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磁声耦合:物理、材料与器件

物理学报 2024年第5期73卷 1-23页

作者：陈崇马铭远潘峰宋成清华大学材料学院先进材料教育部重点实验室北京100084

固体中的声波有两种传播方式:一种是声体波,以纵波或横波的形式在固体内部传播;另一种是声表面波,在固体表面产生并沿着表面传播.声波射频技术利用这些声波来截取和处理信号,尤其体现在快速发展的射频滤波器技术中.声学滤波器因其体积... 详细信息

固体中的声波有两种传播方式:一种是声体波,以纵波或横波的形式在固体内部传播;另一种是声表面波,在固体表面产生并沿着表面传播.声波射频技术利用这些声波来截取和处理信号,尤其体现在快速发展的射频滤波器技术中.声学滤波器因其体积小、成本低和性能稳定等多方面的优势,在移动通信等领域得到了广泛应用.受益于成熟的制造工艺和确定的共振频率,声波已逐渐成为操控磁性和自旋的有力手段,这一领域正朝着小型化、超快和节能的自旋电子学器件应用迈进.将磁性材料集成到声学射频器件,也开辟了对声学器件调控方法和性能提升的新思路.本综述首先梳理了各种磁声耦合的物理机制,并在此基础上系统介绍了声控磁化动力学、磁化翻转、磁畴和磁性斯格明子产生及运动、自旋流产生等一系列磁性和自旋现象.同时也讨论了声控磁的逆过程——磁控声波的研究进展,包括声波参数的磁调控和声波的非互易传播,以及基于此开发的新型磁声器件,如磁传感器、磁电天线、可调谐滤波器等.最后展望了磁声耦合未来可能的研究方向和潜在的应用前景.

关键词：磁弹耦合声控磁性磁控声波磁声器件

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注射成型中聚合物熔体信息的超声在线测量

中国塑料 2024年第4期38卷 60-66页

作者：陈豪焦晓龙朱宁迪董正阳张剑锋赵朋浙江大学机械工程学院杭州310030 海天塑机集团有限公司浙江宁波315821

提出了成型中聚合物熔体温度和密度的超声在线测量方法,并与其他方法对比验证了超声在线测量方法的正确性。设计并制造了底部不封口的流变模具,搭建了超声信号与温度、压力信号采集平台,采集超声信号后进行分析计算,得到聚合物熔体内超... 详细信息

提出了成型中聚合物熔体温度和密度的超声在线测量方法,并与其他方法对比验证了超声在线测量方法的正确性。设计并制造了底部不封口的流变模具,搭建了超声信号与温度、压力信号采集平台,采集超声信号后进行分析计算,得到聚合物熔体内超声速度变化曲线,结合压力、温度信号,对注射成型中熔体信息进行计算分析。结果表明,超声速度信号可无损定性反映熔体在型腔内的演化过程;借助于压力信号可迭代计算熔体温度演变曲线,与红外光纤温度传感器测量结果相比误差小于6%,实现了对聚合物熔体温度的有损定量分析;对超声信号在时/频域内分别计算分析,得到声阻抗与声速的变化曲线,进而计算得到熔体密度的演变曲线,与压力⁃体积⁃温度(PVT)方法计算得到的结果十分吻合,均方差仅0.0403 g/cm^(3),实现了对聚合物熔体密度的无损定量测量。超声测量技术可实现注射成型中聚合物熔体信息的在线测量,在实际生产过程中具有广阔的应用前景。

关键词：注射成型熔体信息温度密度超声测量

CFD-PBM框架下旋流式微泡发生器气泡动力学行为

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化学工程 2024年第3期52卷 59-65页

作者：邢继远中国科学院上海高等研究院上海201210 中国科学院大学北京100049

为探究旋流式微泡发生器气泡直径变化规律以及气泡动力学行为,采用欧拉-欧拉非均质气液二相模型求解流动参数,并耦合PBM(群体平衡模型)求解直径在1—1000μm内的14个直径气泡数密度变化,利用Luo破碎-Liao合并组合模型对旋流式微泡发生... 详细信息

