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城市水系统综合治理关键技术及其在长江经济带的示范应用

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地理学报 2024年第9期79卷 2163-2175页

作者：夏军张世彦张永勇佘敦先杨军吴胜军武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室武汉430072 中国科学院地理科学与资源研究所中国科学院陆地水循环及地表过程重点实验室北京100101 中国科学院城市环境研究所福建省流域生态重点实验室厦门361021 中国科学院重庆绿色智能技术研究院重庆400714

内涝、水污染与水体黑臭、河湖生态系统退化是城市面临的主要水问题,已成为限制长江经济带绿色发展的关键瓶颈问题之一。深入认识城市发展过程中水系统的演变规律以及各要素之间的相互影响,阐明城市水问题的形成机制,构建城市水系统综... 详细信息

内涝、水污染与水体黑臭、河湖生态系统退化是城市面临的主要水问题,已成为限制长江经济带绿色发展的关键瓶颈问题之一。深入认识城市发展过程中水系统的演变规律以及各要素之间的相互影响,阐明城市水问题的形成机制,构建城市水系统综合治理技术体系,是解决城市复杂水问题的根本途径。本文针对上述水问题,从水循环系统多过程耦合的角度出发,总结了城市水系统的概念和特征,提出了城市水问题系统治理关键技术体系,并以2016—2022年长江经济带城市(群)治理案例为例开展应用。研究表明:泵站抽排和海绵措施可有效减少武汉市发生极端降水时的严重内涝面积和消除成渝城市群内涝点;微生物—植物—水动力一体化协同调控组合工艺可以显著强化武汉市典型黑臭水体的氮磷去除效果;源头控制—路径耗散—末端治理的城市河湖生态综合修复体系使重庆市两河流域水体富营养化水平明显下降;实施上述治理技术体系后,长江中游城市群绿色发展指数平均提升4.8%。本文可为长江经济带绿色发展重大战略提供城市水系统理论和技术支持。

关键词：城市水系统水环境绿色发展内涝城市群长江经济带

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基于深度注意力网络的压气机流场重构方法

航空学报 2024年

作者：吴跃腾巴顿杜娟李云飞常军涛中国科学院工程热物理研究所数字孪生研究中心中国科学院轻型涡轮全国重点实验室中国科学院大学航空宇航学院南京航空航天大学航空学院哈尔滨工业大学能源科学与工程学院

快速、准确预测压气机的性能与关键流场特征对于压气机数字化设计、数字孪生建模与虚实交互至关重要。本文以一台跨音三级压气机第一级静叶为研究对象，利用多个转速下205个不同工况的高精度数值仿真结果建立了流场数据库，并采用融合... 详细信息

快速、准确预测压气机的性能与关键流场特征对于压气机数字化设计、数字孪生建模与虚实交互至关重要。本文以一台跨音三级压气机第一级静叶为研究对象，利用多个转速下205个不同工况的高精度数值仿真结果建立了流场数据库，并采用融合了注意力机制的对称卷积神经网络对静叶不同半径处静温、静压以及马赫数等流场参数进行了重构。该网络由视觉自注意力模型与对称卷积神经网络两部分组成。前者用于提取不同工况下不同半径处叶片通道的几何特征，后者通过转置卷积和卷积操作对视觉自注意力模型提取的特征以及其他输入（包括进出口边界条件、流场坐标和距离场等）进行更深层次的特征提取，从而对不同径向位置处流场进行预测。研究结果表明，基于深度注意力的对称卷积神经网络可以迅速而有效地预测压气机内部流场，该模型可以准确的捕捉叶片近壁区物理参数变化、叶片尾迹以及流动分离。与高精度数值仿真相比，该模型对叶型流场参数预测的平均相对误差不超过1%，实现了对压气机静叶流场的快速、准确重构，具有一定工程应用价值。

关键词：压气机静叶深度学习视觉自注意力机制对称卷积流场重构

中心管振荡水柱式波浪能装置外形设计性能试验

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哈尔滨工程大学学报 2024年

作者：周逸伦张亚群李显豪盛松伟刘天骄昆明船舶设备研究试验中心中国科学院广州能源研究所中国科学院可再生能源重点实验室中国科学院大学

为了探索中心管振荡水柱式波浪能装置的结构外形对其性能的影响，本文进行了装置外形结构设计，通过入射波要素、浮筒吃水深度、尾管高度、水下结构比例等类型的多种工况的物理模型试验，验证不同参数对装置性能的影响。试验结果表明：... 详细信息

