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ISSN 1000-0054
CN 11-2223/N
创刊于 1915 年 (月刊)
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中国化工行业经济与资源环境影响的投入产出分析  收藏
陈定江, 偏子豪, 朱兵, 胡山鹰
清华大学学报(自然科学版)    2020, 60 (9): 773-778.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.22.043
Abstract  (0) PDF (941KB) (53)
该文利用投入产出模型及相关的定量分析方法,研究了2002至2015年期间中国化工行业与国民经济发展的关联关系,以及这期间中国化工行业产生的环境影响与其他行业之间的联系。结果表明:中国化工行业对整个国民经济总产值的拉动作用高于各行业的平均值,国民经济发展对化工行业的依赖程度超过其余所有行业。中国化工行业的生产活动所消耗的化石能源和所产生的工业二氧化硫中,有超过75%隐含在其他行业的最终产品当中,并且该比例随着时间推移逐渐缓慢上升。
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中国聚氯乙烯树脂与助剂动态物质流分析  收藏
蒋晓斌, 江健, 周文戟, 陈定江, 郭宝华, 朱兵
清华大学学报(自然科学版)    2020, 60 (9): 779-786.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2020.21.010
Abstract  (0) PDF (2273KB) (43)
中国已成为全球最大的聚氯乙烯(PVC)塑料生产国和消费国,并面临着PVC塑料广泛使用所带来的各种环境风险。该文构建了用于定量测算PVC树脂及其助剂流量和存量的动态物质流模型,以展现PVC树脂及其助剂在8类制品、6大应用领域和4类废弃物管理方法之间的复杂流动路径与存量分布。结果表明,1978—2017年PVC树脂和助剂的累计产量为2.54亿t。城镇化的推进使得硬制品逐渐占据PVC塑料制品主流,但软制品仍是PVC助剂的主要流向;建筑材料占据了PVC树脂总存量的65.8%、PVC助剂总存量的41.9%,是未来潜在的最大废弃源;尽管存在潜在环境与健康风险的助剂在助剂总流入量中的占比已从62.2%下降至41.5%,但仍有0.15亿t有毒助剂以存量的形式留存在社会与环境中,并将在其使用过程中通过迁移和扩散对人类和环境造成持续性负面影响。虽然由于数据可得性的限制使得该文结果存在一定的偏差,但不确定性分析表明该文的计算结果可信度较高。未来必须加强对废PVC塑料的废物管理,通过技术进步和政策引导提高环保助剂的使用比例。
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基于轮胎侧偏的差动转向及控制  收藏
宋健, 赵文宗, 戴亚奇, 程帅, 李飞
清华大学学报(自然科学版)    2020, 60 (2): 117-123.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.22.044
Abstract  (0) PDF (1245KB) (191)
基于轮胎侧偏的差动转向是一种可用于大曲率半径转向场景的转向方式。该文建立了分布式驱动车辆的仿真模型,分析了基于轮胎侧偏的差动转向过程,建立了系统的状态方程,分析了系统的稳定性和能控性,讨论了差动转向的转向能力及其影响因素。基于稳态转向参考力矩模型,提出了一种基于模糊推理前馈补偿的控制方法。仿真结果表明:该方法可以提升系统响应的快速性,对不同车速下的转向需求均有良好的适应性。
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动力保持型AMT带式制动器的动态力矩特性  收藏
李飞, 宋健, 方圣楠, 卢正弘, NGUYEN Truong Sinh
清华大学学报(自然科学版)    2020, 60 (2): 124-131.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.22.025
Abstract  (0) PDF (6915KB) (60)