为探究旋流式微泡发生器气泡直径变化规律以及气泡动力学行为,采用欧拉-欧拉非均质气液二相模型求解流动参数,并耦合PBM(群体平衡模型)求解直径在1—1000μm内的14个直径气泡数密度变化,利用Luo破碎-Liao合并组合模型对旋流式微泡发生器内部的气泡破碎合并行为进行分析。模拟计算结果与实验相近,说明CFD-PBM可以用来求解旋流式微泡发生器内部的气泡直径变化。由此可知,模拟条件下,气泡破碎频率对于液体流速变化更加敏感,气泡合并频率对于当地含气率变化更为敏感;气相主要分布在旋流式微泡发生器的中轴线附近处,并且沿着中轴线可见细长分布类似龙卷风形状的大气泡区;液体流量增加及出口直径的减小均会促进出口气泡直径的减小;气泡直径对于入口气体流量的变化并不敏感,并且这种影响关系还受到出口直径的影响。

关键词：旋流式微泡发生器二相流计算流体力学数值模拟群体平衡模型

热湿环境下CO_(2)-SO_(2)耦合侵蚀水泥基材料的中性化机理及预测模型

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硅酸盐学报 2024年第2期52卷 545-554页

作者：牛荻涛曹志远吕瑶西安建筑科技大学土木工程学院西安710055 省部共建绿色建筑国家重点实验室/西安建筑科技大学西安710055

为探究工业环境中水泥基材料耐久性损伤机理,开展了热湿环境CO_(2)-SO_(2)耦合侵蚀下净浆、砂浆和混凝土的中性化试验,并采用核磁共振和电化学阻抗谱等测试方法分析了水泥基材料的孔结构及孔溶液变化,建立了水泥基材料的中性化深度预测... 详细信息

为探究工业环境中水泥基材料耐久性损伤机理,开展了热湿环境CO_(2)-SO_(2)耦合侵蚀下净浆、砂浆和混凝土的中性化试验,并采用核磁共振和电化学阻抗谱等测试方法分析了水泥基材料的孔结构及孔溶液变化,建立了水泥基材料的中性化深度预测模型。结果表明:腐蚀循环前期(0~2次),反应以碳化为主。中期(2~7次),由于CaCO_(3)填充试样的孔隙,使得碳化反应速率减缓。同时SO_(2)与混凝土水化产物发生反应,水化硅酸钙(C-S-H)凝胶脱钙,同时生含结晶水的膨胀产物CaSO_(3)和CaSO_(4),导致有害孔逐渐增加,试样表层产生膨胀裂缝。后期(7~14次),SO_(2)持续腐蚀C-S-H凝胶等水化产物,混凝土孔隙率增大,碳化反应速度加快。

关键词：工业环境水泥基材料中性化机理中性化深度预测模型

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基于嫦娥五号月壤粒形特征的离散元模拟方法

岩土工程学报 2024年第4期46卷 833-842页

作者：王思远蒋明镜天津大学建筑工程学院天津300350 苏州科技大学土木工程学院江苏苏州215009 同济大学土木工程减灾国家重点实验室上海200092 同济大学土木工程学院岩土工程系上海200092

为满足当前中国探月任务中的“堪测、采、建”战略规划,获取更加贴近真实的月壤物理力学特性,考虑月壤颗粒形状的影响,结合嫦娥五号探月任务中的月壤颗粒图像,将月壤粒形特征与颗粒级配联系起来,提出考虑中国月壤粒形特征的离散元数值... 详细信息

