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2020年第54卷第6期
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固固界面剪切分层的超声波耦合共振机理
封面论文
封底论文
增强出版
AI导读
郭峰 1, 2, 吴九汇 1, 2
2020, 54(6): 1-9. DOI: 10.7652/xjtuxb202006001
摘要:针对结构表面吸积层去除问题,提出了两种分层模型,研究了超声波激励下固固界面的剪切分层问题,揭示了固固界面剪切分层的超声波耦合共振机理。利用傅里叶积分变换方法,通过严格推导,获得了超声波激励下吸积层结构中的位移场与应力场,进一步获得了固固界面剪切应力场。通过数值积分方法,计算了铝与石膏界面的剪切应力幅值,研究了激励频率与吸积层厚度对界面剪切应力幅值的影响。在固固界面剪切分层条件的基础上,提出了超声波分层频率的选择方法。依据两种分层模型,分别建立了超声波分层实验系统,完成了铝和石膏的分层实验。通过理论分析可知,激励幅值与界面剪切应力幅值存在线性正相关性,界面剪切应力幅值存在共振特性。对于水平剪切(SH)波分层模型,界面剪切应力幅值在第2模态的截止频率处发生了耦合共振。3.5 mm厚的石膏层粘附于3 mm厚的铝板的耦合共振频率是86 kHz。对于Love波分层模型,界面剪切应力幅值在第1模态群速度最小的频率处发生了耦合共振。3.5 mm厚的石膏层粘附于半无限大铝基体的耦合共振频率是88 kHz。吸积层厚度增大,界面剪切应力幅值的耦合共振频率向低频移动。相同激励下,在耦合共振厚度范围内,吸积层厚度越大,界面剪切应力幅值越大。在耦合共振频率附近产生超声波分层频带。通过改变超声波换能器的输出功率调节激励幅值,实验验证了越厚的石膏层分层所需的输出功率越小的结论。随着超声波换能器输出功率的增大,粘附于铝板上的4 mm厚的石膏层首先掉落,接着2.5 mm厚的石膏层掉落,但是1 mm厚的石膏层未掉落; 粘附于铝块上的4 mm厚石膏层首先掉落,接着1.5 mm厚的石膏层掉落。研究结果对超声波分层技术在航空航天、风电及空调等领域的推广具有重要价值。
关键词:超声波;固固界面剪切分层;耦合共振机理
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更新时间:2025-07-09
自然人机交互中实体局域固有频率识别方法
封面论文
封底论文
增强出版
AI导读
李晓玲, 张丽霞, 李佳伟, 高远, 朱慧进, 郑子明
2020(6): 10-16+35.
摘要:为了实现人-机-环的自然交互,解决按键以及图形界面等交互方法存在的用户学习成本高、操作不便等问题,提出了一种采用主动声传感系统的局域固有频率识别的实体交互方法。该方法首先运用主动声传感技术构造多频率恒频声源信号,以激励交互实体系统按固有频率产生振动响应;然后识别并提取局域固有频率特征,对不同时长和幅值进行参数组合,选择稳定性最佳的组合模式定义成不同交互手势;最后选择KNN算法进行特征分类和识别。设计了以木质台面控制雾化玻璃状态的交互实验,实验结果表明:所提局域固有频率识别方法能有效地过滤噪声,对交互过程中边界条件的改变响应迅速且结果准确;相较于传统操控方法,所提方法的最大优势在于运用了自然人机交互方式,能够有效降低用户的学习成本,使"物物皆界面,处处可交互"成为可能。
关键词:自然人机交互;局域固有频率;实体交互;主动声传感;手势
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更新时间:2025-07-09
考虑条件风险价值的电-气综合能源系统风险厌恶机组组合研究
封面论文
封底论文
增强出版
AI导读
王春晓 1, 严超 1, 张耀 1, 别朝红 1, 3, 谢海鹏 1, 2, 3
2020, 54(6): 17-27. DOI: 10.7652/xjtuxb202006003
