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多级压缩布雷顿循环的核电推进系统概念设计

火箭推进 2024年第4期50卷 126-139页

作者：李可一游尔胜周子杨张昊春哈尔滨工业大学能源科学与工程学院黑龙江哈尔滨150001 中国核动力研究设计院四川成都610213

针对空间核动力在深空探测领域的应用和需要,在简单回热式布雷顿循环的基础上,通过增加压气机的级数来提升系统的效率并降低对于压气机的性能要求,提高其可靠程度。通过建立氦氙物性模型和循环热力学模型,通过基于Sobol方法的敏感性分... 详细信息

针对空间核动力在深空探测领域的应用和需要,在简单回热式布雷顿循环的基础上,通过增加压气机的级数来提升系统的效率并降低对于压气机的性能要求,提高其可靠程度。通过建立氦氙物性模型和循环热力学模型,通过基于Sobol方法的敏感性分析方式,研究了循环关键节点温度、叶轮机械效率、压气机压比等参数对循环热效率和比质量的影响,并基于多目标粒子群算法进行了多目标优化获得系统关键性能参数的帕累托解集,并计算该模型下推进系统的推力和比冲。计算结果表明:在相同的参数条件下多级压缩布雷顿循环热效率为22.33%,优于单级压气机的布雷顿循环17.75%的热效率。增加压气机的级数有效提高了系统的净效率,降低了对压气机的负荷,为高效空间核动力系统设计提供了理论依据。

关键词：多级压缩布雷顿循环二元混合气体敏感性分析 Sobol-Sequence

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纳米药物载体用于治疗胞内菌感染的研究进展

化工学报 2024年第4期75卷 1153-1166页

作者：巨晓洁宋婉璐周宸宇沈秋彤廖雨田龚珏颖褚良银四川大学化学工程学院四川成都610065

胞内菌能够逃避机体免疫并在宿主细胞内正常生长繁殖,比起胞外细菌更难清除,容易造成较为严重的感染。传统的抗生素治疗,药物无法突破宿主细胞膜的屏障,并且容易引起较强的毒副作用和多药耐药性。优良的纳米载体具有良好的生物相容性且... 详细信息

胞内菌能够逃避机体免疫并在宿主细胞内正常生长繁殖,比起胞外细菌更难清除,容易造成较为严重的感染。传统的抗生素治疗,药物无法突破宿主细胞膜的屏障,并且容易引起较强的毒副作用和多药耐药性。优良的纳米载体具有良好的生物相容性且易于修饰,有望通过构建纳米药物递送系统增强抗菌药物的细胞膜穿透性和胞内菌靶向性,在治疗胞内菌感染上具有巨大潜力和广阔前景。介绍了目前可用于治疗胞内菌感染的各种纳米颗粒,归纳总结了增强纳米药物递送系统治疗效果的机制和方法,阐述了目前在使用纳米药物递送系统治疗胞内菌感染时仍存在的问题,以期为构建更优良的纳米药物递送系统治疗胞内菌感染提供启发。

关键词：纳米载体胞内菌细菌靶向抗菌策略

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一种求解偏微分方程的动态平衡物理信息神经网络

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中国科学：信息科学 2024年第8期54卷 1843-1859页

作者：邓书超宋孝天钟旻霄李庆孙亚楠吕建成四川大学计算机学院成都610065 中国核动力研究设计院成都610213

近年来,物理信息神经网络(physics-informed neural networks, PINNs)在求解非线性偏微分方程(partial differential equations, PDEs)中得到了大量应用. PINN将物理信息作为正则化约束加入神经网络损失函数,可以减少传统神经网络方法... 详细信息

近年来,物理信息神经网络(physics-informed neural networks, PINNs)在求解非线性偏微分方程(partial differential equations, PDEs)中得到了大量应用. PINN将物理信息作为正则化约束加入神经网络损失函数,可以减少传统神经网络方法对训练数据的大量依赖.然而, PINN无法根据数据变化动态调整损失函数中各个损失项的权重,导致其在求解非线性PDEs时存在求解误差较大的问题.为此,本文提出了一种动态平衡物理信息神经网络(dynamic balanced PINN, DBPINN).首先,DBPINN为PINN损失函数的各个损失项设计了一种动态权重系数,并使用随机函数对该系数进行动态更新,能够显著提升PINN的精度.其次, DBPINN为PNNN损失函数的各个损失项之间建立了一种平衡求和方法,该方法考虑了所有损失项之间的竞争关系,使得PINN各损失项朝着有利于收敛的方向进行优化. DBPINN通过动态权重系数和平衡求和方法使得PINN可以更好地进行优化,进而解决了PINN在实际应用中求解误差较大的问题.本文选择了科学机器学习领域中4个经典的非线性PDEs对DBPINN进行了数值验证和分析.实验结果表明,相比于PINN, DBPINN在Schrodinger和Allen-Cahn方程上误差分别降低了46%和64%. DBPINN在求解Navier-Stokes方程时将系数λ_(1)和λ_(2)的误差分别降低了1~2个数量级和约50%. DBPINN在KdV方程中能够在多项系数中将误差降低1个数量级.最后,本文在多种形式的Burgers方程和Allen-Cahn方程上进行性能和参数消融验证,结果表明DBPINN不仅能够提升模型性能、处理小数据量以及拟合不同时间状态下的方程的能力,而且DBPINN相比于PINN具有更好的稳定性、准确率以及收敛性. DBPINN可以取代PINN被应用于各种非线性PDEs的高精度求解.

