中国科学院大学学报

石耀霖, 程惠红, 黄禄渊, 任天翔

2020, 37 (2): 145-154. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2020.02.001

摘要 ( 492 ) HTML ( ) PDF (5018KB) ( 2174 )

新冠肺炎COVID-19的爆发并在全国及世界范围内的扩散传播造成了巨大社会影响，研究流行病传播动力学特征有助于更好地对疫情进行掌控和防治。我们发展了一种离散变量随机概率方法，对湖北省疫情发展进行模拟和预测。首先根据排队论的Erlang概率分布对每日确诊人数进行处理，获得每日发病人数和感染人数。计算结果与中国疾病预防控制中心（CDC）已经整理公开的部分资料比较吻合，证明处理方法科学可信。进而依据每日发病人数，反演疫情发展不同阶段的有效传染率的变化，并据此预测未来疫情可能怎样发展。发现疫情初期基本传染数R₀从6.1减少到4.0，在武汉采取封城等有效措施后，有效R值减少到1之下，并逐步降低到0.13以下。发病高峰已经在2月初度过，目前虽然不排除疫情会有小的起伏，但只要坚持严格的隔离管控措施，总的趋势就不会变化。预期疫情在3月底前后结束，累计患病人数达到71000人左右。春节后回程的农民工和学生诱发大的疫情回弹可能性不大。但是世界上一些国家正处在疫情可能爆发的阶段，国家应该对入境人员做好检查和隔离管控工作。

Marcinkiewicz积分交换子在变指标Herz型空间上的连续性

王洪彬

2020, 37 (2): 155-161. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2020.02.002

摘要 ( 256 ) HTML ( ) PDF (927KB) ( 565 )

研究由带粗糙核的Marcinkiewicz积分算子μ_Ω和Lipschitz函数b生成的交换子[b，μ_Ω]在变指标Herz型空间上的连续性，其中Ω∈L^s（S^n-1）且s ≥ 1.

基于MIP-SLA的叶片陶瓷型芯光固化成型技术

王瑞昌, 蒋睿嵩, 明新国

2020, 37 (2): 162-168. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2020.02.003

摘要 ( 305 ) HTML ( ) PDF (2911KB) ( 600 )

为解决航空发动机空心涡轮叶片陶瓷型芯的3D打印难题，研究基于图像投影的复杂结构陶瓷型芯光固化成型（mask-image projection stereolithography，MIP-SLA）方法。搭建MIP-SLA工艺系统平台，对陶瓷浆料的制备和打印工艺参数的配置进行研究。分析利用球磨机将光敏树脂和陶瓷颗粒进行混合制备陶瓷浆料时，光敏树脂类型、固相含量、陶瓷颗粒粒径、分散剂含量和球磨时间对陶瓷浆料性能的影响。对不同配置参数下的打印效果进行对比分析，对确定的最佳打印工艺参数进行打印效果验证。

基于卷积神经网络与主动学习的高光谱图像分类

宋晗, 杨炜暾, 耿修瑞, 赵永超

2020, 37 (2): 169-176. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2020.02.004

摘要 ( 588 ) HTML ( ) PDF (18769KB) ( 1218 )

在利用主动学习方法进行高光谱图像分类时，往往存在空-谱特征不能得到有效利用和样本需要进行手动标注的问题。针对这些问题，提出一种结合卷积神经网络的主动学习方法进行高光谱图像分类。该方法首先提取像素的空间邻域组成训练样本，通过卷积神经网络对样本的空间特征和光谱特征进行学习并对数据进行初步分类；然后，基于高光谱图像的空间相似性和光谱相似性，对无标注样本进行标注，并将其加入标注训练集以提高分类器的分类精度。在Salinas、PaviaU和Indian Pines这3个高光谱数据上的实验结果表明，该方法能在较少标注样本的情况下，有效提高高光谱图像的分类精度。

铜基底特殊润湿性网膜的油水分离性能

袁甲, 崔晨乙, 赵龙, 齐宝金, 魏进家

2020, 37 (2): 177-185. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2020.02.005

摘要 ( 290 ) HTML ( ) PDF (10190KB) ( 586 )

