2025, 25(13):5273-5284. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2404348
摘要:机器学习技术是当前的研究热点,以其强学习力、高通用性广泛应用于各类预测、识别、分类任务中。 探讨了机器学 习在计算结构力学中的应用,重点分析了其在材料性能预测、结构损伤分析、传统方法改进、本构方程建立和微分方程求解中 的作用。 通过文献综述总结了机器学习算法如神经网络、支持向量机和随机森林在提高计算效率和设计流程优化方面的优 势。 研究指出,机器学习与经典计算方法的结合为工程问题求解提供了新途径。 未来研究将聚焦于算法优化、模型改进和跨 学科技术融合。
2025, 25(13):5285-5296. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2406119
摘要:粉煤灰长期堆存会释放大量有毒有害物质,并对水环境构成威胁。 为全面了解该领域的研究进展,采用文献计量学 方法,系统并深入地对 CNKI 和 Web of Science 数据库中从建库至 2023 年间的相关文献进行了可视化分析。 结果表明:该领 域的年总发文量整体呈上升趋势,其中:中国科学家在该领域进行了大量研究工作,发文量最多,占总发文量的 18. 87% ,为后 续研究提供了重要科学依据,美国发文的中介中心性(0. 51)明显高于其他国家,研究成果更具国际影响力;研究热点主要围 绕粉煤灰中重金属等污染物,探究其在不同条件下的浸出、淋溶释放规律,揭示粉煤灰堆场污染物迁移带来的环境影响。 基 于高频关键词分析,探讨了粉煤灰污染物组成特征和可能释放到水环境中的污染物类型,系统梳理和分析了污染物的释放机 制、规律和关键影响因素,以及污染物在环境介质中的迁移规律研究进展。 未来研究应进一步关注粉煤灰堆存过程中 Pb、Cr、 Hg 等重金属,As、Se、Mo 等微量元素和 F - 、Cl - 、SO42 - 、PO43 - 等特征污染物的释放问题,探究复杂环境影响下特征污染物的释 放特性,并明确不同因素是否存在协同或抑制机制,建立粉煤灰固相中污染物指标与其释放进入水环境的指标间的定量关 系,为科学评价粉煤灰环境影响提供理论基础,进而有效防范粉煤灰中污染物对水环境的潜在威胁。
2025, 25(13):5297-5304. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2404454
摘要:为了研究海扁虫摆动胸鳍时所产生的涡流特性以及波动推力,通过 MATLAB 的线性插值法重新建立了海扁虫胸鳍 的简化模型,并推导出了海扁虫在游动时,推力、湍动能等参数之间的关系,最后利用 Fluent 软件对海扁虫的摆动姿态进行了 模拟。 结果表明:相较鳐鱼和牛鼻鲼等使用中对鳍(median paired fin,MPF)推进模式的鱼类,海扁虫因其窄长的身体结构特 性,能够在水中表现出更好的稳定性、适应性及灵活性;当雷诺数设置为 1. 05 × 105 时,海扁虫胸鳍会表现出更稳定的推力,能 够有效减少流体分离和湍流影响;在频率为 0. 6 Hz、波长为 2. 5m 时,海扁虫胸鳍呈现出最优的摆动参数,提高了流体的混合 和动力传递效率,进而提高了海扁虫的推进性能;在一个摆动周期的中期,胸鳍压强分布变化显著,在摆动的最高点时,升力 效率最高。
2025, 25(13):5305-5315. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2404292
摘要:2023 年 12 月 18 日,甘肃省积石山县发生了 MS6. 2 级地震,是该区域自有地震观测记录以来最大的一次地震。 为了 研究合成孔径雷达干涉测量(interferometry synthetic aperture radar, InSAR)技术在地震前后对积石山县及周围区域地表形变 的实际应用情况,通过利用 13 景涵盖地震发生时间和覆盖研究区的 C 波段 Sentinel-1A SAR 影像数据,运用 D-InSAR 与 SBAS- InSAR 技术进行处理,获取了地震前后沿雷达视线向的地表形变信息,并对震前和震后的形变速率结果进行了对比分析。 研 究结果表明,两种技术的监测结果均以柳沟乡(震中)为中心呈现出隆起现象,并以椭圆状向外逐渐扩展,后又演化为不规则 沉降,且地震前后的最大视线向形变量分别为 41 mm 和 16 mm,整个区域震后整体形变情况较为稳定,与相关资料相符合。 利用 D-InSAR 和 SBAS-InSAR 技术能够监测地震前后长时间的地表形变过程和异常情况,为快速获取同震地质灾害的分布范 围,指导震后应急抢险和灾后恢复重建提供有效支撑。
2025, 25(13):5316-5329. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2405119
摘要:季节性三角洲是在陆相盆地中由季节性河流控制形成的三角洲沉积体系。 现代季节性三角洲主要发育在地形平缓 的干旱-半干旱气候环境中,然而在古代沉积记录中季节性三角洲的沉积模式研究仍然不够深入。 选取塔里木盆地塔北地区 苏维依组作为研究对象,基于研究区 63 口测录井资料及 215. 52 m 岩心资料,建立不同沉积微相的测井相模板及岩相类型组 合模板,分析总结沉积相平面特征的垂向演化规律,建立研究区整体的沉积模式。 结果表明塔北地区苏维依组发育 4 大类、17 小类岩相类型,苏维依下段沉积时期,研究区发育南北两侧不断退积的季节性浅水辫状河三角洲;苏维依上段沉积时期研究 区北侧发育多洪水事件且向后退积的季节性浅水曲流河三角洲。 最后建立了季节性浅水三角洲受可容纳空间、沉积基准面 频繁变化和突发性事件等因素影响的剖面及单井沉积模式。 研究成果为深入理解干旱气候背景下的季节性浅水三角洲沉积 模式提供了参考,也可以为岩性圈闭勘探提供地质依据。
2025, 25(13):5330-5339. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2404086
摘要:高原高植被覆盖型滑坡调查难度大,资料不足,滑坡形态及内部信息获取难,隐蔽性高,对道路威胁大。 以四川省小 金县肖家坡滑坡为例,在现场详细地质调查的基础上,运用无人机倾斜及正射摄影技术识别滑坡的形态及规模;通过卫星遥 感影像分析滑坡的历史变形;并利用机载 LiDAR 获取滑坡地表点云及数字影像数据,得到去植被后滑坡地表数字高程模型及 厘米级滑坡地表三维模型,获取去植被后滑坡地表信息,从而对高原区高植被覆盖滑坡的基本特征及成因机制进行分析。 结 果表明:肖家坡滑坡顶部海拔 3 030 m,植被覆盖度 90% ,为典型的高原高植被覆盖滑坡,独特的高原沟谷型地貌特征、具有良 好临空面、斜坡结构简单地层易滑、雨水易渗透入坡体并形成积水区为诱发滑坡的主要内因;外部因素中长期降水使坡体内 部渗水软化,岩土体强度降低,冻融循环进一步弱化其坡体强度,地震与人类工程活动对土体结构扰动一步降低坡体稳定性。 在内外诱因的共同驱使下,滑坡变形逐渐加大并产生逐级滑移。 研究结果可对高原区高植被覆盖型公路滑坡的预测预报及 防灾减灾提供一定的技术支持。
