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項目簡介 在過去的二十年里，磁電材料因其在磁傳感器、能量回收器、微機電系統(tǒng)、可調(diào)微波器件等工程領(lǐng)域的應(yīng)用潛力，一直以來得到了研究者的廣泛關(guān)注。為了實現(xiàn)強的磁電耦合，北京大學(xué)工學(xué)院的研究者們利用不同的壓電和壓磁材料制備了諸如0-3 型、3-1 型、2-2 型和2-1型的磁電復(fù)合材料。北京大學(xué)工學(xué)院實驗室通過激光處理壓磁材料FeBSi 合金 (Metglas)，提出了1-1 型的磁電復(fù)合結(jié)構(gòu)。實驗測試得出：1-1 型磁電材料具有超高的磁電系數(shù)（超過7000 V/cm Oe），相比于現(xiàn)有結(jié)果提高了接近7 倍。當(dāng)被測磁場頻率為復(fù)合材料的諧振頻率時，在室溫條件下測到了1.35×〖10〗^(-13)Tesla 的微弱磁場，這是塊體磁電復(fù)合材料領(lǐng)域的重要突破。該研究還發(fā)現(xiàn)，激光快速退火處理可以顯著降低壓磁材料在諧振頻率點的交流損耗，從而提高1-1 型磁電結(jié)構(gòu)的機械品質(zhì)因子。此外，1 維（1D）的結(jié)構(gòu)也有利于降低退磁因子，并增強磁通聚集效應(yīng)。應(yīng)用范圍基于磁電耦合效應(yīng)，該項研究課題組首次提出了磁電磁通門的結(jié)構(gòu)設(shè)計，旨在對微弱直流磁場進(jìn)行探測。這個磁電磁通門具有梭形結(jié)構(gòu)，對于1nT 的直流磁場輸入，磁電磁通門輸出信號的相對變化相比現(xiàn)有的結(jié)果提高了4-5 倍，為磁異常探測在導(dǎo)航、醫(yī)學(xué)診斷等領(lǐng)域的應(yīng)用創(chuàng)造了可能。項目階段本課題組同內(nèi)窺鏡團隊合作，發(fā)展了基于磁電耦合原理的磁電傳感器陣列和磁成像系統(tǒng)，研制了國內(nèi)首臺磁電磁成像樣機。該樣機核心組成部分由56 路磁電傳感器、驅(qū)動電路、信號采集與處理、磁成像顯示等構(gòu)成。該磁成像系統(tǒng)不僅能夠檢測磁性金屬物的存在，而且還能準(zhǔn)確判斷其位置、姿態(tài)，定位偏差縱向在1.2cm 以內(nèi)，橫向偏差在0.5cm 以內(nèi)。另外，通過對金屬棒掃描和采集信號的微分處理，還可以判斷金屬棒的長、徑比值。該項研究提出的磁成像系統(tǒng)在安檢、醫(yī)學(xué)上人體內(nèi)磁性藥囊實時監(jiān)測方面具有較大應(yīng)用價值。知識產(chǎn)權(quán)已申請相關(guān)專利。合作方式 技術(shù)轉(zhuǎn)讓、合作開發(fā)。

本研究成果包括巖體初始地應(yīng)力場計算仿真、巖體參數(shù)選取及反分析、巖體多場耦合機理及多場耦合數(shù)值模擬、復(fù)雜巖體開挖與錨固支護(hù)計算仿真、施工爆破效應(yīng)計算仿真等諸多方面,形成了較為獨特的巖體多場廣義耦合分析的科學(xué)研究體系

（專利號：ZL 201410168888.X） 簡介：本發(fā)明公開了一種基于耦合電感的兩相交錯并聯(lián)變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域，它包括直流輸入源，兩個功率開關(guān)管，兩個帶有兩個繞組的耦合電感，三個單向整流二極管，一個輸出二極管，一個箝位電容，兩個中間儲能電容，一個輸出濾波電容。本發(fā)明具有較高的升壓能力，能夠?qū)崿F(xiàn)更高升壓比的輸出，功率開關(guān)管和二極管的峰值電壓應(yīng)力也有所降低，同時利用耦合電感的漏感實現(xiàn)功率開關(guān)管的零電流開通和二極管的關(guān)斷，這樣整個變換電路的轉(zhuǎn)換效率得到了提高，并采用兩相交錯并聯(lián)的控制方式降低輸入電流紋波。

