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同步辐射技术在大气科学领域的研究进展

化学进展 2022年第4期34卷 963-972页

作者：孔祥瑞窦静陈淑贞汪冰冰吴志军哥德堡大学化学与分子生物学学院瑞典哥德堡41296 苏黎世联邦理工学院大气与气候科学研究所瑞士苏黎世8092 保罗谢尔研究所环境化学实验室瑞士菲利根5232 近海海洋环境科学国家重点实验室厦门大学海洋与地球学院厦门361102 北京大学环境科学与工程学院北京100871

作为新颖和独特的大型仪器,同步辐射装置正在越来越多地被应用到大气和环境科学的研究中。本文介绍了基于同步辐射的探测技术的理论原理、关键技术以及近期的主要研究成果。涉及的同步辐射技术包括:常压X射线光电子能谱(APXPS)、近边X... 详细信息

作为新颖和独特的大型仪器,同步辐射装置正在越来越多地被应用到大气和环境科学的研究中。本文介绍了基于同步辐射的探测技术的理论原理、关键技术以及近期的主要研究成果。涉及的同步辐射技术包括:常压X射线光电子能谱(APXPS)、近边X射线吸收精细结构(NEXAFS)和扫描透射X射线显微镜(STXM)。本文按实验类型进行了分类,即APXPS实验、流体束实验和STXM实验。主要内容包括:(1)冰表面;(2)盐表面;(3)酸性溶液;(4)有机溶液;(5)盐溶液;(6)臭氧分解;(7)黑碳;(8)冰核;(9)吸湿性;(10)反应机理。同步辐射设施的发展为气溶胶科学和大气异相化学的研究提供了强大的工具。可以预见越来越多的重要大气过程和机制将通过基于同步辐射的研究所揭示,而这也将体现同步辐射装置在大气和环境领域的巨大潜力和价值。

关键词：气溶胶大气科学同步辐射界面科学异相化学常压X射线光电子能谱扫描透射X射线显微镜 X射线吸收光谱

基于自组织映射网络的制造服务模块动态创建方法

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计算机集成制造系统 2017年第8期23卷 1765-1773页

作者：张卫冷建兴张广博唐任仲方水良浙江师范大学工学院智能制造工程技术中心浙江金华321004 浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室浙江杭州310027 剑桥大学工程系制造研究院英国剑桥CB3OFS 浙江大学海洋结构研究所海洋工程装备国家地方联合工程实验室浙江舟山316021

针对商业生态环境中制造服务运作的复杂性,建立了制造服务模块化理论模型。该模型包括制造服务模块的内涵和动态创建过程,初步实现了制造服务模块动态创建,为制造服务模块化奠定基础。应用突变理论构建了制造服务模块的产品度和服务度概... 详细信息

针对商业生态环境中制造服务运作的复杂性,建立了制造服务模块化理论模型。该模型包括制造服务模块的内涵和动态创建过程,初步实现了制造服务模块动态创建,为制造服务模块化奠定基础。应用突变理论构建了制造服务模块的产品度和服务度概念,并建立了制造服务模块测度模型及算法。在此基础上,提出制造服务模块动态聚类的自组织映射网络策略。通过制造服务模块动态聚类的示例,验证了制造服务模块测度模型的有效性,以及基于神经网络和模块化技术建模的优越性。

关键词：制造服务模块化突变理论自组织映射网络动态聚类策略

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受限区域内盐指型双扩散湍流的数值模拟研究

受限区域内盐指型双扩散湍流的数值模拟研究

第十二届全国流体力学学术会议

作者：李俊毅杨延涛北京大学工学院力学与工程科学系湍流与复杂系统国家重点实验室青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋流体力学与工程联合实验室

由重力方向温度和盐度梯度共同驱动的盐指型双扩散湍流是海洋小尺度湍流的一种重要形式,其对热量和物质的混合输运有重要的影响作用。物理边界虽然不存在于海洋内部,但在实验研究中不可避免。常见数值模拟研究中使用全周期区域和高度受... 详细信息

