辐射井取水效果影响因素分析

辐射井广泛应用于中国西北干旱地区,能够有效解决傍河地区的取水问题。通过大型砂槽物理实验,对现有辐射井取水的数值计算模型进行拟合。在模型合理可靠的基础上,以洛河金鼎水源地为研究区,设计了不同的方案,对辐射管的仰角、长度、竖井位置、河流深度、辐射管埋深等影响因素进行模拟,讨论了不同影响因素下辐射井取水量的变化,并给出了辐射井结构的优化建议,这对辐射井的实际施工具有重要的意义。

中国区域经济-社会-环境的耦合协调度发展研究

经济、社会、环境之间的关系形成于区域系统各方面的众多因子相互动态耦合过程中,存在一定可遵循的演变规律。耦合协调度作用机理对完善区域协调发展建设具有重要的实践价值和理论意义。将耦合协调理论引入经济、社会、环境区域发展这一研究领域,从可持续发展理念出发,通过构建经济-社会-环境协同发展的评价指标体系,运用耦合协调模型,对中国各省份2008—2014年经济、社会和环境系统的协调状态进行测度和评价,为区域协同发展提供了理论依据和实践参考。

对卫星遥感大气订正6S模型中的算法的探讨

对6S模型中的算法进行了探讨,并提出了不同的看法:a.6S模型中将向上辐射强度分解为5个组分是没有必要的,事实上其中有些组分很难计算,其计算结果也不够精确,同时这5个组分之和也并不严格等于总辐射强度;b.6S模型对邻近效应的计算也存在着较大误差;c.一维地-气耦合辐射的数值计算只是一个很简单的问题,宜首选国际辐射传热界发展的离散坐标法来求解;d.宜选用逆向蒙特卡罗法来分析邻近效应.另外,对最近提出的多步法做了进一步扩展,以使其能计算更多的向上辐射强度组分.最后,提出了一种更便于大气订正的向上辐射强度划分方法.

电感耦合等离子体-质谱法测定寄生虫细胞内痕量锑

为了研究利什曼原虫(Leishmania)对于含五价锑药物的抗药性机理而建立了一种测定细胞内痕量金属锑的方法。本文尝试使用浓硝酸冷消化法处理细胞样品,简化了实验步骤,降低了被测物质损失和污染的可能性。电感耦合等离子体-质谱(ICP-MS)作为检测手段令本方法测定金属锑的最低检出浓度达到0.036μg?l-1,线性范围达到1.0-80ng?ml-1,加标回收率为98.0-110.0%,日间精密度≤1.63%。本方法较为简单,结果准确可靠,已经应用于寄生虫的金属抗药性研究,所获结果完全符合预期的实验模型。

黄河流域新型城镇化—生态安全—公共健康协调发展研究——以内蒙古自治区为例

探究黄河流域新型城镇化-生态安全-公共健康耦合机理,对于实现区域高质量发展、全面贯彻落实中国式现代化要求、维护国家生态安全和边疆安全具有重要意义。通过综合评价模型、耦合协调度模型和障碍度模型分析位于黄河流域中上游的内蒙古自治区新型城镇化-生态安全-公共健康耦合发展水平及影响因素。研究结果表明:2005-2021年内蒙古新型城镇化、生态安全、公共健康各子系统发展水平均有所提升,空间分异明显。新型城镇化水平由2005年的0.26提升到2021年的0.69,生态安全水平由2005年的0.26提高到2021年的0.57,公共健康水平在2021年达到0.64;新型城镇化、生态安全与公共健康耦合协调水平呈现波动增长态势,由2005年的0.22上升到2021年的0.62,表现为呼和浩特市、包头市耦合协调水平较高,其余盟市较低的空间格局;城乡居民基本医疗保险参保、人均GDP、城镇人均可支配收入等是制约系统协调发展的主要障碍因素,年均障碍度分别为17.32%、8.74%、7.33%。基于研究结果提出促进内蒙古新型城镇化-生态安全-公共健康协调发展的对策建议,旨在为实现区域高质量发展和推进中国式现代化建设提供支持和指导。

自然植被第一性生产力和作物产量估测模型研究

分析了国内外自然植被第一性生产力和作物产量模型的研究状况 ;重点阐述了国内外利用遥感技术对自然植被第一性生产力和作物产量的研究状况 ,探讨了植被第一性生产力建模中气象、生物等各项影响因子 ;提出了建立遥感

地球表层特征参量反演与模拟的机理-学习耦合范式

构建物理驱动的机理模型一直是估算地球表层特征参量的核心科学范式,发展数据驱动的机器学习模型是地学研究范式转换的重要途径,而耦合机理模型与学习模型则可以实现“理性主义”与“经验主义”的结合,是当前最受关注的研究热点之一.文章针对参量估算的遥感反演与动力学模拟方法,深入分析了机理模型与学习模型的内在瓶颈及其互补性,搭建了以机理级联学习、学习嵌入机理、机理融进学习为核心的耦合范式框架,归纳了预处理与初始化、中间变量传递、后置精化处理、模型替代、模型调整、模型求解、输入变量约束、目标函数约束、模型结构约束、混合应用等十种具体耦合方式,剖析了当前的主要问题与未来的挑战方向.研究为深入理解、应用机理-学习耦合模型提供了新视角,为提升地球表层特征参量反演与模拟能力、服务地球系统科学发展提供理论与技术支撑.

