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期刊信息/Journal information
中国科学（技术科学）
中国科学（技术科学）

严陆光

月刊

1674-7259

technology@scichina.org

010-64016732

100717

北京东黄城根北街16号

中国科学（技术科学）/Journal SCIENTIA SINICA TechnologicaCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>《中国科学》是中国科学院主办、中国科学杂志社出版的自然科学专业性学术刊物。《中国科学》任务是反映中国自然科学各学科中的最新科研成果，以促进国内外的学术交流。《中国科学》以论文形式报道中国基础研究和应用研究方面具有创造性的、高水平的和有重要意义的科研成果。在国际学术界，《中国科学》作为代表中国最高水平的学术刊物也受到高度重视。国际上最具有权威的检索刊物SCI，多年来一直收录《中国科学》的论文。1999年《中国科学》夺得国家期刊奖的第一名。本刊从2009年1月期变更为主要报道技术科学方面的优秀成果，主要学科为材料、机械工程、工程热物理、水利、空间科学、航空、土木工程、核科学与技术、电工、电机、建筑、工程力学等，而不再刊登有关信息科学方面的内容。
正式出版
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    土体热力学性质试验研究进展

    刘红陈怡馨刘汉龙孙增春...
    1-14页
    查看更多>>摘要：浅层地热能是地热资源的一部分,也是在当今技术经济条件下,具备开发利用价值的地球内部的热能资源,且在我国分布广、储量大,再生迅速,利用价值高.利用地源热泵技术,可将浅层地热能中的"冷源"或"热源"引入结构物中,从而调节结构物的温度,达到冬暖夏凉的效果,减少碳排放.已有研究表明,目前我国浅层地热能开发现状是单级浅层地热能开发利用不充分,浅层地热能的多级利用及其与太阳能等其他清洁能源融合开发严重滞后.该种现状主要是目前我国对结构物、土体、结构物与土体接触面之间的热力学性质认识不全所致.本文总结了近年来国内外土体热力学性质的试验研究进展,着重对温控试验的加热机理、不同类型的温控试验过程、温控试验的影响因素等方面的研究进行系统介绍,并对后续土体热力学性质的试验研究趋势进行展望.

    浅层地热能温控试验接触面热力学性质

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    多形态氚的环境行为及辐射评价系统研究进展

    聂保杰陈德仪王亮郑善良...
    15-30页
    查看更多>>摘要：氚是核工业发展中向环境排放的主要放射性核素之一,且随乏燃料后处理厂、聚变堆等系统的实施,涉氚量将大幅度增加,可能会对环境和公众带来一定的辐射影响.氚形态多样、环境行为复杂且易受环境因素影响,需针对性开发评价系统对环境氚水平及公众辐射剂量进行准确评价.本文系统总结了氚基本特点、不同设施涉氚特点及氚环境行为特性,论述了氚辐射环境评价系统研发现状.在我国先进核能与后处理技术蓬勃发展背景下,在多形态氚的多介质环境迁移转化规律掌握、自主化氚辐射环境评价系统开发与验证、氚辐射环境评价标准体系建立等三个方面提出了研究建议.

    核设施氚环境行为氚辐射评价系统

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    宽能域γ成像探测器仿真设计及性能评价

    张济鹏马新华张斌肖雄...
    31-42页
    查看更多>>摘要：康普顿成像是直观感知核辐射的探测技术之一,但因受限于探测器体积和成像事例的类型,能量范围通常为0.3-3 MeV,难以在对天然核素γ成像的基础上同时兼顾能量分布在3～7 MeV的瞬发γ成像应用.覆盖0.3-7 MeV范围的宽能域γ成像是扩展核辐射探测与成像应用领域的重要发展方向之一,基于两次散射的三层探测器结构是一种极具潜力的实现方案,其中探测器的设计与构建是该方案的基础与关键核心.考虑系统成本和扩展灵活性等因素,本文选用硅光电倍增管(SiPM)阵列和钆镓铝石榴石(GAGG∶Ce)阵列作为探测器材料.根据三层探测器的成像事例要求,分析每层探测器内的作用事例类型特征;并基于Geant4蒙特卡罗模拟平台构建包含材料光学参数的仿真模型,通过设置物理过程与两种信息提取方式,对比研究了不同几何参数情形下的探测器位置散点图和探测器内作用事例类型统计结果.根据仿真设计,制备了由像素数为15×15,像素大小为3.2mm×3.2 mm,厚度分别为3和10mm的GAGG阵列和1.25 mm厚度光导组成的两种规格SiPM探测器模块,并基于电子学读出系统评估了探测器模块的性能.结果表明,3 mm厚度的散射探测器与10mm厚度的吸收探测器均可清晰分辨15×15像素上的作用位置,平均峰谷比分别为9.77和11.85;全部像素的662keV平均能量分辨率分别可达7.21％和8.35％,具有较好的位置与能量分辨能力.本文所建立的仿真模型,分析结果以及所研制的探测器模块,为三层探测器系统构建提供了重要依据,并为实现宽能域γ成像奠定了科学技术基础.