为了探索中心管振荡水柱式波浪能装置的结构外形对其性能的影响，本文进行了装置外形结构设计，通过入射波要素、浮筒吃水深度、尾管高度、水下结构比例等类型的多种工况的物理模型试验，验证不同参数对装置性能的影响。试验结果表明：设计的模型对入射波周期变化敏感，对特定入射波高响应较优越，且在波高为65mm，周期为1.1s时，获得最大俘获宽度比为67.64%；模型浮筒吃水深度越大，则俘获宽度比越小，通频带越窄；锥形尾管高度值对模型的俘获宽度比和通频带宽影响较小；不同水下结构比例的模型之间俘获宽度比数值差距较小，比例为0.3时，模型的俘获宽度比通频带最宽。模型试验结果对装置的进一步优化具有理论指导意义。

关键词：波浪能振荡水柱波浪能发电装置俘获宽度比模型试验入射波周期入射波高浮筒吃水深度

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中国活火山喷发物对航空安全的影响评估

岩石学报 2024年第7期40卷 2267-2286页

作者：马琳郭正府宋文佳赵文斌天目山实验室杭州310023 北京航空航天大学北京100191 中国科学院地质与地球物理研究所新生代地质与环境重点实验室北京100029 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049 中国科学院生物演化与环境卓越创新中心北京100044 杭州市北京航空航天大学国际创新研究院空间环境与行星科学实验室杭州311115

火山活动对航空安全有着重要的影响。爆炸性火山喷发产生的火山灰可通过物理磨蚀和化学腐蚀的方式破坏飞机发动机的热障涂层,从而降低其服役寿命,影响飞行安全。我国分布有多座活火山,尤其是长白山、五大连池和腾冲火山区,地球物理和水... 详细信息

火山活动对航空安全有着重要的影响。爆炸性火山喷发产生的火山灰可通过物理磨蚀和化学腐蚀的方式破坏飞机发动机的热障涂层,从而降低其服役寿命,影响飞行安全。我国分布有多座活火山,尤其是长白山、五大连池和腾冲火山区,地球物理和水热活动资料都显示其具有再次喷发的潜力。随着航空运输业在我国扮演着越来越重要的角色,这些火山一旦喷发将对我国空域范围内的飞行安全产生举足轻重的影响,因此评估这些火山对航空安全可能的影响具有重要的现实意义。本文利用收集和测试的共2275组地球化学数据,借助硅酸盐熔体黏度模型计算了发动机燃烧室最低运行温度1200℃下不同火山区不同时期的火山喷发物的黏度,评估了长白山、五大连池、镜泊湖、龙岗、双辽、腾冲和环太平洋火山区不同阶段的火山活动对飞行安全可能的影响。研究结果表明微量元素Co、V、Ni和Cr的含量与体系黏度呈负相关关系,而Rb含量则与体系黏度呈正相关关系。东北地区火山区(包括长白山、五大连池、镜泊湖、龙岗和双辽)和西南地区腾冲火山区黏度分别自0.52Ma和1.05Ma开始具有明显下降的趋势,环太平洋火山区黏度在10^(0.70)~10^(5.90)Pa·s范围内周期性波动,自18Ma以来,呈现波动下降的趋势。黏度的下降意味着喷发物被发动机摄取之后更容易铺展,从而增大与热障涂层间的接触面积,加大破坏涂层的可能性,这表明位于我国密集航线上的东北地区、西南地区以及环太平洋火山区的火山活动对航空安全的威胁都呈上升趋势。本文为不同区域、不同年龄的火山喷发物对航空安全影响的评估提供了定性比较的参数,同时也为国际航空安全决策提供了来自中国火山区数据的参考。

关键词：航空安全活火山硅酸盐黏度动力熔融

CFB锅炉压火热备和快速启动调峰技术研究进展

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煤炭学报 2024年

作者：王海洋宋国良聂浩宋维健中国科学院工程热物理研究所煤炭高效低碳利用全国重点实验室中国科学院大学山西国峰煤电有限责任公司

在双碳发展目标驱动下，可再生能源电力并网规模迅速增长，严重威胁电力系统的安全稳定和传统煤电机组的经济效益。部分地域甚至出现零电价与负电价现象，要求进一步挖掘煤电机组的深度调峰能力，实现近零负荷调峰。循环流化床（Circula... 详细信息

