Controllable step-flow growth of GaN on patterned freestanding substrate

A new kind of step-flow growth mode is proposed,which adopts sidewall as step source on patterned GaN substrate.The terrace width of steps originated from the sidewall was found to change with the growth temperature and ammonia flux.The growth mechanism is explained and simulated based on step motion model.This work helps better understand the behaviors of step advancement and puts forward a method of precisely modulating atomic steps.

双足运动微观视角下单列行人流建模与仿真研究

为从双足运动的微观视角直接呈现行人的移动特性,本文分析行人连续交替步伐行为的运动机理,建立单列行人流迈步运动模型,模拟行人位置在迈步周期内的非线性变化过程。模型根据行人重心和双足中心相对位置,将每次迈步周期内的迈步过程分为单支撑与双支撑阶段,并根据双足瞬时速度具备的波形时序特性,确定迈步周期内任意时刻的位置坐标。基于单列行人流实验数据,标定单列行人流迈步模型中的相关参数,每个行人根据前向距离确定下一次迈步运动所需的步长与步时,并进一步考虑行人的迈步调整行为,避免与前方行人发生踩踏。模拟仿真结果表明:模型能够较好呈现行人迈步运动的微观特性,并复刻了基本图与时空特性;根据行人迈步速度的波形特征,本文基于模拟结果计算步进动力学特性参数,发现行人在面对拥挤空间时,倾向于采用低步长与低步频的迈步风格;模型呈现人群同步自组织现象,发现全局密度为1.9 ped·m^(-1)时,同步现象发生概率最高。行人迈步模型的有效建立,可为行人运动状态评估与预测工作提供参考。

锥形阶梯流管无阀压电泵仿真及实验

针对锥形流管无阀压电泵输出流量小、回流流量多等问题,结合锥形流管和溢流坝阶梯式结构的阻流作用,研制了一种锥形阶梯流管无阀压电泵。对锥形阶梯流管的流阻特性进行了理论分析,利用有限元软件对锥形阶梯流管无阀压电泵和锥形无阶梯无阀压电泵进行了流场仿真对比,制作了锥形阶梯流管无阀压电泵实验样机,测量不同频率和驱动电压下两种泵的流量。实验结果表明:当驱动电压峰峰值为180 V、驱动频率为18 Hz时,锥形无阶梯流管无阀压电泵流量最大为6.20 ml/min,锥形阶梯流管无阀压电泵输出流量最大为8.04 ml/min,与锥形无阶梯流管无阀压电泵相比泵最大输出流量提升了29%,验证了锥形阶梯流管无阀压电泵能有效抑制锥形流管中的回流现象,且相比于无阶梯流管无阀压电泵具有更好的输出流量。

抽水蓄能电站无压泄洪洞台阶消能型式研究

基于甘肃某抽水蓄能电站泄洪洞洞内消能设计,探讨在流量及底坡恒定的条件下,台阶尺寸与消能率的相关关系,探寻台阶尺寸的初拟原则,采用现行NB/T 10867-2021《溢洪道设计规范》中跌落流上限及滑行流下限的经验公式(坡角范围为2.86°~59.53°)进行台阶消能流态的初步判别,通过Chanson半经验公式理论计算和CFD数值模拟水工隧洞底板布置不同台阶尺寸对应的消能特性。结果表明:在流量及坡度不变的情况下,台阶尺寸(台阶步长及高度)对消能率的影响有限;台阶尺寸越大,水力要素受流动边界条件影响和扰动越明显;初拟台阶尺寸时,应分析水流掺气点位置及出现掺气均匀流位置随台阶尺寸变化向上游移动的速率,同时结合实际边界条件、便于施工及后期运维等方面综合考虑,台阶高差宜控制在0.20~0.60 m。

