A sound ray tracing algorithm in three-dimensional heterogeneous media based on wavefront traveltimes interpolation

A kind of three-dimensional（3-D） sound ray tracing algorithm in heterogeneous media is studied. This algorithm includes two steps： the first step computes the wavefront traveltimes forward; the second step traces the sound rays backward. In the first step, the computation of wavefront traveltimes at discrete grid points from the sound source, was found on Eikonal equation solutions and carried out by GMM （Group marching method） wavefront marching method based on level set. In the second step, sound ray tracing was proceeded gradually from the receiver to each cell towards the sound source, with wavefront traveltimes computed in the first step. Time values on arbitrary positions in each cuboid cell can be expressed by linear interpolation of wavefront traveltimes at the same cell＇s grid points. Thus, an algorithm of 3-D sound ray tracing in heterogeneous media is put forward. The simulation results indicate that this method can improve both the accuracy and the efficiency of 3-D sound ray tracing greatly.     

硅片绒面形貌影响光线反射的数值研究

太阳能硅片表面绒面的光陷阱可以使光在其中经历多次反射,从而尽量减少光的反射损耗.不同光陷阱的形貌决定了光的不同多次反射路径而具有不同的反射效果.为了研究光陷阱形貌及光线入射角对减反射效果的影响,提出了数值仿真计算的方法跟踪每一条光线的反射过程计算加权出射系数.从而可以计算分析复杂形貌绒面的减反射效果并给出合理的优化方法,为制备高性能绒面结构提供理论依据.当光陷阱尺寸小于入射光线波长时,发生镜反射,将该尺寸的结构平滑处理.然后从光陷阱的深径比、高度、密度等方面计算分析光在不同入射角的情形下的加权出射系数.提出了理想的绒面光陷阱形貌,及获得最佳反射效果的入射角度.最后计算碱腐蚀及电火花加工产生的两种典型绒面的加权出射系数,并利用实验测量值验证了该计算方法.     

一种新型的交变流动换热器的工作原理及实验

交变流动系统中的传统换热器由于受到长度、换热面积和其它因素的限制,往往难以进一步强化换热,在大功率系统中应用受到限制.本文提出了一种压力波驱动的非共振直流型换热器,该换热器利用一对单向阀片把交变流动热力系统中工作气体的流动转化为单向直流.与传统的换热器比较,这种新型的换热器在简化设计和制造工艺的同时又增强了换热能力.本文对该换热器的工作原理进行了介绍,并设计建立了非共振直流型换热器实验台,对该换热器在不同工况下的换热性能进行了测试.实验验证了该换热器在实际应用中的可行性.     

A Three-Dimensional Ray-Tracing Study of R-X Mode Waves during High Geomagnetic Activity

We further present a three-dimensional (3D) ray-tracing study on the propagation characteristic of the superluminous R-X mode waves during high geomagnetic activity following our recent two-dimensional results [J. Geophys. Res. 112(2007)A10214]. We perform numerical calculations for this mode which originates at specific altitude r=2.0R_E in the source cavity along a 70° night geomagnetic field line. We demonstrate that the ray path of the R-X mode is essentially governed by the azimuthal angle of the wave vector k. Ray paths starting with azimuthal angle 180° (or in the meridian plane) can reach the lowest latitude, but stay at relatively higher latitudes with the azimuthal angles other than 180° (or off the meridian plane). The results further supports the previous finding that the R-X mode may be physicallypresent in the radiation belts under appropriate conditions.     

高含水后期水平集输管道内油气水流型实验及分析

在油田开发后期,许多油田产出液的含水率已超过85%,进入高含水后期.集输管道内油气水三相流流型对高含水安全混输技术界限确定及水力热力计算方法研究具有极为重要的意义.本文利用计量间现有设施,在采油现场研制了一套油气水流型试验装置,对高含水后期水平集输管道内油气水的流型进行了试验研究,测试出了高含水后期各种工况条件下水平集输管道内油气水的流型,并根据油水状态,总结出五种高含水后期油气水冲击流的流型.     