植被碳同化估测与遥感信息的关系研究

简析了估测植被碳同化遥感-光合机理模型的重要性,阐述了遥感信息反演的参数与植被碳同化的关系,其中包括归一化差值光谱植被指数(NDVI)、叶面积指数(LAI)、吸收光合有效辐射(APAR)、热红外辐射(TIR)等与植被碳同化之间关系,为建立全遥感-光合机理碳同化模型,应用遥感信息估测植被碳同化提供依据。

岩土热—流—固耦合理论及在采矿工程中的应用

比较系统地介绍了煤炭工业中遇到的不可忽略的渗流—温度—应力耦合问题,而且对各领域的主要研究方法、研究结果等进行了报道,总结了岩土渗流—温度—应力耦合的研究方法和宏观方程,并提出了若干前沿研究方向。

湄公河-洞里萨湖河湖关系与水文情势驱动响应研究——关键科学问题与技术实现路径

湄公河与洞里萨湖河湖关系是世界上著名江湖关系的典型代表,同时受上游来流、下游潮汐、区域风浪、洪泛区调蓄等影响,水情叠加互馈效应(遭遇、倒灌、补水、漫滩、顶托、调蓄)巨大,水文过程集成度高。从河湖水文情势变化规律、河湖耦合水文水动力学模型、河湖水量交换关系及水情驱动机制3个方面阐述了湄公河-洞里萨湖河湖关系与水文情势驱动响应机理研究进展,并研究了其关键科学问题与技术实现路径。结果表明:①湄公河与洞里萨湖水文-水动力作用机理复杂且尚不明晰,成为制约湄公河和洞里萨湖综合治理的瓶颈问题;②未来亟需加强研究的重点方向主要包括构建湄公河与洞里萨湖大型连通水网水文-水动力耦合模型,精细模拟河湖水情组合叠加效应的时空量演变特征,定量揭示洞里萨湖河湖互相转换特性,理清河湖交互规律的宏微观格局,定量评估径流、潮汐、风浪遭遇组合对河湖水量交换的影响量,阐明河湖水情-水动力条件-水通量交互-湖区水文节律的驱动机制和耦合协变响应规律,以及创建河湖水量交换关系内涵变化量与洞里萨湖全区域全过程水文情势变化量的定量关系知识图谱。研究成果对丰富江湖关系内涵、指导柬埔寨洪旱灾害应对、提高水文预报精度、确保河湖健康具有极其重要的科学理论意义和实践应用价值。

基于应力-渗流耦合理论的突水力学模型

由于岩石渗透率的突跳现象与底板突水现象的力学机理相同,通过进行实验室三向应力下岩石渗流实验,从力学的角度对底板突水机理进行了合理的解释,并提出了底板突水的实用突水判据.结果表明:底板突水是由于底板应力场与承压水渗流场相互作用形成的,矿山压力导致底板隔水层中的裂隙扩展贯通是底板突水的必要条件,承压水在裂隙面的法向扩张力及切向剪切力大于裂隙面的内力是底板突水的充分条件.只有同时满足充分条件和必要条件时,底板突水事故才会发生,理论分析结果与现场突水规律一致.

基于矩阵算法的海洋-大气耦合矢量辐射传输数值计算模型

基于矩阵算法开发了适用于精确计算海洋-大气耦合矢量辐射传输方程的数值计算模型-PCOART.PCOART首先将矢量辐射传输方程进行傅里叶展开,得到与方位角独立的矢量辐射传输方程.进一步离散天顶角,得到矢量辐射传输矩阵方程,并利用加倍法进行数值求解.根据辐射在海洋-大气界面的反射和折射性质,将海洋和大气矢量辐射传输过程进行耦合,得到海洋-大气耦合介质系统的矢量辐射传输数值计算模型.通过与MODIS精确瑞利散射查找表的比较,说明PCOART计算瑞利散射辐射的Stokes矢量是精确的,其对多次散射和偏振的处理是正确的.同时,通过Mobley水体辐射传输标准问题的验证,说明PCOART适合于计算水体辐射传输问题.PCOART是精确计算海洋-大气耦合介质系统矢量辐射传输的得力工具,它为进一步深入研究海洋-大气耦合介质系统辐射传输的偏振特性及遥感信息反演打下基础.