能源、環(huán)境及化工等領(lǐng)域廣泛存在具有相變和反應(yīng)的能質(zhì)傳遞和轉(zhuǎn)化問題， 具有多區(qū)域、多場、傳遞與轉(zhuǎn)化等相互耦合的特點，是影響裝備性能的關(guān)鍵熱物 理問題，對提升性能至關(guān)重要。本項目針對上述領(lǐng)域中共性的多場耦合能質(zhì)傳遞 機理反其強化和調(diào)控方法的前沿科學(xué)問題開展研究工作，取得了系列原創(chuàng)性研究 成果。主要發(fā)現(xiàn)點有： 一、 分區(qū)耦合多相傳遞可視化實驗方法及其機理與特性：創(chuàng)新了滯止流和通 流槽道內(nèi)逸出速率及位點可控的液滴和氣泡動力學(xué)行為、變孔隙率網(wǎng)絡(luò)流道及其 與外部流場耦合的兩相流動、毛細(xì)阻力可調(diào)的多孔層內(nèi)相變傳熱及含反應(yīng)邊界的 兩相流及傳遞等可視化實驗方法。獲得了逸出液滴聚合衰減震蕩機理及規(guī)律；發(fā) 現(xiàn)了微孔逸出氣泡脫離后涌入和界面震蕩現(xiàn)象；揭示了具有壁面逸出氣泡的槽道 內(nèi)兩相流規(guī)律；闡明了具有微孔層和結(jié)構(gòu)缺陷的氣體擴散層內(nèi)兩相分布特征；厘 清了反向式毛細(xì)蒸發(fā)器多孔層內(nèi)相分布規(guī)律反其對相變傳熱的影響機理；揭示了 燃料電池內(nèi)兩相流動和傳輸以及電化學(xué)反應(yīng)的相互作用規(guī)律，獲得了流道水淹與 壓降之間的定量關(guān)系及膜電極表面溫度分布特性。 二、 多元多相分區(qū)耦合能質(zhì)傳遞及轉(zhuǎn)化理論模型：建立了多場耦合固體基質(zhì) 表面細(xì)胞吸附成膜理論模型，揭示了生物膜結(jié)構(gòu)與能質(zhì)傳遞及產(chǎn)氫/產(chǎn)電性能的 相互關(guān)系；建立了含生化反應(yīng)的多孔填料床內(nèi)多相能質(zhì)傳遞的毛細(xì)管模型和多相 混合模型，闡明了流動和傳輸與生化反應(yīng)的耦合特性，為固定化細(xì)胞生物反應(yīng)器 性能預(yù)測提供了方法；建立了毛細(xì)結(jié)構(gòu)材料內(nèi)分區(qū)耦合相變傳熱理論模型，為反 向式毛細(xì)蒸發(fā)器和微槽膜狀凝結(jié)換熱提供了理論計算方法；提出燃料電池兩相傳 輸三維孔隙網(wǎng)絡(luò)模型和氣體有效擴散系數(shù)的分形模型，首次利用V0F方法模擬 了邊壁具有逸出液滴的燃料電池流道內(nèi)細(xì)觀兩相流行為，揭示了多孔擴散層與流 場板流道內(nèi)兩相流的耦合關(guān)系以及流道結(jié)構(gòu)和工況參數(shù)對兩相流特性的影響規(guī) 律。 三、多場耦合能質(zhì)傳遞強化及調(diào)控方法：基于分區(qū)耦合強化傳熱思想，提出 了三維肋表面和螺旋扭帶組合強化傳熱新方法；通過分區(qū)流動和傳遞強化與調(diào)控, 發(fā)展了三維柱狀陣列結(jié)構(gòu)陽極微流體燃料電池，顯著提升了電池性能；利用石墨 烯表面修飾，實現(xiàn)了多孔電極內(nèi)微生物產(chǎn)電菌電子轉(zhuǎn)移速率和活性生物量調(diào)控和 強化；創(chuàng)新性利用流場/濃度場/溫度場/光場的強化和調(diào)控，結(jié)合表面修飾和彌 散光導(dǎo)體技術(shù)，實現(xiàn)微生物生化轉(zhuǎn)化全過程強化；提出了通過外接電阻控制陽極 電勢誘導(dǎo)和調(diào)控生物膜結(jié)構(gòu)，強化了質(zhì)子傳輸，大幅提升了微生物燃料電池性能。

