低渗透多孔介质渗流动边界模型的解析与数值解

考虑启动压力梯度的低渗透多孔介质非达西渗流模型属于强非线性动边界问题, 分别利用相似变量变换方法和基于空间坐标变换的有限差分方法, 对内边界变压力情况下、考虑启动压力梯度的一维低渗透多孔介质非达西渗流动边界模型进行了精确解析与数值求解研究. 研究结果表明:该动边界模型存在唯一的精确解析解, 且所求得的精确解析解可严格验证数值解的正确性;且当启动压力梯度值趋于零时, 非达西渗流动边界模型的精确解析解将退化为达西渗流情况下的精确解析解. 由求解结果作出的非零无因次启动压力梯度下的地层压力分布曲线表现出紧支性特点, 其与达西渗流模型的有显著不同. 因此, 研究低渗透多孔介质中非稳态渗流问题时, 应该考虑动边界的影响. 研究内容完善了低渗透多孔介质的非达西渗流力学理论, 为低渗透油气藏开发的试井解释与油藏数值模拟技术提供了理论基础.      

掺杂质子化石墨相氮化碳增强碳基太阳能电池中钙钛矿的结晶

钙钛矿层的品质极大影响钙钛矿太阳能电池性能. 然而,在溶液法生成多晶钙钛矿膜过程中会不可避免地形成缺陷和陷阱位. 通过在钙钛矿层中嵌入添加物改善钙钛矿晶化,用于减少和钝化缺陷是非常重要的. 本文合成一种环境友好的二维纳米材料质子化石墨相氮化碳(p-g-C₃N₄),并掺杂于碳基钙太阳能电池的钙钛矿层中. 实验证明,在钙钛矿前驱体溶液中添加p-g-C₃N₄不仅能调解碘铅甲胺(MAPbI₃)结晶的成核和生长速率,获得大晶粒尺寸的平滑表面,还能减少钙钛矿层的本征缺陷. 质子化过程在氮化碳表面引入活性基团-NH₂/-NH₃,它们和钙钛矿晶体表面N-H键发生强化学作用,有效地钝化电子陷阱,提高钙钛矿结晶质量. 结果表明,与不掺杂的对照电池(效率为4.48%)和掺杂石墨相氮化碳(g-C₃N₄)电池(效率为5.93%)相比,掺杂质子化石墨相氮化碳(p-g-C₃N₄)的电池获得了6.61%的较高效率. 本工作展示了一种通过掺杂改性添加物改善钙钛矿膜的简单方法,为碳基钙钛矿太阳能电池的低成本制备提供了建议.     

Investigations of the optical properties of Si surface with microwires for solar cell applications

Combined with the rough textures which are usually used for fabricating the planar solar cells, textured-microwire(MW) structures(there are MW textures on the tops of MWs) are fabricated. Both simulative and experimental investigations of the optical properties of Si surface with microwires are carried out and the results show that surfaces of texturedMW structures exhibit lower reflectance in the short wavelength range, but higher reflectance in the long wavelength range than the conventional textured surface. It is also shown, consequently, that the textured-MW structures could absorb more photons in the short wavelength range, which could help improve the performance of the solar cells.     

基于渗透率连续变化的低渗透多孔介质非线性渗流模型

基于低渗透多孔介质渗透率的渐变理论,确定了能精确描述低渗透多孔介质渗流特征的非线性运动方程,并通过实验数据拟合．验证了非线性运动方程的有效性。非线性渗流速度关于压力梯度具有连续-阶导数,方便于工程计算;由此建立了低渗透多孔介质的单相非线性径向渗流数学模型,并巧妙采用高效的Douglas-Jones预估一校正有限差分方法求得了其数值解。数值结果分析表明：非线性渗流模型为介于拟线性渗流模型和达西渗流模型之间的一种中间模型或理想模型,非线性渗流模型和拟线性渗流模型均存在动边界;拟线性渗流高估了启动压力梯度的影响,使得动边界的移动速度比实际情况慢得多;非线性越强,地层压力下降的范围越小,地层压力梯度越陡峭,影响地层压力的敏感性减弱,而影响地层压力梯度的敏感性增强。     

