王 進(jìn)，郭 寧，谷增杰，丁 繼

（蘭州空間技術(shù)物理研究所 真空技術(shù)與物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州 730000）

空心陰極等離子體與熱耦合模型研究進(jìn)展

王 進(jìn)，郭 寧，谷增杰，丁 繼

（蘭州空間技術(shù)物理研究所 真空技術(shù)與物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州 730000）

空心陰極作為高效率的宇航級(jí)電子源，被廣泛應(yīng)用于空間電推進(jìn)系統(tǒng)和航天器主動(dòng)電位控制系統(tǒng)。研究空心陰極等離子特性與熱特性的耦合過程，對(duì)于提高空心陰極效率和延長(zhǎng)其壽命具有重要意義。通過分析空心陰極等離子體與熱耦合模型和空心陰極參數(shù)測(cè)量方法的特點(diǎn)，建議先研究空心陰極零維等離子體與熱耦合模型，初步滿足空心陰極研制的仿真分析需求，再發(fā)展空心陰極二維等離子體與熱耦合模型，逐步提高空心陰極仿真分析水平。

空心陰極；等離子體；熱分析；耦合模型；參數(shù)測(cè)量

0 引言

空心陰極是一種依靠氣體放電工作的真空電子器件，具有高可靠性、壽命長(zhǎng)、電子發(fā)射效率高、體積小、質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)緊湊和抗振動(dòng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)[1]，作為一種高效率的宇航級(jí)電子源，被廣泛應(yīng)用于離子推力器[2]、霍爾推力器[3]、航天器主動(dòng)電位控制系統(tǒng)[4]等方面。

空心陰極處于自持放電狀態(tài)時(shí)，陰極內(nèi)產(chǎn)生高密度的等離子體，發(fā)射體發(fā)射的初始電子與Xe原子碰撞進(jìn)而電離Xe原子，使陰極內(nèi)的等離子體密度得以維持；同時(shí)等離子體不斷轟擊加熱發(fā)射體，從而維持發(fā)射體溫度。若空心陰極的熱效率高，需要的等離子體轟擊效應(yīng)弱，對(duì)陰極的熱負(fù)荷也就??；若空心陰極熱效率低，為了維持自持放電，等離子體轟擊效應(yīng)會(huì)很強(qiáng)，對(duì)陰極的熱負(fù)荷大，會(huì)對(duì)空心陰極的壽命產(chǎn)生不利影響。鑒于空心陰極的等離子體特性與熱特性之間的耦合效應(yīng)，所以有必要建立空心陰極等離子體與熱耦合模型結(jié)合實(shí)驗(yàn)對(duì)空心陰極進(jìn)行熱分析。

通過分析國(guó)內(nèi)外空心陰極等離子體與熱耦合模型、空心陰極參數(shù)（等離子體參數(shù)、熱特性參數(shù)）測(cè)量方法的特點(diǎn)、應(yīng)用范圍，對(duì)選擇合適的建模方法和參數(shù)測(cè)量方法、提高空心陰極的仿真分析能力、優(yōu)化空心陰極工程設(shè)計(jì)水平具有重要意義。

1 國(guó)外研究現(xiàn)狀

1.1 基于等離子體參數(shù)診斷的空心陰極熱模型

1999年，美國(guó)密歇根大學(xué)的Van Noord[5]對(duì)NASA的NSTAR（ring-cusp）離子推力器空心陰極進(jìn)行了熱分析，建立了基于等離子體參數(shù)診斷的空心陰極熱模型，認(rèn)為空心陰極熱平衡主要由熱輻射、熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流、陰極中的電阻加熱、熱電子的發(fā)射、離子復(fù)合加熱和電子返流這七部分能量組成。

該模型需要以試驗(yàn)測(cè)量得到的空心陰極內(nèi)部等離子、陰極管壁溫度等參數(shù)作為方程的輸入，才能計(jì)算空心陰極熱流、溫度分布。將陰極沿軸向分為若干個(gè)微元，建立了求解七部分能量的方程，根據(jù)空心陰極熱平衡關(guān)系得到了能量平衡方程組；以試驗(yàn)測(cè)量得到的沿陰極中心線的電子密度、等離子體電勢(shì)、電子溫度、陰極管壁溫度作為方程的輸入，求解能量平衡方程組得到了發(fā)射體溫度，比用光學(xué)高溫計(jì)和熱偶測(cè)量得到的陰極管壁溫度約高50℃[5]。