本發(fā)明公開了一種中溫太陽能?空氣能耦合系統(tǒng)，包括中溫太陽能集熱裝置、空氣源熱泵機組、中溫水箱、低溫水箱、吸收式制冷機組、燃?xì)鉅t，通過三進(jìn)一出換向閥和一進(jìn)三出換向閥，可以切換太陽能供暖、太陽能制冷、太陽能供熱水、燃?xì)夤┡⑷細(xì)庵评洹⑷細(xì)夤崴⒖諝庠礋岜弥评洹⒖諝庠礋岜霉┡⒖諝庠礋岜霉崴冗\行模式，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，運行成本低，穩(wěn)定可靠，節(jié)能效益顯著。

本發(fā)明公開了一種高速電主軸力-熱耦合建模方法，包括：分別 獲取軸承與主軸待結(jié)合的表面、以及主軸與軸承待結(jié)合的表面的工程 參數(shù)，并利用分形接觸理論以及赫茲接觸理論計算軸承與主軸之間結(jié) 合面的剛度和熱傳遞系數(shù)與接觸壓力和接觸間隙的映射模型，根據(jù)軸 承的結(jié)構(gòu)參數(shù)和材料參數(shù)并使用軸承力學(xué)模型和軸承熱學(xué)模型獲得軸 承負(fù)載和溫度與剛度、軸承外圈接觸熱阻、軸承內(nèi)圈接觸熱阻和發(fā)熱 功率之間的映射模型，計算主軸的電機熱源，計算主軸各表面散熱系 數(shù)，根據(jù)主軸的結(jié)構(gòu)和上述結(jié)果構(gòu)建有限元模型，讀取主軸的運行參 數(shù)，用有限元模型對運行參數(shù)進(jìn)行處理。本方法能降低現(xiàn)有方法中結(jié) 合面所引起誤差、模型結(jié)合面及軸承力學(xué)和熱學(xué)參數(shù)不更新導(dǎo)致的誤 差。 

歐Ⅳ、歐Ⅴ汽油標(biāo)準(zhǔn)要求硫含量大幅降至<50-10ppm，并嚴(yán)格控制烯烴和芳烴含量，而中國汽油池中催化裂化（FCC）汽油占70%以上，是汽油池中硫和烯烴的主要來源，高清潔/辛烷值的催化重整（20%左右）、烷基化、異構(gòu)化、醚化汽油組分較少，面臨巨大的投資、成本壓力，催化重整還存在與乙烯爭石腦油原料及芳烴含量限制等問題。目前中國燃料乙醇的生產(chǎn)成本居高不下，其中乙醇脫水的高能耗是制約其發(fā)展的關(guān)鍵瓶頸之一，同時，添加燃料乙醇也并不能從根本上解決煉油/汽油池中的這些關(guān)鍵瓶頸問題，并且乙醇汽油還存在雷德蒸汽壓升高、夏季對輕烴的部分?jǐn)D出效應(yīng)、對橡膠、塑料、金屬件有一定的溶脹、腐蝕作用，以及易產(chǎn)生相分離、保存期不長、需單獨的儲運配送系統(tǒng)等問題。因此迫切需要尋求能夠破解“汽油升級”、“乙醇汽油”等發(fā)展困局之良策。而由乙醇制備ETBE/TAEE/THEE（乙基叔烷基醚），更是要面對多個難分離共沸物系的高能耗，并且還與異烯烴的高轉(zhuǎn)化率/選擇性/反應(yīng)速率要求形成矛盾/制約，特別是可能影響到后繼化工過程如1-丁烯分離、烯烴異構(gòu)化等對C4/C5的進(jìn)一步深加工處理。通常分離過程占整個叔烷基醚制備投資的50%及能耗的90%以上，因此其較為高昂的能耗/成本是制約其推廣應(yīng)用的關(guān)鍵瓶頸本技術(shù)運用價值工程原理，巧妙地將ETBE制備過程中的多重矛盾/制約，通過組合成一個具有杠桿作用的多重耦合/集成功能模塊：·耦合分離純化ETBE/乙醇和含水乙醇，并可聯(lián)產(chǎn)無水乙醇（如1～3摩爾/摩爾ETBE）；·可與現(xiàn)有主要ETBE生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行組合/可利用現(xiàn)有主要裝置設(shè)備；·可提高/保證異丁烯的轉(zhuǎn)化率/選擇性/反應(yīng)速率，有利于后繼化工過程；·可提高/保證ETBE的純度（乙醇<0.1～1%），便于直接加入汽油池；·可顯著降低能耗/成本（比現(xiàn)有ETBE/乙醇分離技術(shù)降30～50%并省去脫水能耗）；·特別有利于優(yōu)化集成ETBE/TAEE/THEE制備過程（可比現(xiàn)有醇醚和/或乙醇脫水技術(shù)降低能耗/成本50～80%甚至以上）；·撬動/提升煉油/汽油池系統(tǒng)的價值——FCC汽油可在深度加氫脫硫、降烯烴的同時提高辛烷值、降低雷德蒸汽壓，可大大減輕煉油系統(tǒng)的巨額投資壓力/降低汽油加工成本；·煉油/汽油池杠桿效應(yīng)：總量增加、價值提升、節(jié)省投資、使用方便；·可增加輕烴——每百加侖汽油池以ETBE形式加入?加侖的乙醇可新增4.7：1的C4～C6輕烴，比乙醇直接加入的結(jié)果實際增加15倍體積，增加了ETBE的使用價值；E10雷德蒸汽壓比乙醇汽油組分油升高7KPa，而制備TAEE/THEE可直接降低雷德蒸汽壓～7Kpa；·可減少芳烴、降低烷基化、異構(gòu)化油用量——降低巨額投資壓力及加工成本；·減少CO 2排放——以ETBE形式加入汽油比乙醇可多減排24kgCO 2 /MJ乙醇；·便于直接在汽油池調(diào)和——不必改變現(xiàn)有儲運配送系統(tǒng)，可降低使用成本。該技術(shù)已申請多項中國發(fā)明專利并已進(jìn)入國際（PCT）階段。

