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期刊信息/Journal information
清华大学学报（自然科学版）
清华大学学报（自然科学版）

梁恩忠

月刊

1000-0054

xuebaost@tsinghua.edn.cn

010-62788108,62792976

100084

北京市海淀区清华园清华大学

清华大学学报（自然科学版）/Journal Journal of Tsinghua University(Science and Technology)CSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊为科学技术综合性学术刊物。反映清华大学自然科学与技术领域基础研究和实验研究方面的科研成果，推动国内外学术交流。主要栏目有工程力学、电机工程、机械工程、能源技术、信息科学、材料科学、基础理论等。主要读者对象是高等学校和科研单位的科研工作者、教师和研究生。
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    灌区对塔里木盆地西部极端暴雨的影响

    刘家辉倪广恒
    259-270页
    查看更多>>摘要：塔里木盆地灌区支撑着当地的经济和社会发展,而近年来盆地内部的暴雨事件严重威胁人民群众的生命财产安全.该文通过中尺度气象模式(WRF)设置有无灌区的对比模拟实验,以2021年6月15日盆地西部的暴雨("6·15"暴雨)为例,发现灌区使暴雨强度增加,并揭示了灌区对暴雨水汽输送过程和暴雨形成的影响机制.结果表明:由偏东急流引起的大量水汽向盆地西部输送是"6·15"暴雨形成的主要原因;灌区对水汽输送的阻挡作用使输送区域至暴雨区域的水汽增加,且灌区和山区地形的共同影响使水汽抬升作用增强,导致更多水汽在暴雨落区集中,使暴雨雨量增加.

    塔里木盆地灌区极端暴雨水汽输送

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    基于Kalman滤波的供水管网水力模型用水量动态估计

    吴珊吴雨晨侯本伟韩宏泉...
    271-281页
    查看更多>>摘要：节点用水量的动态估计是供水管网水力模型动态更新的主要工作,以扩展Kalman滤波(EKF)为代表的数据同化方法已被应用于管网水力模型参数动态校核和估计中,但现有研究未考虑用户节点24h用水模式对节点用水量估计的影响.该文研究了节点用水模式先验信息对EKF方法节点用水量动态估计结果的影响.根据用户24 h的用水模式和t时刻用水量估计值预测t+1时刻节点用水量,并采用t+1时刻管网测量数据校正t+1时刻节点用水量预测值.案例管网的应用结果表明:与现有研究中应用的EKF方法相比,考虑用水模式的扩展Kalman滤波(IEKF)方法对应的用水量估计平均绝对百分比误差降低了 15.93％,节点用水量时变曲线的Nash-Sutcliffe效率(NSE)系数值提高了 0.40,且2种方法的计算时间相近;与推断测量Kalman滤波(IMKF)相比,IEKF方法对应的用水量估计平均绝对百分比误差降低了 12.20％,节点用水量时变曲线的NSE系数值提高了 0.35,计算时间缩短了 99.8％.在节点用水量估计问题中,考虑用水模式可以显著提高EKF方法的计算精度.

    供水管网模型校核用水量估计用水模式扩展Kalman滤波(EKF)

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    北京市污水处理系统温室气体排放及未来预测

    王明何国华窦鹏秦长海...
    282-293页
    查看更多>>摘要：污水处理系统作为重要的温室气体排放源,其低碳运行受到国内外学者广泛关注.该文基于北京市污水处理流程,构建了污水处理系统温室气体排放核算体系,对2010-2020年全市污水处理系统的温室气体排放规模进行核算,并预测了2035年不同情景下的温室气体排放特征.结果表明:2010-2020年北京市污水处理系统排放的温室气体总量明显上升,年均增幅达6.03％;污水处理是温室气体排放最多的环节,其直接和间接排放的温室气体总量占整个系统的51.27％;不同处理标准和处理工艺的排放强度差异明显,北京地方标准的排放强度大于国家标准,处理能力较高的膜生物反应器(MBR)工艺排放强度是目前普遍使用的厌氧-缺氧-好氧(AAO)工艺的1.77倍;在基准情景、高标准出水情景、低碳排放情景下,2035年北京市污水处理系统的温室气体排放量均会增加,其中低碳情景的增幅最小,但投资和占地面积分别需要多增加49.95亿元和192万m2.基于该研究结果,从源头、过程和终端3个方面提出了相应温室气体减排建议.