为研究特殊润湿性网膜材料的油水分离特性，通过原位置换和氧化修饰方法，以铜网为基底分别制备Ag和Cu（OH）₂微纳米结构的超亲水/水下超疏油网膜。实验对比分析两种网膜油水分离效率、膜通量和稳定性等指标，着重研究微观结构、表面润湿性、入侵压力及介质酸碱性等因素对网膜分离性能的影响。结果表明：两种网膜对柴油、汽油等单油相和多组分混合油相的油水混合物的分离效率均达到99%以上。由于两种网膜的微观结构不同，Ag微纳米结构网膜分离效率略优于Cu（OH）₂结构网膜，但Cu（OH）₂微纳米结构网膜能够承受的入侵压力更大，且其膜通量更优。两种网膜都具有较优异的耐强碱和非氧化性酸性能。此外，两种网膜在清洗后能重复使用10次以上而效率没有明显降低，并且长期放置后两种网膜分离效率没有明显的降低。总之，这两种网膜无论是在分离效率、介质适应性，还是在重复性、耐久性等方面都具有各自明显优势，应用前景广阔。

球床式高温气冷堆堆芯三维建模及稳态热工水力分析

张双宝, 李良星, 谢伟, 王凯琳

2020, 37 (2): 186-191. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2020.02.006

摘要 ( 398 ) HTML ( ) PDF (12913KB) ( 727 )

准确可靠的反应堆热工水力分析对球床模块式高温气冷堆的设计及安全运行具有重要意义。基于氦气冷却剂在高温气冷堆堆芯的流动和传热进程，利用CFD软件构建高温气冷堆堆芯的三维耦合模型，模拟计算额定工况下氦气冷却剂在堆芯内的流动和传热过程，并将计算结果与使用THERMIX软件的计算结果进行对比。结果表明：在额定工况下三维模型的稳态计算结果与THERMIX计算数据吻合，相对误差小于1%，三维模型可用于模拟堆芯的冷却剂温度分布情况。研究结果可为后续开展高温气冷堆的堆芯旁流等复杂热工水力现象的分析奠定基础。

伴随原位开窗的胸主动脉腔内修复术后血液两相流动数值模拟

乔永辉, 罗坤, 樊建人, 毛乐, 竺挺

2020, 37 (2): 192-197. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2020.02.007

摘要 ( 275 ) HTML ( ) PDF (13681KB) ( 429 )

胸主动脉夹层是一种严重危及人类健康的心血管疾病，临床上的主要治疗方式为胸腔内修复术（TEVAR）。结合开窗技术的TEVAR（ISF-TEVAR）可用于治疗累及主动脉弓及其弓上分支血管的复杂病例。对一例主动脉夹层建立ISF-TEVAR术后的主动脉模型，开展血液两相流动数值模拟。通过考察血流动力学参数，定量探究ISF-TEVAR手术疗效；同时通过虚拟手术，缩短开窗支架在主动脉弓部的伸出长度，分别构建"半伸出"和"无伸出"两例术后模型，对比探究开窗支架的伸出长度对术后血液流动的影响。结果表明，开窗支架伸出段对血液动力学参数有显著影响，适当缩短伸出段长度有助于提升手术疗效。

颗粒与壁面间滚动摩擦对进料装置颗粒流动特性的影响

邰曈, 王彪, 唐天琪, 何玉荣

2020, 37 (2): 198-203. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2020.02.008

摘要 ( 255 ) HTML ( ) PDF (5639KB) ( 540 )

3D打印是一种革命性的数字化生产模式。针对应用于熔融沉积成型打印机进料的一种螺杆挤出装置，基于离散单元法分别对3种颗粒（聚乳酸、聚丙烯和聚氨酯）的输运过程进行数值模拟，研究颗粒与壁面间滚动摩擦系数对输运段出口颗粒流动特性的影响。模拟结果表明，随着滚动摩擦系数的增大，3种颗粒的出口质量流量和速度均匀性均减小；3种颗粒总转矩随着滚动摩擦系数的增大而增大，滚动摩擦及接触力引起的转矩随滚动摩擦系数的变化趋势与总转矩一致。该研究成果对3D打印进料方式的优化与进料颗粒的选择具有一定参考价值。