摘要:为应对新能源不确定性带来的综合能源系统运行风险,选择合理的机组组合策略平衡综合能源系统的运行风险与运行费用,建立风险厌恶电-气综合能源系统机组组合模型。在电-气综合能源系统的机组组合中引入条件风险价值,分别描述电力系统和天然气系统的负荷损失风险,分析电力系统与天然气系统的运行风险和两系统间的相互影响。利用分段线性化技术对天然气流量方程进行线性化,通过Benders分解算法将模型分解为机组组合主问题、分场景子问题和天然气负荷损失风险校验问题,对所提模型进行高效求解。算例仿真结果表明,所提模型与传统模型相比可以有效减少小概率极端场景的电力负荷损失,算例中最严重场景负荷损失从34.62 MW减少到9.59 MW。所提模型可以协调电力负荷损失风险和天然气负荷损失风险,为电-气综合能源系统的协调调度提供参考。
关键词:风险厌恶;电-气综合能源系统;随机机组组合;条件风险价值;Benders分解
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更新时间:2025-07-09
考虑滑模抖振和扰动补偿的永磁同步电机改进滑模控制
封面论文
封底论文
增强出版
AI导读
赵峰, 罗雯, 高锋阳, 余佳乐
2020, 54(6): 28-35. DOI: 10.7652/xjtuxb202006004
摘要:针对永磁同步电机传统滑模控制系统中存在的滑模抖振、负载扰动、控制精度差等问题,提出了一种基于新型趋近率和改进型扩张状态观测器的永磁同步电机改进滑模控制策略。首先,针对滑模抖振问题,在速度环提出一种新型趋近率,结合积分滑模结构,设计了一种基于新型趋近率的积分滑模速度环控制器,并通过差分方程对新型趋近率的抖振抑制效果进行了分析。其次,针对扰动补偿问题,在扩张状态观测器中加入滑模控制率,以提高其自适应能力,设计了一种改进型扩张状态观测器,可以对扰动转矩进行估计,并将扰动转矩估计值作为前馈信号补偿给滑模速度环控制器; 通过李雅普诺夫判据对所提控制策略的稳定性进行了推导说明。仿真结果表明:与传统滑模控制相比,所提控制策略可使电机在启动和受到负载扰动时系统响应良好,有效改善滑模抖振,提高转矩估计精度和系统控制精度。
关键词:永磁同步电机;新型趋近率;滑模控制;改进型扩张状态观测器
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更新时间:2025-07-09
一种±500 kV混合双极高压直流输电线路保护的新方法
封面论文
封底论文
增强出版
AI导读
高淑萍 1, 叶换飞 1, 2, 宋国兵 3, 张楚 1, 牛丹 1
2020, 54(6): 36-43. DOI: 10.7652/xjtuxb202006005
摘要:针对混合高压直流输电线路距离长、故障率高的问题,提出了一种适用于±500 kV的混合直流输电线路的保护方法。根据混合双极高压直流输电线路边界元件两侧的信号高低频能量不同,同时考虑到故障类型以及过渡电阻对诊断结果的影响,构造了有功功率故障分量的暂态能量比值的保护方法。该方法利用小波包变换对有功功率故障分量分解,得到各节点暂态能量; 利用正、负极能量比值的大小区分区内、外故障,根据正、负极能量比值的差值区分单、双极故障,并利用正、负极部分频带能量和进行故障选极。采用电磁仿真软件PSCAD/EMTDC搭建±500 kV混合双极高压直流输电系统仿真模型,并利用MATLAB结合保护判据进行保护算法的仿真验证,结果表明:所提方法耐过渡电阻能力高,数据采集时间窗为3 ms,在不同的工况下都可以快速、准确识别区内外故障,并具有故障选极功能。
关键词:混合双极高压直流输电;继电保护;有功功率故障分量;暂态能量;小波包变换
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更新时间:2025-07-09
采用混合核函数支持向量机算法的大型发电机定子线棒绝缘状态评估方法
封面论文
封底论文
增强出版
AI导读
张跃 1, 梁智明 1, 胡波 1, 张莹 2, 李志成 2, 刘凌 2
2020, 54(6): 44-50. DOI: 10.7652/xjtuxb202006006
