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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、可調微波器件等工程領域的應用潛力，一直以來得到了研究者的廣泛關注。為了實現強的磁電耦合，北京大學工學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型的磁電復合材料。北京大學工學院實驗室通過激光處理壓磁材料FeBSi 合金 (Metglas)，提出了1-1 型的磁電復合結構。實驗測試得出：1-1 型磁電材料具有超高的磁電系數（超過7000 V/cm Oe），相比于現有結果提高了接近7 倍。當被測磁場頻率為復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，這是塊體磁電復合材料領域的重要突破。該研究還發現，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 型磁電結構的機械品質因子。此外，1 維（1D）的結構也有利于降低退磁因子，并增強磁通聚集效應。應用范圍基于磁電耦合效應，該項研究課題組首次提出了磁電磁通門的結構設計，旨在對微弱直流磁場進行探測。這個磁電磁通門具有梭形結構，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有的結果提高了4-5 倍，為磁異常探測在導航、醫學診斷等領域的應用創造了可能。項目階段本課題組同內窺鏡團隊合作，發展了基于磁電耦合原理的磁電傳感器陣列和磁成像系統，研制了國內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、驅動電路、信號采集與處理、磁成像顯示等構成。該磁成像系統不僅能夠檢測磁性金屬物的存在，而且還能準確判斷其位置、姿態，定位偏差縱向在1.2cm 以內，橫向偏差在0.5cm 以內。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在安檢、醫學上人體內磁性藥囊實時監測方面具有較大應用價值。知識產權已申請相關專利。合作方式 技術轉讓、合作開發。

本研究成果包括巖體初始地應力場計算仿真、巖體參數選取及反分析、巖體多場耦合機理及多場耦合數值模擬、復雜巖體開挖與錨固支護計算仿真、施工爆破效應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研究體系

（專利號：ZL 201410168888.X） 簡介：本發明公開了一種基于耦合電感的兩相交錯并聯變換器的拓撲結構，屬于電力電子技術領域，它包括直流輸入源，兩個功率開關管，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。本發明具有較高的升壓能力，能夠實現更高升壓比的輸出，功率開關管和二極管的峰值電壓應力也有所降低，同時利用耦合電感的漏感實現功率開關管的零電流開通和二極管的關斷，這樣整個變換電路的轉換效率得到了提高，并采用兩相交錯并聯的控制方式降低輸入電流紋波。

能源、環境及化工等領域廣泛存在具有相變和反應的能質傳遞和轉化問題， 具有多區域、多場、傳遞與轉化等相互耦合的特點，是影響裝備性能的關鍵熱物 理問題，對提升性能至關重要。本項目針對上述領域中共性的多場耦合能質傳遞 機理反其強化和調控方法的前沿科學問題開展研究工作，取得了系列原創性研究 成果。主要發現點有： 一、 分區耦合多相傳遞可視化實驗方法及其機理與特性：創新了滯止流和通 流槽道內逸出速率及位點可控的液滴和氣泡動力學行為、變孔隙率網絡流道及其 與外部流場耦合的兩相流動、毛細阻力可調的多孔層內相變傳熱及含反應邊界的 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律；發 現了微孔逸出氣泡脫離后涌入和界面震蕩現象；揭示了具有壁面逸出氣泡的槽道 內兩相流規律；闡明了具有微孔層和結構缺陷的氣體擴散層內兩相分布特征；厘 清了反向式毛細蒸發器多孔層內相分布規律反其對相變傳熱的影響機理；揭示了 燃料電池內兩相流動和傳輸以及電化學反應的相互作用規律，獲得了流道水淹與 壓降之間的定量關系及膜電極表面溫度分布特性。 二、 多元多相分區耦合能質傳遞及轉化理論模型：建立了多場耦合固體基質 表面細胞吸附成膜理論模型，揭示了生物膜結構與能質傳遞及產氫/產電性能的 相互關系；建立了含生化反應的多孔填料床內多相能質傳遞的毛細管模型和多相 混合模型，闡明了流動和傳輸與生化反應的耦合特性，為固定化細胞生物反應器 性能預測提供了方法；建立了毛細結構材料內分區耦合相變傳熱理論模型，為反 向式毛細蒸發器和微槽膜狀凝結換熱提供了理論計算方法；提出燃料電池兩相傳 輸三維孔隙網絡模型和氣體有效擴散系數的分形模型，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細觀兩相流行為，揭示了多孔擴散層與流 場板流道內兩相流的耦合關系以及流道結構和工況參數對兩相流特性的影響規 律。 三、多場耦合能質傳遞強化及調控方法：基于分區耦合強化傳熱思想，提出 了三維肋表面和螺旋扭帶組合強化傳熱新方法；通過分區流動和傳遞強化與調控, 發展了三維柱狀陣列結構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，實現了多孔電極內微生物產電菌電子轉移速率和活性生物量調控和 強化；創新性利用流場/濃度場/溫度場/光場的強化和調控，結合表面修飾和彌 散光導體技術，實現微生物生化轉化全過程強化；提出了通過外接電阻控制陽極 電勢誘導和調控生物膜結構，強化了質子傳輸，大幅提升了微生物燃料電池性能。

