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关键词： 聚焦波模局域波   X局域波   广义贝塞尔-高斯涡旋光束   修正相位结构函数   传输特性   湍流海水  

摘要： 随着陆地资源的枯竭和数据时代的快速发展,人类对海洋资源的利用需求不断扩大,如何提升水下信息传输通信系统的传输性能给当前水下通信领域的研究带来了诸多新挑战。其中,针对水下资源的勘探、水下环境领域的研究,构建大数据、低延时、高保密性的通信成为当今急需破解的热点。海水湍流强度的随机变化,导致海水折射率、信号吸收和散射随机起伏,由此效应产生信号光强起伏、光束抖动(指向误差)和光束直径扩展等一系列湍流效应,严重影响了水下光信息传输链路的传输效率。因此,研究具有抗海水湍流、色散和吸收等性能的水下光学系统新信号源是十分必要的课题。本文选择三种包括聚焦波模局域波(Focused Wave Mode Localized Wave,FWMLW)、X局域波(X Localized Wave,XLW)和广义贝塞尔-高斯涡旋(Generalized Bessel-Gaussian Vortex,GBGV)光束3种整形光束为水下光学系统新信号源,从理论和数值模拟角度研究了这3种整形光束在水下的传输特性。其中包括研究了弱湍流海水条件下由FWMLW构成的光学系统的信道传输能率、建立了中等至强湍流海水中平面波复相位结构函数和空间相干长度的理论关系、将推导出的强湍流理论应用于XLW波长分布谱模型和GBGV的接收概率和误码率模型的建模研究,最后进行数值分析。本文得出如下的研究成果: 1.完成了弱湍流海水条件下FWMLW光学系统信道容量的理论建模,并通过此模型的数值分析研究了光学系统参数和水下湍流参数对FWMLW传输性能规律的影响。研究发现:具备低值涡旋拓扑荷和高值光谱带宽相关的正实数参数的FWMLW可以有效扼制海水湍流产生的光束扩展;系统信道容量随着光学系统半波宽度和指向误差的增大而减小;FWMLW系统的信道容量损失随着温度和盐度比以及湍流外部尺度的增大而增加,随着湍流内尺度和各向异性因子的减小而增加;系统的信道容量由信号波长、传输距离以及该波长对应的海水虚折射率决定,且FWMLW系统中湍流海水吸收的色散效应小于XLW。 2.采用改进的Rytov近似理论,完成了中等至强湍流海水中平面波复相位结构函数和空间相干长度的理论建模,并经过数值计算分析了空间相干长度随光束参数和海水湍流参数的变化规律。得出结论:在中等至强湍流区域,相位结构函数随着湍流强度和传输距离的增加而增大,而相干长度的变化则是相反的,并且两者均存在饱和趋势;海水盐度波动对相位结构函数和相干长度的影响比温度波动要大;波结构函数随着信号波长和湍流各向异性程度的增加而减小,空间相干长度随信号波长和湍流各向异性程度的增加而增大。 3.通过强湍流区域的平面波复相位结构函数和空间相干长度的理论模型,完成了对XLW在弱到强湍流海水中波长分布谱模型以及GBGV的接收概率和误码率模型的数值研究。得出结论:(1)XLW的波长分布谱随湍流强度、湍流外尺度、传输距离的增大而减小,随着温盐比、信号波长和光谱锥角的增大而增大。波长分布谱随延迟时间和轨道角动量拓扑荷的增加而减小。(2)低阶轨道角动量拓扑荷的GBGV的光学系统具有更低的误码率。在强湍流区域,两者系统带来的误码率都随着内尺度的增大而增大。在闪烁饱和区域,GBGV的光系统的误码率出现饱和现象。