鑒于發(fā)射體溫度測(cè)量很困難，為了驗(yàn)證該模型，Van Noord使用另一種方法計(jì)算發(fā)射體溫度。該方法利用兩個(gè)靠近圓環(huán)體之間的輻射公式是陰極工作時(shí)的熱通量已知，S是發(fā)射體表面面積，σ是斯忒藩-玻爾茲曼常數(shù)，Touterwall是陰極管壁溫度通過測(cè)量得到，利用該式計(jì)算發(fā)射體溫度Tinsert，得到的發(fā)射體溫度比陰極管壁溫度高100～130℃。

通過比較兩種發(fā)射體溫度計(jì)算的結(jié)果，基本驗(yàn)證了基于等離子體參數(shù)診斷的空心陰極熱模型的正確性。模型表明，熱流主要通過熱輻射和熱傳導(dǎo)損失，電子返流和陰極中的電阻加熱對(duì)陰極的影響最小，據(jù)此提出了一些陰極熱設(shè)計(jì)的建議如增長(zhǎng)熱屏、加厚熱屏。由于該模型的誤差比較大，只能初步指導(dǎo)空心陰極設(shè)計(jì)，但Van Noord[8]第一次明確地提出了空心陰極內(nèi)部熱量交換的組成部分，對(duì)此后的研究工作有重要的參考價(jià)值。

1.2 空心陰極二維等離子體與熱耦合模型

2005年，美國(guó)JPL的Katz等[6]開發(fā)了空心陰極二維等離子體與熱耦合模型，該模型可以在陰極制造和測(cè)試之前預(yù)測(cè)陰極壽命，還可以預(yù)測(cè)陰極壽命隨工作條件的變化趨勢(shì)。等離子體模型輸入空心陰極結(jié)構(gòu)尺寸、放電電流、流率等參數(shù)，通過求解離子、電子和中性原子的質(zhì)量連續(xù)性方程、動(dòng)量方程與能量方程，得到了電子、離子通量以及沿發(fā)射體徑向的鞘層電勢(shì)降；模型忽略了中性氣體動(dòng)力效應(yīng)，簡(jiǎn)化了數(shù)值方法，減少了得到穩(wěn)態(tài)解的計(jì)算時(shí)間。

熱模型使用等離子體模型計(jì)算得到的離子和電子通量作為輸入，將空心陰極幾何結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為二維軸對(duì)稱模型，模擬空心陰極熱傳導(dǎo)和輻射的物理過程，預(yù)測(cè)了空心陰極的溫度分布，可以明晰發(fā)射體等離子體熱通量對(duì)發(fā)射體和陰極頂溫度的影響。熱模型建模幾何圖如圖1所示，圖中正數(shù)表示不同的材料，負(fù)數(shù)表示輻射邊界條件；1是發(fā)射體材料，2是陰極管材料，3是陰極頂材料，材料編號(hào)與熱導(dǎo)率的值有關(guān)；上游邊界溫度設(shè)置在圖1中最左邊的列，通過外表面輻射損失的熱量由相鄰單元格中的負(fù)整數(shù)表示，發(fā)射體和陰極頂上游側(cè)的輻射率與其材料編號(hào)有關(guān)，未考慮輻射率隨溫度的變化。加熱器被視為填充有弱導(dǎo)電材料的金屬圓筒，模型還未包括觸持極，除了熱傳導(dǎo)、熱輻射外模型還考慮了熱電子發(fā)射冷卻、電子返流加熱、離子動(dòng)能和離子復(fù)合加熱。