振动辅助纳米颗粒聚团流化实验研究

赵之端, 刘道银, 马吉亮, 陈晓平

2020, 37 (2): 204-209. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2020.02.009

摘要 ( 276 ) HTML ( ) PDF (5876KB) ( 529 )

在内径40 mm的流化床实验台上，研究SiO₂、Al₂O₃和TiO₂ 3种纳米颗粒在振动辅助流化时不同振幅、频率下的流化特性，比较振动对不同黏性纳米颗粒流化的改善程度及原因。结果表明，在无振动条件下，SiO₂纳米颗粒达到稳定状态时表现为散式流态化；Al₂O₃和TiO₂纳米颗粒在流化床底部形成较大的聚团，导致明显的流化分层现象。在振动条件下，SiO₂纳米颗粒的临界流化速度降低，床层膨胀高度随着振幅和频率的增加而降低；而对于Al₂O₃和TiO₂颗粒，随着振幅和频率的增加，临界流化速度降低，床层膨胀高度增加，流化床底部的聚团尺寸减小，但当频率和振幅较低时，振动对其流化行为无明显改善。振动强化了纳米颗粒聚团的碰撞，具有促进聚团破碎和密实化的双重作用。针对不同黏性的纳米颗粒，若要达到最优的流化质量，需要探索不同的振动参数。

加压喷动流化床煤快速热解的三维数值模拟

周冠文, 钟文琪, YU Aibing

2020, 37 (2): 210-219. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2020.02.010

摘要 ( 319 ) HTML ( ) PDF (19366KB) ( 323 )

对处理量为50 kg/h的中试尺度喷动流化床反应器内加压煤快速热解过程进行数值模拟。研究反应器高度、煤进料口位置等结构参数以及不同压力（0.1、0.3和0.5 MPa）、射流风与流化风比值（0.2、0.3和0.4）和粒径（0~3和0~6 mm）等操作参数的影响规律。结果表明：升高压力，煤与半焦混合程度降低，煤气产率提高；流化风量Q_f不变，随射流风量Q_s增加，气固流动更剧烈，颗粒温度分布更加均匀，顶部出口颗量增加；增大粒径虽可降低挥发分出口的颗粒量，但不利于煤与半焦混合。

煤粉颗粒静电生成的实验研究

房佳, 赵彦琳, 姚军, WANG Chi-Hwa

2020, 37 (2): 220-227. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2020.02.011

摘要 ( 284 ) HTML ( ) PDF (18134KB) ( 400 )

煤粉颗粒广泛应用于采矿、能源等气固两相传输行业中。在工作过程中，煤粉颗粒之间及颗粒与壁面之间的碰撞与摩擦会产生静电，若不及时放电，会在工作系统中逐渐积累，给安全生产带来很多问题，如煤粉颗粒结团、堵塞和爆炸等危害。此外，气固两相流中煤粉颗粒带电会导致一系列测量问题，严重影响测量精度，甚至损坏仪器等。基于已有单颗粒静电生成的测量实验系统，研究三角形煤粉颗粒的各个因素对静电生成的影响，对诸因素进行比较分析，发现颗粒的长宽比、面积、前冲角、相对湿度及表面粗糙度均对静电有较大的影响，总结煤粉单颗粒静电生成机理及影响因素。

超高含水原油混合流动及初始沉积特性

邢晓凯, 吕朝旭, 刘珈铨

2020, 37 (2): 228-233. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2020.02.012

摘要 ( 253 ) HTML ( ) PDF (8958KB) ( 376 )

使用自行设计的实验装置，对超高含水原油的流动特性和初始沉积过程进行探究。系统研究实验温度、混合流速和体积含水率对超高含水原油初始沉积过程的影响，分析不同温度下原油的运动形态和初始沉积方式。初始沉积过程可分为蔓延沉积过程和粘连沉积过程，根据沉积特点和压降曲线的变化趋势将初始沉积过程分为3个阶段：沉积诱导期、快速沉积期和沉积动态平衡期。通过对沉积物碳数分布的分析，得知超高含水原油初始沉积过程中，同时存在剪切剥离作用、胶凝作用和分子扩散作用。实验温度和体积含水率主要通过改变胶凝作用和分子扩散来影响初始沉积过程，混合流速通过改变剪切剥离强度来影响初始沉积过程。