关键词： 天然气   氢气   氨气   层流火焰速度   反应动力学分析  

摘要： 天然气作为当下社会发展过程中的一种主要能源,有着高效、低碳的属性。在双碳背景下,天然气的低碳优势更为凸显。同时,在过去的几十年中,氢能作为一种清洁、高效、多用途的能源载体,有望成为传统化石燃料和可再生能源之间相互连接的桥梁。然而,氢气的特性也会相应地带来一系列安全、储存和运输方面的问题。天然气可以缓解氢气带来的风险,因此,探索氢气/天然气混合物在实际应用条件下的基础燃烧特性就显得至关重要。此外,氨气作为氢载体以及一种新型燃料,具有能量密度高、交通运输方便、制备快速安全等显著优势,在后端制氢、掺混天然气等其他气体燃烧过程中发挥着巨大的潜力,并且在一定的混合比下可以达到与天然气同等层流火焰速度但是有着较低碳排放的氨替代燃料混合物。因此掺氢掺氨天然气等混合燃料燃烧的广阔应用前景将有助于实现“双碳”目标。 本文通过优化后的热流量炉测速系统获得一维平面无拉伸火焰,使用Chemkin开展反应动力学研究,通过实验测量与模拟计算相结合的手段,对真实组分天然气的大比例掺氢、掺氢掺氨混合燃烧的层流火焰进行了研究。针对大比例氢气/天然气混燃火焰,测量其层流火焰速度,观察其火焰行为,系统分析当量比、不同掺氢比、不同烷烃比对火焰速度及稳定性的影响。在使用Chemkin软件中的PREMIX模块对火焰进行模拟分析时,主要研究燃烧火焰中关键自由基摩尔分数及分布、绝热火焰温度、自由基生成速率以及敏感性分析。结论表明,层流火焰速度与GRI 3.0和San Diego机理的模拟吻合较好。大量氢气混燃使得燃烧稳定性减弱,产生火焰跳动以及不规则的火焰形状。氢气的添加使得层流火焰速度增加,并且其增强效应在当量比=1.4时达到峰值。中间产物自由基的最大摩尔分数主要集中在火焰的上游区域,并且随着氢气组分的提高呈现出上升的趋势。 针对氢气/氨气/天然气混燃火焰,同样采用热流量测速系统分析当量比、不同氨气/氢气比例、不同烷烃比对火焰速度及稳定性的影响,采用Chemkin动力学模拟研究燃烧火焰过程中关键自由基摩尔分数及分布、绝热火焰温度、自由基生成速率以及敏感性分析。结论表明,层流火焰速度与CEU机理的模拟吻合较好,随着掺氨比上升,层流火焰高度下降,贫燃侧火焰出现翘曲,富燃侧外层蓝色火焰亮度降低。氨气的添加使得层流火焰速度下降,并且其削弱效应在当量比=1.2-1.3时达到峰值。含有丙烷组分的天然气混燃有着更高的层流火焰速度和当量比测量范围。随着掺氨比增加,火焰中的H、OH、CH3自由基显著下降,自由基曲线最大值对应的当量比向化学当量比附近移动。这些自由基的最大摩尔分数主要集中在火焰的中下游区域,并且随着掺氨比的上升呈逐渐向下游蔓延。H与OH自由基生成速率的主要区域逐渐向火焰下游移动,反应区域变宽。

摘要： The purpose of this study is to develop a test method to non-invasively measure the development of subclinical atherosclerosis through acoustic sound wave analysis. This test method involves the manufacturing and use of silicone arteries with varying relative roughness values in their inner diameters to mimic arterial plaque buildup, a flow model, and a physiological microphone. A flow model that can generate both steady and oscillatory flow to mimic the pulsatile flow of a heartbeat was developed to successfully test and analyze fluid flow through the varying arteries. The first finding in this study was that confocal microscopy is an effective method is quantifying the surface roughness of the inner diameter the silicone artery phantoms. Results of this study found that the surface roughness of the arteries reflects the increase of surface roughness hypothesized when manufacturing the artery molds. The gravitational flow model experimental design proved to be effective in collecting steady flow data that was used to verify the experimental relative roughness and friction factor values. Additionally, the results indicated that pressure drop and friction factor (both experimental and theoretical) increased as the surface roughness of the artery increased. Furthermore, the pulsatile flow model was unsuccessful in generating a consistent frequency that was greater than 2.0 Hz. Because of this, many of the Womersley’s numbers remained undefined or frequency dependent. No concrete conclusions can be drawn regarding the relationship between Womersley’s number and surface roughness during pulsatile flow. A key finding in this study was that the signal power of an FFT of the audio data vs. relative roughness for both steady and pulsatile flow conditions experienced a slightly positive linear association. Meaning that there could be a relationship between the increase of surface roughness and the increase of signal power in an FFT of the audio data. Based on the findings in

摘要： 综观2024年江苏高考物理试卷，其体现了教育部关于深化高考综合改革的指导思想及高考命题要求，既注重必备知识、关键能力和学科素养的考查，又充分考虑了中学物理教学的实际。试题创设情境合理，强调理论联系实际，促进了教考衔接，有助于推动高中育人方式的改革、学生核心素养的提升以及素质教育的发展。一、2024年江苏高考物理试卷特点分析本试卷延续了近几年江苏高考物理试卷的特点：回归基础、强化能力、柔和大气。整份试卷试题表述简洁，文字阅读量不大，没有复杂运算；注重与生活实际情境的结合和联系，但又不一味地为了情境而情境，情境创设自然、真实、亲切、有内涵。中等及以上难度的试题强调物理模型构建和分析，强调学生对图像信息的读取和加工，全卷共有15幅图，其中情境图和物理示意图14个，物理图像1个，较好地体现了“三个注意事项”。

