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关键词： 火山喷发   天文旋回   喷发量   气候   太阳辐射  

摘要： 了解火山活动的驱动力、火山喷发在地质历史时期发生的规律对预测未来火山喷发、减少火山灾害有重要意义。本文概述了第四纪全球火山活动强度和分布特征，剖析了火山喷发的周期性及其影响因素，认为在较短的时间尺度（百年尺度）火山喷发可能和气候变化有关，并受地震和月潮周期的影响，而与太阳活动之间的相关性并不明显。在较长的时间尺度（过去2 Ma），以1000年为步长统计了有记录的陆地上的火山喷发量随时间的变化规律。通过能谱分析，发现火山喷发量存在11.1～8.6万年、5.3～4.2万年和2万年的周期，可能分别与地球轨道的短偏心率、斜率和岁差周期有关，表明火山喷发量变化可能受天文因素驱动。进一步研究发现，对于陆地上的火山，间冰期相比冰期更有利于形成大型喷发，这可能和间冰期冰融化伴随的压力卸载有关。初步研究表明，天文旋回驱动太阳辐射、气候和火山喷发量的长周期变化及其相互关系是亟待解决的科学问题，对其研究有助于预测未来大型火山的喷发规律。

关键词： 混塔风电机组   变流器   通风散热设计   CFD热仿真  

摘要： 当前，大兆瓦混塔风电机组越来越广泛应用于低风速风电场，与钢塔类似，大功率变流器被放置于混塔底平台，其运行产热不容忽视，变流器的散热效果直接影响着风电机组的安全、稳定运行。然而相比于钢塔，行业上缺乏对混塔风电机组塔底通风散热设计的研究。为此，从工程设计角度出发，基于CFD热仿真方法，对工程上常见的三种混塔风电机组塔底通风散热设计进行了对比研究。通过分析比较变流器进风口温度大小、塔底环境温度分布和热流线轨迹，结果表明在筒壁上安装轴流风机排风，塔门百叶窗进风的通风散热设计，在各项衡量通风散热效果的指标上均表现最佳，可作为混塔风电机组塔底通风散热设计的第一选择。

关键词： 光频梳   色散调控氟碲酸盐玻璃光纤   腔外扩谱   O-U波段平坦   噪声分析   量子郎之万方程  

摘要： 光学频率梳（简称光频梳）作为一种优秀的多波长光源在通信领域具有巨大的应用潜力。通过将光频梳光源与波分复用技术（WDM）、空分复用技术（SDM）结合,通信系统可以具有百Tbit/s量级的传输速率,在5G/6G通信、物联网、自动驾驶等方面具有重要的应用价值。目前实现光频梳的方法主要有以下四种,分别为基于锁模激光器产生飞秒光频梳、基于光学微腔产生光频梳、基于电光调制器产生光频梳以及基于行波四波混频产生光频梳。它们各具特点,但所产生的光频梳均难以同时实现宽带宽、高信噪比、高平坦度、高梳齿功率以及梳齿频率间隔大范围可调谐,这在一定程度上限制了光频梳在光通信领域的广泛应用。针对这些问题,本文设计了基于色散调控氟碲酸盐玻璃光纤的宽带平坦光频梳产生方法,并研究了该方法所产生光学频率梳在光通信领域应用的潜力,具体研究成果如下: （1）提出了一种受激布里渊激光腔与腔外光纤扩谱技术相结合产生宽带平坦光频梳的方法。首先,利用双波长受激布里渊激光腔产生高质量的光频梳作为种子光,所产生的种子光通过腔外负色散光纤进行脉冲压缩,而后利用高非线性氟碲酸盐光纤进行光谱展宽。为提升所产生光学频率梳的光谱带宽和平坦性,对上述氟碲酸盐光纤的色散进行了精细的设计。数值计算结果表明,通过调节脉冲压缩光纤的长度以及氟碲酸盐光纤的结构色散,可获得光谱范围覆盖整个O-U波段,且在O-U波段梳齿强度标准差小于5 d B的平坦光频梳,此外,通过改变双波长布里渊激光间的频率间隔,所产生的宽带平坦光频梳的梳齿间隔可在50GHz～250 GHz之间大范围调谐。 （2）研究了宽带平坦光频梳的噪声特性,论证了上述光频梳在梳齿线宽与频率噪声上的优势。计算了光频梳不同通信波段梳齿的线宽,得益于布里渊激光窄线宽的优势,扩谱后得到的光频梳具有窄梳齿线宽,不同波段梳齿的3 d B线宽均小于1 MHz。同时,计算了不同梳齿的频率噪声,计算结果表明,系统对输入噪声表现出了明显的低通滤波性质,在1 k Hz处,梳齿的噪声频率起伏谱密度小于1000 Hz/Hz1/2;而在1 MHz处与4 MHz处,噪声频率起伏谱密度分别降低至100 Hz/Hz1/2与30 Hz/Hz1/2。进一步,利用量子郎之万方程,建立了系统中受激布里渊激光腔的滤波模型并进行了仿真分析,结果表明,由于腔内受激布里渊激光自动位于谐振腔的谐振频率,与腔外泵浦方式相比,受激布里渊腔产生的光频梳具有更低的噪声截止频率,对更大范围内的频率噪声体现出截止特性。

