基于锥形渐变耦合结构的可扩展多模弯曲波导EI北大核心CSCD

提出了一种基于锥形渐变耦合结构的可扩展多模弯曲波导。该器件利用模式等效折射率匹配原理,通过对称的锥形渐变耦合结构,实现高阶模式与基模的相互转化,完成多模弯曲传输功能。同时,结合时域有限差分方法和粒子群优化算法,优化锥形渐变耦合结构区域,提升器件性能。实验测试结果表明,在1520~1600 nm的波长范围内,当输入模式分别为TE_0、TE_1、TE_2、TE_(3)和TE_(4)时,该器件的插入损耗分别小于1.71 dB、3.04 dB、2.90 dB、3.16 dB和4.00 dB,对应的串扰分别小于-10.60 dB、-11.35 dB、-10.92 dB、-10.35 dB和-11.45 dB。     

双波段能谷光子晶体的拓扑边界态传输特性

谷赝自旋是构筑光学拓扑绝缘体的重要手段,其性质决定了光波拓扑传输特性。双波段能谷结构为同时调控多波段范围内的光波提供了重要平台。构筑了具有双波段能谷结构的光子晶体超胞,研究了zigzag型和armchair型界面在两个波段内拓扑边界态的传输特性及鲁棒性。结果表明：对于zigzag型界面,对称型界面与反对称型界面的光波传输特性差异显著,对称型界面允许平面波传输而反对称型界面大幅抑制平面波传输;而对于armchair型界面,对称型界面与反对称型界面的光波传输未表现出差异性。对于允许平面波传输的界面,无论是zigzag型还是armchair型界面均对杂质、缺陷、尖锐拐角等具有良好的鲁棒性。双波段拓扑边界态传输特性的系统性研究对于拓展光学拓扑绝缘体的应用空间具有重要价值。     

Ca(OH)2/CaO热化学储能过程中变孔隙率影响的多物理场耦合数值模拟研究

基于Ca(OH)₂/CaO的热化学储能体系在实验中均表现出孔隙结构的显著变化,而该现象在已有的大多数数值模拟研究中并未被考虑。本文针对该现象建立了变孔隙率反应动力学模型及非稳态“流动–传热–化学反应”耦合模型,并基于此对直接、间接传热式固定床反应器中Ca(OH)₂/CaO的定/变孔隙率脱水反应过程特征参数(反应渗透率、压力、温度、反应速率及转化率等)变化进行了对比模拟研究。结果表明：定孔隙率模型与变孔隙率模型之间有明显的差异,且变孔隙率模型更能体现实际反应过程的特征。以初始孔隙率为0.8的工况为例,定孔隙率假设在直接传热式反应器中的转化速率比变孔隙率模型快19.8%,而在间接传热式反应器中转化速率比变孔隙率慢6.1%。说明以往研究中使用的定孔隙率假设高估了直接传热式反应器的性能,而低估了间接传热式反应器的性能。     

抽汽–高背压–热泵耦合供热系统运行优化

热电联产机组能源利用效率较高,对我国的节能减排工作具有重要意义。为提高汽轮机抽汽、高背压与吸收式热泵构成的热电联产系统效率及运行灵活性,本文研究了供热机组电热负荷特性,进而对抽汽–高背压–热泵耦合热电联产系统多参数进行优化。研究发现,随着高背压机组电负荷增加,高背压机组产生调峰被动冷源损失增加,机组发电煤耗率以及综合发电煤耗率均随之增加。通过多参数优化,获得了高背压机组初末期、寒冷期及严寒期的最佳运行背压,分别为35.86 kPa、34.32 k Pa和32.27 kPa。     

基于遗传算法的光伏–热电耦合系统多目标优化研究

多因素共同作用下的系统优化设计是光伏–热电耦合系统研究的难点之一。本文建立了光伏–热电耦合系统与单一光伏系统的理论模型,以最高耦合效率与相对于单一光伏系统的最大效率差值为优化目标,采用多目标遗传算法,开展了耦合系统优化设计研究。结果表明,最高耦合效率与最大效率差值两个优化目标是负相关的,且其负相关性是由光伏参考效率所导致,需综合考虑系统经济性,确定最高耦合效率和最大效率差值的折中方案,从而获得耦合系统最佳设计。     