关键词：物理信息神经网络非线性偏微分方程动态权重系数平衡求和方法科学机器学习

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用于核释热率测定的堆内量热计研究进展

核技术 2024年第7期47卷 1-14页

作者：张俊新张亮曲国峰马天驰任飞旭彭星杰韩纪锋赵光四川大学原子核科学技术研究所辐射物理及技术教育部重点实验室成都610065 中国核动力研究设计院成都610005

核释热率是反应堆堆芯设计与辐照试验的关键参数,通常通过在反应堆实验孔道中进行实验测定的方法获得,基于量热法的堆内量热计是裂变反应堆内部核释热率测定的重要工具。本文综述了常见堆内量热计的工作原理,评述了国内外堆内量热计技... 详细信息

核释热率是反应堆堆芯设计与辐照试验的关键参数,通常通过在反应堆实验孔道中进行实验测定的方法获得,基于量热法的堆内量热计是裂变反应堆内部核释热率测定的重要工具。本文综述了常见堆内量热计的工作原理,评述了国内外堆内量热计技术的现状和进展;对比了单模块量热计和多模块(差示)量热计的结构设计方法和性能特征,并介绍了代表量热计发展方向之一的多模态集成化测量装置设计方法。阐述了量热计堆内和堆外校准方法及其原理,分析了系数法、归零值法和附加电流法三种校准方法的优缺点,展望了堆内量热计的发展趋势和研究方向。

关键词：量热法核释热率量热计核反应堆校准方法

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微流控技术可控制备异形微纤维的研究进展

化工学报 2024年

作者：巨晓洁何明炜夏有强汪伟褚良银四川大学化学工程学院

异形微纤维因其多样化的结构和功能被广泛应用于仿生材料、药物控释和生物医学等诸多领域。微流控技术作为一种新型的微纳材料制备技术，通过调节通道结构、流体物性和流动条件，可以实现多种异形微纤维的可控制备。本文综述了近年基于... 详细信息

异形微纤维因其多样化的结构和功能被广泛应用于仿生材料、药物控释和生物医学等诸多领域。微流控技术作为一种新型的微纳材料制备技术，通过调节通道结构、流体物性和流动条件，可以实现多种异形微纤维的可控制备。本文综述了近年基于微流控技术制备面向医药、化工和环境等重要领域的异形微纤维的研究进展。介绍了通过设计微流控装置的通道结构实现可控制备实心、中空、纺锤状和螺旋状等异形微纤维的诸多策略，探讨了基于异形微纤维的微观结构实现其功能多样化的重要思路，展望了微流控技术在可控构建新型异形微纤维方面的发展趋势，以期通过加强流动机制和成型机理的研究为制备高仿生性的异形微纤维提供重要参考。

关键词：微流控技术异形微纤维可控制备功能化

导流管长度和雾化压力对气体回流影响的数值模拟及实验研究

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粉末冶金工业 2024年第1期34卷 30-36,43页

作者：谭小练郭振李传锋李传珍张宏智苏晓峰中国核动力研究设计院四川成都610213 核能增材制造四川省重点实验室四川成都610213

金属3D打印专用球形粉末普遍采用气雾化法制备,无坩埚电极感应气雾化技术(EIGA)制备的金属粉末具有氧增量低、细粉收得率较高、球形度高、流动性好等优点。实验对雾化喷嘴导流管底端的气流场进行了数值模拟,研究导流管长度和雾化压力对... 详细信息