由重力方向温度和盐度梯度共同驱动的盐指型双扩散湍流是海洋小尺度湍流的一种重要形式,其对热量和物质的混合输运有重要的影响作用。物理边界虽然不存在于海洋内部,但在实验研究中不可避免。常见数值模拟研究中使用全周期区域和高度受限区域。本文针对受限区域内的盐指型双扩散湍流进行直接数值模拟,其物性参数设定与海洋真实参数一致,并将结果与全周期区域模拟结果进行对比。受限区域模型指在两平行水平平板之间设置恒定的不稳定盐度差和稳定温度差。随着设定温度差的增加,流动结构会从对流涡转变为双扩散湍流中的盐指形态。控制盐指型对流的关键参数是密度比,即温度差导致的密度变化与盐度差导致的密度变化之间的比值。在海洋中,密度比的范围一般为1到10。对于全周期区域模型的理论分析表明盐指只有在密度比大于一的条件下才能生长。但在受限区域模型的实验与模拟中,即便整体密度比小于一,盐指也会产生。我们的研究发现,如果不采用预设的温盐差来定义密度比,而使用流动稳定后的中心区平均温盐梯度定义密度比,那么当盐指产生时,其值总会超过一。进一步分析表明,盐指宽度与无界模型中线性稳定性分析给出的理论预测一致,且盐指宽高比仅取决于中心区密度比。对于温盐通量,如果用中心区传导通量进行归一化,其数值与全周期区域模型的结果一致。这些发现表明,如果用中心区密度比作为控制参数,那么受限区域模型与全周期区域模型的温盐传输性质本质上是一样的。我们的研究对于将实验与模拟结果应用于海洋真实环境具有重要价值和意义。

关键词：双扩散对流湍流模拟对流稳定性

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帷幕防治海水入侵的数值模拟研究

海洋环境科学 2006年第4期25卷 55-58页

作者：高学平杨建华涂向阳张明星天津大学建工学院天津300072

为比较应用于防治海水入侵工程的帷幕效果,建立剖面二维非均质流体的对流-弥散模型,运用伽辽金有限元法求解,并用物理实验结果验证其有效性。将模型应用于模拟广西北海市海城区海水入侵过程及对其防治效果,分别计算了超采地下水、实施... 详细信息

为比较应用于防治海水入侵工程的帷幕效果,建立剖面二维非均质流体的对流-弥散模型,运用伽辽金有限元法求解,并用物理实验结果验证其有效性。将模型应用于模拟广西北海市海城区海水入侵过程及对其防治效果,分别计算了超采地下水、实施防渗、抽水、注水和抽-注水情况下咸淡水界面随时间推移过程,通过比较得出注水是北海市防治海水入侵较为理想的措施。

关键词：海水入侵防治数值模拟帷幕

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新型仿生水-空跨介质航行器结构设计

新型仿生水-空跨介质航行器结构设计

第十二届全国流体力学学术会议

作者：吕凯李宏源吕鹏宇段慧玲北京大学工学院力学与工程科学系青岛海洋科学与技术试点国家实验室北京大学南昌创新研究院

近年来,水-空跨介质航行器因具有立体跨域优势而成为研究热点。然而,现有水-空跨介质航行器平台总体设计水平有限,这阻碍了其在实际复杂环境中的推广和应用。本文基于仿生变体技术,提出了一种新型仿生水-空跨介质航行器结构。针对航行... 详细信息

近年来,水-空跨介质航行器因具有立体跨域优势而成为研究热点。然而,现有水-空跨介质航行器平台总体设计水平有限,这阻碍了其在实际复杂环境中的推广和应用。本文基于仿生变体技术,提出了一种新型仿生水-空跨介质航行器结构。针对航行器外形特点,设计了两对变体水翼和折叠空翼,并开发出变体执行机构,以实现水翼、空翼的展开和收缩。为保证该航行器在多模态下的优良性能,对其在水下、水面、空中模态的水动力性能和气动性能进行了CFD数值模拟研究。结果表明,该航行器可实现水下定深潜行,水面高速航行以及空中定高飞行。该水-空跨介质航行器不仅可以实现跨域作业,而且兼具水下隐蔽性和空中机动性等优势。

