激波与火焰面相互作用数值模拟的GPU加速

为考察计算机图形处理器（GPU）在计算流体力学中的计算能力,采用基于CPU/GPU异构并行模式的方法对激波与火焰界面相互作用的典型可压缩反应流进行数值模拟,优化并行方案,考察不同网格精度对计算结果和计算加速性能的影响.结果表明,和传统的基于信息传递的MPI 8线程并行计算相比,GPU并行模拟结果与MPI并行模拟结果相同;两种计算方法的计算时间均随网格数量的增加呈线性增长趋势,但GPU的计算时间比MPI明显降低.当网格数量较小时（1.6×10⁴）,GPU计算得到的单个时间步长平均时间的加速比为8.6;随着网格数量的增加,GPU的加速比有所下降,但对较大规模的网格数量（4.2×10⁶）,GPU的加速比仍可达到5.9.基于GPU的异构并行加速算法为可压缩反应流的高分辨率大规模计算提供了较好的解决途径.     

小扰动界面形态对RM不稳定性影响的数值分析

采用Navier-Stokes 方程对入射激波及其反射激波连续诱导小振幅扰动界面的Richtmyer-Meshkov 不稳定性增长过程进行了二维数值模拟,分析了单模和随机多模两种不同初始形态的界面上钉结构和泡结构在反射激波作用前后的发展特性. 研究结果发现:单模扰动的初始界面形态对反射激波前、后界面的扰动增长都有影响,反射激波前的界面形态信息可以通过钉和泡结构之间的反转传递到反射激波过后. 扰动界面上钉结构的发展速度控制了界面混合区总体的发展速度,反射激波前界面上发展成具有完整冠部形态的钉,在反射激波后会反转成复杂的泡结构,此泡结构对反射激波后钉的发展不利. 随机多模界面显示了与单模界面类似的发展规律,但随机多模界面上的复杂泡结构分布的不对称性使得其对钉结构增长的拖曳效应相对要弱,这导致了相似扰动波长下多模随机界面的扰动发展相对单模界面扰动发展要快.      

High-precision nuclear magnetic resonance probe suitable for in situ studies of high-temperature metallic melts

High-temperature nuclear magnetic resonance (NMR) has proven to be very useful for detecting the temperature-induced structural evolution and dynamics in melts. However, the sensitivity and precision of high-temperature NMR probes are limited. Here we report a sensitive and stable high-temperature NMR probe based on laser-heating, suitable for in situ studies of metallic melts, which can work stably at the temperature of up to 2000 K. In our design, a well-designed optical path and the use of a water-cooled copper radio-frequency (RF) coil significantly optimize the signal-to-noise ratio (S/NR) at high temperatures. Additionally, a precise temperature controlling system with an error of less than ±1 K has been designed. After temperature calibration, the temperature measurement error is controlled within ±2 K. As a performance testing, ²⁷Al NMR spectra are measured in Zr-based metallic glass-forming liquid in situ. Results show that the S/NR reaches 45 within 90 s even when the sample's temperature is up to 1500 K and that the isothermal signal drift is better than 0.001 ppm per hour. This high-temperature NMR probe can be used to clarify some highly debated issues about metallic liquids, such as glass transition and liquid-liquid transition.     

High conversion efficiency,high power density Q-switched fiber laser

An acoustic-optic Q-switched all-fiber laser With a high-repetition-rate, a short pulse width, a wide spectrum, and a high conversion efficiency is experimentally demonstrated. In the laser configuration, a （1＋1）x 1 side-pumping coupler is introduced to perform backward pumping, and a 10/130%tm Yb fiber is adopted. The acoustic-optic component operates in the first direction, achieving a Q-switched pulse with a repetition rate adjustable in the range of 20 kHz-80 kHz. Under a repetition rate of 20 kHz and a pump power of 6.76 W, the fiber laser obtains a highly efficient and stable pulse output, with an average power of 4.3 W, a pulse width of 56 ns, a peak power of 3.83 kW, and a power density of 1.39x 101~ W/cm2. Particularly, the optic-optic conversion efficiency of the laser reaches as high as 64%. Another feature of the pulsed laser is that the high reflection mirror reflects the pump light as well, which brings the secondary absorption of the pump power into the gain fiber.     