带式制动器是动力保持型自动变速器(AMT)的换挡执行元件,其中制动带的动态力矩特性对于换挡品质至关重要。为探寻动态制动力矩与制动力的关系,该文建立了制动带静力学模型和有限元模型,设计了带式制动器样机实验台架,完成了制动鼓正反转实验,将实验结果与仿真计算结果进行了对比分析,结果表明:动态制动力矩是转速、正压力、动态摩擦系数共同作用的结果;制动鼓正转时,制动带有增力效应,制动带所产生的制动力矩较大,静态区持续时间长,制动稳定性好,而反转时无明显的静态区,线性度好,对控制有利。根据实验结果拟合得到制动带动态力矩经验公式的控制参数,可用于制动带的平滑控制。
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电动汽车无同步器变速器换挡过程主动对齿控制  收藏
田丰, 王立军, 隋立起, 曾远帆, 周星月, 田光宇
清华大学学报(自然科学版)    2020, 60 (2): 101-108.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.22.032
Abstract  (0) PDF (9917KB) (157)
无同步器电机-变速器直连系统在电动汽车应用中具有传动效率高、结构紧凑、制造成本低的优点,但是在变速器换挡过程中,接合套和接合齿圈的同步过程缓慢,甚至存在打齿或无法换挡的情况。该文通过对驱动电机转矩的主动控制,实现接合套与接合齿圈之间相对转速和相对转角的"零转速差"和"零转角差"双目标跟踪控制。为了避免驱动电机主动同步控制过程中由于频繁在驱动与制动象限内切换造成的齿间敲击,提出了以驱动电机工作象限切换次数最少为目标的最优转矩主动对齿控制算法。实车测试表明:主动对齿控制算法能够实现快速、平稳换挡,并将换挡过程的动力中断时间缩短到300 ms内。
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考虑齿轮耦合振动的换挡过程非线性动力学分析  收藏
隋立起, 田丰, 李波, 曾远帆, 田光宇, 陈红旭
清华大学学报(自然科学版)    2020, 60 (2): 109-116.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.21.033
Abstract  (0) PDF (2908KB) (97)
为分析电驱动机械变速器换挡过程接合套和接合齿圈的动态特性,该文建立了考虑齿轮耦合振动的换挡过程非线性动力学模型。该模型中,接合套和接合齿圈在接合过程中的接触冲击由非线性接触力学模型描述,含间隙的传动齿轮非线性振动由齿轮动力学集中质量法建模描述。这2种非线性运动过程最后由统一的动力学方程耦合。考虑到接合套和接合齿圈不同的接合状态,总结了5种状态,并分别列出其耦合动力学方程,进而通过Runge-Kutta法对系统动态特性进行了仿真计算。所得的仿真结果与实验结果相吻合,证明了该模型的正确性。在此基础上,分析接合套和接合齿圈的接触冲击力,结果表明:即使仅存在微小的转速差和转角差,瞬时冲击力也高达23 800 N。该仿真结果对于接合套和接合齿圈的优化设计及提升换挡品质具有重要意义。
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基于能耗优化的电动轮汽车转矩动态分配  收藏
陈浩, 袁良信, 郑四发, 连小珉
清华大学学报(自然科学版)    2020, 60 (2): 132-138.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.22.041
Abstract  (0) PDF (2729KB) (76)
电动轮汽车具有转矩独立可控、反馈信息易获取等特点。该文以电动轮汽车转矩矢量控制系统为基础,提出一种转矩动态分配方法,选取整车能耗作为目标函数,考虑电机实时能力的改变与驾驶员需求,建立了带约束的非线性优化模型。通过对优化问题的分解及转矩可行空间的离散化,解决了约束变化与在线优化实时性之间的矛盾。搭建MATLAB/Simulink-Cruise联合仿真平台,设置新欧洲循环(NEDC)测试工况及其市区循环工况以验证算法的可行性与鲁棒性。仿真结果表明:所提出的方法有效降低了整车能耗,且具有良好的容错能力。
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抑制多方向语音噪声的人工耳蜗语音增强算法  收藏
宫琴, 饶诚, 郑硕
清华大学学报(自然科学版)    2020, 60 (2): 181-188.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.21.022
Abstract  (0) PDF (1511KB) (74)