关键词：水空跨介质航行器变体水翼折叠空翼多模态

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桂东南鸡笼顶矿田断裂系统分形研究

桂林工学院学报 2009年第2期29卷 236-241页

作者：韩喜彬李家彪梁金城冯佐海初凤友张绍勇国家海洋局海底科学重点实验室杭州310012 国家海洋局第二海洋研究所杭州310012 桂林理工大学资源与环境工程系广西桂林541004 浙江省工程物探勘察院杭州310005

应用分形理论原理,采用盒维数法计算了桂东南鸡笼顶金矿田断裂、矿床断裂及矿石和围岩的显微裂隙分维值,这些断裂和裂隙都有很好的统计自相似性。鸡笼顶矿田断裂分维值(1.66)大于桂东南金银成矿带断裂分维值和华南区域背景断裂分维值,... 详细信息

应用分形理论原理,采用盒维数法计算了桂东南鸡笼顶金矿田断裂、矿床断裂及矿石和围岩的显微裂隙分维值,这些断裂和裂隙都有很好的统计自相似性。鸡笼顶矿田断裂分维值(1.66)大于桂东南金银成矿带断裂分维值和华南区域背景断裂分维值,分维值越大,成矿规模越大。但在鸡笼顶矿床标度区间,断裂分维值(1.39)明显小于区域背景断裂分维值,这缘于北东向断裂分维值大于北西向断裂分维,矿床仅受北东向断裂控制。鸡笼顶③号矿体中矿石显微裂隙和围岩显微裂隙的分维值都大于宏观断裂分维值,结构更加复杂,含矿热液流体和断裂破碎带应力耦合作用更加强烈。矿石显微裂隙分维值(1.76)大于围岩显微裂隙分维值(1.68),分维值越大,构造蚀变作用越强,裂隙连通性越好,矿化和赋矿作用越强。显微裂隙分维值也是断裂破碎带矿化的重要定量指标之一。

关键词：分形断裂金矿床鸡笼顶桂东南

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带剪切作用的海洋盐指型双扩散对流

带剪切作用的海洋盐指型双扩散对流

第十一届全国流体力学学术会议

作者：李俊毅杨延涛北京大学工学院力学与工程科学系湍流与复杂系统国家重点实验室

在许多(亚)热带海域的上层水体中,温度和盐度通常随海水深度增加而同时下降,此时会出现所谓的盐指型双扩散对流。该流动现象是影响热量和物质垂直混合输运的重要机制之一。与此同时,海洋环境中不可避免的存在其他物理过程导致的海水水... 详细信息

在许多(亚)热带海域的上层水体中,温度和盐度通常随海水深度增加而同时下降,此时会出现所谓的盐指型双扩散对流。该流动现象是影响热量和物质垂直混合输运的重要机制之一。与此同时,海洋环境中不可避免的存在其他物理过程导致的海水水平运动及剪切现象,如洋流、内波等等。理解盐指双扩散对流的输运规律,以及其与水平背景剪切运动之间的相互作用,对理解海洋中热量和物质的混合有重要的意义。本研究对带有剪切作用的盐指型双扩散对流进行了系统性的三维直接数值模拟。我们采取与真实海水典型值相同的温度和盐度分子扩散率,以及密度线性正比于温度和盐度的Boussinesq假设,研究了不同温盐梯度强度组合以及背景水平剪切强度下的流动结构形态和垂向热量和盐度传输率。结果表明在温盐驱动力不大的情况下,微弱的剪切会导致盐度场近似二维层状结构的出现,但此时剪切并不会削弱盐度的垂直输运,反而还会使其有小幅增长;随着剪切的进一步增强,输运效率才开始有明显的减弱;当剪切增大到一定程度,二维结构消失,流动极度混乱,热流与盐流降低至饱和状态。而在温盐驱动力比较大的情况下,没有出现垂直输运增强的情况,极其微弱的剪切就使得盐度输运能力下降;随着剪切的增强,流动也更容易达到最终的混乱状态。这些发现对于理解相关海域的温盐混合有着直接的应用价值。