关键词： 盘式制动器   摩擦振动噪声   数值仿真   复特征值分析   瞬态动力学分析   响应面优化  

摘要： 汽车的普及给人们的出行带来了方便,但也导致了一系列的噪音污染问题。其中,汽车的制动噪声不仅严重影响了驾乘人员的舒适感,也是汽车的主要噪音之一。为了提高制动系统制动时的振动稳定性,降低汽车的制动噪声,本文以某款车型的浮钳盘式制动器为研究对象,结合数值仿真、模态分析、复特征值分析、瞬态动力学分析和响应面优化设计等方法对制动器制动时的摩擦振动噪声特性进行研究。主要研究内容包括: 首先基于盘式制动器的工作原理建立系统的二自由度动力学模型,根据牛顿第二定律可以得到该力学模型的动力学微分方程。通过MATLAB软件对所建立的动力学模型进行数值仿真,探究制动压力、系统阻尼、系统刚度等关键参数对制动系统振动稳定性的影响。数值仿真结果表明,制动压力的增加,会导致系统的不稳定振动增强;而系统阻尼和系统刚度的增加则可以提高系统的振动稳定性。 其次根据盘式制动器的实物模型建立了简化的有限元模型,对制动器的各零件分别进行模态分析和模态试验。提取各零件模态分析与模态试验的前四阶模态频率并进行对比分析,仿真结果与实验结果基本吻合,验证了所建立盘式制动器有限元模型的准确性。 然后对制动器进行复特征值分析,探究相关参数对制动系统摩擦振动噪声的影响。复特征值分析结果表明,摩擦系数的增大,会导致系统不稳定振动的加剧;适当的增加制动盘和摩擦片的弹性模量可以在一定程度上提高系统的振动稳定性,达到抑制摩擦振动噪声的效果。复特征值分析无法直观的观测到制动压力和制动盘旋转速度变化对制动系统摩擦振动噪声产生的影响。因此,进一步采用瞬态动力学分析,从时域和频域的角度探究制动盘旋转速度和制动压力对盘式制动系统摩擦振动噪声的影响。瞬态动力学分析结果表明,制动压力和制动盘旋转速度的增加,都会加剧系统的不稳定振动,从而增强制动时的摩擦振动噪声。 最后对制动盘表面进行微造型处理,探究微坑直径、深度和径向间距对盘式制动器摩擦振动噪声的影响。结果表明,增加微坑的直径和深度会引起制动器不稳定振动的加剧,而微坑径向间距的增加对制动器的不稳定振动没有明显的影响。此外,经过微造型处理的制动器其不稳定模态频率明显减少,振动稳定性相较于原制动器有了显著的改善。接着将微坑的直径、深度和径向间距作为设计变量,不稳定模态频率最少作为优化目标进行响应面优化设计。对优化后的盘式制动器进行复特征值分析,并将复特征值分析结果与原制动器和实验组制动器进行对比,发现优化后制动器的不稳定模态频率最少,验证了优化方案的正确性。

关键词： 混合整数   非线性规划模型   通风空调水系统   地铁车站   优化控制   节能减排  

摘要： 近年来，随着地铁建设快速发展，地铁通风空调水系统作为地铁建设的重要组成部分，其能耗是地铁车站的主要能耗之一。因此，选择合理的通风空调水系统，采用有效的节能运行策略，是降低地铁环控系统能耗的关键。本文以上海地铁某车站为例，基于冷水机组、水泵、冷却塔等设备的实际运行数据建立了混合整数非线性规划模型，提出了寻求降低地铁车站通风空调水系统整体运行能耗的多设备协同优化策略。模拟分析结果表明，协同优化策略相较于常规变频策略具有显著的节能优势，年节能量可达24%。