本發明公開了一種中溫太陽能?空氣能耦合系統，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、燃氣爐，通過三進一出換向閥和一進三出換向閥，可以切換太陽能供暖、太陽能制冷、太陽能供熱水、燃氣供暖、燃氣制冷、燃氣供熱水、空氣源熱泵制冷、空氣源熱泵供暖、空氣源熱泵供熱水等運行模式，系統結構簡單，運行成本低，穩定可靠，節能效益顯著。

本發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合的表面、以及主軸與軸承待結合的表面的工程 參數，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 合面的剛度和熱傳遞系數與接觸壓力和接觸間隙的映射模型，根據軸 承的結構參數和材料參數并使用軸承力學模型和軸承熱學模型獲得軸 承負載和溫度與剛度、軸承外圈接觸熱阻、軸承內圈接觸熱阻和發熱 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，根據主軸的結構和上述結果構建有限元模型，讀取主軸的運行參 數，用有限元模型對運行參數進行處理。本方法能降低現有方法中結 合面所引起誤差、模型結合面及軸承力學和熱學參數不更新導致的誤 差。 

歐Ⅳ、歐Ⅴ汽油標準要求硫含量大幅降至<50-10ppm，并嚴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成本居高不下，其中乙醇脫水的高能耗是制約其發展的關鍵瓶頸之一，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、夏季對輕烴的部分擠出效應、對橡膠、塑料、金屬件有一定的溶脹、腐蝕作用，以及易產生相分離、保存期不長、需單獨的儲運配送系統等問題。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化率/選擇性/反應速率要求形成矛盾/制約，特別是可能影響到后繼化工過程如1-丁烯分離、烯烴異構化等對C4/C5的進一步深加工處理。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用的關鍵瓶頸本技術運用價值工程原理，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，并可聯產無水乙醇（如1～3摩爾/摩爾ETBE）；·可與現有主要ETBE生產技術進行組合/可利用現有主要裝置設備；·可提高/保證異丁烯的轉化率/選擇性/反應速率，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（比現有ETBE/乙醇分離技術降30～50%并省去脫水能耗）；·特別有利于優化集成ETBE/TAEE/THEE制備過程（可比現有醇醚和/或乙醇脫水技術降低能耗/成本50～80%甚至以上）；·撬動/提升煉油/汽油池系統的價值——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的巨額投資壓力/降低汽油加工成本；·煉油/汽油池杠桿效應：總量增加、價值提升、節省投資、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和——不必改變現有儲運配送系統，可降低使用成本。該技術已申請多項中國發明專利并已進入國際（PCT）階段。

本發明公開了一種關節間柔性耦合的欠驅動手指，其中手指以滑輪為主要部件，手指內傳動機構采用張緊繩和防松繩依次纏繞于手指的各滑輪上，以及指節間的兩個耦合彈簧及拉繩，由此實現一個輸入完成手指多個自由度的運動。通過本發明，手指本體以及手指內傳動機構配合形成一個欠驅動手指，能夠精確實現抓取時的自適應能力，同時其內嵌入式的柔順性使該手指適用于在各類復雜應用環境的假肢手器械。

隨著人類對自然科學認識的不斷深入以及現代工業技術的不斷進步，特別是凝膠等軟物質的應用、鋰電池、燃料電池等技術的發展，人們逐漸認識到力熱與化學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反應進度，基于非平衡態熱力學建立了一套適用于描述可變形固體材料質量傳遞、熱傳導以及化學反應耦合問題的力-熱-化連續介質理論框架，該理論適用范圍寬廣，針對包含化學反應的各演化過程有相應的耦合動力學控制方程。針對所建立力-熱-化多

本發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合的表面、以及主軸與軸承待結合的表面的工程參數，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合面的剛度和熱傳遞系數與接觸壓力和接觸間隙的映射模型，根據軸承的結構參數和材料參數并使用軸承力學模型和軸承熱學模型獲得軸承負載和溫度與剛度、軸承外圈接觸熱阻、軸承內圈接觸熱阻和發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，根據主軸的結構和上述結果構建有限元模型，讀取主軸的運行參數，用有限元模型對運行參數進