圖1 空心陰極熱模型的幾何圖Fig.1 An input geometry for the hollow cathode thermal model

為了驗(yàn)證模型的正確性，使用快速掃描光纖探針和雙色高溫計(jì)系統(tǒng)測(cè)量得到了鋇鎢陰極發(fā)射體軸向溫度分布，發(fā)射體軸向溫度梯度大約200℃，在發(fā)射體頂達(dá)到了最大值1 200℃；與熱模型計(jì)算得到的發(fā)射體軸向溫度分布基本一致。。

在模型中，通過調(diào)節(jié)陰極頂?shù)陌l(fā)射率和發(fā)射體與陰極管之間的熱導(dǎo)率，獲得了這些參數(shù)對(duì)陰極管和發(fā)射體溫度軸向分布的影響，同時(shí)還研究了熱屏結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)空心陰極性能的影響，指出改進(jìn)的陰極熱屏設(shè)計(jì)減少了加熱器工作期間的能量損失，提高了陰極工作時(shí)的發(fā)射體溫度。

1.3 空心陰極零維等離子體與熱耦合模型

2013年，意大利比薩大學(xué)的Albertoni等[7]建立了基于空心陰極降階等離子體數(shù)值模型（零維模型）的集中參數(shù)熱模型，作為指導(dǎo)空心陰極快速設(shè)計(jì)的工具。這是一個(gè)非時(shí)變、體積平均的模型，能夠在沒有試驗(yàn)數(shù)據(jù)（等離子體參數(shù)和熱參數(shù)）輸入的情況下得到陰極等離子體性能、陰極管與發(fā)射體的壁面溫度和陰極壽命。

等離子體模型以典型空心陰極結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)建立發(fā)射體區(qū)和孔腔區(qū)的零維模型，發(fā)射體區(qū)模型通過求解能量平衡方程、電流平衡方程和擴(kuò)散平衡方程計(jì)算等離子體密度、電子溫度、陰極壓降和中性氣體密度，孔腔區(qū)模型通過求解能量平衡方程和擴(kuò)散平衡方程計(jì)算等離子體密度、電子溫度和中性氣體密度。在集中參數(shù)熱模型中，把陰極分成如圖2所示的幾部分，其中1、2、3是陰極管，4、6、7是陰極頂，5是發(fā)射體，8是熱屏；假設(shè)接觸的各部分之間導(dǎo)熱良好、接觸面積恒定，忽略熱變形，考慮了材料導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的變化，以等離子體模型計(jì)算結(jié)果為集中參數(shù)熱模型的輸入，借助有限元模擬軟件研究空心陰極熱特性，進(jìn)而預(yù)測(cè)空心陰極的溫度分布。

圖2 陰極（含熱屏）圖解Fig.2 Schematic of the cathode with thermal shield

耦合模型使用等離子體模型計(jì)算等離子體參數(shù)，計(jì)算結(jié)果作為熱模型求解陰極組件的壁面溫度的輸入，再將壁面溫度作為計(jì)算等離子模型中熱電子發(fā)射、中性氣體密度等參數(shù)的輸入，如此連續(xù)求解等離子體模型和熱模型，不斷的進(jìn)行迭代，每次迭代后執(zhí)行收斂檢查，滿足收斂條件時(shí)熱模型輸出即為發(fā)射體溫度、孔壁溫度。模型采用的求解方法穩(wěn)定性有限，幾何形狀、流率或放電電流變化范圍過大都可能會(huì)造成方程發(fā)散，但對(duì)一個(gè)相對(duì)較寬范圍內(nèi)的陰極結(jié)構(gòu)和工作條件該方法的穩(wěn)定性較好。

模型不僅能夠分析陰極功率耗散情況以及陰極結(jié)構(gòu)尺寸和工況對(duì)陰極性能的影響，還可以預(yù)測(cè)陰極軸向的發(fā)射體溫度分布和發(fā)射體壽命，模型計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)基本一致。模型計(jì)算結(jié)果表明，增加發(fā)射體內(nèi)徑、減小小孔長(zhǎng)度都有利于保持較低的發(fā)射體溫度，從而提高空心陰極的壽命[8]；但模型得到的功率損耗隨發(fā)射體內(nèi)徑增加而增加的結(jié)論與Domonkos[9]發(fā)現(xiàn)的功率損耗隨發(fā)射體內(nèi)徑的增大而減小不一致。降階模型采用了簡(jiǎn)化的體積平均方法和有限元軟件模擬的簡(jiǎn)單熱模型，模型結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比表明該模型可以作為指導(dǎo)新陰極設(shè)計(jì)有效而又快速的工具。