关键词： 硅基   太赫兹集成电路   低噪声放大器   增益噪声协同优化   增益提升技术  

摘要： 随着太赫兹技术的发展,太赫兹频段的开发逐渐成为科学技术、社会经济和国家安全等领域的重要方向。太赫兹频段应用,特别是太赫兹通信技术对超高速数据传输提出了紧迫的需求,因此太赫兹频段凭借着其广阔的频谱资源在国际上受到学术界和产业界的高度重视,被认为是极具潜力的第六代通信技术关键候选频段。太赫兹接收机作为太赫兹通信系统的重要组成部分,负责接收从发射机发送的太赫兹信号,承担着信号接收、放大、解调、处理与分析等关键任务。太赫兹低噪声放大器作为接收链路中的核心模块,其作用是放大有用信号并抑制后级链路组件的噪声,该模块的工作性能对整个太赫兹通信系统的灵敏度、通信距离和信号传输质量具有直接影响。 然而,由于现有工艺条件的限制,随着硅基晶体管工作频率越来越接近其最大振荡频率,器件的寄生效应导致其有源性、固有增益和噪声系数不断恶化,已经无法满足通信系统的要求,传统的低噪声放大器设计方法在太赫兹领域难以取得最优性能,给太赫兹低噪声放大器的设计带来了巨大的困难与挑战。在此研究背景下,本文以解决晶体管的固有增益下降和噪声系数恶化这两个近最大振荡频率下最主要的挑战为出发点,以增益噪声协同优化技术为核心,结合宽带化技术,对太赫兹频段晶体管等有源二端口网络的增益噪声性能进行深入研究,并最终取得最佳综合性能。本文主要研究内容概括如下: 首先,本文围绕太赫兹频段器件的本征增益与噪声性能迅速恶化的挑战,提出了太赫兹低噪声放大器增益噪声协同优化理论。通过引入二端口网络的表示形式,刻画了晶体管等有源器件的单向化功率增益、最大可实现功率增益、稳定系数与非互易性度量指数等特性参量;并借助此网络引入增益平面理论体系,实现了嵌入有源二端口网络取得理论最大功率增益的目标。同时,通过联合二端口噪声理论,以嵌入式网络为桥梁,建立了增益状态点与噪声参数之间的关系,进而提出了新型增益-噪声平面理论,为增益噪声协同优化提供了理论基础;并在此基础上,通过重新审视传统技术、经典理论与普遍直觉判断,完善了太赫兹波段低噪声放大器的设计方式。 其次,基于上述应用于低噪声放大器的增益-噪声平面理论,本文针对单级、多级低噪声放大器分别提出了太赫兹频段增益噪声协同优化设计方法,以取得最佳的增益噪声综合性能,并通过实验验证了其可行性与有效性。并在此设计方法的指导下,结合太赫兹低噪声放大器的多种电路拓扑结构,基于65nm CMOS工艺与130nm Si Ge工艺完成了多款具有最低噪声系数且满足增益要求的放大器设计,如130 GHz频率下24.77 d B增益的低噪声共源放大器与160 GHz频率下22.3 d B增益的Cascode低噪声放大器等,并通过流片测试证实了其可行性与有效性。 进一步地,本文基于增益-噪声平面理论完成了太赫兹低噪声放大器宽带优化理论研究与设计。在太赫兹波段,由于增益提升技术往往以牺牲带宽为代价,使得放大器在偏离峰值频率处的功率增益迅速下降。本文对传统的宽带化技术进行了分析与比较,并在增益-噪声平面理论的基础上,提出了一种新型的太赫兹低噪声放大器宽带化设计方式,通过引入高阶无源嵌入网络,使得有源二端口网络在多个频点均达到所需的增益状态以扩展带宽。基于所提出的设计方法,本文在65nm CMOS工艺中设计了一款工作在133 GHz的宽带高功率增益低噪声放大器,并通过流片测试证实了其特性。这一成功设计为太赫兹频段高速收发通信系统的构建提供了基础。 最后,基于上述增益-噪声平面理论及其设计方法,本文完成了太赫兹接收机前端链路的设计。太赫兹频段通信系统因其广阔的频谱资源和较高的安全性而备受瞩目,尤其在高速数据传输领域。因此本文在130nm Si Ge工艺中,采用PAM4调制方式,通过在链路前端使用双工器降低太赫兹有源器件的带宽要求,借助增益噪声协同优化的低噪声放大器提升信号功率并抑制噪声干扰,引入自混频器在节省芯片功耗与面积的同时完成变频工作,最终提出了一款能够以至少70 Gbps的速率传输数据的太赫兹接收机前端链路并成功完成了流片设计。 综上所述,本文基于二端口网络理论与噪声理论,通过引入增益平面理论与新型增益-噪声平面理论,实现了太赫兹波段低噪声放大器的增益噪声协同优化;并在此基础上,辅以宽带化技术,完成了应用于太赫兹接收机的低噪声放大器关键技术研究,并通过太赫兹接收机前端链路的构建完成了验证。

关键词： 人性化设计   建筑环境艺术   设计策略  

摘要： 社会经济的发展推动了我国城市建筑的建设发展，同时也对人们的生活产生了重要的影响。随着社会经济的发展，我国建筑设计也得到了一定程度上的提升，在建筑设计中，应该更加注重人性化设计理念。建筑环境艺术设计是一项综合性很强的工作，其涉及多个学科和领域，因此在实际的工作中要合理地将人性化设计理念与建筑环境艺术设计相结合。在人性化设计理念下进行建筑环境艺术设计，能够使人们从心理上与环境产生共鸣，从而提高人们的生活质量。基于此，本文对人性化设计理念在建筑环境艺术设计中的应用进行了研究与分析，希望能够为相关从业人员提供一定的参考。