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离散Boltzmann方程的求解:基于有限体积法

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物理学报 2024年第11期73卷 70-79页

作者：孙佳坤林传栋苏咸利谭志城陈亚楼明平剑中山大学中法核工程与技术学院珠海519082 清华大学能源与动力工程系热科学与动力工程教育部重点实验室北京100084 新加坡国立大学机械工程系新加坡119260

近十年来,离散Boltzmann方法在复杂非平衡流体系统领域的应用取得了显著的进展,这种方法已逐步成为描述和预测流体系统行为的重要手段.该方法的控制方程是一套简单统一的离散Boltzmann方程,其离散格式的选取对于数值模拟的计算精度和稳... 详细信息

近十年来,离散Boltzmann方法在复杂非平衡流体系统领域的应用取得了显著的进展,这种方法已逐步成为描述和预测流体系统行为的重要手段.该方法的控制方程是一套简单统一的离散Boltzmann方程,其离散格式的选取对于数值模拟的计算精度和稳定性有着直接影响.为了提高数值模拟的可靠性,本文引入有限体积法用于求解离散Boltzmann方程.有限体积法是一种常用的数值计算方法,具有守恒性强、精度高等特点,可用于有效处理高速可压缩流体的数值计算问题.本文采用MUSCL格式进行重构,并引入了通量限制器以提高数值计算的稳定性.最后,对基于有限体积的离散Boltzmann方法进行了验证,数值算例包括冲击波、Lax激波管以及声波.结果表明,该方法能够准确刻画冲击波、稀疏波、声波,以及物质界面的演化,同时确保系统的质量、动量和能量守恒,还可以准确测量流体系统的流体力学和热力学非平衡效应.

关键词：离散Boltzmann方法有限体积法非平衡效应可压缩流

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多次喷射下喷油器结构参数对喷油量波动影响

哈尔滨工程大学学报 2024年

作者：杨津韬张恒赵建辉马尔可夫·弗拉基米尔雷奥尼德·格列霍夫哈尔滨工程大学动力与能源工程学院莫斯科鲍曼国立技术大学动力工程学院

针对柴油机在多次喷射情况下喷油量波动对工作性能的影响，本文旨在研究喷油量波动的机制及其关键影响因素。在本文中，建立了共轨喷油器AMESim仿真模型，利用喷油规律和压力波动实验数据完成了仿真模型的校核验证，开展了关键结构参数... 详细信息

针对柴油机在多次喷射情况下喷油量波动对工作性能的影响，本文旨在研究喷油量波动的机制及其关键影响因素。在本文中，建立了共轨喷油器AMESim仿真模型，利用喷油规律和压力波动实验数据完成了仿真模型的校核验证，开展了关键结构参数对主喷油量影响的理论研究。结果表明，高压油管长度和内径的变化是主喷油量波动的显著影响因素，且喷油量波动主要发生在预-主喷策略下主喷阶段；针阀升程的增加会增大主喷油量，但其增幅随升程的增加而减小；喷孔直径的变化直接影响主喷油量的波动，但其对预喷引起的压力波动影响较小；OA和OZ孔直径的变化对预喷阶段的压力波动产生明显影响，进而影响预喷阶段的喷油量，并主要体现在喷油速率上升阶段。

关键词：喷油量波动压力波动多次喷射关键结构参数高压共轨系统动态喷射模型 AMESim仿真柴油机

基于3,6-二氯噻吩并[3,2-b]噻吩的共轭聚合物的直接芳基化缩聚合成及其半导体性质

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高分子学报 2024年第1期55卷 36-47页

作者：林琳琳张栩文石毅博邓云峰耿延候天津大学材料科学与工程学院天津300350 天津大学-新加坡国立大学福州联合学院天津大学国际校区福州350205

以β位氯代的噻吩衍生物3,6-二氯噻吩并[3,2-b]噻吩(2ClTT)为C-H单体、溴代噻吩取代吡咯并吡咯二酮(DPPC14-Br)或溴代异靛蓝(IIDC14-Br)为C-Br单体,采用直接芳基化缩聚(DArP)合成了共轭聚合物DPP-2ClTT和IID-2ClTT.氯原子的引入可大幅... 详细信息