在复杂声音场景,尤其是多人对话交谈的情况中,人工耳蜗佩戴者的言语可懂度会显著下降。该文提出了一种基于近距离双麦克风的语音增强算法,通过提取采集信号的延迟参数,并根据该参数设置掩蔽矩阵,进而区分不同方位的声源,抑制竞争性语音噪声。同时还以数字信号处理器(digital signal processor,DSP)为核心,搭建调试平台,对算法进行了工程实现。实际测试表明,算法提升了前端信号的信噪比,鲁棒性强,并且算法单帧运行时间短,可以和常用的人工耳蜗言语编码策略相融合,满足人工耳蜗的实时计算需求。
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锌空燃料电池电化学阻抗等效电路模型  收藏
陈东方, 裴普成, 宋鑫, 任棚
清华大学学报(自然科学版)    2020, 60 (2): 139-146.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.22.042
Abstract  (0) PDF (4056KB) (98)
利用等效电路模型可表示锌空燃料电池的理化过程,用于描述和解析电化学阻抗谱中的Nyquist图,但已有模型未能综合考虑阴阳极的阻抗分布。该文为区分阴阳极阻抗,提出了一种可解析阴阳极阻抗的全电池电化学阻抗模型和忽略阳极影响的简化模型。在研究电池结构参数、性能衰减、储存条件、锌电极中导电剂、空气电极结构变化对阻抗影响的实验中,验证了模型的正确性,模型拟合实验数据时卡方检验的结果均小于0.01,并应用模型解析出的电阻值分析了阻抗变化的作用机理。该模型对金属空气电池的研究具有一定意义。
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基于卫星遥感的水体信息提取研究进展与展望  收藏
李丹, 吴保生, 陈博伟, 薛源, 张翼
清华大学学报(自然科学版)    2020, 60 (2): 147-161.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.22.038
Abstract  (0) PDF (2003KB) (204)
水体时空分布特征对于水资源监测与应用具有重要意义,而包括水体分布在内的地物覆盖类型分类和变化分析是遥感技术最常见的应用。对大区域的水体参数提取,尤其是高山无人区的水体的定量分析,利用卫星遥感数据进行水体位置、面积、形状和河宽等水体参数提取,不仅节省人力、保障安全,还提高了工作效率,已经成为一种快速获取水体参数的有效方法和手段。该文从4个方面对卫星遥感在水体信息提取上的应用现状进行综述:水体在电磁波波谱各波谱段的反射特性;1980年以来国内外基于雷达和光学遥感数据提取水体信息的研究状况和具体应用方向;各种水体信息提取方法的工作原理和优缺点;应用卫星遥感技术提取水体信息面临的挑战和尚待解决的关键问题,利用遥感技术提取水体遥感信息的发展趋势展望。
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基于WRF-LUCY模型的冬季集中供暖对局地气候的影响  收藏
黄蓓, 倪广恒
清华大学学报(自然科学版)    2020, 60 (2): 162-170.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.22.040
Abstract  (0) PDF (8942KB) (76)
快速的城市化发展通过改变下垫面影响了区域的陆气过程,同时高密度、高强度的人类活动带来大量的人为热排放,加剧了城市局地气候变化。分析人为热及其动态变化对城市局地气候的影响,对探究城市陆气过程具有重要的科学价值。该研究在中尺度气象模式(WRF)中考虑人为热估算模型(LUCY),选取北京地区为研究对象,对比分析了在WRF中是否考虑高时空精度的人为热带来的差异,并以冬季集中供暖为例分析了大量人为热集中释放对局地气候的影响。结果显示:采用WRF-LUCY模型的模拟结果在各气象要素变化以及城乡环流中均有较为合理的表现;集中供暖前后的人为热变化导致空气温度骤增且快速达到新的稳定状态;气温的升高幅度在夜间较大,日间较小。该研究为城市局地气候模拟提供了可靠的工具,为城市能耗规划和环境改善提供了科学依据。
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药物表示学习研究进展  收藏
陈鑫, 刘喜恩, 吴及
清华大学学报(自然科学版)    2020, 60 (2): 171-180.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.21.038
Abstract  (0) PDF (1031KB) (110)