关键词：温盐驱动对流水平剪切湍流混合与输运

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固壁面附近空化泡与附着液滴相互作用研究

固壁面附近空化泡与附着液滴相互作用研究

第十二届全国流体力学学术会议

作者：任子博韩欢曾昊孙超田川義之左志钢刘树红清华大学能源与动力工程系清华大学航天航空学院东京农工大学工学院

空化是液体受到张力或局部能量输入时,其内部的蒸气泡产生、剧烈生长、溃灭及伴随的物理现象和过程。在化学/生物污染流域中的水力机械运行、污水处理、超声清洗、超声乳化等实际过程中,经常会在附着油滴的壁面附近产生空化。因此,研究... 详细信息

空化是液体受到张力或局部能量输入时,其内部的蒸气泡产生、剧烈生长、溃灭及伴随的物理现象和过程。在化学/生物污染流域中的水力机械运行、污水处理、超声清洗、超声乳化等实际过程中,经常会在附着油滴的壁面附近产生空化。因此,研究空化泡与固壁面、液滴的相互作用机理十分重要。本研究通过实验和理论分析相结合的方法,研究了固壁面附近空化泡与附着液滴的相互作用。我们利用高能脉冲激光在壁面附着的油滴附近诱导产生单个空化泡,通过高速摄像观察空化泡与液滴的运动和变形。研究发现:附着液滴和液体的密度比对空化泡的非球形溃灭行为有显著影响,对于生长-溃灭过程中与液滴无接触的空化泡,现有的水平液-液界面理论能够很好地预测空化泡溃灭时的迁移方向及位移;对于生长-溃灭过程中与液滴有接触的空化泡,现有理论失效。为此,我们建立了考虑空化泡-液滴接触的液-液界面与空化泡相互作用的理论模型,发现两者的接触使得液-液界面对空化泡的排斥作用减弱。该模型能够较为准确地反映并解释液滴-液体密度比、无量纲液-液界面曲率等因素对空化泡迁移行为的影响。此外,我们也讨论了空化泡溃灭射流对液滴形变、破碎、乳化等行为的作用。该研究有助于加深对于实际液体中的水力空化、超声清洗表面、油-水乳化、无针注射等原理的理解,为空化在环境、化工、医疗、食品等领域的应用提供指导。

关键词：空化泡液滴固壁面液-液界面射流

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海洋深水立管涡激振动实验研究的发展状况

北京石油化工学院学报 2014年第2期22卷 50-55页

作者：胡勇代峰燕周灿丰杨洋焦向东北京工业大学机械工程与应用电子技术学院北京100124 北京石油化工学院能源连接工程研究中心北京102617

在海洋环境中,涡激振动(VIV)是流体固体藕合作用的结果,也是流体力学和结构力学的融合;但是耦合的作用力会降低立管寿命,立管一旦发生疲劳破坏,原油的泄漏不仅会使工程蒙受损失,还将引发严重的环境污染和二次灾害,因此深海立管的涡激振... 详细信息

在海洋环境中,涡激振动(VIV)是流体固体藕合作用的结果,也是流体力学和结构力学的融合;但是耦合的作用力会降低立管寿命,立管一旦发生疲劳破坏,原油的泄漏不仅会使工程蒙受损失,还将引发严重的环境污染和二次灾害,因此深海立管的涡激振动在立管设计中是一个需要考虑的重要因素,近几十年里科研人员在此方面做了大量的研究工作。笔者以海洋立管为研究对象,总结了在流体和结构方面国内外学者对海洋立管涡激振动上的研究成果。为更进一步的海洋立管涡激振动研究提供了理论依据。

关键词：海洋立管涡激振动耦合