基于子循环自适应串行交错时间匹配算法的油浸式变压器绕组瞬态温升计算

针对传统算法存在的步长调整及耦合点选择问题,该文提出基于子循环自适应串行交错(SCAS)的时间匹配算法。首先,在步长调整方面,通过加入自适应(ATS)-启发式(HTS)混合变步长算法,解决步长无法实时调整的问题;然后,针对耦合点选择问题,该文在传统常规串行交错(CSS)时间匹配算法及现有改进方案子循环常规串行交错(SCSS)的基础上,提出SCAS时间匹配算法,采用自适应方案确定计算时间窗及预定耦合点,并引入指数平滑法对其精度进行保证;最后,该文基于110 kV油浸式电力变压器建立二维瞬态单分区分匝绕组模型,并将所提算法与其他传统方法进行对比分析。结果表明:在精度方面,与传统CSS算法相比SCAS算法的流场及温度场最大平均相对误差均不超过0.45%,在可接受误差范围内;在效率方面,SCAS算法总体计算效率较CSS算法提高了近20倍。同时,为了说明所提算法的工程价值,该文搭建基于110 kV变压器绕组模型的温升实验平台,将SCAS时间匹配算法应用于该模型中,实验结果表明:在精度方面,SCAS算法与实验达到稳态时最大绝对误差为2.7 K;在计算效率上,本文所提算法的计算效率较传统算法提升约46倍,计算步数约为传统的1/47,减少了计算冗余。

两级传播理论下图书馆用户关系管理实践探赜

在“以用户为中心”的服务理念指引下,图书馆用户关系管理工作成为推动图书馆治理现代化的重要组成部分。文章引入两级传播理论构建图书馆用户关系管理框架,通过挖掘与培养用户中的意见领袖,打造用户深度参与式的图书馆服务发展理念,形成用户自驱动的图书馆服务发展模式,明确图书馆管理与意见领袖、用户之间关系的核心准则。以南开大学图书馆开展的阅读推广服务实践为典型场景,展示框架在图书馆服务中的应用方法,思考两级传播理论为图书馆用户关系管理工作带来的转变,以期为其他图书馆用户关系管理工作的开展提供参考。

两步法连续高效合成依达拉奉工艺研究

通过1,3-二羰基化合物或类似物与取代肼合成依达拉奉建立了一种高效的两步流动连续合成工艺;对连续合成的反应温度、停留时间、溶剂用量、环化用碱量等影响产品品质和收率的因素进行优化,确定工业化连续合成依达拉奉最佳工艺条件。结果表明,两步连续法与一步间歇法相比反应所需时间缩短近93%,产品收率提高17%;连续工艺能有效降低生产成本,避免因原料暴露空气而导致产品颜色过深,获得的产品无需纯化、脱色、再结晶即可得到高质量的依达拉奉。

分流通道对台阶型篦齿封严性能影响研究

为提高涡轮级间篦齿的封严性能,设计了一种带分流通道的台阶型篦齿封严结构,研究了不同压比与转速下分流通道对篦齿封严泄漏特性和传热特性的影响规律,并与光滑篦齿进行对比。结果表明:在衬套上增设一个分流通道后,处于通道出口处的气流在离心力作用下被卷吸进通道,增强了篦齿的封严效果;分流通道的周向间隙率β越大,封严效果越佳,当周向间隙率β为3时,绝热壁面流量系数为13.47%,绝热壁面风阻温升为48.7 K;分流通道数量增加,篦齿的泄漏加剧;随着压比增加,密封泄漏量增大,分流通道可以引导核心射流回流,故泄漏量增速逐渐变缓而绝热壁面风阻温升增速加剧;当转速从3×10^(3)r/min增加到2.1×10^(4)r/min,气流摩擦耗散加剧,篦齿绝热壁面流量系数逐渐降低,绝热壁面风阻温升逐渐升高,分流通道对高转速下篦齿的封严效果提升显著。