关键词： 稀疏谱   星敏感器   大气湍流   质心提取   液晶空间光调制器  

摘要： 星敏感器作为航天领域中重要的测量设备,对其星点位置的测量精度要求极高,因此需要进行地面标定。星敏感器在地面观星时会存在大气湍流的干扰,星点在大气湍流的影响下成像会来回抖动飘忽不定,星点发射的平面光波受到干扰而产生波前的畸变。在进行曝光后,原本较小的星点有可能扩散成一个形状不定且变化较大的光斑,进而影响星敏感器的地面标定精度。因此,星模拟器作为星敏感器的地面标定设备,研究和分析大气湍流对星模拟器的星点模拟造成的影响,以提高星敏感器地面校准的精度,具有一定的理论价值和实际意义。 针对大气湍流对星点造成影响的问题,本文提出了静态无穷远目标大气湍流波前模拟系统的总体方案,通过将大气湍流信息加载到液晶空间光调制器中,使得光束相位发生改变,从而实现模拟湍流对星点的影响效果。其中为了实现高质量的星点模拟,通过ZEMAX软件优化设计出了高成像质量的准直光学系统,实现了高质量的星点模拟,将位置准确、成像清晰的单星星图以平行光的方式投射。设计结果表明:MTF在96 lp/mm处大于0.7且接近衍射极限,全视场范围内畸变小于0.0081%,85%的能量高度集中于半径4μm内,准直光学系统成像质量良好。 本文采用稀疏谱的方法模拟大气湍流相位屏,解决了传统方法生成相位屏周期性问题。稀疏谱方法不仅可以生成任意大小的非周期性相位屏,还保留了与大气湍流相关的尺度参数且计算量小。经典的FFT方法在低频处误差可达23%,次谐波方法可达17%,根据稀疏谱方法得出模拟的大气湍流相位屏的结构函数的相位差均值为6.8%,弥补了传统Zernike多项式在高频成分不足和功率谱方法在低频成分不足的情况。 为了研究不同湍流效应对于光斑质心提取的影响程度,本文以黑夜为背景模拟星图图像,用二维高斯分布函数近似表示星点,从湍流效应强弱、光束传输距离、外尺度等三个方面进行分析。结果表明对于不同大气相干长度,在弱湍流、中湍流和强湍流情况下,平均漂移量方差分别为7.620×10-8 m、1.745×10-7 m、2.188×10-7 m。随着湍流效应的增强、光束传输距离的增大、外尺度的逐渐增大都会导致光斑质心漂移情况越来越严重。

关键词： 智能井   井下参数测量   地层流体控制阀  

摘要： 全电动智能井系统可以实时监测地层油气藏动态,可对地层流体进行实时动态的控制和调节,从而实现油气藏的有选择、有控制的开采,对提高油气藏的开采效率和采收率具有重要意义。考虑到油气生产过程中5 1/2''井眼数量众多,研制一种能在这样的小井眼中下入的全电动智能井井下流体控制装置,其应用前景广阔。 本文针对小井眼的井下空间限制,采用电机驱动的同心滑套结构形式,设计了一种最大外径不大于114 mm全电动地层流体控制阀,以确保其能在5 1/2''的小井眼中下入。 按照井下压力、温度、含水率、滑套位移与井筒流量等井下参数的测量要求,选定了适应井下工作环境要求的传感器,设计了相应的测量信号处理电路和主控模块接口电路,开发了相应的功能软件。对测量模块的性能测试表明其测量误差能满足测量精度要求。 按照地面监控平台对井下参数测量数据采集的工程需要,以单芯电缆作为传输媒介、基于RS485串行通信协议,提出了地面监控平台至井下测量模块的通信系统方案,设计了井下测量模块的RS485接口电路,并完成了地面监控平台的软件设计。 对井下测量模块、电机驱动模块、单芯电缆通信电路与地面监控平台组成的全电动智能井系统进行了系统集成与机械适配,形成了原理样机。对样机的测试结果表明:地面监控平台可以实时获得井下参数测量数据,井下驱动电机运转正常、位置控制准确,样机实现了“测量”、“控制”、“传输”的系统功能,达成了预期设计目标。 这些研究工作和阶段性成果可以为全电动智能井系统的工程化研究和应用推广提供有益参考。