    宽能域康普顿成像蒙特卡罗仿真SiPM探测器闪烁体阵列

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    中国2060碳中和能源系统转型路径研究

    罗仕华胡维昊刘雯张真源...
    43-64页
    查看更多>>摘要：面对全球气候持续变暖的压力,我国提出"2030年碳达峰、2060年碳中和"双碳目标,然而,如何在经济增长和碳减排之间的矛盾下实现能源系统碳中和转型将是亟待规划解决的现实问题.本文针对多环节、多部门综合能源系统,考虑可再生能源潜力、终端部门节能与电气化潜力、非能源过程碳排放等因素提出碳中和能源系统规划方法体系.以中国能源系统为例,本文基于碳中和能源系统规划方法体系,构建参考路径和低碳转型的2℃路径、1.5℃路径和碳中和路径,探索至2060年实现碳中和目标的可行性及所需的技术支撑和成本要求.就能源供给和技术应用而言,在逼近所有可再生能源潜力和节能潜力等前提下,中国能源系统能在2060年甚至之前实现2℃路径、1.5℃路径和碳中和路径规划下所有减排目标.研究结果也表明,能源系统低碳转型有助于提升未来系统经济性.对比参考路径,2℃路径和1.5℃路径在2060年能源系统总成本分别下降19.2％和21.1％.碳中和路径虽然大规模引入可再生能源和碳捕集等技术,但其总成本仅为参考路径的86.4％.此外,本文还针对生物质使用、跨部门协同支撑技术应用和碳捕集技术应用等关键问题进行详细探讨.总而言之,本文提出的碳中和能源系统规划方法体系可用于任意地区构建低碳转型路径,为达成碳减排目标提供了可靠有效的支撑.

    碳中和中国能源系统能源系统规划可再生能源低碳转型

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    基于多尺度模型的锂离子电池电极微结构优化设计

    刘彦瑾罗玖代耀符远翔...
    65-77页
    查看更多>>摘要：锂离子电池(lithium ion batteries,LIBs)具有高比容量和良好的循环稳定性等优点,广泛应用于动力电池和储能领域.然而正极材料理论比容量不高,传统的制备过程会带来电极电化学性能不均匀等问题,制约了LIBs的进一步发展.电极多孔结构优化设计是突破此瓶颈的一种有效方法.本文将以磷酸铁锂(LiFePO4,LFP)为正极电极,锂金属为负极的LIBs作为研究对象,建立了基于粒子Packing的活性材料球形颗粒填充模型和基于三周期极小曲面(triply periodic minimal surface,TPMS)的电极微结构三维模型;研究了电极的比表面积等特征参数对不同类型多孔结构的影响以确定代表性体积单元;建立了LFP正极的LIBs放电过程多尺度数学模型,并对恒电流密度放电过程进行数值模拟.研究表明:粒径为3200nm的球形颗粒填充电极以5C放电倍率放电时容量减小量为47％,以1C放电倍率放电时电极表面浓度差异为66％;而4种新型TPMS电极以5C放电倍率放电时容量减小量均在1％以内,以1C放电倍率放电时电极表面浓度差异也均在1％以内,极大提升了电池的性能,且Gyroid型结构表现最优.本文对后期LIBs的优化设计具有指导意义,并提供数据和理论基础支持.

    锂离子电池多尺度数学建模遗传算法三周期极小曲面数值模拟

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    sCO2循环部分负荷运行特性研究

    郑毫楠徐进良王兆福苗政...
    78-90页
    查看更多>>摘要：超临界二氧化碳(supercritical CO2,sCO2)循环发电系统结构紧凑,具有灵活高效的特点.本文以300 MW级sCO2循环发电系统为研究对象,基于存储控制(inventory control)运行方式构建了耦合部件非设计(off-design)计算的系统部分负荷模型.部分负荷运行时,回热器和涡轮机械运行参数都会发生变化,且变化规律不同,为剖析系统性能损伤机理,设置了两种不同研究方案:(1)涡轮机械主要运行参数(主气压力和等熵效率)不变,研究回热器对系统热效率的影响;(2)涡轮机械和回热器参数均发生变化.不同研究方案结果表明,随负荷率减小回热器效率增加,压降减小,对系统性能产生正效应.部分负荷运行时主气压力的减小对透平做功影响较大,同时透平效率降低明显,对系统产生负效应.标准存储控制条件下,系统热效率随负荷率呈抛物线变化.100％～75％负荷时,系统中正效应大于负效应,热效率大于设计热效率,在85％负荷时系统热效率达到最大值49.82％.75％～30％负荷时,系统中正效应小于负效应,热效率小于设计热效率.研究结果可为sCO2循环系统的变负荷运行提供指导,并可为系统动态调控过程提供目标值.

    sCO2循环存储控制部分负荷轴流式透平轴流式压缩机

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    基于复合在机测量的双公差约束下负余量曲面的适应性加工