摘要:为解决大容量发电机定子线棒的绝缘状态难以评估的问题,提出了一种采用混合核函数支持向量机算法的大型发电机定子线棒绝缘状态评估方法。该方法根据多因子老化试验平台,得到能表征定子线棒绝缘老化状态的非破坏性特征参量如吸收比、介质损耗、介损增量等在不同周期下的数值,并通过计算皮尔逊相关系数进一步验证上述非破坏性参量在数值上与剩余击穿场强的显著相关性; 然后采用混合核函数支持向量机算法建立定子线棒非破坏性特征参量与剩余击穿场强的映射关系模型,预测出定子线棒剩余击穿场强; 最后结合层次分析法及上述支持向量机算法的预测结果实现了对发电机定子主绝缘状态的评估。数值仿真结果表明:与传统单核函数支持向量机预测算法相比,基于混合核函数支持向量机和层次分析法的评估方法弥补了单核核函数预测结果不收敛的缺陷,对剩余击穿场强的识别准确率达到97%,该方法表现出了较强的状态评估能力。
关键词:发电机;定子线棒;非破坏性特征参量;支持向量机;状态评估
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更新时间:2025-07-09
内置触发方式下单级FLTD触发脉冲参数及影响因素
封面论文
封底论文
增强出版
AI导读
石琦 1, 邱爱慈 1, 王志国 1, 2, 孙凤举 2, 魏振宇 1
2020, 54(6): 51-57. DOI: 10.7652/xjtuxb202006007
摘要:为了研究快放电直线型变压器驱动源(FLTD)内置触发方式下触发脉冲的波形参数及其影响因素,利用有限积分法(FIT)仿真软件,建立单级FLTD场路仿真模型,获得了到达各主支路开关的触发脉冲参数及其影响因素,并在1 MA FLTD实验平台上进行了验证。仿真结果表明:内置触发方式下,触发支路电感由100 nH增大至350 nH时,触发脉冲前沿由49.3 ns增大至60.1 ns; 在触发支路置地电阻小于200 Ω时,触发脉冲幅值随电阻增大而增大,在电阻高于200 Ω后,置地电阻不影响触发脉冲幅值; 角向传输线特征阻抗在58.0~76.5 Ω范围变化时对触发脉冲波形参数影响较小。
关键词:单级FLTD;内置触发方式;电磁模型;触发脉冲;影响因素
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更新时间:2025-07-09
面向空间辐照环境的星载高速数字接口芯片设计方法
封面论文
封底论文
增强出版
AI导读
邹家轩, 于宗光, 魏敬和, 陈珍海, 李鹏伟
2020(6): 58-65.
摘要:针对空间应用的高速串行接口芯片易受单粒子辐照而出现误码的问题,提出了一种面向空间辐照环境的星载高速数字接口芯片设计方法。首先,针对空间辐照诱发单比特错误导致高速串行接口传输出错问题,计算辐照时的高速串行接口误码率最劣值;然后,通过误码率最劣值计算出辐照环境下高速串行接口无误码传输所需的增益;最后,采用叠加编码增益及辐照干扰的高速串行接口链路评价模型,计算出高速串行接口物理编码子层(PCS)中不同编码方式的编码增益,并评估编码增益对辐照降低高速串行接口误码率的补偿效果,根据补偿效果选择RS-8B/10B级联编码作为PCS编码。采用该高速数字接口芯片设计方法设计了一款速率为3.125Gb/s的抗辐照高速串行接口芯片,其面积为4.84mm
2
,典型功耗为207mW。单粒子辐照试验结果表明,对比传统设计方法,新的设计方法将芯片的单比特错误阈值提升了9MeV·cm
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/mg。
关键词:单粒子辐照;抗辐照加固;高速串行接口;RS编码;8B/10B编码
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更新时间:2025-07-09
可穿戴式干电极脑机接口系统设计
封面论文
封底论文
增强出版
AI导读
仲文远, 李大海, 张进华, 王保增, 洪军
2020(6): 66-74.