药物开发过程存在资本密度高、风险大、周期长的特点,需要投入大量的资金、人力与物力。传统的机器学习方法虽然可以在一定程度上辅助药物开发,但需要分子描述符作为特征输入,而不同的分子描述符的选择对机器学习模型的性能影响较大,因此传统的机器学习方法大多需要进行繁复、耗时的特征工程。近年新兴的深度学习方法,能够从药物的"原始"结构中直接提取特征,从而绕开特征工程,缩短开发周期。该文将现有的药物表示学习方法划分为2类:基于简化分子线性输入规范(SMILES)表达式的药物表示学习和基于分子图的药物表示学习,报告了这两类药物表示学习方法的最新研究进展,阐述了各种方法的创新点与局限性。最后,指出了当前药物表示学习研究中存在的重大挑战,并讨论了可能的解决方案。
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太阳系尘埃动力学研究综述  收藏
刘晓东
清华大学学报(自然科学版)    2020, 60 (3): 189-197.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2020.26.001
Abstract  (0) PDF (1771KB) (192)
太阳系尘埃动力学是一个比较新的研究方向,对理解太阳系起源、演化以及指导航天探测任务都有重要意义。该文对近几十年来太阳系尘埃动力学方面的研究进行了综述。关于尘埃的质量产率和撞击-喷射这一尘埃起源方式,介绍了前人基于地面实验结果而建立的模型,以及基于就位探测和实验得到的初始质量分布。同时,回顾了关于尘埃所受主要摄动力的建模方面的工作,以及经常用到的一些辅助分析方法。此外,尘埃的充电和溅射都会影响其动力学行为,也介绍了相关的建模和实验研究。最后,总结了尘埃族群具有代表性的形成/迁移机制,以及这些机制对尘埃族群分布构型的影响。
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微型航空发动机推力矢量系统建模与控制  收藏
李颖杰, 吴林峰, 李春文
清华大学学报(自然科学版)    2020, 60 (3): 198-205.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.26.042
Abstract  (0) PDF (2667KB) (85)
以微型航空发动机推力矢量系统为对象,对先进战机缩比验证机的推力矢量系统进行了建模与控制研究。对推力矢量系统建模,采用了机理模型结合试验数据的方法,引入了气动偏角与推力损失系数,对机理模型进行了修正。控制律设计采用改进后的广义最小方差方法,在保证响应速度的同时,相比传统广义最小方差方法降低了对控制参数的敏感性。最后在全工况区间对修正后的推力矢量系统进行了控制律的仿真验证,结果表明:所建立的基于改进广义最小方差控制律在经过修正的推力矢量系统模型上,具有良好的控制效果。
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预混C2H4/N2O推力室喷注面板热反侵着火现象数值模拟  收藏
王伟龙, 张会强
清华大学学报(自然科学版)    2020, 60 (3): 206-211.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.26.033
Abstract  (0) PDF (2582KB) (137)
预混C2H4/N2O推进系统因其性能高、系统简单以及推进剂无毒而在姿轨控发动机中有重大潜在应用价值,而防止回火是其要解决的关键技术。为此,该文构建了包括集气腔、喷注面板、燃烧室和喷管的预混C2H4/N2O推进剂单喷注单元推力室,采用能够准确预测着火延迟的C2H4/N2O详细化学反应动力学机理,耦合腔室中的反应流和喷注面板中的传热过程,开展了推力室点燃和集气腔热反侵着火现象的数值模拟研究。结果表明:推力室非稳态点燃过程时空演化至稳定状态时的特征参数与化学热力平衡计算结果一致。随着喷注面板孔板面积比的减小,燃烧室通过喷注面板传给集气腔的热量显著增加,并最终能够引燃集气腔预混气。从而发现和提出一种喷注面板热反侵导致集气腔着火的机制。当采用常规设计的推力室头部时,存在喷注面板临界孔板面积比,其为预混C2H4/N2O推进系统喷注器设计提供了新的约束准则。
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甩油盘雾化实验台开发和验证  收藏
高翔, 王方, 肖阳春, 武召阳, 金捷
清华大学学报(自然科学版)    2020, 60 (3): 212-218.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.26.034
Abstract  (0) PDF (4548KB) (97)