    丁大伟傅玉灿徐韬锐徐丰羽...
    91-106页
    查看更多>>摘要：针对复杂舱体进气道曲面热成形铸造毛坯尺寸一致性差、轮廓度和壁厚成形精度低等问题,本文提出基于复合在机测量的双公差约束下负余量曲面适应性加工方法.首先搭建复合在机测量平台,为减少数据迟滞,开发同步数据采集系统,提出激光传感器位姿迭代标定方法并分析测量误差;随后在曲面轮廓测量数据指导下,通过精确法矢解算实现壁厚的高精度超声在机测量.面向负余量曲面加工,建立轮廓度公差和壁厚公差双重约束下的数学模型,以公差占用度、不均匀度以及一致度为优化目标,在不同权重参数下实现数据驱动的新曲面重建;随后,针对复杂舱体进气道曲面制定了复合在机测量与适应性加工策略,并进行有效性验证.结果表明,轮廓度测量最大正负误差分别为+0.0083和-0.0073 mm,壁厚测量误差均在0.03 mm以内,表明在机测量系统有效.此外,该舱体进气道曲面存在负余量为-0.0524 mm区域,适应性加工后轮廓度最大正偏差和最小负偏差分别为+0.0538和-0.3655 mm,壁厚偏差最大值和最小值分别为+0.16和-0.22 mm,满足公差要求(轮廓度:-0.5～+1 mm,壁厚:-0.4～+0.2 mm)且可实现全曲面高精高效适应性加工.

    复合在机测量公差约束负余量曲面适应性加工

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    新型轨道交通工频AC 3 kV制式:列车牵引系统与牵引供电系统

    李群湛
    107-118页
    查看更多>>摘要：伴随着更高速度、更大运量、更加安全可靠和更加绿色节能的新时代城市轨道交通的发展,包括直流制和工频单相交流制在内的现行牵引供电电流制与列车型号都不能很好地满足其良好发展的需求.因此,提出了一种新型轨道交通工频AC 3 kV供电制式,主要涉及列车牵引系统和牵引供电系统.重点考虑列车牵引变流器拓扑结构及核心器件IGBT的特点,确定了新型电流制式电压等级为AC 3 kV;提出了 AC3kV列车牵引系统,分为单相制式、三相制式以及单相/三相兼容制式,与传统动车组相比,不再设置车载牵引变压器,实现列车轻量化;提出了 AC3kV单相和三相受电系统,单相受电系统包含受电弓-接触网方式和受电靴-供电轨(第三轨)等方式,三相受电系统包含受电靴-第三轨、第四轨方式和受电犁-接触带方式;提出了新型AC 3kV牵引供电系统,分为单相和三相牵引供电两种制式;对某线路进行工频AC 3kV和DC 1.5kV方案研究,结果表明工频AC 3kV供电方案在经济性和技术性方面均具有显著优势.

    轨道交通列车牵引系统牵引供电系统受电系统工频AC3kV

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    高比例新能源电网-分布式数据中心集群协同优化运行研究

    李远征龙信鑫周纯杰杨凯...
    119-135页
    查看更多>>摘要：随着新能源并网比例的逐步提升,电网对不确定性新能源的消纳态势日趋严峻,导致弃风弃光频现.数据中心作为新兴的重要电力负荷,其运行能耗高,规模增长迅速,算力及数据资源可灵活调配,具备可挖掘的柔性调节潜力.据此,本文利用分布式数据中心集群增强电力系统柔性调节能力,助力新能源消纳.首先,根据数据中心服务器运行工作状态和制冷设备温控要求,建立单个数据中心的精细化电力负荷模型.然后,考虑数据任务处理的时空可调节性,建立分布式数据中心互联互通的协调模型.在此基础上,提出考虑不确定性的电网-分布式数据中心集群的协同运行框架,研究集群调节能力的统一表征,建立两者顺序决策的双层优化模型,提出双层非线性区间优化方法进行求解.最后,通过算例分析验证了协同运行框架的有效性,得到了不同偏好条件下帕累托解集和分布式数据中心集群响应的变化规律.

    数据中心柔性调节新能源不确定性协同运行区间优化

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    基于强化竞争学习鸽群优化的多无人机博弈决策

    雷阳琦段海滨
    136-148页
    查看更多>>摘要：多无人机(multi-unmanned aerial vehicle,multi-UAV)博弈决策是无人机博弈对抗领域的关键性技术难题.本文提出了一种强化竞争学习鸽群优化(enhanced competitive learning pigeon-inspired optimization,ECPIO)算法,以解决多无人机博弈决策问题.建立了六自由度无人机模型以及无人机博弈态势评估模型,据此计算博弈双方无人机的收益矩阵.采用非合作博弈模型,将多无人机博弈决策问题建模为基于混合策略纳什均衡的目标函数寻优问题,采用强化竞争学习鸽群优化求取目标函数的最优解,通过引入强化竞争学习策略可有效降低优化结果陷入局部最优的概率.最后,通过将所提出的强化竞争学习鸽群优化算法与基本鸽群优化、基本粒子群优化、竞争粒子群优化以及反向学习粒子群优化算法的仿真对比实验,验证了所提方法解决多无人机博弈决策问题的可行性与有效性.

    多无人机博弈决策鸽群优化强化竞争学习

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