本發(fā)明公開了一種關(guān)節(jié)間柔性耦合的欠驅(qū)動手指，其中手指以滑輪為主要部件，手指內(nèi)傳動機構(gòu)采用張緊繩和防松繩依次纏繞于手指的各滑輪上，以及指節(jié)間的兩個耦合彈簧及拉繩，由此實現(xiàn)一個輸入完成手指多個自由度的運動。通過本發(fā)明，手指本體以及手指內(nèi)傳動機構(gòu)配合形成一個欠驅(qū)動手指，能夠精確實現(xiàn)抓取時的自適應(yīng)能力，同時其內(nèi)嵌入式的柔順性使該手指適用于在各類復(fù)雜應(yīng)用環(huán)境的假肢手器械。

隨著人類對自然科學(xué)認(rèn)識的不斷深入以及現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的不斷進(jìn)步，特別是凝膠等軟物質(zhì)的應(yīng)用、鋰電池、燃料電池等技術(shù)的發(fā)展，人們逐漸認(rèn)識到力熱與化學(xué)作用之間也存在著不可忽略的耦合作用。本成果完成人通過引入化學(xué)反應(yīng)進(jìn)度，基于非平衡態(tài)熱力學(xué)建立了一套適用于描述可變形固體材料質(zhì)量傳遞、熱傳導(dǎo)以及化學(xué)反應(yīng)耦合問題的力-熱-化連續(xù)介質(zhì)理論框架，該理論適用范圍寬廣，針對包含化學(xué)反應(yīng)的各演化過程有相應(yīng)的耦合動力學(xué)控制方程。針對所建立力-熱-化多

本發(fā)明公開了一種高速電主軸力-熱耦合建模方法，包括：分別獲取軸承與主軸待結(jié)合的表面、以及主軸與軸承待結(jié)合的表面的工程參數(shù)，并利用分形接觸理論以及赫茲接觸理論計算軸承與主軸之間結(jié)合面的剛度和熱傳遞系數(shù)與接觸壓力和接觸間隙的映射模型，根據(jù)軸承的結(jié)構(gòu)參數(shù)和材料參數(shù)并使用軸承力學(xué)模型和軸承熱學(xué)模型獲得軸承負(fù)載和溫度與剛度、軸承外圈接觸熱阻、軸承內(nèi)圈接觸熱阻和發(fā)熱功率之間的映射模型，計算主軸的電機熱源，計算主軸各表面散熱系數(shù)，根據(jù)主軸的結(jié)構(gòu)和上述結(jié)果構(gòu)建有限元模型，讀取主軸的運行參數(shù)，用有限元模型對運行參數(shù)進(jìn)