双面菲涅耳聚光镜设计

为了减小光伏发电聚光系统的轴向尺寸,使聚光系统的厚度更薄、质量更轻,讨论设计了一种透射式双面菲涅耳聚光镜。通过设计,使光线在通过双面菲涅耳聚光镜的前表面环带后进入相应的后表面环带,减少了光能损失,使太阳能电池获得的能量密度更高。推导并给出了双面菲涅耳透镜的后表面环带设计公式。用光学设计软件Light Tools模拟了双面菲涅耳聚光镜的光学能力,并对模拟结果进行了分析评价。给出了一个口径为200 mm,焦距为120 mm,F数为0.6的双面菲涅耳聚光镜设计实例,在波段为380~760 nm,太阳张角为0.55°时,聚光系统的聚光效率达到85%,与相同口径相同焦距的传统菲涅耳透镜相比,聚光效率提高了21.1%。     

压力管式超临界水堆堆芯核热耦合

针对压力管式超临界水堆(PT-SCWR)新型62棒设计,其功率密度与燃料温度、冷却剂密度/温度紧密耦合,利用中子物理分析程序(WIMS-AECL)和子通道分析程序(ATHAS),对该设计堆芯进行核热耦合分析,并进行优化,结果表明该耦合方法是有效的。分析结果指出新型62棒燃料组件设计包壳最高温度和冷却剂出口温度都低于设计限值,满足设计目标;并且可以通过调整内外圈燃料富集度至5.5%和4.6%、调整燃料组件内圈棒束节圆由5.30cm到5.175cm,进行优化来获取一个均匀的温度分布;通过对比不同栅距下的慢化剂温度系数和空泡系数,得到一个最佳栅距为21cm。     

多波段共孔径离轴三反光学系统设计北大核心CSCD

针对军用光电系统对视场范围、图像质量和系统小型化的迫切需求,根据指标要求设计了一种大口径离轴三反光学系统。采用离轴多反式结构消除系统遮拦,缩减结构尺寸,通过引入复杂面型实现大孔径设计,在保证足够分辨率的同时,增大光学系统的视场角,以获得更加丰富的目标特征,提高了系统的目标探测和识别能力。与透射式结构与折返式结构相比,大幅度减小了光电产品的体积和质量,有效减轻了伺服设计负荷,具备隐蔽性好、光谱覆盖范围广、透过率高、视场兼容性强的特点。设计结果表明:电视光路在120 lp/mm处全视场MTF>0.2,短波红外光路在60 lp/mm处全视场MTF>0.3,中波红外在30 lp/mm处全视场MTF>0.15,网格畸变小于0.5%,满足设计指标要求。     

Microdroplet targeting induced by substrate curvature

Fundamental understanding of the wettability of curved substrates is crucial for the applications of microdroplets in colloidal science, microfluidics, and heat exchanger technologies. Here we report via lattice Boltzmann simulations and energetic analysis that microdroplets show an ability of transporting selectively to appropriate substrates solely according to substrate shape(curvature), which is called the substrate-curvature-dependent droplet targeting because of its similarity to protein targeting by which proteins are transported to the appropriate destinations in the cell. Two dynamic pathways of droplet targeting are identified: one is the Ostwald ripening-like liquid transport between separated droplets via evaporating droplets on more curved convex(or less curved concave) surfaces and growing droplets on less curved convex(or more curved concave) surfaces, and the other is the directional motion of a droplet through contacting simultaneously substrates of different curvatures. Then we demonstrate analytically that droplet targeting is a thermodynamically driven process. The driving force for directional motion of droplets is the surface-curvature-induced modulation of the work of adhesion, while the Ostwald ripening-like transport is ascribed to the substrate-curvature-induced change of droplet curvature radius. Our findings of droplet targeting are potentially useful for a tremendous range of applications, such as microfluidics, thermal control, and microfabrication.     

立体化高空间照明均匀度LED植物光源的设计

传统植物照明设计只优化某一参考面的均匀度,导致植物生长空间内的光环境不均一。为了解决该问题,对空间照明均匀度评价体系进行了研究。首先,提出了三种潜在的立体化高空间照明均匀度植物光源设计方案,并借助TracePro光学仿真软件研究了结构参数对照明效果的影响。进一步利用Taguchi方法优化实验过程,并结合ANOVA分析,获得了最佳方案的最优结构参数。然后,基于所得最优解,对植物生长过程中的照明效果进行了测试。最后,介绍了立体化光源系统相对传统阵列式LED光源的技术优势。实验结果表明:最优结构可提供一个均匀照明空间,该空间内的水平面照明均匀度和垂直面照明均匀度分别为92.00%和83.12%,并且两个空间参考平面上的红蓝光混色均匀度分别达到94.19%和90.70%。该植物光源系统可为植物提供其生长过程中所需的均匀空间照明环境。     