摘要:针对现有脑电设备便携性差的问题,提出了一种基于嵌入式的可穿戴干电极脑机接口(BCI)系统。该系统首先通过干电极配合24位模数转换芯片采集脑电信号,然后使用FIR数字滤波的方法进行3~35Hz带通滤波,最后通过嵌入式处理器进行脑电识别。在识别算法方面,首先对脑电信号进行截断处理,去除视觉刺激延迟以及FIR滤波造成的群延迟;然后采用皮尔逊相关系数法进行在线脑电识别,并分析刺激时长对正确率和信息传输率的影响。实验结果表明:该系统采集信号的平均信噪比为74.86dB,50Hz处共模抑制比为-132.57dB,所用的相关系数法平均识别时间为0.13s,四目标在线稳态视觉诱发电位实验的平均正确率为69.54%。与使用标准典型相关分析(CCA)算法的便携式BCI系统相比,该系统的平均识别时间缩短0.27s,平均正确率提高了10%,可为干电极脑机接口系统应用提供思路。
关键词:嵌入式系统;可穿戴设备;脑机接口;稳态视觉诱发电位;皮尔逊相关系数
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更新时间:2025-07-09
形貌约束的多视角点云分阶配准方法
封面论文
封底论文
增强出版
AI导读
林伟, 孙殿柱, 李延瑞, 沈江华
2020(6): 75-81.
摘要:为提高大数据量多视角点云的配准效率,提出一种基于多分辨率模型的多视角点云分阶配准方法。首先根据平坦形貌约束条件对点云进行递归分割,提取所得割集的核心点作为特征点构造多分辨率模型,然后采用迭代最近点算法基于该模型上层数据求解多视角点云的初始变换矩阵,将其作用于模型后逐级求解下层数据的变换矩阵,最终将复合变换矩阵同步作用于原多视角点云,实现原多视角点云的精确配准。实验结果表明,该分阶配准方法可有效缓解点云单一简化结果导致的配准精度与效率之间的矛盾,在显著降低点云规模的前提下实现原始点云精确配准;当点云规模达106级别时,与加权尺度迭代最近点(WSICP)算法相比,该方法的计算效率提高约2.5倍。
关键词:平坦形貌;递归分割;形貌多分辨率模型;分阶配准
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更新时间:2025-07-09
高速干滑动摩擦系数的有限元仿真计算研究
封面论文
封底论文
增强出版
AI导读
魏兵辉 1, 孙琨 1, 王云鹏 1, 方亮 1, 陈诚 2
2020, 54(6): 82-89. DOI: 10.7652/xjtuxb202006011
摘要:针对高速运动下的摩擦副如滑靴与轨道之间存在摩擦磨损且实际工况下摩擦系数难以测定的难题,提出了一种利用有限元计算摩擦系数的数值研究方法。基于W-M函数法,利用MATLAB对不同粗糙度下的表面轮廓完成了数值模拟分析,采用ABAQUS二次开发,实现了在有限元中快速建立粗糙表面模型的功能。以此为基础,对滑靴在运行过程中摩擦系数的动态变化规律进行了研究,得到了摩擦系数与载荷、速度之间的数学关系模型。通过销盘磨损实验对其部分仿真结果进行验证,实验结果与公式预测误差在10%以内,证明了该数学关系模型的有效性,为高速下干滑动摩擦特性的研究奠定了基础。
关键词:摩擦系数;分形理论;双粗糙表面;销盘磨损实验
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更新时间:2025-07-09
动态参数影响下液体静压主轴运动精度分析及优化
封面论文
封底论文
增强出版
AI导读
陈东菊, 李源, 查春青, 潘日, 范晋伟
2020, 54(6): 90-98. DOI: 10.7652/xjtuxb202006012
摘要:针对现有液体静压主轴运动误差分析及优化的不足,基于液体静压主轴的结构参数,建立了主轴运动误差的动力学模型,定量分析了在不平衡质量作用下主轴转子不同转速下的动态参数变化规律。以主轴运动误差数学模型作为目标函数,以主轴系统参数作为设计变量,采用遗传算法对液体静压主轴系统的运动误差进行优化分析。单一因素优化分析时,主轴系统径向误差运动x、y、主轴倾角θ的优化效率分别为41.22%、25.21%、66.16%,多目标优化时效率为4.7%。优化后的主轴运动精度都有了显著的提高,并得到了提高液体静压主轴运动精度的结构参数组合。
关键词:超精密加工;液体静压主轴;运动误差;动态参数;遗传算法
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更新时间:2025-07-09
齿面磨损最小直齿锥齿轮Ease-off修形设计与分析
封面论文
封底论文
增强出版
AI导读
蒋进科, 刘钊, 刘红梅
2020(6): 99-106.