2025, 25(13):5340-5350. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2405875
摘要:川西地区地形复杂多变,地质构造活跃,致使交通干线的建设与维护面临着地质灾害频发的挑战。 集成学习算法能 优化地质灾害易发性评估中算法的不足,提升模型的精度,在地质灾害易发性评估中具有显著优势。 以沿江高速为例,选取 坡度、起伏度等 12 个特征变量构建地质灾害易发性评价体系,比较分析 Stacking 集成算法与单一算法建模的预测性能,探讨 了沿江高速地质灾害的主控因素,并验证了模型的实用性。 结果表明:沿江高速沿线地质灾害高和极高易发区占比分别为 18. 21% 和 9. 85% ,集中分布在雷波段和金阳段;Stacking 集成模型受试者操作特征(receiver operating characteristics,ROC)曲 线和精确率-召回率(precision-recall,P-R)曲线的曲线下的面积(area under curve,AUC)均达到 0. 89,F1 分数也达到 0. 84,显著 高于 3 个单一机器学习模型的 ROC 曲线的 AUC(0. 84 ~ 0. 86)、P-R 曲线的 AUC(0. 81 ~ 0. 85)和 F1 分数(0. 78 ~ 0. 79),比单 一机器学习算法有更好的预测性能;沿江高速地质灾害的发育受地形地貌因素控制;新增灾害点位于模型中的极高易发区, 印证了 Stacking 模型的精确度和可靠性。
2025, 25(13):5351-5358. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2403325
摘要:作为渔业转型升级和绿色发展的重要方向,养殖工船受到学术界和工业界的广泛关注。传统的多点系泊方式会导致鱼类生长环境较为恶劣,不利于其生长,因此养殖工船普遍采用单点系泊方式,但是现有研究主要关注其系泊方案优化和性能研究,对养殖工船单点系泊装置的设计研究较为罕见。基于尽可能减少改造主船体的要求,本研究首先设计了某型养殖工船的外转塔单点系泊装置,详细阐述了系泊系统转塔装置、系泊装置、桁架结构、轴承装置等主要结构的工作原理。然后,采用三维势流理论结合水动力计算软件AQWA对养殖工船进行了水动力系数计算。最后,依据规范对风、浪、流的方向进行组合,采用船舶-系泊时域耦合动态算法对养殖工船及其单点系泊系统进行计算,得到了系泊完整作业和完整自存工况下的系泊缆张力、船舶六自由度运动。研究发现,风浪流非同向时养殖工船会产生较大的艏摇、横荡和横摇运动,其值仍在合理范围内;在作业和生存工况下系泊缆张力是合理安全的,因此本文所设计的单点系泊系统具有良好的定位能力。
毕晓婷,杨浚恒,崔海军,宋维峰,赵旭燕,石珣珣,张璞韬,元素瑶,李云华
2025, 25(13):5359-5368. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2405746
摘要:土壤种子库是植被恢复及更新演替的种源基础,对于维持生物多样性和生态平衡具有重要作用。本研究聚焦于滇西北高原湿地纳帕海湖滨沼泽化草甸,探讨短期围封禁牧对土壤种子库的影响。我们通过野外采样和种子萌发鉴定,比较了放牧和短期围封禁牧(3年)对表层土壤种子库物种组成、多样性及功能类群结构的影响。研究发现,短期围封禁牧显著改变了土壤种子库的多样性,降低了土壤种子库Shannon-Wiener和Pielou指数(P<0.05),同时显著增加了莎草种子密度(P<0.05);杂类草种子数、物种数在禁牧与放牧条件下占据绝对优势,而禾草、莎草次之,豆科最小(几乎为零)。围封禁牧导致杂草物种数百分比下降,莎草物种数百分比上升,禾草和豆科物种数百分比无明显变化。此外,土壤种子库中杂草类重要值与禾草类、莎草类重要值呈显著负相关(P<0.05),而禾草类密度与莎草类密度呈显著正相关(P<0.05)。这些结果表明,短期围封禁牧后,沼泽化草甸土壤种子库的多样性有所降低,但莎草类群种子得到了一定程度的补充和恢复,为湿地生态系统的恢复管理提供了新的见解。
2025, 25(13):5369-5376. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2404956
摘要:脊柱椎板机器人是近年来为椎板切除术研发的辅助性手术机器人。为探究脊柱椎板机器人手术方式和传统椎板切除手术方式对骨科医生脑力负荷多维特征方面的差异,基于多模态(心电仪、眼动仪和NASA-TLX量表)测量两种手术方式下骨科医生的脑力负荷。通过模拟手术实验,让12名骨科医生分别采用两种手术方式做椎板切除术,采集骨科医生的多模态数据以进行方差分析和相关性分析。方差分析结果表明,脊柱椎板机器人手术方式和传统椎板切除手术方式在主观脑力负荷方面有显著差异(p<0.05);在心电指标方面,平均心率、低频/高频比值(LF/HF)和正常RR间期的标准差(standard deviation of NN intervals, SDNN)之间无显著差异;在眼动指标方面,瞳孔直径(p<0.05)、注视频率(p<0.05)和扫视频率(p<0.01)有显著差异。进一步的相关性分析结果表明两种手术方式下均有瞳孔直径与主观脑力负荷水平之间的相关性尤为显著。结论,脊柱椎板机器人方式与传统椎板切除手术方式相比能够减轻骨科医生的脑力负荷,而且瞳孔直径与主观脑力负荷水平能更有效的反映骨科医生脑力负荷。
2025, 25(13):5377-5383. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2404785
摘要:摘 要 为探究非高密度脂蛋白胆固醇(Non-high density lipoprotein cholesterol, Non-HDL-C)与高密度脂蛋白胆固醇(high density lipoprotein cholesterol, HDL-C)比值(the ratio of non-high-density lipoprotein cholesterol to high-density lipoprotein cholesterol, NHHR)与肾功能快速下降风险之间的关系。本研究通过使用2011年和2015年中国健康与养老追踪调查(China Health and Retirement Longitudinal Study, CHARLS)数据,分析了4055名年龄≥40岁并且基线估计肾小球滤过率(estimated?glomerular filtration rate, eGFR)≥60ml·min-1·(1.73 m2)-1的参与者(根据血清肌酐和胱抑素C生成估计肾小球滤过率)。