多光源模块植物光源系统的设计

针对现有植物光源系统架构难以提供优质的照明环境,提出空间照明均匀度理论。采用多光源模块的植物光源系统实现植物生长空间内的高空间照度均匀度以及色度均匀度,多光源模块由倒置光源、直下式光源以及在生长空间的中部光源组成。通过多光源模块的立体化混光方式达到设计的目的,根据Taguchi理论简化实验过程并结合变异数分析深入优化关键因子,从而找到植物光源系统的最优解。进一步优化LED灯珠的形状和间距,最终获得水平面和竖直面的照度均匀度分别为91.35%和89.71%,混色均匀度分别为87.67%和88.54%的立体化植物光源系统。对植物生长进行模拟和实物测试,实验结果表明植物光源系统能够在整个植物生长空间提供高质量的照明效果。     

超声速湍流边界层密度脉动小波分析

以基于纳米示踪平面激光散射技术的密度场测量方法获得的Ma=3.0平板湍流边界层密度场实验数据为基础,采用小波方法对湍流边界层密度脉动进行了多尺度与动态特性分析.研究表明,近壁区密度脉动概率密度呈偏离高斯分布,大尺度分量对湍流边界层密度脉动起主导作用,小尺度分量使概率密度呈"M"型分布;采用希尔伯特变换对幅度调制效应进行分析,结果表明超声速湍流边界层近壁处外层大尺度密度偏移会导致内层小尺度密度脉动的局部增强或减弱;采用基于小波变换的时变谱密度估计对边界层不同高度的密度脉动进行分析,结果表明脉动主要分布在1 MHz以内,主导频段的密度脉动间歇性明显;随着时间的发展,大部分脉动存在频率从高频过渡到低频,幅值先增加后减少的规律;随着高度的增加,对数区脉动主要分布在105 Hz以下,尾迹区则集中在105 Hz以上,边界层与主流交界处的脉动主要分布在两者相互作用形成的大尺度结构附近,脉动能量从近壁面到主流区呈现先升高后降低的变化规律.     

Fe/Co双金属催化剂催化叔胺酰胺化

叔胺的酰胺化反应，特别是带有苄基的叔胺的酰胺化，一直是有机合成中的难题。采用介孔二氧化硅掺杂金属的方法制备的一种双金属高活性纳米催化剂Fe-Co@SHSss,在叔丁基过氧化氢(TBHP)的氧化作用下对模拟底物N,N-二甲基苄胺的酰胺化显示出良好的催化效果，得到的反应产物N,N-二甲基苯甲酰胺的产率可以达到80%左右，产物结构经过¹H NMR,¹³C NMR和MS(ESI)表征。使用叔丁基过氧化氢构建的清洁的反应体系，比较符合绿色化学的原则，这对于叔胺的氧化具有十分重要的意义。     

氨基甲酸酯基/脲键对混合TDI聚酯-聚氨酯树脂羰基氢键作用的影响

以聚己二酸-2-甲基-2,4戊二醇酯二醇(XCP-2000PM)为软段，以2,4-2,6混合甲苯二异氰酸酯(TDI,T-80)、异佛尔酮二胺(IPDA)和乙二醇(EG)、1,2-丙二醇(PG)、1,4-丁二醇(BDO)、新戊二醇(NPG)为硬段，制备了系列具有不同氨基甲酸酯基/脲键的聚酯型聚氨酯树脂，采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)研究在总硬段含量不变的情况下，酯羰基、氨基甲酸酯基/脲键、混合甲苯二异氰酸酯结构对羰基氢键的影响。结果表明，在聚酯多元醇酯羰基的作用下，聚酯型聚氨酯树脂的氨酯羰基与酯羰基区红外光谱存在6个吸收峰，聚酯多元醇结构中的内部酯羰基不形成氢键，外部酯羰基部分形成氢键，氢键化程度随着小分子二元醇扩链比例的提高由5%升至9%。在硬段含量为20%时，聚酯型聚氨酯树脂以游离氨酯羰基与酯羰基为主，二者之和在60%左右。在2,4-2,6混合甲苯二异氰酸酯不对称结构的影响下，随着氨基甲酸酯基/脲键的增大，氨酯羰基与脲羰基的氢键化程度降低，游离氨酯羰基、酯羰基与脲羰基增多，微相分离程度减弱，软硬段混合程度增强；总体上脲羰基的氢键化程度所占比例较小，一般在6%左右；而P-PU在扩链...     

用于离焦图像焦点预测中的深度学习不确定性建模

自动数字显微镜的关键技术之一就是自动对焦,为了提升对焦的速度,越来越多的深度学习方法被引入用于单帧图像的焦点预测。然而几乎所有的网络模型都过分信任其输出的结果,面对未知的样本即使输出错误的结果也不会给出任何警示。利用贝叶斯卷积神经网络的实现,可从单张图像中完成离焦距离的预测,并获得焦点预测结果的不确定性估计,此外提出通过设置不确定度阈值实现对焦点预测结果的筛选。在一个大型开源数据集上进行了测试,利用不确定性估计评估预测结果的有效性。结果表明,对比同类型样本,所提出的网络模型在未知样本上能够输出更高的不确定度,建立的筛选机制能有效减小模型在未知样本上的预测误差。在公共数据集上的两个样品的最终误差范围为0.37±0.46μm和0.83±1.17μm,优于筛选前的0.40±0.66μm和1.08±1.78μm。