1.4 空心陰極參數(shù)測(cè)量方法

實(shí)驗(yàn)測(cè)量是空心陰極研究的重要手段，對(duì)空心陰極模型驗(yàn)證與完善有重要意義。國(guó)外多個(gè)研究機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)了多種測(cè)量空心陰極參數(shù)的方法，主要采用探針、光譜、熱電偶等測(cè)量手段。

2000年，密歇根大學(xué)使用激光誘導(dǎo)熒光方法測(cè)量了低功率陰極發(fā)射的氙離子速度分布的均值和變化[10]，多次測(cè)量結(jié)果表明羽流模式下的離子速度分布與勢(shì)壘理論中的高能離子速度分布一致。

2004年，JPL使用了一種非接觸式溫度測(cè)量技術(shù)，將光纖探針伸入到空心陰極內(nèi)收集由發(fā)射體內(nèi)表面輻射的光，然后用比率高溫計(jì)確定發(fā)射體軸向溫度分布，陰極頂上熱偶的測(cè)量結(jié)果用來校正高溫計(jì)系統(tǒng)，測(cè)溫原理如圖3所示[11]。測(cè)量得到的溫度數(shù)據(jù)用于鋇耗損模型和發(fā)射體等離子體模型來估算陰極壽命，通過對(duì)比大小不同的節(jié)流孔和發(fā)射體的測(cè)量結(jié)果，得到了陰極結(jié)構(gòu)對(duì)陰極溫度分布的影響。

圖3 空心陰極溫度測(cè)量原理圖Fig.3 Schematic of hollow cathode temperature measurement

2005年，JPL開發(fā)了一種快速掃描探針以測(cè)量NSTAR空心陰極發(fā)射體區(qū)、孔區(qū)和觸持極區(qū)的等離子體密度、電子溫度和電勢(shì)[12]，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。測(cè)量結(jié)果表明，陰極結(jié)構(gòu)、陽極結(jié)構(gòu)、放電電流和流率對(duì)等離子體參數(shù)和分布有顯著影響，而放電參數(shù)和陽極結(jié)構(gòu)是決定放電穩(wěn)定性的主要因素，測(cè)量得到的等離子體參數(shù)在預(yù)測(cè)空心陰極性能和壽命中起著至關(guān)重要的作用。

2007年，英國(guó)QinetiQ公司在陰極管壁與發(fā)射體側(cè)面打孔，使用高溫?zé)犭娕紲y(cè)量了T6推力器陰極發(fā)射體外側(cè)溫度[13]，結(jié)果表明T6推力器陰極工作時(shí)的發(fā)射體溫度比NSTAR壽命為32 000 h的陰極要低35～126℃。

圖4 JPL測(cè)陰極等離子體參數(shù)的快速掃描探針圖Fig.4 Fast scanning probe for measuring cathode plasma parameters

2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)采用建模仿真研究空心陰極熱特性的相對(duì)較少，目前還未見研究空心陰極等離子體與熱耦合模型的公開報(bào)道，蘭州空間技術(shù)物理研究所的孫明明等[14]在2010年使用有限元軟件ANSYS對(duì)無氣體放電條件下的離子推力器空心陰極進(jìn)行了熱分析。首先，根據(jù)空心陰極的結(jié)構(gòu)在ANSYS中畫出空心陰極實(shí)體模型，輸入各部件相應(yīng)的材料熱導(dǎo)率、輻射率，假設(shè)陰極工作所處的環(huán)境溫度20℃；考慮到空心陰極各組件緊密焊接在一起，接觸熱導(dǎo)很大，所以認(rèn)為模型各組件之間是理想接觸。利用ANSYS軟件建立的空心陰極有限元模型，對(duì)陰極罩打開/閉合情況下分別進(jìn)行了瞬態(tài)、穩(wěn)態(tài)熱模擬，得到了空心陰極穩(wěn)態(tài)工作時(shí)加熱絲的溫度分布。將空心陰極放置在真空實(shí)驗(yàn)設(shè)備中，使用光學(xué)高溫計(jì)測(cè)量加熱絲中段以及頂部的溫度分布，通過校正得到了加熱絲的真實(shí)溫度分布，模型結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)基本吻合。通過模型與試驗(yàn)相結(jié)合的方法分析空心陰極熱特性，最終得出空心陰極的熱量主要損失在加熱絲和陰極頂部分，而熱屏及陰極罩是能夠顯著降低空心陰極熱損耗的部件，適當(dāng)?shù)奶岣邿崞恋陌l(fā)射率、降低陰極罩的發(fā)射率和熱導(dǎo)率，可以有效的減少熱損失。