    温室气体污水处理系统情景预测北京

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    基于多角度投影方法的砂土颗粒三维形态表征

    谢维强张晓平刘晓丽周小雄...
    294-302页
    查看更多>>摘要：砂土颗粒的形态学特征(尺寸和形状)对于评估砂土材料的力学特性至关重要,因此准确地量化其三维形态学特征是研究砂土材料力学特性的前提工作.相比三维测试(表征)方法,二维测试(表征)方法具有测试方式多、程序简单、成本低等优点.为研究二维图像对砂土颗粒三维形态的表征,利用三维激光扫描技术获取砂土颗粒的三维点云数据;然后利用计算机算法重构砂粒的三维模型,准确快速地自动提取砂粒的三维形态特征;借助算法获取了随机单一投影法、最大最小投影面积法(选自1 000张投影)和三正交方向投影法下的砂粒二维形态参数;分析了二维参数与三维参数之间的相关关系,提出了基于砂土颗粒二维形态特征表征三维形态特征的可靠方法.结果表明,砂土颗粒的三维尺寸(长、宽、厚)可使用相应的二维尺寸估算(线性拟合系数R2=0.735～0.994);3种投影方法中,最大最小投影面积法和三正交方向投影法可准确地估算砂土颗粒的三维形态,为砂土材料的快速定量化表征提供了实用方法.

    砂土颗粒形态特征三维激光扫描二维投影数字图像处理

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    基于文献计量学的土壤盐渍化研究动态定量综述

    王忠静于蘇越许兴
    303-317页
    查看更多>>摘要：土壤盐渍化研究纷繁复杂,传统的文献综述方法因主观性强较难全面准确把握学科动态.该文引人文献计量学,提出了 一种学科方向研究动态的定量综述方法;基于WoS(Web of Science)和中国知网(China National Knowledge Infrastructure,CNKI)数据库近30 a 土壤盐渍化及盐碱地治理与利用的相关文献,定量综述了该学科领域研究动态和发展趋势.结果表明,国内外土壤盐渍化研究呈上升趋势,但总体上处于研究的初始阶段,仍有很大发展空间;中国、美国、印度、澳大利亚等国在土壤盐渍化及盐碱地改良与利用研究上贡献突出,中国学者发表论文数量最多,是土壤盐渍化研究的主力;核心作者间合作密切,但跨背景、跨机构、跨国家的合作仍然较少;研究热点已从上世纪90年代的灌溉排水与盐碱地改良,转移到当前的土壤植物盐分互作机制及耐盐植物培育、土壤水盐调控机制与优化控制技术、盐渍土改良剂研发技术及其规模化应用、盐碱地遥感监测与盐渍化影响评价等方向,代表着土壤盐渍化及盐碱地治理与利用研究从排水改良为主向综合利用延伸的发展趋势.

    土壤盐渍化盐碱地治理与利用文献计量定量综述

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    发汗冷却技术在飞行器上的应用及展望

    陈忠灿张凯李枫赵月...
    318-336页
    查看更多>>摘要：随着高焓、长时间热环境下飞行器热防护技术需求提升,新型空天飞行器亟待发展更高效的热防护技术.发汗冷却技术具有防热效率高、不改变结构雏形等优点,应用前景广阔.该文探讨了发汗冷却技术应用于飞行器热防护的优势和挑战,从性能评估快速计算、流动传热数值仿真、冷却机理与性能考核实验、效能最优控制算法和应用结构型式优化等方面进行了综述,总结了发汗冷却技术的研究现状和最新进展,分析了当前研究存在的问题,并给出了建议.系统复杂、冷却剂输运不均、工作过程不易稳定控制和建立高精度预测模型难度大是发汗冷却技术用于飞行器热防护时存在的难点.现有研究存在预测模型适用范围有限与准确度较低、实验测量手段单一、控制策略难以实现系统最优和新型结构方法缺乏工程细化方案等不足.微/介观尺度精细化数值计算模型、先进可视化实验测试手段、快速响应精确控制策略、自驱动与 自适应结构工程化方案和主被动组合式热防护是后续研究的重点方向.