在双碳发展目标驱动下，可再生能源电力并网规模迅速增长，严重威胁电力系统的安全稳定和传统煤电机组的经济效益。部分地域甚至出现零电价与负电价现象，要求进一步挖掘煤电机组的深度调峰能力，实现近零负荷调峰。循环流化床（Circulating fluidized bed， CFB）锅炉凭借强大的蓄热能力和独特的焖炉压火操作，具备了近零负荷调峰的可能性。压火热备与快速启动调峰技术有望成为解决零负电价问题的关键技术之一。基于当前CFB锅炉的深度调峰能力和国内外压火调峰技术的研究现状，阐述了压火热备和快速启动调峰技术的可行性和技术难点，总结分析了影响压火时间的关键因素。典型300 MW等级CFB锅炉可以通过抬高床温床压、降低压火期间机组负荷的方式延长压火时间。但由于锅炉总蓄热量有限，压火调峰时间只有2h左右，距离完全解决零负电价问题还有很大的进步空间。为提高压火调峰的灵活性，需要摆脱传统压火方式“停煤停风”的限制，通过在压火期间向炉内补煤助燃并降低扬火启炉难度来延长压火时间。前沿的技术思路包括周期性压火技术和预热-CFB耦合压火技术，但相关技术的操作难度较高且发展不够成熟，暂时无法推广应用。未来发展方向应包括更深入的基础理论研究、与储能等前沿技术的耦合匹配以及全新炉型和智能测控系统的开发，从而推动压火调峰技术的快速发展，助力解决电力市场调峰难题。

关键词： CFB锅炉深度调峰压火热备快速启动

南海扩张期岩浆流体对洋壳厚度的影响: 数值模拟

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地球物理学报 2024年第2期67卷 615-629页

作者：张慧慧许鹤华邵佳姚永坚何丽娟中国科学院边缘海与大洋地质重点实验室南海海洋研究所南海生态环境工程创新研究院广州511458 南方海洋科学与工程广东省实验室(广州) 广州511458 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049 南方科技大学海洋科学与工程系深圳518055 广州海洋地质调查局自然资源部海底矿产资源重点实验室广州510760 中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化国家重点实验室北京100029

扩张期洋中脊热液循环系统的热排出与岩浆系统的热注入共同控制着洋壳厚度的生成,而岩浆流体是热液循环系统的流体成分之一,往往与下渗海水混合参与各圈层能量和物质传递,但其能量传递对洋壳厚度的影响机制目前还不清楚.利用有限元的数... 详细信息

扩张期洋中脊热液循环系统的热排出与岩浆系统的热注入共同控制着洋壳厚度的生成,而岩浆流体是热液循环系统的流体成分之一,往往与下渗海水混合参与各圈层能量和物质传递,但其能量传递对洋壳厚度的影响机制目前还不清楚.利用有限元的数值模拟手段,对扩张期热液循环系统中岩浆流体与洋壳厚度的关系进行研究.结果表明:(1)相较于只有海水参与的对流循环,含有岩浆流体的热液循环造成的洋壳厚度的减薄量更大、热液喷口温度更高.(2)岩浆流体对洋壳厚度的二次减薄作用随其含量的增大而减弱,热液喷口温度随其含量的增大而升高.(3)南海岩浆水、地幔水含量和洋壳厚度的分布具有非均质性,东部次海盆的地幔水、岩浆水含量高于西南次海盆,前者的平均洋壳厚度也大于后者,并且在海盆残余扩张脊附近存在异常薄洋壳.结合模型结果分析认为,残余扩张脊附近的薄洋壳可能受到扩张期热液循环或后期岩浆流体的影响,而东部、西南次海盆的洋壳厚度差异可能是由于前者的岩浆流体含量高于后者而造成的.

关键词：热液循环岩浆流体洋壳厚度数值模拟洋壳增生南海异常薄洋壳

顶空气相色谱法测定氢气纳米气泡水中的总氢含量

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环境工程技术学报 2024年第4期14卷 1105-1111页

作者：黄青刘爱荣张立娟污染控制与资源化研究国家重点实验室同济大学环境科学与工程学院上海光源科学中心中国科学院上海高等研究院中国科学院上海应用物理研究所中国科学院大学

氢气纳米气泡在环境修复、能源燃料和医疗健康等领域具有广泛的应用前景。目前氢气纳米气泡水中总氢含量的测定方法还相对有限,无法准确评定相关发生设备的性能。顶空气相色谱法通过加热使顶空瓶内体系达到气液平衡的方式将水样中的氢... 详细信息