为满足当前中国探月任务中的“堪测、采、建”战略规划,获取更加贴近真实的月壤物理力学特性,考虑月壤颗粒形状的影响,结合嫦娥五号探月任务中的月壤颗粒图像,将月壤粒形特征与颗粒级配联系起来,提出考虑中国月壤粒形特征的离散元数值模拟方法。首先,基于嫦娥五号探月任务获取的部分月壤颗粒图像,对颗粒的形状特征及尺寸信息进行提取,依据其球度特征将月壤的颗粒形态分为6类,并同月壤颗粒的粒形特征与颗粒尺寸建立对应关系;其次,结合本团队开发的三维离散元月壤接触模型,引入形状参数用以表征月壤颗粒的抗转动能力,进而在离散元中考虑月壤颗粒的粒形特征,最终建立考虑中国月壤粒形特征的离散元数值模型;通过与已知月壤试验结果的对比表明,该方法可将月壤颗粒形状的可变性直接映射到离散元中。在此基础上,通过与不考虑粒形特征的数值样进行对比,探究考虑月壤粒形特征的优势。结果表明:含嫦娥五号月壤粒形特征的离散元数值模型可以有效捕捉月壤力学行为的主要特征,为开展月球资源勘探及开发利用研究提供基础。

关键词：月壤粒形特征三轴压缩宏微观特性

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超声纵扭-低频扭转复合振动攻丝实验

北京航空航天大学学报 2024年第4期50卷 1077-1084页

作者：韩凤起张德远河北工业职业技术大学智能制造学院石家庄050091 北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100191

针对钛合金低频扭转振动攻丝效率偏低的问题,提出了超声纵扭-低频扭转复合振动攻丝方法。进行了超声纵扭振动攻丝实验、不同切削液的复合振功攻丝实验和变参数复合振动攻丝实验,研究复合振动攻丝的工艺效果及参数变化的影响规律。实验... 详细信息

针对钛合金低频扭转振动攻丝效率偏低的问题,提出了超声纵扭-低频扭转复合振动攻丝方法。进行了超声纵扭振动攻丝实验、不同切削液的复合振功攻丝实验和变参数复合振动攻丝实验,研究复合振动攻丝的工艺效果及参数变化的影响规律。实验结果表明:超声纵扭振动增强了切削液的润滑效果,降低了攻丝扭矩,与普通连续攻丝相比,M3螺纹孔的超声纵扭振动攻丝可降低攻丝扭矩约18%;在所选参数范围内,与低频扭转振动攻丝相比,复合振动攻丝最大可降低攻丝扭矩约30%;复合振动攻丝降低攻丝扭矩的效果,随净切削量、主轴转速的增大和回退量的减小而降低。

关键词：振动攻丝超声纵扭振动低频扭转振动攻丝扭矩切削液润滑

基于MC模型和Nelder-Mead单纯形算法的时域组织光谱学

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中国激光 2024年第3期51卷 138-147页

作者：张童刘东远高峰天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072 天津市生物医学检测技术与仪器重点实验室天津300072

生物组织光学参数的无创在体测量是近红外光谱学(NIRS)研究的基础课题之一。在已发展的NIRS方案中,时间分辨测量具备优良的同时反演吸收系数和散射系数的能力,而且近年来该技术的性价比显著提高,获得了更多关注,但其针对分层组织的参数... 详细信息

生物组织光学参数的无创在体测量是近红外光谱学(NIRS)研究的基础课题之一。在已发展的NIRS方案中,时间分辨测量具备优良的同时反演吸收系数和散射系数的能力,而且近年来该技术的性价比显著提高,获得了更多关注,但其针对分层组织的参数反演在准确性、稳定性和反演速度等方面尚存在一定的局限性。为此,本文提出了一种时域蒙特卡罗模型支持的Nelder-Mead单纯形算法,该算法利用双源探距下的时间分辨漫反射光信号,以循环迭代方式设置不同的基向量,经线性变换后无须求导便可启发式搜索目标函数的最优值,从而实现了高信效度的分层光学参数反演。模拟实验与仿体实验均表明:在组织光学参数反演方面,所提算法的精度优于传统算法,而且该算法具有良好的噪声鲁棒性和临床适应性,为生物组织光学参数的在体测量提供了新方法。