基于高斯回归预测的超声成像高分辨率重建

刘皓, 谭超, 董峰

2020, 37 (2): 234-241. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2020.02.013

摘要 ( 263 ) HTML ( ) PDF (5132KB) ( 691 )

油水两相流过程的可视化检测对多相流研究与石油和化工等工业生产具有重要意义。超声层析成像技术具有非侵入、无辐射、安装方便等优点，在油水两相流检测中有很好的应用前景。针对超声层析成像实现低对比度声学特性的油、水两相介质分布重建问题，提出一种高分辨率图像重建方法。该方法通过构建基于阶段奇异值分解的降维同步代数重建算法，在保证重建精度的同时提高重建速度，并采用高斯回归模型将低分辨率的重建结果转化为高分辨率图像。仿真模拟测试结果表明，该算法重建图像误差小、分辨率较高，能满足实时成像要求。

自适应阈值收缩算子的稀疏正则化图像重建算法

张胜男, 许燕斌, 董峰

2020, 37 (2): 242-247. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2020.02.014

摘要 ( 325 ) HTML ( ) PDF (5149KB) ( 686 )

针对图像重建中采用稀疏正则化算法时，阈值收缩算子的阈值参数难以选取的问题，提出一种采用自适应阈值收缩算子的稀疏正则化算法。该算法收缩算子的阈值参数在迭代求解过程中根据解的稀疏度进行更新；同时在该算子中引入权重系数，研究阈值算子的衰减特性对图像重建质量的影响；并将该算法应用于电学层析成像的仿真和实验图像重建。结果表明：与传统的稀疏正则化算法相比，使用具有衰减特性的阈值收缩算子的稀疏正则化算法重建图像的性能指标有所提高。当被测物场的内含物分布较为简单时，采用较大的权重系数；当被测物场的内含物分布相对复杂时，使用较小的权重系数，有利于提高重建图像的质量。

单颗粒多孔MgO吸附剂CO₂吸附流动传输的格子Boltzmann方法模拟

刘波, 丁玉栋, 廖强, 朱恂, 王宏

2020, 37 (2): 248-254. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2020.02.015

摘要 ( 276 ) HTML ( ) PDF (7329KB) ( 473 )

应用格子Boltzmann方法对MgO颗粒CO₂吸附过程流动与传输特性进行模拟。基于二级反应动力学模型，研究孔隙率和粒径对颗粒内渗流速度、CO₂浓度、CO₂吸附速率和MgO颗粒固体转化率的影响。结果表明：沿流动方向颗粒内CO₂浓度与颗粒转化率逐渐递减；在相同时间下，颗粒粒径越大，颗粒内渗流速度和CO₂浓度越低，转化率和吸附速率越低；相同粒径和相同时间下，孔隙率越大，CO₂浓度和MgO固体转化率越高，平均吸附速率越快。

液滴撞击凹凸槽道表面液膜的动态演变

周鑫, 王宏, 朱恂, 陈蓉, 廖强, 丁玉栋

2020, 37 (2): 255-262. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2020.02.016

摘要 ( 283 ) HTML ( ) PDF (5402KB) ( 649 )

为研究固体表面结构对液滴撞击液膜后演变行为的影响规律，采用CLSVOF方法模拟液滴撞击不同尺寸槽道上的表面液膜的流动过程，获得不同槽道高度和宽度时液滴撞击液膜后的演变行为，探索撞击速度、液膜黏度和表面张力对撞击后液膜铺展行为、水花飞溅高度和二次液滴形成的影响。结果表明，槽道结构对液滴撞击液膜后的动态行为具有显著影响，随着槽道高度的增加，冠状水花厚度越薄，越容易产生二次液滴；随着液膜黏度的增大，则抑制冠状水花形成与二次液滴的产生；液膜表面张力减小时，射流更加明显，二次液滴数更多，飞溅现象提前，冠状水花消失时间延后。