氢气纳米气泡在环境修复、能源燃料和医疗健康等领域具有广泛的应用前景。目前氢气纳米气泡水中总氢含量的测定方法还相对有限,无法准确评定相关发生设备的性能。顶空气相色谱法通过加热使顶空瓶内体系达到气液平衡的方式将水样中的氢气转移到气相中,利用气相色谱仪来测定氢气纳米气泡水中的总氢含量。结果表明:样品的最佳平衡温度为50℃,平衡时间为15 min。通过对氢气纳米气泡水中氢气纳米气泡的数量浓度及粒径分布的检测,证实了该顶空气相色谱法适用于大多数纳米气泡产生方式所制备的氢气纳米气泡水体系,即氢气纳米气泡数量浓度范围为106~108个/mL,平均粒径范围为100~300 nm。当氢气纳米气泡数量浓度为6.7×10^(6)~3.8×10^(8)个/mL时,对应测得的氢含量为0~3.12 mg/L,氢气纳米气泡数量浓度与对应氢含量变化一致,且能在2 min内完成检测。该方法简单高效,可以满足不同数量浓度氢气纳米气泡水的测试要求,为测定氢气纳米气泡水中总氢含量提供了可行的选择,有助于进一步研究氢气纳米气泡在各领域的重要应用并进行发生设备的性能评价。

关键词：氢气氢气纳米气泡(HNBs) 顶空气相色谱法总氢含量

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基于挠性梁结构的电推进器推力测量方法研究

核技术 2024年第5期47卷 91-101页

作者：王洛麒郑金星刘海洋李飞孟东东陆玉东杜宜凡唐卓尧吴涛史佳明中国科学技术大学合肥230026 中国科学院合肥物质科学研究院合肥230031 中国科学院力学研究所高温气体动力学国家重点实验室北京100190 北京工业大学机械与能源工程学院北京100124

电推进系统在空间任务中相比于传统化学燃料推进工作寿命更长、燃料消耗更低,在近年来备受关注。但基于可控核聚变思想研发的高功率霍尔效应电推进器,其推力很难测量,原因在于这些电推进器需要在高温环境下电离推进剂,所以工作时会产生... 详细信息

电推进系统在空间任务中相比于传统化学燃料推进工作寿命更长、燃料消耗更低,在近年来备受关注。但基于可控核聚变思想研发的高功率霍尔效应电推进器,其推力很难测量,原因在于这些电推进器需要在高温环境下电离推进剂,所以工作时会产生高温等离子体羽流,导致传统推力测试方法无法准确测量其推力。推进器推力的准确测量直接关系到航天器姿态以及轨道保持的控制精度,因此必须在地面测试中准确地测量推力。本文设计并搭建了一套基于挠性梁结构的推力测量平台,可以在高温环境下测量电推进器产生的推力。实验结果表明,以可变比冲磁等离子体火箭为例,在中心磁场强度0.2 T、质量流率为20 mg·s-1的工况下,实时测得电推进器推力为266.5 mN,证明了测量平台的可行性,为后续电推进器推力测量实验提供参考。

关键词：电推进器可控核聚变等离子体挠性梁推力测量

矿渣+粉煤灰+聚丙烯酰胺固化硫酸盐渍土的物理力学性能

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岩土力学 2024年第S1期45卷 123-132页

作者：张荣卢正刘杰赵阳冯一诺中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室中国科学院大学环境岩土工程湖北省重点实验室新疆交通规划勘察设计研究院有限公司

硫酸盐渍土广泛分布于新疆地区，其盐胀性常常导致道路的开裂破坏。针对新疆地区硫酸盐渍土，采用粉煤灰+矿渣+聚丙烯酰胺（polyacrylamide，简称PAM）联合改性土的方法，通过盐胀试验、界限含水率试验、p H/总溶解固体/电导率试验、硫... 详细信息

硫酸盐渍土广泛分布于新疆地区，其盐胀性常常导致道路的开裂破坏。针对新疆地区硫酸盐渍土，采用粉煤灰+矿渣+聚丙烯酰胺（polyacrylamide，简称PAM）联合改性土的方法，通过盐胀试验、界限含水率试验、p H/总溶解固体/电导率试验、硫酸根离子浓度测试、无侧限抗压强度试验及冻融循环试验，研究了固化土的力学和物理化学性能。在此基础上，通过扫描电镜（scanningelectronmicroscope，简称SEM）试验分析了其改性机制和微观结构特征。结果表明：粉煤灰+矿渣+聚丙烯酰胺的无机有机相结合的方式不仅可以有效抑制硫酸盐渍土的盐胀量，而且可以改善盐渍土的力学性能、塑性及抗冻性。综合考虑经济性和适用性，当联合固化材料掺量达到15%，且PAM掺量为2%时最优，其抑制盐胀效果最佳；土体结构性和整体性变强，固化土7 d无侧限抗压强度达到993 kPa，相较天然土提高了3倍；土体抗冻融性得到明显的改善。

关键词：硫酸盐渍土粉煤灰矿渣聚丙烯酰胺固化土