肾功能快速下降定义为eGFR下降≥3ml·min-1·(1.73 m2)-1·年-1。采用多因素logistic回归模型探究NHHR与肾功能快速下降的风险的相关性,同时采用限制性立方样条和阈值效应分析评估二者的剂量-效应关系。结果表明:在4年的随访期间,447名(11.02%)参与者肾功能快速下降。在完全调整的多因素Logistic回归模型中,NHHR最高组(T3)肾功能快速下降风险是NHHR最低组(T1)的1.94倍(OR=1.94,95%CI:1.46-2.61)。当NHHR作为连续变量时,NHHR每升高一个单位,肾功能快速下降风险增加1.21倍(OR=1.21,95%CI:1.08-1.36)。限制性立方样条结果显示,NHHR与肾功能快速下降呈现近似“log”型曲线的饱和效应关系(P非线性<0.05),拐点分析显示NHHR≤3.52时,随着NHHR升高,肾功能快速下降风险增加。当NHHR>3.52后,肾功能快速下降风险趋于饱和。可见在中老年人中,较高的NHHR与纵向肾功能快速下降相关且存在非线性关系。
2025, 25(13):5384-5393. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2309204
摘要:针对甘蔗切种时,由于蔗种切种机的切种刀具的结构与运动参数及安装协调优化不足,存在蔗种切口处平整度低、切割质量差且蔗芽损伤的现状。本研究采用单因素试验对甘蔗切种机的切口与运移滚筒支点间距、刀具落点速度、刀具安装偏移角、刀具前角、刀具背角进行有限元切割仿真试验,确定影响蔗种切割质量的评价指标及各因素对该指标的影响趋势。基于旋转正交试验分析各因素对评价指标显著的交互作用,获得正交试验结果的二次多项式回归模型。结合农艺要求与刀具切种特性,建立最优的评价指标,获得优化后的最优参数组合,并对其进行切段仿真试验与台架验证试验,分析综合误差率为4.97%。其最终优选结果为:切口与支点间距177.944mm、刀具落点速度1.569m/s、刀具安装偏移角5.923°、刀具前角10.899°、刀具背角8.637°;切口处等效应变与蔗芽处等效应力分别为5.053mm和1.592mpa。该研究可为甘蔗切种刀的结构参数与安装参数及其运动参数的优化提供研究基础,以提高蔗种的切种质量。
2025, 25(13):5394-5399. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2404616
摘要:埋地管道是油气输送的重要组成部分,煤矿采空区地表沉降会造成经过采空区的管道相应沉降,造成管道变形、断裂等事故。以蒲县-河津管线穿越采煤沉陷区为研究背景,运用3D打印技术弥补了管道模拟材料与岩土模拟材料在力学相似上的不匹配性,构建管道与岩土的耦合相似模拟实验,分析了埋地管道因煤矿开采所导致的采动响应,建立了管道移动变形与地层移动变形的相关关系。研究表明:埋地管道与下伏岩层不同步沉降,使其上覆岩层和下伏岩层间出现脱层,管道在上覆岩层荷载及其自重作用下发生弯曲变形,当脱层跨度足够大时,导致管道底部所受到的弯曲拉应力超过其许用应力,发生拉伸破坏;埋地管道下沉值约为地层下沉值的1.21倍,地层水平变形约只有18%传导至管道。本研究成果对沉陷区管道安全铺设和日常维护具有指导意义。
龙一夫,孙金声,刘人铜,邹大鹏,倪晓骁,王建华,崔小勃,杨丽丽
2025, 25(13):5400-5407. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2403852
摘要:油基钻井液体系因其良好的稳定性和抑制性多应用于深层油气复杂的地层,但是高效防漏堵漏材料的匮乏限制了油基钻井液的使用。针对上述问题,首次提出以丙烯酸酯单体为主链,引入抗高温、增强与地层粘结性的功能单体,采用溶液聚合方法合成了均一稳定的聚合物SMHDVD,同时引入不同浓度的交联剂乙二烯基苯,并研究其浓度对于聚合物SMHDVD的影响。室内防漏实验结果评价表明,聚合物SMHDVD对油基钻井液体系具有良好的防漏作用,钻井液累计漏失量降低率最高可达68.7%,明显优于常规防漏材料。通过对比实验,发现交联剂的引入会降低SMHDVD的封堵能力且随着交联剂浓度的增大,聚合物防漏效果呈变差趋势。本研究研发的聚合物防漏剂为预防油基钻井液漏失问题提供了新的思路,具有较高的现场应用潜力。
2025, 25(13):5408-5414. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2404356
摘要:我国在页岩气的勘探开发中通常采用便于拆迁、运输与再组装的撬装设备,而撬装设备长期处于高压高温的工作环境中,容易产生故障。为了杜绝生产事故,消除安全隐患,有必要对集输撬装设备进行定期监测和故障诊断。常用的设备故障诊断方法仅仅能够得到相对独立和离散的故障信息,无法把故障之间的关联关系挖掘出来。对此,本文提出了两阶段关联分析技术,对页岩气集输撬装设备的故障信息展开分析,发现故障间的关联关系及缺陷类型分布,进而指导设备维护与工艺优化。在真实数据上的实验表明,本文提出的方法准确发现了撬装设备缺陷位置间的关联关系及缺陷类型分布,为集输撬装设备的预防性检测和优化设计提供了新的解决方案。
2025, 25(13):5415-5421. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2405066
摘要:针对短时工作且外部绝热的高功率电子设备难以直接利用外部热沉散热的问题,采用低熔点、高体积焓值的相变材料进行储能结构优化设计,实现电子设备的温度控制。首先,基于电子设备体积、重量、外部环境、热功率、工作时间等约束条件,结合相变材料热性能进行散热结构一体化设计;其次,根据相变材料的性能特点,提出一种基于温度反馈的等效比热容热分析方法;最后,结合实例对石蜡、烯炭复合材料和液态金属三种相变材料的导热性能进行数值模拟分析,以热源温升和均温性为指标,评估三种相变材料在储能结构中的散热性能,确定电子设备的最佳相变储能结构。研究结果表明:相变材料在一定时间内能显著控制温升,满足小体积、外部绝热环境电子设备的温控要求;相变材料的体积焓值表征单位体积相变材料储能能力,体积焓值越高,所需相变材料的体积就越小;液态金属因体积焓值大,导热系数高,能取得更好的热性能。
2025, 25(13):5422-5428. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2404461
