理论化学研究进展以及在可持续发展中的应用*

本文先简要介绍近几年国内在理论化学领域所取得的若干重要进展,包括在相对论量子化学、多参考态电子相关方法、气相分子反应动力学、激发态结构与动态过程、光化学反应过程的理论计算、大分子体系线性标度理论、从头算价键理论、新的密度泛函、固体表面催化过程、功能材料理论等领域所取得的成就。然后,本文介绍理论化学及其交叉学科在有机功能材料,特别是在预测有机太阳能电池能量转换效率与理论设计方面的一个应用,这与社会的可持续发展密切相关。     

基于神经网络技术的乘波体优化设计

乘波体是高超声速飞行器的主要组成部分,也是飞行器产生升力的主要部分. 针对基 于计算流体动力学(CFD)分析的乘波体优化设计问题,引入人工神经元网络响应面方法. 选 取一定数量的乘波体外形,进行气动性能分析后,利用乘波体的外形控制参数和气动参数做 为训练样本对乘波体进行训练. 利用这些训练样本对人工神经网络进行训练. 在优化计算中 以充分训练的神经网络替代CFD分析,发展了一种基于神经网络技术的乘波体优化设计方法. 利用该方法在马赫数6、雷诺数7\times 10^6条件下,分别对乘波体进行了最大升阻比的单目标和综 合考虑升阻比、容积及表面积的多目标优化. 计算结果表明,采用神经网络响应面技术可在 保证计算稳定性的条件下有效提高计算效率.     

微重力气液两相流动与池沸腾传热

综述了近年来中国科学院微重力重点实验室(国家微重力实验室)完成的一系列微重力气液两相流动与池沸腾传热方面的地基实验、飞行实验和理论研究等方面获得的主要成果.在微重力气液两相流动方面,提出了半理论Weber数模型用于预测微重力条件下气液两相弹-环状流转换,并采用Monte Carlo方法,针对气泡初始尺寸对泡-弹状流转换的影响进行数值研究.通过俄罗斯"和平号"空间站与IL-76失重飞机实验,获得了微重力下的气液两相流型图,与此同时在地面利用小尺度毛细管模型模拟了微重力气液两相流动特征.实验测量了微重力气液两相流压降,并基于微重力流动特性建立了一个泡状流压降关联模型.在微重力池沸腾传热方面,利用我国返回式卫星完成了两次空间实验,其中,第22颗返回式卫星搭载铂丝表面R113池沸腾实验采用控制温度的稳态加热方式,而实践8号育种卫星搭载平面FC-72池沸腾实验则采用控制加热电压的准稳态加热方式.同时,还进行了地面常重力和落塔短时微重力条件下的对比实验研究.观察到丝状加热表面微重力时轻微的传热强化现象,而平板加热表面微重力核态池沸腾低热流时传热强化、高热流时传热恶化.微重力实验中观察到气泡脱落前存在横向运动现象,据此分析了气泡行为与传热之间关系,并提出了一个预测丝状加热表面气泡脱落直径的半理论模型.旨在对相关领域的进一步发展和空间两相流系统的应用提供数据及理论支持.     

一种健壮的混合Roe黎曼求解器

使用Roe格式计算多维流动问题时,在强激波附近会出现数值激波不稳定现象。带有剪切粘性的HLLEC格式不仅可以捕捉接触间断,而且表现出很好的稳定性。混合Roe格式和HLLEC格式来消除数值激波不稳定性。在强激波附近,通过激波面法向和网格界面法向的夹角来定义开关函数,使得数值通量在激波面横向切换成HLLEC格式。在其余地方,数值通量依然使用Roe格式来计算。数值试验表明,混合格式不仅消除了Roe格式的数值激波不稳定性,还最大程度地减少了HLLEC格式所带来的剪切耗散,保留了Roe格式高分辨率的优点。     

云端结合的书法大数据平台

基于文化强国的国家重大战略，为满足传承和创新我国传统文化这一重要需求，实现文化休闲与共享、书法普及与教育的具体目标，研发了基于大数据和人工智能等核心技术建构的云端结合的书法大数据平台。平台连通了线下和线上的信息通道，实现古代经典与当下书写的智能对接、线上与线下作品的共创共享以及个体创作与群体创作的有机结合。在此基础上，实现了数字书法创作与交流、作品集的生成与推广、线上线下协同创作、书法作品的智能竞技、书法创作数据分析等形式的智能书法服务。     

次级源近场和管壁弹性对充液管路有源消声性能的影响EI北大核心CSCD

建立了含次级源结构的充液直管有源消声系统数值模型,重点分析了声激励下次级源近场和管壁弹性对有源消声性能的影响。结果表明:次级源近场为非均匀声场,误差点位于该区域时部分频点控制效果较差甚至放大,而处于声场均匀区域时可使降噪量提高10 dB以上,增加误差点数量可使绝大多数频点的降噪量提高5 dB以上;管壁弹性使次级源与管壁间的耦合较强,非对称分布的次级源容易激起管壁振动,导致降噪谷值的出现,采用对称分布的次级源可显著提升控制效果;增加次级源数量能够提高系统的有源无源复合控制效果,但使得管内声场变得复杂,多次级源模型的有源消声效果随频率升高而有所降低。     

箭载双臂式电场仪的原理与设计

在介绍双臂式电场仪探测原理的基础上,给出了子午工程探空火箭搭载的双臂式电场仪的具体设计.为了降低探针的不对称和不一致性,采用了铝制球形探针设计,使用石墨涂层以减少表面不均匀性,并采用独特的外形设计来消除支撑臂阴影影响|在信号处理部分,为了能提高系统动态范围,采用了分频段处理的方法.最后,结合整体系统设计的需要提出了几点误差考虑,并给出了系统性能测试结果.所设计的电场仪带宽0～5 MHz,直流探测范围为0.1 mV/m～±1 V/m,交流探测范围为10 μV/m～50 mV/m,可以实现对电场强度为0～±1 V/m的空间电场进行二维测量.     

力场与时间有关系统的功能定理及其应用

与时间有关的有势力场与其他力共同作用系统的功能定理具有比普通的功能定理更为强大的应用价值,本文介绍这一功能定理,并应用于不同参考系观察同一系统的机械能如何变化的两个简单实例:在地面上和升降机中观察地面附近同一质点的机械能变化,在地面上和在运动车厢里看一端固定于车厢壁的弹簧振子的机械能变化.指出了有些文献的有关错误.     

用于超快、高效系统的半导体纳米结构光子器件

首先对未来系统光子器件的关键问题进行了综述。并且对半导体纳米结构,特别是基于量子点材料的超快开关器件取得的最新进展进行了讨论。其中包括基于量子点的半导体光放大器,其在超过40Gb/s的速率下展现出偏振不敏感特性;新型基于量子点的垂直腔结构的光开关,其展现出超快、节能、全光开关的特性。概括和讨论了未来基于纳米结构的光子器件的应用。     

基于点线插值的离散最小二乘后处理方法

构造了一种基于点线插值有限元的后处理方法,这种后处理方法具有好的超收敛性和最小二乘的稳定性.