模块知识融合反应工程大作业设计的思考

化学反应工程是高校化学工程专业的重要核心课之一,致力于研究化学动力学并根据反应特点设计合适的反应器。课程教学团队根据多年教学经验,将课程内容分为理想反应器、非理想流动、非均相催化和工业反应器四个模块,并针对非理想流动与非均相催化模块的知识关联较弱而导致学生无法综合运用所学知识解决复杂反应工程问题的现象,设计了基于模块知识融合的课程大作业。本文阐述了课程大作业对加强模块间知识关联的重要作用,梳理了课程大作业的设计和实施要点,并以催化剂氧空位测量的课程大作业为例,介绍如何通过非理想流动和非均相催化模块知识的融合提升学生解决复杂工程问题的能力,最后总结了课程大作业实施过程中的共性问题并提出了改进建议。

基于两步正则化Gauss-Newton迭代算法的ECT图像重建

电容层析成像(ECT)技术求解图像重建问题属于非线性问题,并且存在严重的不适定性。为提高图像重建精度,提出了一种基于两步正则化Gauss-Newton迭代算法的ECT图像重建方法。针对标准正则化Gauss-Newton迭代算法在图像重建中存在的不收敛问题,引入了两步迭代方法;改进了正则化矩阵,提高了解估计的精确度;考虑到Gauss-Newton算法对迭代初值的依赖性,加入了同伦算法。最后,进行仿真和静态实验,并与线性反投影(LBP)算法、Landweber算法、Tikhonov正则化算法进行对比。结果表明,该方法可有效提高图像重建精度。

高超声速喷管流场不均匀性分析与改进

飞行器的发展,对风洞不同模拟条件下气动和操稳特性的准确预测提出了更高需求。风洞流场品质是影响试验数据精准度的主要因素之一,本文以某风洞马赫数5.5喷管为研究对象,开展喷管出口流场不均匀性研究。通过数值计算捕捉喷管内部微弱波系结构,分析喷管型面设计方法、型面加工精度和型面拼接处阶差等因素对喷管出口流场品质的影响,并与风洞流场校测结果进行对比分析,得出目前影响喷管出口流场品质的主要因素是拼接处阶差,并针对该因素提出了改进策略,通过对喷管合理分段减少波系对试验区域影响,以进一步提升风洞流场品质。

不同表面结构叶片叶轮对搅拌流场特性的影响

为了提高流体介质的湍流强度和混合效率,将搅拌机的叶片表面设计为台阶状,将常规叶片叶轮和台阶式叶片叶轮置于圆柱直筒内,通过速度场分布、冷热水混合以及固液混合分析,进行初步的模型对比验证,再将2种形式的叶片叶轮应用至实际高效沉淀池,进行1∶1仿真计算.结果表明:台阶式叶片的表面边界层区域能够产生更为剧烈的湍流结构,在每级台阶的迎水面前方均存在回流旋涡,其流态特性极为复杂,有利于促进局部的混合反应;伴随着大量能量输入,各相介质受到台阶面的冲击挤压作用,使得冷热水和固液两相的混合效果更为均匀,这一效应在低转速(60 r/min)的模拟中表现得尤为显著;在实际高效沉淀池的仿真中,56 r/min转速下,采用台阶式叶片时,絮凝区流场的平均流速为0.152 m/s,采用常规叶片时平均流速为0.137 m/s,且台阶式叶片的湍流动能耗散要明显高于后者.因此,在转速较低的应用场景中,台阶式叶片的混合搅拌效果要明显优于常规叶片,研究结果对优化混凝工艺具有积极的意义,为新式搅拌叶轮的开发提供了一种设计思路.