以β位氯代的噻吩衍生物3,6-二氯噻吩并[3,2-b]噻吩(2ClTT)为C-H单体、溴代噻吩取代吡咯并吡咯二酮(DPPC14-Br)或溴代异靛蓝(IIDC14-Br)为C-Br单体,采用直接芳基化缩聚(DArP)合成了共轭聚合物DPP-2ClTT和IID-2ClTT.氯原子的引入可大幅提高并噻吩α-C-H键的反应活性,理论计算表明,2ClTT的直接芳基化反应活性与文献报道的高活性氯代联噻吩C-H单体的活性相当.此外,利用氯原子较强的电负性,可以降低聚合物的前线轨道能级,DPP-2ClTT和IID-2ClTT的HOMO/LUMO能级分别为-5.35/-3.66 eV和-5.88/-3.73 eV.由于具有合适的HOMO和LUMO能级以及离域的HOMO和LUMO轨道,以DPP-2ClTT为活性层制备的有机薄膜晶体管(OTFT)表现出双极传输特性,最高电子和空穴迁移率分别为1.36和0.89 cm^(2)/V/s. IID-2ClTT具有较低的HOMO能级以及较为定域的HOMO轨道,因而该聚合物在OTFT器件中表现出n型传输特性,最高电子迁移率为0.029 cm^(2)/V/s.相比于IID-2ClTT,DPP-2ClTT高的电子迁移率可归因于其好的骨架平面性、有序的分子堆积以及优异的薄膜形貌.

关键词：共轭聚合物直接芳基化缩聚噻吩衍生物载流子迁移率有机薄膜晶体管

含电磁分流阻尼双层准零刚度隔振系统的动力学特性分析

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机械工程学报 2024年第5期60卷 157-168页

作者：马召召周瑞平杨庆超 LEE Heow Pueh 柴凯武汉理工大学船海与能源动力工程学院武汉430063 新加坡国立大学机械工程系新加坡117575 海军工程大学舰船与海洋学院武汉430033

双层准零刚度隔振器(Two-stage quasi-zero-stiffness vibration isolator,TQZS VI)可以有效地抑制低频振动以及迅速衰减高频振动,电磁分流阻尼器(Electromagnetic shunt damping,ESD)也被证明是从振动结构收集能量的可行方式。通过集成TQZS VI和ESD,提出了一种能够实现振动控制和能量收集双功能的新型TQZS VI。所提出装置的准零刚度是通过垂直弹簧与两个并联的横向弹簧实现的,电磁分流阻尼作为上下层之间的黏性耗散元件,由连接到外部谐振电阻-电容-电感(Resistance-capacitance-inductance,RCI)串联电路的ESD提供。首先,建立了含电磁分流阻尼双层准零刚度隔振器(Two-stage quasi-zero-stiffness vibration isolator with electromagnetic shunt damping,ESD-TQZS VI)的力学模型和数学模型。然后,采用谐波平衡方法(Harmonic balance method,HBM)和弧长延拓方法求解了ESD-TQZS VI的幅频响应方程。从力传递率和输出功率的角度,分析了系统参数对振动隔离和能量收集性能的影响,发现大阻尼比有利于衰减谐振峰,同时对能量收集影响较小;大分流电阻不利于衰减谐振峰,而且会使得系统隔振频带变窄。最后,揭示了参数优化后ESD-TQZSVI的分岔及吸引子共存特性。结果表明,ESD-TQZS VI能够显著衰减低频振动的谐振峰值,同时实现振动能量收集。

关键词：准零刚度双层隔振低频振动能量收集电磁分流阻尼

中国工业氮氧化物排放和强度的结构分解分析及其减排策略

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中国管理科学 2024年第7期32卷 311-323页

作者：张国兴韩继磊 Su Bin 兰州大学管理学院甘肃兰州730000 新加坡国立大学能源研究所新加坡119620 新加坡国立大学工业系统工程与管理系新加坡117576