摘要:非致命电击武器是非致命武器领域的研究热点,近年来对无线远程电击子弹的研究是热点问题中的重点,因此针对非致命远程低速电击子弹尾翼设计,选取了Clark Y、Eppler 387、NACA-66三种在低速有较好气动特性的翼型,使用CFD软件用NACA0012翼型在30(m.s-1)下的仿真结果与文献仿真结果和风洞试验结果对比,验证了算法的有效性,然后对三种翼型低速的气动特性进行仿真,分别得到了在30(m.s-1)、35(m.s-1)、40(m.s-1)飞行速度下对应不同迎角的升力系数、阻力系数和升阻比。结果表明在同一飞行速度下,三种翼型的升力系数和阻力系数都随攻角的增加逐渐增大,但升力系数的增长幅度逐渐变小,阻力系数的增长幅度逐渐变大,升阻比随攻角的增加先增大后减小,经过对比发现翼型Eppler 387的气动性能优于另外两种翼型,速度为40(m.s-1)、攻角4°到6°之间为最佳工况,既能满足非致命远程低速电击子弹的结构设计的要求,又能在提供尽可能大滚转力矩的同时产生较小的阻力。
2025, 25(13):5429-5437. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2404446
摘要:为实现可再生能源利用与CO2减排技术结合,文章通过CO2羽流地热系统进行高温气田地热资源开采,CO2羽流地热系统结合了CO2封存和深部地热资源开发两种优势,在采热时实现CO2的同步封存。文章以某高温气田为目标热储,利用COMSOL软件,构建盖岩-热储-基岩的三维热-流耦合模型,分析热储上、下两侧岩体热补偿作用和生产井数与系统采热性能的关系。结果表明:在考虑热补偿时,羽流地热系统运行后期,流体温降速率降低,系统获得更高采热速率并取得较大热开采资源,热储开采程度更低,延长了系统运行寿命;在考虑生产井数时,发现增加生产井数,生产流体温度降幅越低。可见在CO2羽流地热系统运行中,盖岩和基岩对热储的热补偿作用和生产井数增加都能够延长系统寿命,为未来CO2羽流地热系统优化与实际应用提供理论参考。
2025, 25(13):5438-5446. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2405628
摘要:二阶选择谐波重复控制(second order selective harmonic repetitive control, SOSHRC)策略因其良好的频率适应性和动态性能被广泛应用于并网逆变器控制中。针对传统SOSHRC策略的稳定性分析方法复杂、稳定性标准较为保守等问题,提出一种新型二阶选择谐波重复-比例控制(second order selective harmonic repetitive control and proportional control, SOSHRC-PC)。首先,设计新型SOSHRC的结构和原理,并介绍新型SOSHRC-PC控制策略。然后,分析新型SOSHRC-PC控制器的稳定性和参数设计方法。最后,搭建基于新型二阶6k ± 1次谐波重复-比例控制的三相并网逆变器模型,仿真结果表明所提的控制策略具有良好的稳态和动态性能。
2025, 25(13):5447-5454. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2405006
摘要:传统配电网无功优化和重构大多是单独进行研究的,缺乏不同优化技术的协调与配合。本文建立一种有源配电网无功和重构协同优化数学模型,结合配电网无功优化和重构两种优化方式,根据配电网的实际情况,实现二者的协调运行。以年综合成本最小作为目标函数,在满足网络功率平衡、节点电压幅值、网络辐射状运行等约束条件下,采用改进的灰狼算法进行求解。针对传统灰狼算法种群多样性低、容易陷入局部最优解以及运行速度慢的问题,提出在灰狼更新策略的基础上增加烟花算法爆炸机制,同时为了提高计算效率和求解精度,将烟花算法用于整数解寻优,并引入非线性规划算法对连续解进行寻优。以IEEE33节点配电网为例进行4种不同场景的验证,结果表明,所提出的协同优化模型能够有效降低网损和年综合成本,抑制节点电压波动水平,同时显示出改进算法收敛速度和计算精度的优越性。
2025, 25(13):5455-5463. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2404874
摘要:针对大规模纯电重卡无序充电抬高电网负荷峰值影响电能质量的问题,提出适用于调峰场景的集群划分及双层优化调度策略。首先,考虑实时道路流量及多能耗因素建立纯电重卡参与电网调峰的需求响应模型,以物流因素作为特征量,结合改进的模糊聚类算法对纯电重卡进行日前集群划分;其次,基于分群结果,结合电网调度与企业用户两方主体的不同利益诉求,在主从博弈框架下考虑柔性时间窗建立双层规划调度模型,实时求解集群内ET充放电功率;最后,采用克里金模型优化的粒子群算法加快模型求解的速度。通过某物流区实际纯电重卡数据进行仿真验证,结果表明,采取的集群划分及考虑柔性时间窗的双层调度策略能更好的平滑负荷曲线,降低集群的调度偏差。同时,克里金优化算法在求解双层优化模型上,更具有快速性。
2025, 25(13):5464-5475. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2405460
摘要:针对具有执行器故障的四旋翼无人机姿态控制问题,提出了一种基于径向基函数(Radial Basis Function,RBF)神经网络、事件触发机制和迟滞量化器的自适应规定时间预设性能反演容错控制策略。首先,构造四旋翼无人机系统的动力学模型,并结合执行器故障模型重构姿态模型。其次,通过设计一类时变函数,对反演控制所需误差变量进行变换,使其满足规定时间内达到预设性能指标的要求。然后,利用RBF神经网络的非线性函数逼近能力对虚拟控制律的导数以及具有未知参数的执行器故障进行估计。最后为了降低执行器的更新频率,结合事件触发技术和迟滞量化器设计自适应反演控制输入。通过Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统的稳定性,并由MATLAB软件仿真验证了提出算法的有效性。实验结果表明所设计的事件触发量化控制器同仅利用事件触发技术设计的控制器相比具有更低的更新频率。
2025, 25(13):5476-5483. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2402551
摘要:社会车辆运行状态、交通灯管控状态及轨道部件的精准识别成为制约轨道巡检机器人推广应用的技术瓶颈。针对轨道健康状态巡检需求,文章首先给出了轨道巡检机器人的视觉检测系统及基于“北斗+5G”的导航系统的技术方案;其次,基于YOLOv8算法搭建了视觉检测系统模型,并创新性地采用网络爬虫技术从网络开源视频资源中抓取获得有关交通信号灯、汽车尾灯等样本数据来训练视觉检测模型;随后,对训练后的模型,进一步采用迁移学习法和早停法优化模型检测精度。研究结果表明:采用YOLOv8算法并使迁移学习法和早停法针对模型进行优化后,巡检机器人能有效检轨道部件及道岔路口的车辆以及交通信号灯,同时有效提高巡检效率和准确性。
2025, 25(13):5484-5490. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2401891