摘要:为了改善齿轮传动性能和可靠性,提出了直齿锥齿轮齿面抗磨设计与分析方法。该方法结合碟型刀具在摇台型机床切制直齿锥齿轮方法获得大轮齿面;通过预置传动误差及抛物线修形参数设计小轮法向Ease-off曲面,并叠加于大轮的共轭齿面表达修形齿面。结合齿面接触分析、承载接触分析、Archard磨损公式,提出考虑磨损深度影响的齿面承载接触分析数值方法,将齿面几何分析与力学分析融为一体,且充分考虑了安装误差、齿面修形和磨损的耦合性,可准确快速获得齿形重构后的齿面磨损量;以无磨损时承载传动误差幅值(ALTE)最小、齿面磨损次数最多进行修形优化设计,获得最优Ease-off曲面,并分析磨损对ALTE的影响。结果表明:相同磨损量下,随载荷的增加磨损次数逐渐减少且趋于相等;随齿形重构次数增加,主要是双齿啮合区的齿面初始间隙增加,导致承载变形增大;多载荷工况下,随磨损次数增加最小ALTE及其对应的载荷逐渐增大;共轭齿面轻度磨损后ALTE有所改善。
关键词:直齿锥齿轮;Ease-off修形;齿面磨损;承载接触分析
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更新时间:2025-07-09
应用改进分形理论及连续变形理论的机械结合面切向刚度建模
封面论文
封底论文
增强出版
AI导读
李志涛, 王世军, 韩子锐, 卫娟娟, 赵金娟, 李鹏阳
2020(6): 107-114.
摘要:针对现有分形理论在建立切向刚度模型时未考虑微凸体变形的连续性以及未考虑结合面在即将发生切向滑移之前静摩擦力导致实际接触面积增大的问题,提出了应用改进分形理论及连续变形理论的切向刚度建模方法。该方法以微凸体连续变形理论为基础,应用改进分形理论分析静摩擦力与实际接触面积之间的关系,并利用赫兹接触理论推导了结合面法向接触载荷;随后,根据切向刚度的产生机理,推导了包含弹塑性过渡阶段的切向接触载荷,结合所推导的法向、切向接触载荷从而建立了结合面切向刚度模型。为验证该方法的合理性,首先建立栓接结合部的有限元模型,利用超景深三维显微系统VHX-5000获取结合面的轮廓数据,经过功率谱密度法获取结合面的分形参数,通过虚拟材料将该方法以及对比方法计算的刚度输入有限元模型中进行仿真,得到栓接结合部在不同扭紧力矩下的前三阶固有频率及振型;随后搭建包含栓接结合部的实验装置,通过锤击实验也获取该装置在不同扭紧力矩的前三阶固有频率及振型。在相同扭紧力矩下的前三阶固有频率对比实验和仿真结果表明:该方法的仿真与实验结果之间最大相对误差为3.84%,相比于田红亮的方法降低了54.45%,说明该方法能够更加准确地预测结合面动态特性。
关键词:连续变形理论;改进分形理论;结合面;切向刚度
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更新时间:2025-07-09
考虑微凸体基体变形和相互作用的结合面法向接触刚度模型
封面论文
封底论文
增强出版
AI导读
张伟, 张学良, 温淑花, 王颜辉, 殷东华, 陈永会
2020(6): 115-121.