3 結(jié)論與展望

空心陰極等離子體與熱模型研究總體上呈現(xiàn)出從依賴試驗(yàn)數(shù)據(jù)向不依賴試驗(yàn)數(shù)據(jù)的方向發(fā)展、從等離子體特性與熱特性獨(dú)立研究向耦合研究方向發(fā)展、零維模型與二維模型共同發(fā)展的趨勢(shì)。

基于等離子參數(shù)診斷的空心陰極熱模型需要大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)作為輸入，求解較多復(fù)雜的微積分方程，模型計(jì)算結(jié)果誤差也比較大，對(duì)空心陰極設(shè)計(jì)只能提供初步的指導(dǎo)。等離子體與熱耦合模型可以在不輸入試驗(yàn)數(shù)據(jù)（等離子體參數(shù)和熱參數(shù)）的情況下能夠?qū)崿F(xiàn)自洽運(yùn)算，且模型結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合的較好，能夠較為準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)空心陰極性能與壽命。耦合模型分為零維模型與二維模型，零維模型建模簡(jiǎn)單、計(jì)算迅速、計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)基本一致，可以作為指導(dǎo)空心陰極設(shè)計(jì)的工具；二維模型建模復(fù)雜、計(jì)算耗時(shí)較長(zhǎng)，但模型結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)一致性好，能夠更好的預(yù)測(cè)空心陰極性能和壽命，作為指導(dǎo)空心陰極設(shè)計(jì)的工具?？招年帢O參數(shù)測(cè)量，主要采用探針、光譜、熱電偶等測(cè)量手段，等離子參數(shù)診斷、發(fā)射體溫度測(cè)量需要設(shè)計(jì)較為復(fù)雜的專用測(cè)試裝置，將探針或光纖探頭伸入到陰極內(nèi)部進(jìn)行測(cè)量，陰極管壁面、陰極頂?shù)炔课坏臏囟瓤梢允褂霉鈱W(xué)高溫計(jì)和熱偶進(jìn)行測(cè)量。

鑒于目前國(guó)內(nèi)離子推力器和霍爾推力器的技術(shù)發(fā)展，開發(fā)多規(guī)格、高效率、長(zhǎng)壽命空心陰極產(chǎn)品的迫切需求，同時(shí)考慮到國(guó)內(nèi)空心陰極仿真分析、試驗(yàn)測(cè)量的現(xiàn)狀，建議空心陰極仿真分析模型，首先從空心陰極零維等離子體與熱耦合模型入手，并采用熱偶、光學(xué)高溫計(jì)測(cè)量陰極頂、陰極管等部位的溫度，進(jìn)行模型驗(yàn)證，建立初步指導(dǎo)空心陰極研制的仿真分析模型，為近期空心陰極研制水平提高提供支持。在此基礎(chǔ)上，再建立空心陰極二維等離子體與熱耦合模型，并設(shè)計(jì)加工專用測(cè)試裝置，進(jìn)行空心陰極內(nèi)部等離子參數(shù)診斷、溫度測(cè)量，對(duì)二維模型進(jìn)行驗(yàn)證，進(jìn)一步提高空心陰極仿真分析水平，為中遠(yuǎn)期開發(fā)規(guī)格更廣泛、效率更高、壽命更長(zhǎng)的空心陰極提供支持。

[1]郭寧，邱家穩(wěn)，顧佐，等.20 cm氙離子發(fā)動(dòng)機(jī)空心陰極3 000h壽命試驗(yàn)[J].真空與低溫，2006，12（4）：204-206.