    发汗冷却技术主动热防护飞行器多孔介质

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    蛇形管内燃油变物性流动换热特性数值模拟

    李玉王相钦闵敬春
    337-345页
    查看更多>>摘要：蛇形管空油换热器可用于航空发动机的冷却,该文通过数值模拟研究了蛇形管内航空煤油的流动换热特性,分析了燃油入口流速、管壁温及蛇形管直管段长度对流动换热的影响,对比了直管段与弯管段、常物性与变物性下流动换热特性的差异.综合考虑换热器的紧凑度及燃油流过换热器时可能发生结焦,蛇形管内径取值2.0 mm,另外燃油流过蛇形管时被加热,温度可以升高数百摄氏度,燃油物性将会产生剧烈变化,因此本研究特别关注蛇形细管内燃油的变物性流动换热特性.研究结果表明:弯管段的对流换热系数明显高于直管段,但同时弯管段压降也显著增大;变物性的对流换热系数明显高于常物性,而变物性的压损明显低于常物性;变物性时管壁温对流动换热特性的影响较为显著,而直管段长度对流动换热特性的影响相对较弱.

    蛇形管航空煤油变物性流动换热数值模拟

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    基于射流飞控技术的环量控制阶段数值研究

    王睿雯毕殿方黄旭东
    346-357页
    查看更多>>摘要：环量控制技术通过调节射流喷气量实现翼型气动性能的提升,在Coanda效应作用下,翼型环量会发生改变,且尾缘后流场出现分离.目前环量控制的分离位置与射流位置、射流高度及射流强度的关系尚不明确.该文主要研究了 Coanda效应对流场分布及升阻力特性的影响,并对环量控制的不同控制阶段进行了分析.首先,对NACA0012标准翼型进行尾缘修型,改变尾缘曲率和喷口高度等参数,验证环量控制的有效性;其次,在考虑攻角、动量系数、射流速度3个关键参数的情况下,引入Coanda偏转角,揭示了环量控制的Coanda效应的触发及抑制机理;最后,对NACA0012修型翼型和CC-E0020EJ环量控制翼型提出了分离预测思路.针对环量控制技术中2个控制阶段,通过推阻分解法对升力、阻力进行解构,解释了尾缘后流场分离与再附的超临界现象,提出了分离区域的分析方法.结果表明:Coanda偏转角可以作为动量系数与升力系数的物理判据,翼型下表面的压力损失导致超环量阶段的射流效率降低.

    环量控制Coanda效应失速特性射流飞行控制气动增升

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    未知环境下无人机编队智能避障控制方法

    黄号马文卉李家诚方洋旺...
    358-369页
    查看更多>>摘要：为保障固定翼无人机编队在未知障碍环境下的安全飞行,该文针对固定翼无人机编队飞行控制方法展开研究.在深度确定性策略梯度(deep deterministic policy gradient,DDPG)的基础上,引入贪婪选择构建了 Greedy-DDPG算法,训练长机模型实现避障控制;并结合人工势场的方法和领从一致性设计了僚机群避障避碰控制策略,确保僚机能够规避障碍,跟随长机执行飞行任务.数值仿真实验结果显示,Greedy-DDPG算法的训练时长比DDPG算法的缩短了 5.9％,避障的泛化能力得到提升;Monte Carlo仿真实验验证结果显示,该方法具有良好的鲁棒性.采用该方法可实现无人机编队协同飞行,对于保障无人机编队在未知环境中的飞行安全具有重要意义.

    编队控制避障避碰强化学习集中式协同

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    宿主无损光照消毒技术综述

    张婉清苏萍马建设巩马理...
    370-380页
    查看更多>>摘要：细菌、病毒等病原体给人类社会造成巨大危害.化学药剂、热能和紫外线被广泛应用于灭活有害微生物,但这些方法也会对病原体的宿主产生无差别伤害.宿主无损光照消毒技术能够在不损伤宿主细胞的同时灭活病原体,因而受到越来越多的关注.目前主流的宿主无损光照消毒技术包括207～222 nm远紫外线(far-ultraviolet C,far-UVC)、抗菌蓝光(antibacterial blue light)和低功率超短脉冲激光消毒.该文综述了这3种技术的基本原理、研究动态、适用场景和优缺点;对比了宿主无损光照消毒技术与传统紫外线消毒技术的技术特点;从理论模型建立和实际应用2方面提出了宿主无损光照消毒技术的研究展望.宿主无损光照消毒技术将有助于阻止大规模疫情中有害病原体的传播,可为食品保鲜和医疗产品消毒提供一种新方案,具有广阔的应用前景.

    生物光学消毒技术远紫外线抗菌蓝光飞秒激光

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