基于POD-αATS的油浸变压器瞬态温升降阶自适应变步长计算方法

针对油浸式电力变压器瞬态温升计算效率过低的问题,该文提出本征正交分解-αATS(proper orthogonal decomposition-adaptive time stepping based onαfactor,POD-αATS)降阶自适应变步长瞬态计算方法。首先,推导变压器绕组瞬态温升计算的有限元离散方程;其次,采用POD降阶算法改善传统瞬态计算中存在的条件数过大及方程阶数过高的问题;同时对于瞬态计算中的时间步长选择问题,提出适用于非线性问题的αATS变步长策略;然后,为验证方法的有效性,基于110 kV油浸式电力变压器绕组的基本结构建立二维八分区数值计算模型,同时将计算结果与基于110 kV绕组的温升实验结果进行对比。数值计算及实验结果表明,所提算法与全阶定步长算法在流场和温度场中的精度几乎相同,且流场计算效率提升约45倍,温度场计算效率提升约38倍,计算速度得到显著提高。这一点在温升实验中同样得到验证,说明该文所提算法的准确性、高效性及一定的工程实用性。

计及自适应阶梯碳势-碳价与供需双响应基于主从博弈的综合能源系统低碳经济调度

针对碳流视角下综合能源系统(integrated energy system,IES)低碳化调度潜能挖掘不充分和用能侧碳排放责任承担不足的问题,提出了计及自适应阶梯碳势-碳价与供需双响应基于主从博弈的IES低碳经济调度策略。首先,设计自适应阶梯碳势-碳价模型,并构建基于能量枢纽矩阵标准化模型的IES碳流模型,获取用户侧各能源负荷节点碳势,进而完成碳势分级下碳价区间的划分;其次,兼顾源荷两侧的灵活调整及响应机制,建立用户侧参与的IES主从博弈低碳经济调度模型,上层IES运营商通过制定动态变化的负荷节点碳势-碳价,引导下层用户聚合商低碳化用能;最后,提出改进霜冰优化算法(improved rime optimization algorithm,IRIME),利用其独特阶梯式逐步搜索策略与主从博弈迭代过程相贴合的特性,并改进权重系数设计与选择策略,实现主从博弈模型的高精度、快速求解。仿真结果表明:所提自适应阶梯碳势-碳价模型提升了用户侧的碳势感知能力,与阶梯型碳排放固定碳价模型相比可进一步降低4.76%的碳排放量,结合供需双响应机制可提高1.13%的IES运营商收益和降低0.81%的用户聚合商成本;IRIME提升了模型求解的快速性,同时改善了主体间博弈结果的均衡性;所提调度策略实现了碳排放责任的流动转移与两主体间的协同低碳经济运行。

基于步进算法的安全壳恒压测流系统设计

安全壳作为核电厂的第3道安全屏障,其良好的密封性是在严重事故工况下实现放射性包容的物质基础。为了规避传统压力衰减法安全壳泄漏率测量方案对压力变化具有显著的非线性特征进行回归分析时存在较大测量偏差的问题,本团队研发了恒压法泄漏率测量方案。该方案需要保持安全壳内压力基本恒定,即安全壳气体流入与流出达到动态平衡状态,壳内压力始终围绕目标压力值附件以微小幅度波动。为了实现上述安全壳恒压充气的控制目标,该文基于PLC及步进算法设计研发了恒压测流系统,并通过实验验证其功能,确定其适用于不同规格安全壳的正压、负压等应用场景,能够较好的满足恒压法泄漏率测量方案的功能要求。

双模式MSBR工艺在城镇污水厂雨季工况中的中试试验

我国城镇污水处理厂在雨季往往面临短时间激增的水力冲击负荷,因污水厂二级处理系统通常按旱季流量设计,无法应对超量的雨季合流污水,导致厂前溢流或厂内超越,严重污染了受纳水体。研究采用含多点进水功能的双模式改良型序批间歇反应器(MSBR)在浙江某污水处理厂模拟雨季超量合流污水的生化处理,通过中试试验证明了该工艺可在合流污水达到2~4倍旱季设计流量的条件下,确保COD_(Cr)、氨氮、总氮(TN)等主要出水指标稳定达到并优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)中一级A标准,其中出水氨氮平均质量浓度小于1.0 mg/L,TN平均质量浓度小于10 mg/L。其处理效果显著优于物理-化学强化一级处理工艺,为大幅提升污水处理厂的雨季峰值流量处理能力,有效削减雨季受纳水体的冲击性污染,消除城镇黑臭水体提供了新的解决方案。