Co3O4-CeO2氧化物对丙烷完全氧化的催化性能（英文）

挥发性有机化合物(VOCs)是全球大气污染物的主要来源,近年来已造成严重的环境问题.催化氧化是一种有效的、经济可行的VOCs去除技术,其研究的关键在于开发高效、稳定的催化剂.在本文中,我们采用柠檬酸法合成了一系列具有不同Co/(Ce+Co)摩尔比的Co3O4-CeO2二元氧化物催化剂,研究了其对丙烷(低碳VOCs)的催化氧化性能.在催化活性测试中,反应气的组成为0.2 vol.%C3H8和5 vol.%O2,Ar为平衡气,气体总流速为200 mL min^-1.实验结果表明,Ce的掺入能够明显提高Co3O4的丙烷催化氧化性能,Co3O4-CeO2催化剂的丙烷催化氧化活性顺序为CoCeOx-70>CoCeOx-90>Co3O4>CoCeOx-50>CoCeOx-20>CeO2.当Co/(Ce+Co)摩尔比为70%时,CoCeOx-70催化剂的丙烷催化氧化性能最好.在丙烷转化率达到90%时,CoCeOx-70催化剂的反应温度为310℃(GHSV=120000mL h^-1 g^-1),相比于单一的Co3O4催化剂的反应温度降低了25℃.XRD和TEM表征结果显示,在Co3O4-CeO2二元氧化物催化剂中存在Co3O4和CeO2两种晶型,同时随着Ce的掺入,催化剂的粒径明显降低.Raman光谱图显示,Ce的掺入使催化剂的晶格发生畸变,促进催化剂表面氧空位的产生,为催化剂中氧的迁移提供晶格位点.H2-TPR和C3H8-TPSR结果表明,Co3O4与CeO2间存在相互作用,能够提高催化剂的低温还原性能,以促进催化剂的丙烷催化氧化.O2-TPD和O 1s XPS结果表明,Ce的掺入能够增加催化剂表面活性氧物种的产生,提高催化剂中氧的移动性,从而提高了催化剂对丙烷的催化氧化活性.在对Co3O4和CoCeOx-70催化剂进行in-situ DRIFTS表征和简单的动力学研究,我们发现Ce的掺入不改变催化剂的丙烷催化氧化反应路径,其存在能够促进丙烷在催化剂表面的吸附和活化,以提高催化剂的丙烷催化氧化活性.同时,丙酮和酯作为中间物参与到丙烷的催化氧化反应过程中.此外,我们考察了反应气氛中水蒸气和CO2的存在对催化剂催化性能的影响.结果表明,CO2和水蒸气的存在都抑制了催化剂的丙烷催化氧化活性,催化性能随着CO2和水蒸气浓度的增加而降低.在相同条件下,水蒸气对催化剂催化性能的抑制作用明显大于CO2的抑制作用,但这种抑制作用会随着反应气中水蒸气和CO2的消失而消失.在稳定性测试中,CoCeOx-70催化剂表现出优异的抗水蒸气和CO2性能.在反应气中存在5 vol.%水蒸气和5 vol.%CO2的条件下,CoCeOx-70催化剂在50 h的稳定性测试中均未出现明显的失活现象.同时,经过10次加热和降温循环测试后,催化剂的催化活性也没有发生明显变化,这为CoCeOx-70催化剂的未来工业化的应用提供了可能.     

基于StoNED和动态SPDM模型的绿色创新效率分异趋势及其驱动机制分析——以长江中游城市群为例

文章构建StoNED模型测度2005~2019年长江中游城市群绿色创新效率值,并引入动态SPDM模型从收敛速度的角度探究绿色创新效率时空分异的驱动机制,其目的在于解决传统效率测度模型无法兼顾多产出及投入产出松弛性、难以合理量化绿色创新效率分异趋势及其作用机制的问题。研究发现:(1)长江中游城市群绿色创新效率形成了以武汉、长沙、南昌、宜昌、襄阳等城市为多中心的空间格局,省域内绿色创新效率值的绝对差异基本固化、相对差异有较大程度缩小,东西地区和南北地区绿色创新效率的分异度呈现缩小趋势。(2)绿色创新效率分异趋势的差异性是通过收敛速度不同表现出来,江西省域收敛速度最快,湖南省域次之,湖北省域最慢,而这种差异主要由于经济发展水平、政府科技支出、环境规制、教育水平、产业结构、金融支持水平等因素和影响机制共同作用驱动。最后,提出了相应的对策建议。     