槽式太阳能聚集阵的间歇跟踪聚光特性

对日间歇跟踪的太阳能聚光电池阵是一种技术难度与效益平衡性好的航天器太阳能电源技术,研究该类空间太阳能聚集系统的在轨聚光特性及间歇跟踪控制方法具有重要意义.本文基于卫星轨道特性与槽式反射聚集阵的光传播特性分析,建立了太阳能聚集阵对日间歇跟踪的时间步长计算方法,考虑太阳光线不平行度等因素影响.以某太阳同步圆轨道卫星上的反射聚集阵为例,采用蒙特卡洛法模拟其间歇跟踪下的聚光特性.结果表明,采用所提出的时间步长计算方法进行聚集阵的对日间歇跟踪,可获得满意的聚光效果.     

水下穿孔板结构的透声特性研究

穿孔板结构在水下有着非常广阔的应用前景,但是目前相关的研究报道非常少.基于空气中穿孔板吸声理论,综合考虑小孔的末端修正,给出了较为准确的水下穿孔板声阻抗表达式.利用传递矩阵法分析了水下穿孔板结构的声压透射特性,得到了垂直入射声压透射公式.对影响穿孔板结构透声性能的主要因素进行了详细的仿真分析,得到了一些重要的结论.采用四传感器测量方法在驻波管中对自制的穿孔板结构进行了测试,实验结果与理论分析基本一致,从而验证了理论分析的正确性.本文为水下穿孔板结构的设计提供了详细的理论和实验依据.     

突出学科特点 彰显科学素养 紧扣典型模型 考查综合能力——2008年四川理科综合能力测试物理试题分析与启示

2008年四川理科综合能力测试卷物理试题,在依据学科主干知识和学科特点的基础上,整卷围绕物理学科中的一些常见典型模型和问题,通过学科内的常见试题情景和巧妙的设问,从不同的角度和侧面考查学生的理解、分析物理情景的能力,反映出"以学科内各知识板块之间综合为主"的命题原则;在解答过程中,突出对实验能力、推理能力和应用数学处理物理问题的能力的考查,较好的达到彰显学生的学科科学素养的目的,突出了"能力测试为主"的命题指导思想.这些原则和指导思想符合当前中学物理教学的实际,对高中物理教学有着良好的指导作用.     

蓝宝石衬底上Gd2O3掺杂CeO2氧离子导体电解质薄膜的生长及电学性能

采用反应磁控溅射方法,在(0001)蓝宝石单晶衬底上,制备了纳米多晶Gd2O3掺杂CeO2(GDC)氧离子导体电解质薄膜,采用X射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)对薄膜物相、结构、粗糙度、表面形貌等生长特性进行了表征,利用交流阻抗谱仪测试了GDC薄膜不同温度下的电学性能;实验结果表明,GDC薄膜为面心立方结构,在所研究的衬底温度范围内,均呈强(111)织构生长;薄膜表面形貌随衬底温度发生阶段性变化:衬底温度由室温升高到300℃时,对应球形生长岛到棱形生长岛的转变,当完全为棱形岛生长时(300℃),生长岛尺寸显著增大;从400℃开始,则发生棱形生长岛到密集球形生长岛的转变,球形生长岛尺寸明显减小.生长形貌的转变反映着薄膜生长初期不同的成核机理,很可能与蓝宝石(13001)面的表面结构随温度变化有关;GDC多晶电解质薄膜的复平面交流阻抗谱主要源于晶界的贡献,根据Arrhenius图求得电导活化能Ea在1.2-1.5 ev范围内,接近于晶界电导的活化能值,并且随衬底温度升高Ea减小(Ea300 > Ea400> Ea600 );电导活化能以及晶粒尺寸不同,导致GDC薄膜电导率随测试温度的变化规律不同.