泄洪消力池消力墩消能特性数值模拟研究

消力墩是常用的泄洪消力池消能结构物之一,对其消能效果与结构优化研究在枢纽结构设计中具有重要作用。为此,基于描述非恒定流运动的雷诺平均(RANS)方程和描述紊流运动的Realizableκ-ε湍流模型,采用VOF自由表面追踪方法,建立了模拟大自由表面变形流体运动的数值计算模型,对坝面泄洪引起的跌坎型消力池内复杂流体运动及消力墩的消能特性进行研究。首先,对不同坝面泄洪条件下消力池内水流运动进行模拟,通过将自由液面、水流流态及底板压强分布等的模拟结果与室内实测数据进行对比,验证了模型的模拟精度和可靠性;在此基础上,模拟分析了矩形、直角梯形和T形三种典型消力墩对消力池内水流流速、液面形态及湍动能分布的影响,探讨了长、宽、高相同、几何形状不同的消力墩的消能效果。结果表明,对水流能量的耗散作用,矩形消力墩优于直角梯形消力墩、直角梯形消力墩优于T形消力墩。

步进式加热炉计算机控制系统设计

随着工业技术的快速发展,金属材料的热处理在制造业中扮演着重要的角色。热处理过程对于调控材料的组织结构和性能具有决定性影响,从而直接影响产品的质量和性能。步进式加热炉是一种靠炉底或水冷金属梁的上升、前进、下降、后退等动作将料坯进行移送前进的连续加热炉,依靠步进机构,按照一定的轨迹运动,使炉内的钢料一步一步前进。步进式加热炉具有不拱钢、不粘钢、脱碳少、加热时间短等优点,自动化程度高。随着科技的不断进步和工业自动化的不断发展,计算机控制系统在步进式加热炉中的应用已经成为现实。围绕步进式加热炉计算机控制系统设计,从设备结构与工作原理、运行挑战、参数自整定技术、远程监控与云平台搭建等多方面进行深入探讨。为工业生产提供更精确、稳定和高效的温度控制解决方案。

基于SPH方法的围油栏仿真研究

为解决计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)方法在模拟围油栏围控溢油时流-固耦合、水-油液体两相流中的不稳定性、计算效率差、将自由表面视为滑移壁且不考虑围油栏移动等问题,基于光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)方法建立适用于围油栏围控溢油的固-液耦合、液体两相流数值模型,将5种不同裙摆结构的围油栏导入两相液体相互作用的数值仿真模型中,通过SPH代码设定数值模拟相关参数,提高计算效率,得到较精确的围油栏滞油长度与溢油失效步长。结果表明:围油栏围控溢油能力与上、下裙摆高度比及裙摆角类型有关,上裙摆高度占比越大,围油栏的滞油表现越好;前折角型围油栏的滞油表现优于前转角型围油栏;滞油长度与油品性质有关,油品的密度和黏度越小,围油栏的滞油长度越大。

均匀流场中串列阶梯圆柱流致振动试验研究

采用试验方法研究了均匀流场中雷诺数570~5000内串列阶梯圆柱的流致振动现象,阶梯圆柱的覆盖率为R=50%,直径比为D/d=1.5。试验过程中,上游圆柱固定,下游圆柱可沿横流向自由振动。考虑了s/D=2,4,8,16四种间距比和上、下游阶梯圆柱同相布置和反相布置两种情况。结果表明:间距比对于串列阶梯圆柱间的相互作用有着明显的影响,间距比的变化会改变柱间流动模式,导致下游圆柱的振动特性发生改变;对于反相布置,在小间隙比和高折合流速的条件下,下游阶梯圆柱发生尾流驰振,振幅随着折合流速的增加而显著增加;而当间距比s/D≥8后,外形相位的影响则可以忽略。