金属3D打印专用球形粉末普遍采用气雾化法制备,无坩埚电极感应气雾化技术(EIGA)制备的金属粉末具有氧增量低、细粉收得率较高、球形度高、流动性好等优点。实验对雾化喷嘴导流管底端的气流场进行了数值模拟,研究导流管长度和雾化压力对气体回流的影响,并通过雾化实验对模拟结果进行了验证。结果表明:导流管长度存在一临界值,当长度低于临界值时,雾化喷嘴环缝外侧气体的流速高于内侧气体的流速,气体易回流进入导流管内部,导致较多缺陷粉产生;长度高于临界值时,环缝内侧气体的流速高于外侧气体的流速,气体回流现象消失,缺陷粉数量大幅减少。雾化压力主要影响粉末的粒径,雾化压力越大,粉末粒径越小。

关键词：金属3D打印球形粉末雾化导流管气体回流

矩形通道内超临界CO_(2)局部热流场可视化实验

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化工学报 2024年第8期75卷 2831-2839页

作者：曾港陈林杨董袁海专黄彦平中国科学院工程热物理研究所北京100190 湘潭大学数学与计算科学学院湖南湘潭411105 中国科学院大学航空宇航学院北京100049 中国核动力研究设计院重点实验室四川成都610213

准确测量超临界CO_(2)的边界层流动传热特性,对于先进超临界CO_(2)能源化工循环系统的设计和安全运行具有重要意义。研究基于一种改进的非接触式的相移激光干涉系统,探究了湍流条件下超临界CO_(2)在矩形截面通道的边界热流场演化趋势。... 详细信息

准确测量超临界CO_(2)的边界层流动传热特性,对于先进超临界CO_(2)能源化工循环系统的设计和安全运行具有重要意义。研究基于一种改进的非接触式的相移激光干涉系统,探究了湍流条件下超临界CO_(2)在矩形截面通道的边界热流场演化趋势。研究分析了基于长直通道局部热量输入条件下边界层密度场和温度场瞬态变化。这些定量信息可用于评估超临界CO_(2)在不同热通量(q=14057、5500、2014 W/m^(2))条件下的局部传热准则数。结果表明:局部边界热传输使边界流体密度快速下降了1.8 kg/m^(3);浮升力驱动边界流体与主流区域混合并迅速达到平衡状态;高热流条件下温度、密度梯度变化迅速且显著,显示了热边界层的快速形成。

关键词：对流流体动力学传递过程超临界二氧化碳测量

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燃料棒接触问题的新型自适应预处理方法

计算物理 2024年第5期 596-606页

作者：刘威震刘振海辛勇叶舒愉张世全四川大学数学学院中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室

通过分析接触前后雅可比矩阵的稀疏结构，构造基于接触压力判断准则的新型自适应预处理方法。在接触压力为零时使用完全的雅可比矩阵作为Preconditioned Jacobian-free Newton-Krylov(PJFNK)方法的预处理矩阵，在接触压力非零时使用雅... 详细信息

通过分析接触前后雅可比矩阵的稀疏结构，构造基于接触压力判断准则的新型自适应预处理方法。在接触压力为零时使用完全的雅可比矩阵作为Preconditioned Jacobian-free Newton-Krylov(PJFNK)方法的预处理矩阵，在接触压力非零时使用雅可比矩阵的块对角作为预处理矩阵。数值试验表明：本文的自适应预处理方法能够有效提升模拟效率，求解总时间与Multiphysics Object-Oriented Simulation Environment(MOOSE)中现有方法相比减少了15.2%～33.1%。

关键词： MOOSE PJFNK 燃料棒力学接触自适应预处理

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矩形通道内超临界CO局部热流场可视化实验

化工学报 2024年

作者：曾港陈林杨董袁海专黄彦平中国科学院工程热物理研究所湘潭大学数学与计算科学学院中国核动力研究设计院重点实验室中国科学院大学航空宇航学院

准确测量超临界CO2的边界层流动传热特性，对于先进超临界CO2能源化工循环系统的设计和安全运行具有重要意义。研究基于一种改进的非接触式的相移激光干涉系统，探究了湍流条件下超临界CO2在矩形截面通道的边界热流场演化趋势。研究分... 详细信息

准确测量超临界CO2的边界层流动传热特性，对于先进超临界CO2能源化工循环系统的设计和安全运行具有重要意义。研究基于一种改进的非接触式的相移激光干涉系统，探究了湍流条件下超临界CO2在矩形截面通道的边界热流场演化趋势。研究分析了基于长直通道局部热量输入条件下边界层密度场和温度场瞬态变化。这些定量信息可用于评估超临界CO2在不同热通量(q = 14057， 5500， 2014 W/m2)条件下的局部传热准则数。结果表明：局部边界热传输使边界流体密度的快速下降 (1.8 kg/m3)；浮升力驱动边界流体与主流区域混合并迅速达到平衡状态；高热流条件下温度、密度梯度变化迅速且显著，显示了热边界层的快速形成。

关键词：对流流体动力学传递过程超临界二氧化碳测量