甩油盘是中小型航空发动机常用的燃油喷射装置,为后续甩油盘结构改进和燃烧室性能测试提供了参考和依据,该文开发了甩油盘雾化实验台,由供水系统、旋转系统、通风系统、测试系统、控制系统和数据采集系统组成。对供水压力、供水流量以及旋转系统振动值等关键运行参数进行监测与分析,结果表明:该实验台可以获得可靠的高精度实验数据。基于相位Doppler粒子分析仪(phase Doppler particle analyzer,PDPA)测试了某型甩油盘粒径数统计,以及Sauter平均直径(Sauter mean diameter,SMD)随转速的变化规律。结果表明:该型甩油盘粒径符合正态分布;SMD随着甩油盘转速的增加逐渐减小,在12 000 r/min后基本维持在41 μm。实验结果与已有文献结论相一致,进一步表明了该试验台的可靠性。
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超低地球轨道卫星大气阻力预测与影响因素分析  收藏
靳旭红, 黄飞, 程晓丽, 王强, 王兵
清华大学学报(自然科学版)    2020, 60 (3): 219-226.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.26.030
Abstract  (0) PDF (3630KB) (78)
为了对超低地球轨道卫星的大气阻力进行有效预测和分析,该文基于自由分子流试验粒子Monte Carlo方法,通过嵌入多种国际主流大气模型,开发了一套低地球轨道任意复杂外形航天器气动特性预测的通用三维并行软件,并以GOCE卫星为研究对象,计算并分析了该卫星的大气阻力特性,研究了大气模型参数、飞行高度、轨道纬度和经度等因素对大气阻力的影响规律。结果表明:随着高度的增加,阻力急剧减小,阻力系数却单调增大,卫星阻力的预测对大气模型的敏感性增强;轨道纬度和经度变化的影响主要体现在通过影响来流大气参数而间接影响阻力系数和卫星阻力,大气温度和组分影响阻力系数,而阻力系数和来流大气密度共同决定卫星阻力;随着轨道纬度和经度的变化,卫星阻力和阻力系数均呈现非单调的波动性变化。研究表明:JB2008和DTM-2013大气模型表现相近,而USSA-1976、Jacchia-1977和NRLMSISE-00大气模型计算出的阻力都较前两者偏高。
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考虑质量瘤的小天体平衡点位置与稳定性  收藏
姜宇
清华大学学报(自然科学版)    2020, 60 (3): 227-232.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.26.027
Abstract  (0) PDF (9319KB) (33)
该文以小行星2867 Steins为例,研究了质量瘤的变化对小天体平衡点的位置、拓扑类型和稳定性的影响。考虑了单层相似质量瘤、单层球形质量瘤、多层相似质量瘤和多层球形质量瘤等4种质量瘤的情形。发现质量瘤的存在可能会引起平衡点稳定性和拓扑类型的变化。对于小行星2867 Steins来说,无质量瘤和有质量瘤情形的体外平衡点E4的拓扑类型和稳定性不同,前者对应的该平衡点是不稳定的,拓扑类型为Case 5;而后者对应的该平衡点是稳定的,拓扑类型为Case 1。相比无质量瘤情形,有质量瘤情形的体外平衡点的质心距更大,而体内平衡点的质心距更小。如果质量瘤位置、密度和体积基本相同,则质量瘤的形状变化对平衡点位置的影响可以忽略不计,同时质量瘤的形状变化对平衡点的拓扑类型和稳定性没有影响。该结果有助于理解内部结构的变化对小行星引力场环境的影响,可为小行星探测任务的引力场重构、轨道设计与任务可靠性分析提供参考。
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下料方式和流量分配对D4合成SiO2的影响  收藏
张寒, 黄泽宇, 张国君, 欧阳葆华, 吴学民, 郑丽丽
清华大学学报(自然科学版)    2020, 60 (3): 233-238.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.26.050
Abstract  (0) PDF (5250KB) (47)
燃烧器设计和流量控制对燃烧稳定性、SiO2生成、疏松体品质和关键组分分布有重要影响。该文通过对八甲基环四硅氧烷(OMCTS,D4)制备SiO2疏松体过程的数值研究,分析了不同下料方式,以及D4和氧气流量分配对SiO2生成效率和沉积面上关键组分分布的影响。结果表明:采用多点下料方式可以明显提高SiO2生成率和沉积均匀性;内外D4进口流速接近时,SiO2生成率较高,并且OH浓度有所降低;根据D4质量流量分配对氧气进口流量分配进行调整,能够提高SiO2生成率,但相应的OH浓度也有所增加;但在保持D4质量流量不变的情况下,采用多点下料,导致D4进口速度降低,一定程度上降低了沉积效率。采用多点下料时,可以考虑适当提高D4流量,控制火焰温度,有利于提高SiO2生成和沉积效率。