气泡脱离基板规律的数值模拟

肖翾, 马杨, 沈阳, 程永攀, 徐进良

2020, 37 (2): 263-267. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2020.02.017

摘要 ( 273 ) HTML ( ) PDF (3376KB) ( 567 )

气泡从基板上脱离的运动规律，对于研究核态沸腾的机理及相变传热有着重要意义。利用Level Set方法建立二维轴对称非稳态模型对该问题进行数值模拟，获得气泡在浮力、黏性力、惯性力与表面张力共同作用下的运动规律，分析不同Re数、Bo数和表面润湿性对气泡脱离基板规律的影响，并获得气泡从基板脱离时的临界参数。结果发现，当Re数增大，气泡上升的惯性力就增大，气泡越容易脱离；当Bo数增加，气泡会从完全脱离转变为部分脱离；随着表面润湿性的降低，气泡与基板的接触面积增大，气泡与基板及附近液体的作用力就增大，越难以脱离。

基于激光吸收光谱技术的水平管外降膜蒸发过程

乔文佑, 蒋永, 杨荟楠, 李凌, 苏明旭, 蔡小舒

2020, 37 (2): 268-273. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2020.02.018

摘要 ( 283 ) HTML ( ) PDF (2968KB) ( 570 )

液膜流动现象广泛地存在于各种工业过程中，液膜流动过程中各参数高精度测量对于理解相关过程及其传热机理至关重要。基于激光吸收光谱技术研究水平管外降膜蒸发过程中液膜厚度变化，通过测量管壁和液膜温度计算出液膜传热系数，对不同喷淋密度（0.16/0.24/0.32 kg/（m·s））和管内热水进口温度（40/50/60℃）下液膜厚度及传热系数的变化进行分析。结果表明，液膜平均厚度和传热系数随喷淋密度的增大而增大。当管内热水进口温度恒定时，随着喷淋密度的增大，传热系数随厚度的增大而增大；当液膜喷淋密度恒定时，随着管内热水进口温度的增大，厚度基本不变，传热系数增大。

油相中荷电液滴变形和破碎特性的实验研究

王东保, 王军锋, 霍元平, 刘海龙, 王晓英

2020, 37 (2): 274-280. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2020.02.019

摘要 ( 267 ) HTML ( ) PDF (5502KB) ( 604 )

基于显微高速数码摄像技术对不相溶醇油体系中醇相荷电液滴的破碎行为演变过程进行可视化研究。精确捕捉不同场强下荷电液滴在油相中的显微形貌特征，得到荷电液滴在不同工况下的变形破碎过程和演变细节，探究荷电液滴在不同破碎模式下的形成机理。定量分析荷电液滴尺寸与电压和流量的关系，得到液滴粒径累计分布规律和液滴粒径分布的Rosin-Rammler函数。研究结果表明，随电场强度增加，液滴尺寸迅速下降，粒径分布均匀性提高。电场使相间作用效果明显增强。

纳米流体液滴撞击固体壁面的实验和模拟研究

王睿, 沈学峰, 霍元平, 王军锋, 郑诺, 刘海龙

2020, 37 (2): 281-287. DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2020.02.020

摘要 ( 353 ) HTML ( ) PDF (5063KB) ( 928 )

液滴撞击固体壁面现象常见于动力机械、喷雾冷却和薄膜材料沉积制备等工业生产中。将石墨烯和碳纳米管作为分散颗粒，应用超声波分散技术制备均匀性与稳定性良好的树脂基纳米流体。利用高速摄像技术，研究纳米流体液滴撞击固体壁面的动力学行为。基于有限元法，通过修正的幂律黏度模型耦合纳米流体的剪切变稀特性，采用水平集方法捕捉相界面的移动，建立纳米流体液滴撞击固体壁面的数值模型。模拟结果与实验结果较好一致，验证了数值模型的正确性与准确性。研究发现实验配制的纳米流体表现出非牛顿剪切变稀特性，纳米颗粒的加入抑制了液滴撞击固体壁面过程中的铺展和回缩行为。随着幂律指数m的减小，液滴撞击固体壁面后的铺展范围变大。随着表面张力的增大，液滴的无量纲直径在铺展阶段无明显变化，但在回缩阶段逐渐减小。

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