摘要:为解决桥式起重机在负载升降过程中出现钢丝绳摆角太大问题,提出了一种以桥式起重机单摆模型为研究对象的模糊分层滑模控制方法。该方法首先建立了桥式起重机单摆模型系统,在传统滑模控制的基础上,设计两层滑模面联合控制,将分层滑模面与模糊控制相结合设计了控制器,通过理论证明了该方法下桥式起重机闭环系统的Lyapunov稳定性并且进行了仿真实验。仿真结果表明,对比LQR控制器和多滑模控制器,小车到达期望位置时间节省了68%,负载最大摆角降低了15%,达到良好的防摆效果。
2025, 25(13):5491-5500. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2403621
摘要:针对变风量空调送风温度控制系统存在非线性、大迟延、模型参数不确定且抗干扰能力弱等问题,设计了基于自抗扰控制器(active disturbance rejection control, ADRC)的送风温度闭环控制系统。为了克服自抗扰控制器在参数调整上的困难,提出一种改进灰狼优化算法(improved grey wolf optimization, IGWO)优化控制器参数,通过在灰狼优化算法(grey wolf optimization, GWO)中引入混沌映射、非线性收敛因子、动态权重及维度学习策略,增加了种群多样性并兼顾搜索和开发的平衡。通过对不同的单峰、多峰函数测试,证明了IGWO算法具有更好的寻优精度、收敛速度和稳定性。本文通过MATLAB仿真验证了所提算法的优势和可行性;随后通过实验进一步证明:与传统比例-积分-微分(proportional-integral-derivative, PID)控制器、传统灰狼算法优化的自抗扰控制器相比,采用IGWO算法优化的自抗扰控制器使系统送风温度超调量缩短45.3%和8.9%,调整时间减少34.8%和11.2%,稳态误差更小,系统更节能。
2025, 25(13):5501-5514. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2404351
摘要:无人机三维路径规划问题是在复杂三维环境中找到起点与终点之间最优路径的组合优化问题,但大多数路径规划算法难以在可接受的时间和精度范围内找到可行路径,因此提出了一种基于k-means++聚类优化的动态多子群樽海鞘群算法用于解决上述问题。首先,在三维环境模型中结合高度成本提出新的成本函数,将路径规划问题转化为多维函数优化问题。其次,采用k-means++聚类算法对种群进行分群,并设计动态多子群机制均衡算法的全局搜索与局部开发;各子群结合多策略协同改进,在避免算法陷入局部最优的同时提高全局寻优能力。最后,在12个CEC2017基准测试函数中验证了该算法对比其他5种算法:ISSA、MSNSSA、IBSO、MBFPA、SSA的性能后,将其应用于三维环境中对最优路径规划问题进行求解。在不同的环境模型下的仿真实验结果表明,该算法的平均有效路径率相较于其他5种改进算法分别提高了15.5%、11%、23%、20.5%和18%,这证实了该算法在复杂环境下具有优秀的寻优能力。
2025, 25(13):5515-5526. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2403342
摘要:现有的语音驱动人脸生成方法在特征提取与生成质量上仍面临挑战,且尚未充分挖掘音频与人脸特征之间的深层关联。为解决这些问题,本文提出一种结合梅尔频率倒谱系数(Mel Frequency Cepstral Coefficients)音频特征提取与合第二代样式生成对抗网络(Style Generative Adversarial Net- works 2)图像生成技术的研究方法。在音频处理方面,采用了梅尔频率倒谱系数作为特征提取方法。为了更有效地从音频中提取和传递特征,设计了一种基于ResNet18的残差模块,并融入了SE(Squeeze-and-Excitation)注意力机制。同时对原残差块中的激活函数进行了优化改进,采用Mish激活函数,旨在减少深层网络中的梯度消失问题,保持特征信息的完整性并提高模型的准确性和泛化能力。采取StyleGAN2模型作为人脸图像的生成模型。实验结果表明,结合了设计的音频处理网络和StyleGAN2的人脸生成模型,在语音驱动的人脸生成任务中展现出了卓越的性能。通过综合评估FID(Fréchet Inception Distance)和路径长度等指标,本方法在语音驱动的人脸生成任务中相较于现有方法,在生成质量上有显著提升,充分证明了所提方法的有效性和优越性。
2025, 25(13):5527-5534. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2404266
摘要:针对无人机航拍图像中背景复杂、小目标样本多,难以提取有效特征等问题,提出一种改进实时Transformer(Real-Time DEtection Transformer,RT-DETR)的无人机航拍小目标检测算法。首先,在特征融合网络中增加针对微小目标的特征融合结构,利用浅层特征图中丰富的位置信息来增强网络对小目标的检测能力,同时为了防止额外参数的增加,去除主干网络中最后一个残差结构;其次,设计一种多通道特征部分卷积模块MCPConv(Multichannel Partial Convolution),基于此重新构造了主干网络中的BasicBlock结构,命名为MCP Block,减少通道特征冗余,提升多尺度细节特征的获取能力;引入具有学习能力的位置编码,获取更精确更具表达能力的位置信息;最后引入NWD和MPDIoU定位损失函数,降低位置偏差的敏感性,加快模型收敛速度。实验结果表明,在VisDrone2019-DET数据集上,改进后的模型较原始模型参数量降低了百分之62%,检测精度mAP50提升了3.9%,且FPS较改进前提升了17%,对比其他主流检测模型具有更好的检测效果。
2025, 25(13):5535-5543. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2404890
摘要:针对石灰石-石膏湿法烟气脱硫系统(wet flue gas desulfurization,WFGD)工作过程中浆液pH值难于精准测量、不利于WFGD作业的问题,建立一种基于双向门控循环单元的脱硫系统pH值预测模型。首先,对原始数据进行清洗和归一化处理,然后基于最大信息系数分析得出13个特征值为输入变量,pH值为输出变量,并建立浆液pH值模型,最后,运行模型,并对结果进行评价。研究结果显示,与长短期记忆和门控循环相比,本文所选用的数学模型的平均绝对误差分别下降了11.95%、24.92%,均方跟误差分别下降了10.64%、19.49%,决定系数分别提高了1.79%、3.08%。表明基于双向门控循环单元的pH预测模型具有较高的精确度和稳定性,具有工程应用价值,为现有脱硫塔pH值预测模型提供了工程参考。