国产光纤实现直接抽运全光纤化3000 W级激光输出

基于国产光纤构建了直接抽运全光纤化主控振荡器功率放大器结构光纤激光器, 放大级分别采用武汉烽火锐光科技有限公司和中国电子科技集团公司第四十六研究所提供的国产20/400 μm掺镱双包层光纤作为增益光纤, 通过全国产化放大级实现了3050和3092 W的1080 nm激光输出. 放大级提取效率分别为67.3%和68.2%, 光-光效率分别为63.0%和63.9%. 据可查询资料, 这是公开报道的直接抽运全光纤激光输出的最高水平, 同时由于采用了国产光纤作为放大级增益光纤, 表明国产光纤具备了3 kW级光纤激光器输出能力. 通过国产光纤横截端面以及光纤熔接显微镜图像实验分析知, 光纤制造工艺的不足是导致国产光纤激光器效率低的主要原因. 继续改进光纤工艺, 提升抽运功率, 优化光纤长度, 有望实现更高功率的全国产化光纤激光器输出.     

铁氧体吸附剂的穆斯堡尔谱解析及其反应吸附脱硫性能(英文)

运输燃料中的含硫化合物依然是空气污染的主要源头.随着人们环保意识日益增强,世界各国对燃料油标准特别是硫含量提出了越来越严格的要求.为了应对燃料油的无硫化趋势,探索新型脱硫技术去除油品中的含硫化合物成为研究热点.吸附脱硫技术(ADS)能够选择性地脱除汽油中的含硫化合物,而不影响其中的烯烃含量,从而避免了加氢精制过程中烯烃饱和导致的辛烷值降低问题,成为目前成熟的清洁油品生产技术本文采用微波辅助燃烧技术,将一定化学计量比的金属硝酸盐和尿素混合物快速燃烧反应,成功合成一系列铁氧体吸附剂(MgFe_2O_4,NiFe_2O_4,CuZnFe_2O_4,ZnFe_2O_4,CoFe_2O_4).以含有噻吩的正庚烷(总含硫量3000 mg/L)为汽油模型,在固定床反应器中500 oC反应条件下探索了所合成铁氧体吸附剂的吸附脱硫性能.结果表明,铁氧体吸附脱硫活性大小为:MgFe_2O_4NiFe_2O_4CuZnFe_2O_4ZnFe_2O_4CoFe_2O_4.其中MgFe_2O_4较其他铁氧体具有更高的吸附脱硫性能.这是由于Mg-Fe合金化程度低,而且掺杂的Mg降低了Fe与S之间的相互作用,从而显著提高了吸附脱硫性能.此外,Mg作为一种典型的碱金属可在一定程度上显著促进噻吩分解.X射线衍射和穆斯堡尔谱作为敏感的结构和组成检测手段,广泛用于解析铁氧体吸附剂在吸附脱硫过程中的结构和相态变化.通过穆斯堡尔谱成功解析了铁氧体中Fe的存在形式及其化合态.对新鲜铁氧体吸附剂、吸附脱硫后的吸附剂以及氧化再生的吸附剂进行监测对比,发现在吸附过程中铁氧体被部分硫化成Fe1-xS和双金属硫化物.在空气中经高温(500 oC)处理可成功实现铁氧体吸附剂再生.本文通过对铁氧体吸附剂的结构解析和性能测试,为新型吸附脱硫剂开发提供了理论依据.     

变压器油中多组分气体高精度在线检测研究

针对多组分气体测量精度低、交叉影响等问题,建立了一种高精度多气体网络式在线检测系统。系统中采用窄线宽激光器作为光源,设计了新型长光程气室,通过单一高频三角信号调制激光光谱,利用谐波检测技术和光学时分、空分复用技术相结合,实现了三种气体(CO,CH₄,C₂H₂)的同时多点高精度在线测量。实验结果表明,多气体浓度测量最大相对误差小于4%,每种气体响应时间均小于15 s。该系统多气体检测精度高、响应时间快,非常适合用于变压器绝缘油中多组分气体实时在线检测。