经济增长给生态环境可持续发展带来了挑战。氮氧化物污染已成为中国社会经济发展的严峻挑战,尤其是工业源氮氧化物污染。现阶段,政策制定者与学者常使用氮氧化物排放总量的变化来衡量环境绩效,少有研究使用结构分解分析方法系统地追踪... 详细信息

经济增长给生态环境可持续发展带来了挑战。氮氧化物污染已成为中国社会经济发展的严峻挑战,尤其是工业源氮氧化物污染。现阶段,政策制定者与学者常使用氮氧化物排放总量的变化来衡量环境绩效,少有研究使用结构分解分析方法系统地追踪氮氧化物排放/强度变化的驱动因素。本文在投入产出框架下,对中国工业氮氧化物排放/强度进行加性/乘性结构分解,分别从整体层面、最终需求层面和部门层面探究其驱动因素。结果表明,最终需求层面隐含排放/强度均明显降低,投资和居民消费是氮氧化物排放/强度的主要需求驱动力。排放强度效应是氮氧化物排放/强度下降的主要驱动因素(91.69%),最终需求效应是氮氧化物排放/强度降低的阻碍因素。在部门层面,隐含排放主要由建筑业驱动(49.26%),经济增长主要由服务业驱动(44.90%);“电力、热力生产和供应业”“非金属矿物制品业”和“黑色金属冶炼及压延加工业”排放效率的提高是总排放强度下降的主要驱动因素。基于以上结论,本文讨论了实现经济发展与环境保护双重目标的减排策略,为未来氮氧化物污染的治理提供了理论依据。

关键词：投入产出分析氮氧化物排放结构分解分析总隐含强度减缓策略

携带横向轨道角动量的时空局域波包的传输特性(特邀)

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光学学报 2024年第10期44卷 294-300页

作者：张年佳曹前 Chong Andy 詹其文上海理工大学光电信息与计算机工程学院上海200093 釜山国立大学物理系韩国釜山46241

光学轨道角动量(OAM)可以纵向OAM的形式存在于空间涡旋光束中,或以横向OAM的形式存在于时空光涡旋波包中。与涡旋光束不同,时空光涡旋波包在传播过程中同时受到衍射和色散效应的影响,造成波包在时空域内的展宽,并且时空光涡旋波包携带... 详细信息

光学轨道角动量(OAM)可以纵向OAM的形式存在于空间涡旋光束中,或以横向OAM的形式存在于时空光涡旋波包中。与涡旋光束不同,时空光涡旋波包在传播过程中同时受到衍射和色散效应的影响,造成波包在时空域内的展宽,并且时空光涡旋波包携带的横向OAM也会在传播过程中分裂。这两点限制了横向OAM在其他研究领域的应用。本文引入并研究了携带横向OAM的三维时空局域波包,此波包可以同时克服衍射与色散效应造成的时空域三维变化。在传播过程中,该时空局域波包的时空域分布不变,且在遇到障碍物后也能快速重新恢复到原有的状态,具有传播不变以及自恢复的特性。本文对时空局域波包的传播过程以及经过障碍物后的恢复过程进行了数值模拟仿真,证实了其传播不变特性和自恢复特性。这种携带横向OAM的三维时空局域波包为横向OAM未来的利用提供了新的机遇,有望应用于光通信、量子光学、光学成像等领域。

关键词：横向光学轨道角动量三维时空局域波包传播不变自恢复

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一类不确定非线性系统安全学习控制

控制理论与应用 2024年

作者：刘跃跃王浩羽吴小雨樊启高江南大学物联网工程学院新加坡国立大学生物医学工程系

针对非线性系统非参数不确定条件下的安全控制问题,提出一种基于高斯过程(Gaussian Process, GP)的安全学习控制方案.首先,基于在线采集到的历史数据,利用高斯过程回归对非线性系统中的非参不确定性与时变扰动进行学习,基于Lyapunov理... 详细信息