2025, 25(13):5544-5551. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2404614
摘要:采用分子动力学研究了不同浓度NaCl溶液对C-S-H/γ-FeOOH界面粘结性能的影响,从界面处离子演化、径向分布函数、粒子强度分布、相互作用能和力学性能等方面揭示了NaCl溶液浓度的影响机理。研究结果显示,随着NaCl溶液浓度升高,Cah2+离子从C-S-H表面脱离扩散至层间溶液,Na+离子进入C-S-H层中,Cah2+离子对溶液中Cl?离子具有吸附作用,导致C-S-H表面出现Cah2+和Cl?的离子团。此外,由于γ-FeOOH表面羟基振荡,为Na+离子提供吸附点位,致使γ-FeOOH表面Na+离子增多。当NaCl溶液浓度升高时,Cah-Os的RDF峰值逐渐降低,Cah-Ow、Cah-Cl和Na-Os的RDF峰值均逐渐升高,该结果与离子强度分布一致。Cah2+离子与水中Ow形成离子键,导致C-S-H表面Cah-Os离子键减少。Cah-Os离子键的强度和稳定性优于Cah-Ow,故随着NaCl溶液浓度的升高,C-S-H/γ-FeOOH界面相互作用能和峰值应力均呈下降趋势。
2025, 25(13):5552-5559. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2404423
摘要:针对工程岩体锚杆锚固防控研究的不足,提出基于锚杆预紧力的协同防控分析方法,开展基于锚杆预紧力的锚杆、锚固剂及围岩协同防控试验,得到锚杆预紧力变化规律并识别锚杆锚固协同防控状态,提出协同度概念并探讨协同度确定方法。结果表明,提升锚固剂与锚固孔围岩、锚杆与锚固剂的协同度,有利于彼此间的协同演化,可有效提升防控效果;给出了锚杆锚固协同状态判定方法,可通过锚杆预紧力松弛过程曲线和松弛度来综合判定锚杆锚固协同状态;增大锚杆垫板与临空面围岩的接触面有利于彼此间的协同演化;根据预紧力施加及监测情况,得出了锚杆锚固防控总协同度的确定方法,给出了锚杆锚固各部分提高协同度的策略,设计时应特别注重锚杆锚固各部分的协同,确保各部分均能发挥最优性能和处于最佳状态;研究结果为工程岩体的预应力锚杆锚固机理、监测、预测预报及防控等具有很好的指导和借鉴意义。
2025, 25(13):5560-5570. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2407303
摘要:在深井、超深井钻井过程中常出现“大小井眼”的复杂井身结构,即“大差异环空”井筒。上部大尺寸环空钻井液流速过慢,导致携岩困难;而下部小尺寸环空流速则过快,显著增加了循环压耗。为了解决上述问题,本文提出了一种新型分流工具,旨在实现“上能携岩,下能降耗”的功能。然而,目前尚缺乏针对该工具的井筒流动数学模型,影响了分流工具结构的设计与优化。基于此,本文依据流动与传热基本原理,建立了适用于分流工具的井筒流动数学模型,并以ZS102井为例,证实了工具的应用效果。结果表明:安装分流工具后,井底压力从85.08 MPa降至80.30 MPa,立压从20.97 MPa大幅降至7.22 MPa,环空压耗从7.16 MPa降至2.40 MPa。本文研究内容为深井、超深井钻井作业中复杂井身结构携岩参数优化及防漏治漏提供了新的解决方案,对深井、超深井钻井技术发展具有重要意义。
2025, 25(13):5571-5578. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2404472
摘要:为探究不同因素对混凝土性能的影响,采用响应面法来优化混凝土配合比,实验以水胶比、钢渣掺量、沙漠砂掺量为变量,重点分析了混凝土坍落度、抗压强度和劈裂抗拉强度等主要性能指标。实验结果显示,沙漠砂掺量对混凝土坍落度影响最显著,而抗压强度与劈裂抗拉强度主要受水胶比变化的影响。随着沙漠砂掺量的增加,混凝土坍落度、抗压强度、劈裂抗拉强度呈现先增加后减小的趋势,在沙漠砂掺量在30%时,达到其性能最优。钢渣的加入可以改善沙漠砂混凝土(DSC)的流动性,随着钢渣的增加,DSC的抗压强度呈现减小趋势,抗拉强度先增加后减小;钢渣的加入与沙漠砂有交互作用,尤其是对DSC的抗拉强度。通过响应分析,得到最优配合比为水胶比0.39、钢渣掺量10%、沙漠砂掺量为30%,此时DSC综合性能最优。最后,使用NSGA-Ⅱ进行多目标优化,该优化得到更加完善的解集,从而为DSC的应用提供一定的技术支撑。
2025, 25(13):5579-5588. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2404782
摘要:既有建筑能源改造实践中,改造参数的不确定性对改造结果的影响是显著的。为了支持能源改造决策,提出结合拉丁超立方抽样的蒙特卡洛方法评估不同改造方案,采用树状高斯方法筛选影响改造过程的关键变量。结果表明,不确定分析可以在改造设计初级阶段量化评估改造方案,两种典型改造场景的节能率分别在32.7%-55.2%和55.5%-108.4%之间波动,节能效果好的改造方案不确定性高;使用累积概率分布评估改造成功的概率,满足改造目标概率分别为58%,96.4%,可再生能源技术的加入保证改造结果;敏感性分析结果表明,渗透率和设备功率密度是办公建筑能源消耗的最重要因素,占输出方差的80%。研究对今后更多建筑节能改造方案选择提供理论依据和方法借鉴。
2025, 25(13):5589-5601. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2404698
摘要:区域供热网络泄漏故障在线高效监测可以减少检修反映时间,保障居民的用热需求。然而,常规泄漏故障诊断方法的数据特征提取能力有限,难以处理复杂供热网络高维度非线性压力流量监测数据,使得其诊断性能较弱。因此,本文提出了一种基于卷积神经网络(Convolutional Neural Networks, CNN)和Transformer的供热管网泄漏故障诊断模型。提出的CNN-Transformer诊断模型将CNN与Transformer网络相结合,实现了不同时间尺度和空间特征的联合学习。其中CNN网络用于提取局部特征,Transformer网络用于捕获全局特征。通过模拟环状供热管网系统得到的故障数据集验证了模型的有效性。结果表明,提出的基于故障特征的多级特征提取与融合机制的CNN-Transforme诊断模型,显著提升了泄漏诊断的准确率。CNN-Transformer方法在测试集上准确率最高,与其他故障诊断方法(长短期记忆循环网络、门控循环网络、CNN和Transformer)相比,在测试集上的准确率分别提高了13.21%、7.49%、6.1%和4.62%。
2025, 25(13):5602-5608. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2404829