[2]楊福全，江豪成，張?zhí)炱?，?20 cm離子推力器飛行試驗(yàn)工作性能評(píng)價(jià)[J].推進(jìn)技術(shù)，2016，37（4）：783-787.

[3]田立成，高俊，李興坤，等.LHT-100自勵(lì)磁霍爾推力器熱特性測(cè)試和熱真空實(shí)驗(yàn)研究[J].推進(jìn)技術(shù)，2016，37（4）：793-800.

[4]田立成，石紅，李娟，等.航天器表面充電仿真計(jì)算和電位主動(dòng)控制技術(shù)[J].航天器環(huán)境工程，2012，29（2）：144-149.

[5]Van Noord JL.Thermal modeling of an ion thruster[D].Univer?sity of Michigan，1999.

[6]Katz I，Polk J E，Mikellides I G，et al.Combined plasma and thermal hollow cathode insert model[C]//IEPC，2005.

[7]Albertoni R，Pedrini D，Paganucci F，et al.A reduced-order model for thermionic hollow cathodes[J].IEEE Transactions on Plasma Science，2013，41（7）：1731-1745.

[8]VanNoordJL，KamhawiH，McEwenHK.Characterization of a high current，long life hollow cathode[C]//IEPC，2006.

[9]Domonkos MT.Evaluation of low-current orificed hollow cath?odes[D].University of Michigan，1999.

[10]Williams G J，Smith T B，Domonkos M T，et al.Laser-in?duced fluorescence characterization of ions emitted from hol?low cathodes[J].IEEE Transactions on Plasma Science，2000，28（5）：1664-1675.

[11]Polk J，Marrese C，Thornber B，et al.Temperature distribu?tions in hollow cathode emitters[M].Pasadena，CA：Jet Pro?pulsion Laboratory，National Aeronautics and Space Admin?istration，2004.

[12]JamesonKK，GoebelDM，Watkins RM.Hollow Cathode and Thruster Discharge Chamber Plasma Measurements Using High-Speed Scanning Probes[C]//IEPC，2005：269.

[13]Rudwan I M A，Wallace N C，Kelly M.Dispenser Tempera?ture Profile Measurements and Discharge Current Division in the T5&T6 Kaufman-type Ion Thruster[C]//30th Internation?al Electric Propulsion Conference，F(xiàn)lorence，Italy Septem?ber.2007：17-20.

[14]孫明明，顧左，郭寧，等.離子推力器空心陰極熱特性模擬分析[J].強(qiáng)激光與粒子束，2010，22（5）：1149-1152.

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（本刊編輯部）

RESEARCH PROGRESS OF HOLLOW CATHODE PLASMA AND THERMAL COUPLING MODEL

WANG Jin，GUO Ning，GU Zeng-jie，DING Ji
（Science and Technology on Vacuum Technology and Physics Laboratory，Lanzhou Institute of Physics，Lanzhou 730000，China）

As a highly efficient aerospace electron source，hollow cathode is widely used in space electric propulsion system and spacecraft active potential control system.It is very important to study the coupling process of plasma characteristics and thermal characteristics to improve the efficiency of hollow cathode and prolong its life.Based on the analysis of the characteristics of the hollow cathode plasma and thermal coupling model and the measurement method of the hollow cathode parameters，it is suggested that studying zero-dimensional plasma and thermal coupling model of hollow cathode first to meet the simulation analysis requirements of hollow cathode，and then developing the two-dimensional plasma and thermal coupling model of hollow cathode to gradually improve the level of simulation analysis of hollow cathode.

hollow cathode；plasma；thermal analysis；coupling model；parameters measurement

V439+.2

A

1006-7086（2017）06-0318-05

10.3969/j.issn.1006-7086.2017.06.002

2017-06-04

王進(jìn)（1992-），男，陜西綏德人，碩士研究生，主要從事空心陰極技術(shù)研究。E-mail：y5896870@126.com。