针对非线性系统非参数不确定条件下的安全控制问题,提出一种基于高斯过程(Gaussian Process, GP)的安全学习控制方案.首先,基于在线采集到的历史数据,利用高斯过程回归对非线性系统中的非参不确定性与时变扰动进行学习,基于Lyapunov理论设计反馈线性化控制策略,保证控制器全局一致最终有界(Global Uniform Ultimate Boundedness, GUUB).其次,考虑到安全约束问题,在反馈控制器的基础上,利用控制障碍函数(Control Barrier Function, CBF),最小限度调整控制输入获得基于二次规划(Quadratic Programming, QP)的优化控制输入.此外,分别在高概率意义上证明了闭环系统的有界性和状态安全域的前向不变性.通过仿真结果,验证了所提控制策略在非参数不确定性下轨迹跟踪与避障约束中的有效性.

关键词：高斯过程反馈线性化控制障碍函数安全控制二次规划优化

有量化输入的受干扰磁悬浮系统的鲁棒自适应渐近跟踪控制

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控制与决策 2024年第8期39卷 2656-2662页

作者：徐甜莉孙宗耀蔡彬陈智强曲阜师范大学自动化研究所曲阜师范大学工学院国立成功大学系统及船舶机电工程学院

研究磁悬浮系统在非线性建模下的两个问题:时变有界扰动产生的系统振荡和通信网络传输导致的数据丢失.首先,借助于同胚坐标变换对磁悬浮系统不可控的高度非线性进行抑制;然后,在控制中分别利用自适应律和指数衰减项来消除外部风阻和内... 详细信息

研究磁悬浮系统在非线性建模下的两个问题:时变有界扰动产生的系统振荡和通信网络传输导致的数据丢失.首先,借助于同胚坐标变换对磁悬浮系统不可控的高度非线性进行抑制;然后,在控制中分别利用自适应律和指数衰减项来消除外部风阻和内部噪声电压,并将指数衰减项与量化分解方法相结合弥补量化误差带来的影响.所构造的连续鲁棒自适应反馈控制器解决了有量化输入和受干扰磁悬浮系统的渐近跟踪问题.最后,用仿真结果验证了控制策略的有效性.

关键词：受干扰磁悬浮系统量化输入鲁棒自适应渐近跟踪

基于RSM-GA与BP-PSO的钛合金筋板特征构件筋槽充填优化

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塑性工程学报 2024年第7期31卷 52-62页

作者：丁潼魏科董显娟黄龙徐俊楠侯勇南昌航空大学航空制造工程学院江西南昌330063 首尔国立大学材料科学与工程学院韩国首尔08826

以TA15钛合金筋板特征构件为研究对象,首先,采用图像感知的实时监测方法,通过对图像进行捕捉获得任意时刻下的筋槽充填状态,并结合有限元模拟研究了筋槽中的材料流动及充填规律;其次,基于RSM-GA构建了双响应面回归模型,以此优化设计坯... 详细信息

以TA15钛合金筋板特征构件为研究对象,首先,采用图像感知的实时监测方法,通过对图像进行捕捉获得任意时刻下的筋槽充填状态,并结合有限元模拟研究了筋槽中的材料流动及充填规律;其次,基于RSM-GA构建了双响应面回归模型,以此优化设计坯料尺寸参数,并利用GA优化算法开展智能决策;同时,建立不同坯料对筋槽充填的BP神经网络智能预测模型,配合PSO算法的智能决策进行稳健优化求解;随后,通过对比两个模型的优化解,得出RSM-GA模型精度较高且优化解的充填效果更好;最后,利用图像感知进行RSM-GA优化结果的物理实验模拟验证,证实了该研究在获得最佳筋槽充填的同时,可弱化坯料优化设计中不确定性因素波动的影响。

关键词：钛合金筋板特征构件筋槽充填稳健优化实时监测算法决策