摘要:为探究大粒径骨料心墙沥青混凝土的离析特性,开展了室内试验和现场试验。首先,对室内配制的沥青混凝土试样的密度比数据进行极差分析;其次,基于一元方差理论对现场不同工况下钻取的骨料最大粒径37.5mm的沥青混凝土芯样上、下部的密度数据进行了统计分析;最后,对不同工况下大粒径骨料心墙沥青混凝土芯样上、下部的基本力学性能进行了对比分析。结果表明:对心墙沥青混凝土离析影响相对较大的因素是骨料最大粒径,其次是试验温度,最小的是沥青用量,且心墙沥青混凝土离析的倾向性随骨料粒径增大、沥青用量增大和试验温度升高而增大。不同工况下成型的骨料最大粒径37.5mm的沥青混凝土的离析倾向性由大到小分别是:初碾温度145℃、摊铺厚度30cm,初碾温度130℃、摊铺厚度30cm,初碾温度145℃、摊铺厚度40cm和初碾温度130℃、摊铺厚度40cm;其自身的离析倾向性会随着摊铺厚度的增大、初碾温度的降低而减小。上述四种工况下成型的骨料最大粒径37.5mm的沥青混凝土的芯样上、下部的马歇尔稳定度、马歇尔流值和劈裂抗拉强度的差异均在6%以内,均匀性良好。
2025, 25(13):5609-5617. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2407064
摘要:针对煤炭联运过程中集装箱大规模到达时,会造成节点换装过程中集装箱挤压和中转延误等问题。基于此,采用量化管理理论中的“人、机、料、法、环”五维框架对节点换装过程中产生的中转延误风险进行评价,以CRITIC(criteria importance though intercrieria correlation)客观赋权法对煤炭公铁联运中转延误风险进行量化评估,进而将风险纳入路径优化的考虑因素中来,同时引入改进的改进ASIF(activity-share-intensity-factor,活动总量-模式分配-能源强度-排放因子)方程对运输和中转节点换装过程的碳排放进行度量,建立全货运时间内的碳排放和中转延误风险模型。基于上述模型,提出以最低碳排放、最小运输成本、最短运输时间、最低中转延误风险为目标的煤炭公铁联运路径优化模型。以运输实例分析的过程,引入了MATLAB编程,设计NSGA-Ⅱ(non-dominated sorting genetic algorithm Ⅱ,非支配排序遗传算法Ⅱ)算法对算例进行求解,分别模拟了不同运输决策条件下的各优化结果,以最低碳排放、最小运输成本、最短运输时间、最低中转延误风险的单目标优化结果,与综合考虑上述目标的多目标优化结果对比,探究多目标优化在处理煤炭公铁联运低碳路径优化上的优势。研究结果表明:多目标优化方案相比单目标优化能够有效地降低运输费用,缩短运输时间,减少综合能耗,并降低中转延误风险,实现煤炭公铁联运经济与安全水平的综合最优;同时,也为不同运输需求及情景下的公铁联运路径优化提供了一定的参考依据。
2025, 25(13):5618-5625. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2404846
摘要:洞桩法施工存在群洞效应,极易引起地表塌陷,为了达到安全施工、减小地表沉降的目的,本文利用MatDEM离散元软件,对洞桩法施工过程进行模拟。与已有的研究成果相比,本文对地层微观力学参数进行训练,考虑了土体的变形潜在机理和土体的亚稳态微观结构,总结了多导洞施工下围岩压力的变化规律。研究成果表明:(1)采用“先上后下、先边后中”的施工顺序时,地表沉降较小。(2)采用“先中后边”时,先挖的中间导洞会使其1.5倍洞宽处发生滑移面分层;采用“先边后中”时,先挖的边洞会产生土供对内侧土体产生竖向支撑作用,降低后挖中洞所产生的地表沉降。(3)上导洞施工时,拱顶、拱腰处的围岩压力呈现增大趋势。下导洞施工导致上导洞拱顶和内侧拱腰处出现应力集中现象。72.65%的地表沉降发生在下导洞施工阶段,采用错距施工能明显缓解土体扰动。
2025, 25(13):5626-5633. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2405220
摘要:为分析车道荷载作用下薄壁箱梁的畸变效应,研究应力放大系数在薄壁箱梁中的分布规律,以畸变角和畸变广义翘曲位移作为节点位移,基于畸变控制微分方程的齐次方程的初参数解,将薄壁箱梁划分为梁段单元,推导其单元刚度矩阵和等效节点荷载列阵。使用Fortran语言并参考平面杆系结构计算程序FRAME2编写,得到可用来分析薄壁箱梁畸变效应的梁段有限元程序,用程序分析箱梁在车道荷载作用下的畸变内力和应力放大系数的变化规律。结果表明:车道荷载作用下变截面三跨连续箱梁的畸变翘曲应力在集中荷载作用处产生突变,此处取得最大和最小值,应力放大系数沿纵向分布规律与畸变翘曲正应力沿纵向分布相似,均沿跨径对称分布;应力放大系数的最大值出现在集中荷载作用处,该截面顶板处的正应力放大系数为1.080,底板处的正应力放大系数为1.180,考虑应力放大系数的取值时不应考虑弯曲应力值较小的点。
2025, 25(13):5634-5642. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2404668
摘要:侧压力系数对隧道围岩变形和支护结构力学响应具有重要的影响,准确得到隧址区侧压力系数λ可有效指导隧道的设计与施工。本文首先从理论角度分析了侧压力系数对隧道拱顶沉降位移和边墙水平位移的影响;然后,通过监控量测得到隧道边墙水平位移与拱顶沉降位移的比值,并结合数值模拟手段,建立了水平-竖向位移系数K与侧压力系数λ之间的数学关系,从而实现了侧压力系数的反演;最终,将反演得到的侧压力系数应用于隧道断面的优化设计。研究结果表明:在相同的地质条件下,水平-竖向位移系数K与侧压力系数λ近似呈线性关系;无论隧道的埋深或围岩条件如何变化,水平位移与沉降位移之间始终存在比例关系,可用于隧址区侧压力系数的反演;根据监控量测数据反演得到隧道侧压力系数为1.1,施工中通过不断调整隧道轴比m,使其逐渐趋近于λ-1,有效控制了隧道变形,降低了衬砌变形破坏比例。
2025, 25(13):5643-5654. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2404544
摘要:集成式线控制动系统的复杂非线性特性和动态摩擦特性等导致精确的液压力控制仍面临一定的挑战。为解决上述问题,本文提出了一种集成式线控制动系统主动制动液压力精确控制策略。首先,分析了集成式线控制动系统的结构方案和控制框架,建立了面向控制器设计的各组件等效简化模型。其次,提出了一种集成式线控制动系统主动制动三层闭环级联压力控制方法。具体而言,基于自抗扰控制方法设计压力控制层以削弱液压系统迟滞非线性因素的影响,位置控制层采用鲁棒滑模变结构控制方法并考虑了传动机构的动静态摩擦问题,此外,通过线性矩阵不等式方法设计电流控制层以提高制动电机的动态跟随性能。AMESim-Simulink联合仿真测试结果表明,集成式线控制动系统在多种工况下具有良好的液压力控制性能,稳态压力跟随误差控制在0.1MPa以内,相比传统基于PI控制方法,采用本文方法瞬态压力跟随误差均值下降了0.14Mpa,稳态压力跟随误差均值减少了0.8Mpa,响应迟滞时间降低了0.04s,验证了本文所提出的控制策略的有效性。