关键词：医用光学吸收系数约化散射系数蒙特卡罗模拟单纯形算法时域测量

气体间隙开关喷射等离子体触发性能劣化及剩余触发寿命预测研究

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电工技术学报 2024年第5期39卷 1497-1509页

作者：董冰冰郭志远合肥工业大学电气与自动化工程学院合肥230009

喷射等离子体诱导型气体间隙开关用于电力系统过电压防护具有明显优势,但高注入触发能量下多次放电累积效应引起的触发失效问题严重,极限可触发次数具有不确定性,亟须开展触发寿命与触发有效参数的关联规律以及剩余触发寿命预测研究。... 详细信息

喷射等离子体诱导型气体间隙开关用于电力系统过电压防护具有明显优势,但高注入触发能量下多次放电累积效应引起的触发失效问题严重,极限可触发次数具有不确定性,亟须开展触发寿命与触发有效参数的关联规律以及剩余触发寿命预测研究。为此该文搭建了气体间隙开关触发寿命研究平台。结果表明,低容值触发电路可迅速建立触发放电主通道,电弧电流可达3.7kA;高容值触发电路提高了用于解离产气材料而形成喷射等离子体的能量,显著提升了触发腔等离子体喷射触发能力。触发回路电容C_(1)距C_(2)放电时延Δt_(0)、击穿时延Δt_(1)、触通时延Δt_(2)可分别用于表征触发一级腔、二级腔、气体开关导通性能的劣化程度,其变化过程可用于表征气体开关触发失效的阈值范围。以等离子体喷射高度作为预测因子,建立了气体开关剩余触发寿命预测模型ARIMA(1,1,2),预测值与试验结果基本吻合,剩余触发寿命预测误差在10%以内。研究结果可为气体间隙开关实现稳定触通及触发寿命预测提供理论参考和工程应用指导。

关键词：气体间隙开关等离子体喷射触发失效寿命预测过电压与接地

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灵活性资源聚合参考模型与量化指标体系

电力系统自动化 2024年第3期48卷 1-9页

作者：王思远吴文传清华大学电机工程与应用电子技术系北京市100084 新型电力系统运行与控制全国重点实验室清华大学北京市100084

高比例新能源并网给电网带来了显著的波动性和不确定性,使受端电网面临可调节资源能力不足的问题,需要充分利用大量的灵活性资源参与电网调度并提供辅助服务。然而,灵活性资源的数量众多、分布广泛且特性各异,给资源的集中调控带来了新... 详细信息

高比例新能源并网给电网带来了显著的波动性和不确定性,使受端电网面临可调节资源能力不足的问题,需要充分利用大量的灵活性资源参与电网调度并提供辅助服务。然而,灵活性资源的数量众多、分布广泛且特性各异,给资源的集中调控带来了新的挑战,需要以集群的形式对灵活性资源进行管理和调度。为了更加准确地评估集群在电网调控中的作用,需要将灵活性资源进行聚合,并根据应用需求采用适当的量化指标衡量其性能。基于灵活性资源集群在电网调度和电力市场中的应用需求,提出了评估灵活性资源集群可调节能力的量化指标体系。根据物理特性,将其分为类发电机特性、类储能特性和共有特性3类。为了实现不同应用场景下对集群灵活性指标的量化评估,构建了由等效发电机和等效储能所组成的灵活性资源集群的聚合参考模型。此聚合参考模型具有直观的物理意义和良好的多重嵌套特性,并适用于多种时间尺度和多种能量形式,可以被用于计算特定应用场景下的量化性能指标,以及应用于分布式资源集群的异步调度、综合能源系统的联合优化调度、虚拟电厂参与电力市场的投标报价等多个场景中。

关键词：灵活性资源聚合参考模型量化指标体系高维多面体投影电力系统