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冷效试验中涡轮叶片表面薄膜热电偶测温技术研究

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中国科学:技术科学 2025年第2期55卷 309-321页

作者：田青云曹丽莉徐毅刘松王登奎罗飞周海涛马可欣王素杰史继源崔金婷牟仁德詹喻威孙坤谢孝昌罗炳威中国航发北京航空材料研究院北京100095 北京信息科技大学光电测试技术及仪器教育部重点实验室北京100192 中国航发四川燃气涡轮研究院绵阳621000 北京航空航天大学航空发动机研究院北京100191 中国航空发动机研究院北京101304

气冷涡轮叶片结构复杂,高温高速燃气与冷却气体的复合使得叶片的表面温度分布极不均匀.冷效试验是检验气冷涡轮叶片冷效设计优劣的主要方法,也为避免叶片超温提供基础的设计数据,冷效试验过程中涡轮叶片表面的真实温度测量成为关键.薄... 详细信息

气冷涡轮叶片结构复杂,高温高速燃气与冷却气体的复合使得叶片的表面温度分布极不均匀.冷效试验是检验气冷涡轮叶片冷效设计优劣的主要方法,也为避免叶片超温提供基础的设计数据,冷效试验过程中涡轮叶片表面的真实温度测量成为关键.薄膜热电偶紧密贴附在被测物体表面,厚度仅为几微米,可以准确、快速地获取涡轮叶片的表面温度信息,是航空发动机高温测试领域急需的关键技术,然而我国至今尚未工程化应用.本文在前期单质型贵金属基薄膜热电偶研究基础上制备了Pt-Ir薄膜热电偶涡轮叶片试验件,标定结果表明薄膜热电偶具有优异的稳定性和测温精度.在高温高压流场环境下开展冷效试验,获得了冷效试验全流程温度数据,薄膜热电偶测温数据整体趋势与环境温度一致.薄膜热电偶测温数据表明,涡轮叶片的表面温度与极近空间内的温度存在明显差异,越靠近涡轮叶片表面温度越低.此外,靠近冷却气膜孔的位置温度较低,叶片尾缘位置温度较高,叶背中间位置的温度变化主要受高温高速燃气的温度影响,叶片尾缘位置的温度变化主要受高温高速燃气流量的影响.本文利用薄膜热电偶实现了冷效试验全过程涡轮叶片表面温度的准确获取,突破了地面试车台叶片冷效试验温度“测不准”或“测不到”的技术瓶颈,该项技术的工程应用将为涡轮叶片冷效正向设计优化、寿命预测、失效分析等提供关键数据支撑.

关键词：冷效试验表面温度多物理场耦合薄膜热电偶涡轮叶片

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涡轮导叶吸力面气膜冷却掺混损失全三维分析

工程热物理学报 2025年第1期46卷 104-113页

作者：王晨枫李国庆白晓辉李年强张燕峰卢新根中国科学院工程热物理研究所北京100190 江苏大学流体机械工程技术研究中心镇江212013 中国科学院大学航空宇航学院北京100049 轻型涡轮动力全国重点实验室北京100190 中国科学技术大学工程科学学院合肥230027

针对现有气膜冷却掺混损失评估方法无法准确计算通道二次流影响区域内的主流冷气掺混损失的问题,本文建立了一种全三维掺混损失计算方法,基于HS1A涡轮导叶,在吸力面设置具有不同复合角的气膜孔以保证气膜冷却效率要求,进一步通过控制主... 详细信息

针对现有气膜冷却掺混损失评估方法无法准确计算通道二次流影响区域内的主流冷气掺混损失的问题,本文建立了一种全三维掺混损失计算方法,基于HS1A涡轮导叶,在吸力面设置具有不同复合角的气膜孔以保证气膜冷却效率要求,进一步通过控制主流与冷气参数分析了损失机理。该评估方法以掺混熵增作为损失评估依据对不同模型进行分析,结果表明:在吸力面气膜孔设置分区域复合角在提升气膜冷却效率的同时将增加掺混熵增。通过设置复合角可以减少二次流引起气膜偏转的损失以及气膜脱离产生的损失。