双应力平台星形结构的设计与力学性能

为实现多孔格栅类结构平台应力和能量吸收的可调控,提出了一种双应力平台星形结构的设计方法,设计并制备了3种双应力平台星形结构。采用实验、理论分析与数值模拟相结合的方法研究了结构在面内压缩载荷下的力学行为和能量吸收性能。结果表明,双应力平台星形结构的载荷-位移曲线呈现两个明显的平台阶段,结构的几何参数和肋板数对结构变形的稳定性以及平台应力的大小存在显著影响。平台应力的理论预测结果与实验、数值模拟结果吻合较好。通过调整相应的设计参数,能够有效地调控结构在压缩过程中的平台应力和能量吸收能力。为了进一步提高双应力平台星形结构的能量吸收性能,以结构的质量和比吸能为设计变量,进行了多目标优化。采用基于径向基耦合多项式函数代理模型和遗传算法（NSGA-Ⅱ）,使结构比吸能最大化的同时质量最小化。与最初设计的结构相比,优化后结构的质量减小了6.0%,比吸能提高了21.5%。     

圆形手性多胞管轴向冲击下的耐撞性分析

提出了不同几何结构的新型圆形手性多胞管,开展了其在相同壁厚、相同质量条件下的耐撞性分析。研究结果表明：与传统圆管相比,圆形手性多胞管具有更好的耐撞性能;相同壁厚条件下,比能量吸收和冲击力效率比传统圆管最高分别高出66.19%和49.11%;吸能效果最好的CCMT7-20（肋板数量为7、内圆直径为20 mm）与耐撞性能最差的CCMT4-40（肋板数量为4、内圆直径为40mm）的圆形手性多胞管相比,比能量吸收和冲击力效率分别高出30.83%和22.87%。肋板数量、内圆直径和壁厚对结构耐撞性的参数化研究表明：能量吸收、初始峰值力均随着肋板数量增加而增大,比能量吸收随着肋板数量的增多变化并不明显。能量吸收、比能量吸收和冲击力效率均随着内圆直径增大而减小,管壁增厚会提升结构的能量吸收,但其初始峰值力也会相应增大。     

完美涡旋光束在大气湍流中的斜程传输特性

完美涡旋（POV）光束具有光束半径与拓扑荷数无关的特点,与其他涡旋光束相比具有更加稳定的空间强度分布特性。利用多相位屏法和傅里叶变换法,分析了POV光束在大气湍流中的斜程传输特性。采用光束漂移和孔径平均闪烁指数作为大气湍流影响光束质量的评价参数,对比了POV光束与高斯涡旋光束在相同传输条件下的光束质量。结果表明：相比于高斯涡旋光束,POV光束的光束稳定性更好。当拓扑荷数增大或天顶角减小时,POV光束抵抗大气湍流的能力增强。在不改变POV光束拓扑荷数的前提下增大其光束半径,也能提高POV光束对大气湍流的抵抗能力。     

激光驱动的多层膜复合靶M带辐射光谱研究

时间分辨X射线吸收精细结构谱技术需要产生高亮度、均匀、宽光谱的X射线源。单一靶材产生的M带辐射源亮度高,但均匀性较差,因此提出了一种使用多种金属材料制备的多层膜复合靶产生M带辐射的方案。针对Si的K边X射线吸收谱实验,根据前期单一靶材M带光谱实验数据理论计算了最优的材料比例,制备了Au、Yb、Dy三种材料组成的多层膜复合靶,并在神光II激光装置上开展了脉冲激光驱动的多层膜复合靶辐射光谱测量,实验结果和理论计算基本一致。相比单一靶材,多层膜复合靶产生的M带辐射源具有光谱宽、整体亮度均匀的优点,在时间分辨X射线吸收精细结构谱中具有较大的应用潜力。     

平响应X射线二极管复合滤片参数的算法优化

在间接驱动激光聚变研究中,平响应X射线二极管是X射线辐射能流测量的主要探测器。为了获得理想的平响应效果,采用传统方法需要花费大量时间优化二极管的复合滤片参数,为此引入了粒子群优化算法,将之用于平响应X射线二极管复合滤片参数的优化,该方法可更快捷、更准确地得到复合滤片的优化参数。提出了新的滤片组合方式,并优化其平响应特性,得到了比传统滤片组合更优的参数配比。该项工作为平响应X射线二极管复合滤片参数的寻优提供了一种更高效的方法。