摘要:针对以经典Greenwood-Willamson(GW)统计模型为基础建立的结合面法向接触刚度计算模型忽略微凸体基体变形和相互作用而导致的结合面刚度计算值增大的问题,建立了一种综合考虑微凸体基体变形和相互作用的结合面法向接触刚度模型。该模型以GW统计模型计算刚度的方法为基础,根据经典赫兹接触理论和弹性理论,在微凸体的总变形量中引入单个微凸体受法向载荷作用时基体的变形函数和周围区域的变形函数,采用不动点迭代法先后推导出单独考虑微凸体基体变形或相互作用时结合面法向接触载荷和刚度的表达式。对两种变形函数进行叠加给出了含微凸体基体变形和相互作用的结合面法向载荷和刚度的表达式,进而建立了结合面法向接触刚度模型。与GW统计模型进行了对比,仿真结果表明:考虑微凸体基体变形或相互作用的结合面法向接触刚度小于GW统计模型的法向接触刚度,在微凸体高度标准偏差为0.05μm时,最小结合面平均分离距离下考虑基体变形后结合面法向接触刚度下降9.8%,考虑微凸体相互作用后结合面法向接触刚度下降23.2%,此时微凸体相互作用比基体变形对系统的总刚度影响大。随着微凸体高度标准偏差的增大,前述两因素对结合面法向接触刚度的影响规律呈现相反的趋势。
关键词:结合面;基体变形;相互作用;接触刚度
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更新时间:2025-07-09
行星齿轮传动柔性齿圈齿根动应力计算及光纤光栅检测方法
封面论文
封底论文
增强出版
AI导读
王成龙, 周建星, 孙文磊, 王宏伟, 乔帅, 申勇
2020, 54(6): 122-132. DOI: 10.7652/xjtuxb202006016
摘要:为有效提取行星齿轮传动系统柔性齿圈齿根动应力,综合考虑系统动力学特性,提出了一种内齿圈动应力的计算方法。在计算中,计入行星齿轮传动系统各部件的耦合关系,建立了行星齿轮传动系统平移-扭转耦合动力学模型,提取系统动载荷时域历程。采用有限元方法建立齿圈结构动力学分析模型,将内齿圈各轮齿啮合区划分出n条接触线,并用轮齿承载接触分析(LTCA)方法确定齿间载荷分配关系。运用模态叠加法对内齿圈动力学方程解耦,采用Newmark-β法逐次积分,计算了不同载荷下内齿圈齿根动应力。与Kahraman等仿真算法以及实验结果对比,结果表明:齿根应变在一个啮合周期中,经历了单齿受压、双齿拉压以及单齿受拉3个波动过程,与光纤光栅检测结果一致,并且在不同负载下,测量误差均小于10%; 行星轮与内齿圈啮合至支撑位附近时,在支撑位置两侧形成反向对称变形趋势,应力呈现出对称分布,行星轮啮合位置远离内齿圈支撑位时,啮合位置应力明显增大,齿槽结构对齿圈齿根应力影响显著。
关键词:行星齿轮传动系统;柔性齿圈;有限元法;载荷分配;动应力
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更新时间:2025-07-09
纽带管内吸热型碳氢燃料结焦及流动换热特性实验研究
封面论文
封底论文
增强出版
AI导读
程想, 冯松, 陈强, 毕勤成
2020(6): 133-139.
摘要:为了探究新型飞行器热防护结构与换热部件中结焦及流动换热机理,选择内置纽带的外径6mm、壁厚1mm的304型合金圆管,在质量流量为1.2g/s、流体出口压力为3MPa、出口温度为620℃的实验条件下,探究了内置纽带(扭曲比y=6.31,12.63)对吸热型碳氢燃料结焦及流动换热特性的影响。实验结果表明:相较于普通圆管,插入纽带后,结焦堵塞引起了实验段压降最大值降低了85%以上,管内结焦量减少了93%以上,实验管段外壁温随时间变化的幅度减小,相同位置的Nu有明显的提高。分析得知:螺旋纽带能使管内碳氢燃料产生旋转并引起二次流,在强化传热的同时可以冲刷附着在管内壁上的结焦沉淀,减少结焦量,进一步强化换热。
关键词:纽带管;吸热型碳氢燃料;结焦;换热
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更新时间:2025-07-09
跨临界碳氢二元混合物的水动力学与传热特性实验研究
封面论文
封底论文
增强出版
AI导读
杨竹强, 李天卉, 高天泽, 韩瑞岩, 张博, 刘峰
2020(6): 140-147.