基于相场模型的金属微波烧结演化机制分析及同步辐射断层扫描实验验证

为了探索不同种类金属材料的微波烧结机制,本文针对钛和铝两种具有不同电磁学特性的金属材料,分析了微波与金属微粒的相互作用。依据经典的麦克斯韦方程,金属表面产生电子涡流和趋肤效应。由P.Mishra和K.I.Rybakov等提出的金属在微波中的加热效率理论,推导出钛金属表面的热效应明显高于铝。因为电子涡流在磁场中产生指向颗粒内部的洛伦兹力这一微波非热效应,阻碍了内部物质向外的扩散,且铝的感应涡流大于钛,故其向心力更大。由于微波的热效应和非热效应导致物质扩散的驱动力不同,得出"钛的微波烧结速率明显大于铝"这一区别于常规烧结的结论。将获得的分析结果引入相场数值模拟,改变相场模型中控制演化过程中的表面和体扩散变量,获得不同的模拟结果,定量分析了烧结颈等微观结构参数随模拟时间的演化曲线。结合同步辐射断层扫描(SR-CT)技术获得的金属在微波烧结过程中的实验参数,与理论分析和模拟结果相吻合,从而验证了分析和模拟的正确性和可行性。上述结果可为研究金属在微波烧结过程中的演化机制提供支持。     

基于降维滤波器的SINS快速初始对准算法（英文）

引入惯性元件信息观测的初始对准方法能够快速提高SINS的对准速度,但同时存在滤波计算量大、系统噪声与观测噪声相关以及观测值中的高频噪声影响滤波精度的问题。针对这些问题提出了一种捷联惯导快速初始对准降维滤波器设计方法,通过剔除不可观测量和合理选取状态量以降低状态方程维数,并推导了观测方程,在采用低通滤波器对惯性器件原始信息预处理基础上应用噪声相关下的Kalman滤波进行状态估计。理论分析和试验结果表明,新方法提高了对准速度,减少了计算量,水平姿态角收敛速度提高了90%,计算量减少了83.33%,并可有效抑制高频噪声对状态估计的影响。     

溴酚蓝对大鼠脑胶质瘤模型的染色作用

目的研究溴酚蓝对大鼠胶质瘤模型的染色作用，为手术精确切除人脑胶质瘤提供实验基础。方法建立Fischer 344大鼠胶质瘤模型，MRI检查证实。静脉注射不同剂量（30～360mg/kg）溴酚蓝，15min后处死取脑，检查溴酚蓝对脑肿瘤的染色情况；并注射相同剂量（180mg/kg）的溴酚蓝，在不同时间处死取脑，检查溴酚蓝对脑肿瘤的染色情况。对无瘤实验大鼠注射不同剂量溴酚蓝，观察其毒性反应。结果溴酚蓝对大鼠胶质瘤有明显的染色作用，其染色与周围脑组织有清晰的界限，染色时间出现在注射后10min～6h。30d未观察到溴酚蓝的任何毒性反应。结论溴酚蓝在不同时间点能够清晰染色大鼠胶质瘤，有可能作为人脑胶质瘤的术中染色剂来区别肿瘤组织和正常脑组织。     

基于粒子群优化算法的多S盒相关性能量分析方法

为提高能量曲线与数据加密标准(data encryption standard,DES)密钥之间的相关性,同时解决传统相关性能量分析方法在攻击多个S盒对应轮密钥过程中猜测密钥数目成指数增长造成的计算量过大的问题,提出一种基于粒子群优化(particle swarm optimization,PSO)算法的多S盒相关性能量分析方法。该方法利用PSO算法结构简单、搜索速度快的特点,同时实现对DES算法多个S盒的攻击,增强能量曲线与密钥之间的相关性,降低攻击DES算法多S盒的计算复杂度。采用经DES算法加密的数据,对本文方法和传统相关性能量分析方法进行性能分析实验。由实验结果可知,与传统相关性能量分析方法相比,本文方法有效增强了信号的信噪比,对能量信息的利用率提高约55%;在能量曲线数目有限(600条)的情况下进行密钥恢复,正确率提高了约30%。     

低渗透多孔介质非达西渗流动边界界面追踪

基于低渗透多孔介质非达西不稳定渗流的动边界数学模型,推导动边界移动速度的微分表达式,揭示动边界移动速度与动边界上地层压力关于径向距离的二次导数成正比;由此利用拉格朗日三点插值公式求得动边界附近控制方程的有限差分格式,并对下一时刻动边界的精确位置进行追踪.有限差分方法的数值结果表明界面追踪法可较好地反映低渗透多孔介质非达西不稳定渗流动边界的移动规律.