关键词：气膜冷却掺混损失冷却效率二次流

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速调管放大器输出腔的匹配理论

强激光与粒子束 2025年第2期37卷 102-107页

作者：何琥雷禄容李士锋中国工程物理研究院应用电子学研究所先进激光与高功率微波全国重点实验室四川绵阳621900

基于输出波导与腔体耦合的等效电路模型,对于任意的输出波导与腔体的耦合和任意的腔体和电子束参数,建立了速调管放大器输出腔的匹配理论即最大输出功率理论。建立了带有互感和感应电流等参数的输出腔等效电路模型,研究了输出微波功率... 详细信息

基于输出波导与腔体耦合的等效电路模型,对于任意的输出波导与腔体的耦合和任意的腔体和电子束参数,建立了速调管放大器输出腔的匹配理论即最大输出功率理论。建立了带有互感和感应电流等参数的输出腔等效电路模型,研究了输出微波功率和反射功率,其中在研究反射功率时讨论了复耦合系数不等于1和等于1这两种情况下反射功率的表达式,推导了输出波导与带有电子束的输出腔任意的耦合和完全匹配这两种情形时输出微波功率和间隙电压关系的公式。推导了完全匹配时输出腔谐振频率与输出腔有载品质因数的表达式。匹配情形时从含有互感的等效电路模型推出的输出功率的计算结果与经典理论的计算结果近似相等。

关键词：输出腔匹配理论互感感应电流有载品质因数复耦合系数

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高温交变应力作用下固井水泥石力学性能演变规律

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天然气工业 2025年第1期45卷 140-152页

作者：冯少波叶素桃张震杨吕超梁红军王银东庞学玉中国石油塔里木油田公司油气工程研究院中国石油大学(华东)石油工程学院深层油气全国重点实验室·中国石油大学(华东)

固井水泥环作为井筒的重要组成部分,起着支撑套管、封隔不同层位地层和阻挡地层腐蚀性流体侵蚀套管的作用,长期承受着井下高温高压环境及特定工况下的交变载荷,其物理力学性能对井筒的长效封隔起着决定性作用。为此,针对极端服役环境下... 详细信息

固井水泥环作为井筒的重要组成部分,起着支撑套管、封隔不同层位地层和阻挡地层腐蚀性流体侵蚀套管的作用,长期承受着井下高温高压环境及特定工况下的交变载荷,其物理力学性能对井筒的长效封隔起着决定性作用。为此,针对极端服役环境下固井水泥石在交变载荷作用下的力学损伤和变形,开展了高温高压养护后水泥石单轴和三轴循环加载疲劳损伤研究,探索了测试温压条件及循环载荷应力水平等因素对水泥石力学性能的影响规律,揭示了水泥石在不同温压条件和循环载荷作用下的力学性能及变形特征演化规律,明确了水泥石疲劳损伤的控制机制,建立了水泥石疲劳强度预测模型。研究结果表明:(1)测试环境显著影响水泥石的力学性能和变形特征,高温高压环境降低了水泥石抗压强度和弹性模量,使水泥石在循环载荷作用下产生了明显的应变滞后现象以及更大的塑性应变;(2)交变应力作用下,第一周期的加载由于压实作用大幅提升水泥石的弹性模量,而且这种效应在高温高压环境下更为明显;(3)常温常压测试环境下,持续低强度的交变应力可以通过压实效应进一步提升水泥石的弹性模量,而高强度的交变应力则会造成材料损伤降低水泥石弹性模量;(4)高温高压交变应力作用下,水泥石加载模量除高应力状态外均较为稳定,卸载模量则呈现出明显下降的趋势。结论认为,该认识揭示了水泥石在不同温压条件和循环载荷作用下的力学性能及变形特征演化规律,为水泥环环空封隔失效机理和控制机制的深化研究奠定了理论基础。

关键词：固井水泥交变应力高温高压疲劳损伤力学性能变形特征

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基于异质元胞自动机的电力信息物理系统仿真模型

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电力自动化设备 2025年第2期45卷 185-192页

作者：于群陈佳泰曹娜何剑屠竞哲张一驰山东科技大学电气与自动化工程学院山东青岛266590 中国电力科学研究院有限公司北京100192

为了探究电力信息物理系统的运行特性以及风险演化特征,考虑现代电网跨区域异质互联、信息化的特征,建立基于异质元胞自动机的电力信息物理系统仿真模型。采用异质元胞自动机分别对电力网和信息网进行建模,基于电网线路、变压器等元件... 详细信息