摘要:针对超燃冲压发动机热防护所采用的再生主动冷却技术中的流动不稳定问题,对亚超临界二元碳氢混合物的流动及传热特性进行了实验研究。基于流动方向对水动力学特性影响的实验结果,即水平管路较竖直管路更容易发生静态不稳定现象,研究了水平管内不同混合比例的二元混合物的水动力学及传热特性。结果显示:流动不稳定起始点(OFI)与换热过程极值点对应,说明水动力学特性与其换热过程具有耦合关系;二元混合物的水动力学特性基本规律与纯物质相同,增加易挥发物的比例会使OFI对应的质量流量向更大的方向移动。通过包含3个对OFI有影响的参数的两组无量纲数对混合物流动不稳定起始点进行线性拟合,得到了混合物的静态不稳定区间的起始边界。此项研究将OFI与传热过程进行耦合分析,对预测混合物的流动不稳定边界以及发动机主动冷却技术的通道设计具有参考价值。
关键词:水动力学;传热;二元混合物;超临界;小通道
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更新时间:2025-07-09
四叶孔支撑板换热器壳程流态及其传热机制研究
封面论文
封底论文
增强出版
AI导读
宫本希, 王昊, 邢继远, 王丹, 王珂
2020(6): 148-154.
摘要:为了研究四叶孔支撑板换热器壳程的流体流动和传热性能,利用CFD软件建立了周期性全截面的数值模型,研究了换热器壳程流体的流动形态及四叶孔板的间距和开孔高度对换热器壳程热工性能的影响。利用激光多普勒测速仪(LDV)测量了四叶孔支撑板换热器壳程特殊点的轴向流速,将数值计算结果与实验结果进行对比,验证了数值模拟计算的可靠性。研究结果表明:换热器壳程流体总体呈纵向流动,四叶孔支撑板对其可以产生明显的射流作用;流体在通过第1块支撑板后,其流速具有明显的周期性;随着支撑板间距和开孔高度的减小,换热器壳程传热系数和压降均增大,而其综合性能降低,四叶孔板间距和开孔高度对壳程压降的影响程度强于对换热性能的影响;在雷诺数Re为10 000~30 000的范围内,得到了换热器壳程努塞尔数Nu和压降的实验关联式,两者计算偏差都在±10%以内。本文的数值模型及结果对于核电站系统中换热器的设计和应用提供了指导。
关键词:换热器;四叶孔支撑板;激光多普勒测速仪;实验关联式
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更新时间:2025-07-09
回热器对电动汽车跨临界CO
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制冷系统影响的实验研究
封面论文
封底论文
增强出版
AI导读
方健珉, 王静, 孙西峰, 殷翔, 曹锋
2020(6): 155-160.
摘要:针对跨临界CO
2
汽车空调系统制冷性能较差的问题,分析了回热器大小对系统性能和运行参数的影响,在汽车空调测试环境实验室中搭建了一个可变回热量的跨临界CO
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制冷系统实验台,在35、38和41℃环境温度下,保持压缩机转速为3 500r/min,通过旁通阀调节回热量,测量了不同排气压力下全回风系统的稳态性能,分析了回热量对系统制冷量和能效比的提升作用,以及对压缩机运行参数的影响。结果表明:排气压力为10 MPa时,35、38和41℃下,使用回热器后系统的最大能效比分别提高了14.2%、23.3%和33.2%,制冷量也增加了14.3%~33.3%;使用回热器可以改善换热器压力损失,但同时会引起排气温度升高;相同温度下,系统最大回热度一般随环境温度升高而减小;回热器的使用可以有效提高系统性能,但也会引起压缩机压比增大和排气温度的上升。在跨临界CO
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制冷循环的回热器大小设计时,需要兼顾性能和安全。
关键词:回热器;二氧化碳;电动汽车空调
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更新时间:2025-07-09
压缩机工作过程模拟中数值振荡问题的成因分析及改善方法
封面论文
封底论文