2025, 25(13):5655-5661. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2405372
摘要:为应对日益复杂多变的市场环境带来的航空货运市场供需不平衡问题,提高航空货运量预测精度对于航线规划和供应链优化等具有重要意义。首先基于2000年1月—2022年12月的月度航空货运数据作为训练集,通过季节性分解法(seasonal and trend decomposition using loess,STL)捕捉季节性波动规律和长期变化趋势,然后基于深度学习的时间序列预测模型(long short-term memory—support vector regression ,LSTM-SVR)来拟合因突发事件下的货运量引起的非线性变化,最后基于2023年全年的月度数据对预测模型进行检验。结果表明:基于季节和组合预测模型(STL-SVR-LSTM)相比于传统方法如自回归移动平均(autoregressive integrated moving average,ARIMA)、SVR或LSTM在突发事件下对航空货运量的预测更为准确。2023年的数据检验得出季节和组合预测模型均方根误差和平均绝对百分比误差分别为3.53和3.53%,拟合优度为0.79,LSTM模型预测结果次优,均方根误差和平均绝对百分比误差分别为5.66和7.73%,拟合优度为0.58,显著优于其他两种传统预测模型。可见该预测模型能适应复杂环境下的航空货运量预测,有助于在突发事件下为企业经营和增强供应链的稳定提供参考建议。
2025, 25(13):5662-5670. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2405931
摘要:为探究自旋转效应对封闭腔体内热对流系统流动与传热特性的影响,对自旋转封闭腔体内空气流动与传热特性开展了系列数值模拟,获得了水平温度梯度和竖直温度梯度作用下不同瑞利数和旋转瑞利数下的速度场、温度场分布特征,以及高温壁面局部和平均努塞尔数,探讨了旋转作用对两类热边界条件下热对流系统的影响规律。结果表明:对于水平温度梯度作用下的热对流,旋转作用的逐渐增强使得流动特征呈现由单胞流动结构转变为多胞流动结构的演变特征,且使得热对流传热性能增强;对于竖直温度梯度作用下的热对流,旋转作用的增强使得流动趋向稳态流动特征,即增强了流动稳定性,且在较大瑞利数时,旋转作用的增强会先抑制后强化热对流传热性能。相同条件下,水平温度梯度作用的热对流传热性能优于竖直温度梯度作用情况,且旋转作用越强,该特征越为明显。
2025, 25(13):5671-5680. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2405553
摘要:为揭示径向流内燃波转子预压缩过程的非定常流动特性,通过三维非定常仿真对典型工况下复杂波系诱导预增压机制进行了模拟和分析,重点研究了进排气端口压差与波转子转速对通道内压缩波传播规律的影响。结果表明:压缩波在通道内传播时受弯曲通道曲率影响,导致波的反射、折射和衰减,发生能量损失和波形畸变,影响压缩波的传播路径与速度;高压差虽然增强了压缩波强度,但加剧了燃料的过度填充和流动不稳定性,增加了热力学损失,使等熵压缩效率显著降低;转速通过调节波转子的工作时序来影响通道内压缩波的传播特性,在1 200 r/min时,进气端口开启时间延长,压缩波反射形成膨胀波并逆向传播,导致通道内增压比仅为103%,等熵压缩效率大幅减小。
2025, 25(13):5681-5688. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2404692
摘要:推动绿氨燃料上船应用已被普遍认为是实现全球航运业绿色低碳转型可行途径。然而,船用氨燃料发动机存在的N2O排放问题已成为阻碍氨动力船舶发展的关键技术瓶颈之一。针对这一问题,本文采用浸渍法制备出一系列以TiO2为载体的过渡金属氧化物催化剂,考察了过渡金属元素类型对催化剂N2O去除性能的影响,并研究获得了性能优化的Cu/TiO2催化剂。结果表明,与Fe5/TiO2、Mn5/TiO2、Co5/TiO2、Ni5/TiO2催化剂相比,Cu5/TiO2催化剂显示出优异的催化活性,其N2O转化率可在350 oC达到100%。除此之外,Cu5/TiO2催化剂还具有良好的抗水性能。采用X射线衍射、N2吸附脱附、H2程序升温还原、O2程序升温脱附、原位漫反射傅里叶变换红外光谱等表征手段对性能较优的Cu5/TiO2催化剂的物化性质和表面反应中间体进行了表征,从多角度深入讨论了相关催化反应机理。结果显示,与其他Cux/TiO2催化剂相比,Cu5/TiO2催化剂具有较高的活性物种分散度、比表面积、氧空位含量以及较强的氧化还原性能,有利于其展现出较优的催化活性。Cu5/TiO2催化剂表面的主要活性物种为Cu2+和Cu+物种,N2O的吸附和解离是催化反应的关键步骤。
2025, 25(13):5689-5695. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2404293
摘要:当隧道穿越富水断层破碎带区域时,在一系列施工扰动下极易产生突水事故。为了研究断层破碎带宽度、倾角及水压对隧道涌水量的影响,以英山隧洞为工程背景,进行现场测试,并设计正交试验方案开展多因素条件下的破碎带流-固耦合数值模拟,分析断层破碎带宽度、倾角及水压对隧道涌水量的敏感性。研究结果表明:隧道涌水量随断层破碎带厚度、倾角及水压的增大而增加,影响隧道涌水量因素主次顺序为断层破碎带水压、倾角及宽度;数值模拟结果较好地与现场监测结果相吻合。研究结果可为富水隧道涌水量的预测及防治技术提供理论参考。
2025, 25(13):5696-5704. DOI: 10.12404/j.issn.1671-1815.2404534
摘要:为解决民航运输航空器火灾风险管理体系不健全、风险评价方法较主观、片面的问题,针对风险因素指标的分析与评估提出一种基于随机森林集成算法的综合风险评价方法。首先,根据“人-机-环-管”系统(MMEM)理论以近20年的航空器火灾事故原因调查情况建立风险指标体系;其次,采集相关领域研究学者专家对指标之间关联关系的评分,采用网络层次分析(ANP)法进行评价分析获取主观性的风险指标权重结果;统计数据库内20年中重大航空器火灾事故的致因情况并分类计算其先验概率,采用贝叶斯网络(BN)动态分析方法进行逆向推理,获得各风险因素的概率分布情况;最后,引入随机森林算法综合分析指标主客观赋权情况,建立随机森林回归模型得到特征指标预测值及重要度,为运行单位进行火灾风险控制提出科学有效的建议。研究结果表明:安检遗漏危险品、隐患未及时排除、零部件故障、鸟击、地表温度过高,五项指标为航空器火灾事故中最关键的风险因素。