为了探究电力信息物理系统的运行特性以及风险演化特征,考虑现代电网跨区域异质互联、信息化的特征,建立基于异质元胞自动机的电力信息物理系统仿真模型。采用异质元胞自动机分别对电力网和信息网进行建模,基于电网线路、变压器等元件的负载率以及潮流容限,制定电力网内的故障传播规则,以信息网节点之间的最短路径为基础,定义信息网内的故障传播数学模型。在构建随机分布式拒绝服务网络攻击和蓄意分布式拒绝服务网络攻击情景的基础上,以IEEE 39节点和IEEE 118节点系统为例,仿真模拟电力信息物理系统遭受网络攻击时的运行状态以及电力网、信息网在不同耦合程度下遭受网络攻击时的损失负荷和损失节点数。仿真结果表明:攻击者知晓电力信息物理系统的网架结构越清晰,越能实施精准攻击,从而使系统损失最大化;电力网和信息网的耦合程度越紧密,系统遭受网络攻击后的损失越严重,验证了所建模型的合理性和可行性。

关键词：电力信息物理系统异质元胞自动机故障传播规则网络攻击耦合程度

水电机组动态气隙传感器的多尺度分数阶信息融合法

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振动与冲击 2025年第3期44卷 202-209页

作者：荆岫岩孙尔军谭志锋郝国文李燕孙万泉国家电网有限公司北京200240 国网电力科学研究院有限公司南京211000 中国电力科学研究院有限公司南京210009 国网新源集团有限公司北京100052 国网四川省电力公司电力科学研究院成都610095 华北电力大学水利与水电工程学院北京102206

针对水电机组动态气隙监测中产生的强噪声、尖峰特性和非高斯等复杂信号,将分数阶理论引入到机组动态信息融合处理中,通过分析定转子不同位置处传感器动态气隙的变化特性和信息相关性,提出并建立了动态气隙监测的多时间尺度分数阶信息... 详细信息

针对水电机组动态气隙监测中产生的强噪声、尖峰特性和非高斯等复杂信号,将分数阶理论引入到机组动态信息融合处理中,通过分析定转子不同位置处传感器动态气隙的变化特性和信息相关性,提出并建立了动态气隙监测的多时间尺度分数阶信息融合法。结合机组运行和振动的数值仿真分析,针对不同噪声和故障信号的动态气隙传感器信号进行了不同时间尺度下的分数阶信息融合处理,并与传统的卡尔曼滤波结果进行了比较,充分验证了该方法的有效性和可靠性。该理论方法的研究进一步充实了水电机组状态监测和故障诊断的系统理论,也为复杂信号的处理分析提供了新的思路和方法。

关键词：水轮发电机气隙分数阶信息融合多尺度分析

1980—2019年黄河源区冻土影响下水源涵养空间格局

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地理研究 2025年第03期 876-890页

作者：沈琦罗栋梁陈方方刘佳田世民雷汶杰彭贻菲李世珍兰州交通大学测绘与地理信息学院中国科学院西北生态环境资源研究院冰冻圈科学与冻土工程全国重点实验室中国科学院大学黄河水利科学研究院辽宁工程技术大学测绘与地理科学学院

黄河源区冻土空间分布异常复杂，冻土因其特殊的水热物理性质显著影响水源涵养功能，然而冻土影响下的水源涵养空间格局尚未得到充分研究。本文基于InVEST模型模拟黄河源区水源涵养量空间分布变化，同时对黄河源区冻土变化及其对水源涵... 详细信息

黄河源区冻土空间分布异常复杂，冻土因其特殊的水热物理性质显著影响水源涵养功能，然而冻土影响下的水源涵养空间格局尚未得到充分研究。本文基于InVEST模型模拟黄河源区水源涵养量空间分布变化，同时对黄河源区冻土变化及其对水源涵养的影响进行了研究。结果表明，1980—2019年间，黄河源区多年平均水源涵养量为41.15±14.55 mm，受降水作为主控因素的影响，其整体以（0.10±0.08）mm/a(p>0.05)的速率增加，季节冻土区增加速率（0.09±0.09）mm/a(p>0.05)略高于多年冻土区（0.07±0.07）mm/a(p>0.05)；当前，季节冻土区平均水源涵养量约为多年冻土区的1.29倍。多年冻土顶板温度（TTOP）对水源涵养量的单因子解释力为0.20，其多因子交互作用均强于单因子作用。空间回归分析和自相关分析表明，TTOP与水源涵养量呈显著的协同关系，而活动层厚度（ALT）及最大季节冻深（MSFD）均与水源涵养量呈权衡关系。在回归性上，TTOP与水源涵养量回归系数由西北向东南递增，正相关区域集中在季节冻土区；ALT与水源涵养量的回归系数由南向北递增，MSFD与水源涵养量的回归系数由西北向东南递增。在变暖显著、降水微弱增加的气候暖湿作用下，黄河源区多年冻土退化明显，季节冻土以（394.06±62.41）km2/a(p 研究将为黄河源区水源涵养功能提升和生态环境分区管控提供一定的科学依据。