增强出版
AI导读
王炳棋, 畅云峰
2020, 54(6): 161-167. DOI: 10.7652/xjtuxb202006021
摘要:为解决数值模拟压缩机工作过程中存在的数值振荡和发散问题,采用四阶后向差分(BDF-4)算法和经典四阶龙格库塔(RK-4)算法分析压缩机基元容积控制方程的稳定性,并对2种算法的计算结果进行对比。结果表明:在吸排气过程中,压力计算的微小偏差会导致质量流量产生较大的误差,从而使基元容积控制方程产生较大的数值刚性,限制了RK-4算法的最大稳定步长; 在稳定性上,BDF-4算法的绝对稳定域包含整个负半x轴,可以避免数值刚性引起的振荡和发散,其计算步长不再受数值刚性的限制; 对计算效率而言,每步BDF-4算法所消耗时间为同步长RK-4算法的1.7~1.8倍; 计算精度上,BDF-4算法与RK-4算法代数精度相同,实际计算时两者的表现也十分接近。BDF-4算法在保证工程精度的前提下提高了压缩机工作过程模拟的稳定性,解决了数值振荡问题,对容积式压缩机的工作过程模拟、新型泄漏通道的研究等有实际意义。
关键词:压缩机;数值刚性;后向差分算法
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更新时间:2025-07-09
用第一性原理研究乙醇胺在Ni(111)和Cu(111)表面的吸附机理
封面论文
封底论文
增强出版
AI导读
张辰, 丁万成, 张景峰, 余云松, 张早校
2020, 54(6): 168-175. DOI: 10.7652/xjtuxb202006022
摘要:为了探究乙醇胺催化脱氢法中乙醇胺与催化剂之间的作用机理,依据密度泛函理论(DFT),研究了乙醇胺在Ni(111)和Cu(111)表面上各高对称位的吸附机制,优化了乙醇胺在吸附位点Top、Bridge、Hcp和Fcc的吸附结构,并对最稳定吸附构型的吸附能、电荷转移和态密度进行了对比分析。结果表明:乙醇胺以氨基上的氮原子接近Ni(111)和Cu(111)表面Top位时的吸附能最小,分别为-1.31 eV和-1.04 eV,此时乙醇胺向金属表面的电荷转移量分别为0.08e和0.06e(e为1个电子的电荷量),且吸附后分子内部键长基本不变,说明乙醇胺在Ni(111)和Cu(111)表面的吸附均属于物理吸附,电子态密度分析的结果与当前结果一致; 乙醇胺与金属Ni之间的相互作用更强。这些结果为深入了解乙醇胺在Ni(111)和Cu(111)表面的反应机理提供了理论基础。
关键词:第一性原理;乙醇胺;Ni(111);Cu(111);表面吸附
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更新时间:2025-07-09
采用hp自适应伪谱法的全自动泊车系统轨迹规划与跟踪控制
封面论文
封底论文
增强出版
AI导读
张家旭 1, 2, 赵健 1, 施正堂 3, 杨雄 3
2020, 54(6): 176-184. DOI: 10.7652/xjtuxb202006023
摘要:针对平行泊车和垂直泊车应用场景,提出一种基于hp自适应伪谱法的全自动泊车系统轨迹规划与跟踪控制方法。首先,综合考虑汽车运动学约束、泊车过程中避障约束和边界条件约束,建立泊车轨迹规划问题数学描述,并通过hp自适应伪谱法将其转化成非线性规划问题进行求解; 然后,将泊车轨迹跟踪控制问题解耦成了泊车路径跟踪控制问题和泊车速度跟踪控制问题,并基于有限时间稳定性理论设计了泊车路径跟踪快速终端滑模控制律,以及基于“比例+积分”平滑切换准则设计了泊车速度跟踪控制律。结合汽车动力学仿真软件对所提出的全自动泊车系统轨迹规划与跟踪控制方法的可行性和有效性进行验证,结果表明:针对不同泊车起始点,所提出的方法均可以规划出满足约束条件的时间最短泊车轨迹,并能够精确地控制汽车沿着规划的轨迹自动完成泊车操作。
关键词:全自动泊车系统;轨迹规划与跟踪控制;hp自适应伪谱法;有限时间稳定
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更新时间:2025-07-09
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