关键词：黄河源区水源涵养冻土气候暖湿化空间格局

PLA/ZIF-8-NS纳米纤维膜的制备及高效滤除超细颗粒物性能

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高等学校化学学报 2025年第2期46卷 163-173页

作者：王圣程王存民郝雅馨朱桂英李欣雨宋欣译张明明徐欢何新建徐州工程学院土木工程学院中国矿业大学安全工程学院中国矿业大学材料与物理学院中国安全生产科学研究院

通过微波辅助法制备了具有高比表面积的咪唑酸分子筛框架-8（ZIF-8）纳米片（ZIF-8-NS）,并将其作为纳米电介质均匀分散到聚乳酸（PLA）溶液中,通过静电纺丝技术制备了ZIF-8-NS功能化PLA（PLA/ZIF-8-NS）纳米纤维膜；研究了PLA/ZIF-8-N... 详细信息

通过微波辅助法制备了具有高比表面积的咪唑酸分子筛框架-8（ZIF-8）纳米片（ZIF-8-NS）,并将其作为纳米电介质均匀分散到聚乳酸（PLA）溶液中,通过静电纺丝技术制备了ZIF-8-NS功能化PLA（PLA/ZIF-8-NS）纳米纤维膜；研究了PLA/ZIF-8-NS纳米纤维膜的微观结构及性能.结果表明,ZIF-8-NS的加入使PLA/ZIF-8-NS纤维明显细化（平均直径253 nm）,且纤维表面粗糙度提升;PLA/ZIF-8-NS纳米纤维膜的表面电位达到10.4 k V,介电常数达到2.71,表现出优异的电荷存储能力;PLA/ZIF-8-NS纳米纤维膜对颗粒物的滤除性能优异,在85 L/min的高空气流速下对PM0.3和PM0.3～2.5的过滤效率分别达到95.57%和99.95%,空气阻力为305.3 Pa,且过滤360 min后对PM0.3仍能保持98.50%的高过滤效率;PLA/ZIF-8-NS纳米纤维膜还具有优异的抗菌性能,对金黄色葡萄球菌的抑菌率达到99.9%.研究结果表明,PLA/ZIF-8-NS纳米纤维膜在实现长效低阻颗粒物滤除方面具有巨大潜力,能够为高尘环境作业人员的呼吸健康防护提供重要保障.

关键词：聚乳酸纳米纤维膜咪唑酸分子筛框架-8纳米片界面极化长效过滤

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结合频域白光干涉和反射光谱的膜厚测量方法

激光与光电子学进展 2025年第3期 167-175页

作者：高瑞博叶翰晟范伟魏来谷渝秋中国工程物理研究院激光聚变研究中心清华大学工程物理系绵阳科技城光子技术研究院

提出一种结合频域白光干涉和反射光谱的膜厚测量新方法。该方法将空气考虑为介质层，与待测薄膜一起构成多层膜结构模型。利用多层膜结构反射产生的白光频域干涉条纹重建非线性相位，并拟合获得薄膜厚度。针对拟合过程中出现的局部最优... 详细信息

提出一种结合频域白光干涉和反射光谱的膜厚测量新方法。该方法将空气考虑为介质层，与待测薄膜一起构成多层膜结构模型。利用多层膜结构反射产生的白光频域干涉条纹重建非线性相位，并拟合获得薄膜厚度。针对拟合过程中出现的局部最优解问题，利用反射光谱获得的厚度值来限制拟合范围。通过理论推导和数值模拟研究了采用多层膜结构模型测量待测薄膜厚度的过程，再搭建光纤检测系统，通过对单层二氧化硅薄膜厚度进行实验测量，验证了该方法的可行性。

关键词：薄膜厚度测量频域白光干涉反射光谱光纤