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具有特殊结构的自由旋射流流动特性  收藏
胡羽, 龚迎莉, 孙新玉, 黄兴亮, 祁海鹰
清华大学学报(自然科学版)    2020, 60 (3): 239-247.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2020.22.001
Abstract  (0) PDF (5120KB) (113)
为深化对旋涡热强化效应的认识,针对特殊旋涡——龙卷旋涡开展冷态流动特性的实验研究。测量了不同旋射管进气道面积对龙卷旋涡初始真空度的影响及强旋状态下的速度分布。结果表明:旋射管质量流量对初始真空度具有决定性影响,质量流量越高,初始真空度绝对值越大;龙卷旋涡的各速度分量均可用半经验涡模型统一表征,速度分布随旋流强度的降低出现显著转变;中空结构的出现及维持的根本原因是较高的旋流强度;径向卷吸的出现标志着旋流强度的显著降低。该研究成果丰富了对龙卷旋涡的流体力学认识,为揭示旋流热强化效应机理的研究提供了重要参考。
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高炉熔渣颗粒热物性参数的瞬间测量  收藏
张衍国, 张颖, 杨潇潇
清华大学学报(自然科学版)    2020, 60 (3): 248-253.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.22.048
Abstract  (0) PDF (3516KB) (32)
为了开发冶炼熔渣干法粒化和余热回收技术,提出了一种飞行高炉熔渣颗粒表面温度与发射率的瞬间测量方法。实验过程中,建立了熔渣表面温度与灰度、表面发射率与表面温度的关系曲线,通过高速摄像机瞬间捕捉飞行熔渣颗粒图像,计算图像灰度,结合关系曲线得到飞行熔渣颗粒表面温度和表面发射率。结果表明:随着熔渣表面温度的降低,表面发射率减小;当飞行熔渣颗粒表面温度为1 402℃时,其表面发射率约为0.89。
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质子交换膜燃料电池电压损耗  收藏
赵阳, 王树博, 李微微, 谢晓峰
清华大学学报(自然科学版)    2020, 60 (3): 254-262.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.26.019
Abstract  (0) PDF (1415KB) (74)
质子交换膜燃料电池电压损耗的定量分析,对于寻求膜电极性能的提升空间具有重要的参考意义。该文以实验室自制的膜电极为研究对象,对其内部损耗、ohm极化、活化极化以及浓差极化依次进行了实验分析。结果表明:在阴极铂载量为0.2 mg/cm2的膜电极中,活化极化在整体电压损耗中所占比例最高,这一现象在低温下愈发明显;ohm极化的占比最小,电流密度为1 550 mA/cm2时,其最大值约为0.09 V;浓差极化在低电流密度区域的影响较小,在大电流密度区域以指数形式增长。经过对浓差极化的分析发现,40%~44%的氧气扩散阻力主要来源于气体扩散层内的分子扩散阻力,43%~50%的氧气扩散阻力主要来源于氧气穿过离聚物层到达铂表面的阻力。
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不同几何参数竖直蛇形管内超临界压力CO2流动与换热数值模拟  收藏
黄腾, 李雪芳, 柯道友, 巴清心, 程林
清华大学学报(自然科学版)    2020, 60 (3): 263-270.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.21.031
Abstract  (0) PDF (7680KB) (68)
作为一种环境友好型自然工质,CO2被越来越多地应用于热泵系统。该文通过模拟超临界压力CO2在竖直蛇形管中的流动和传热过程,分析了蛇形管几何参数对其换热性能的影响,并探究超临界压力CO2在不同尺寸蛇形管中流动的强化传热机制。建立了12种不同内径和曲率直径组合的蛇形管模型,以探究在给定质量流率条件下,不同内径和曲率直径对超临界压力CO2流动换热性能的影响。结果表明:曲率直径或内径的增大,均会导致传热系数降低;蛇形管内径越大,外壁面温升及温度波动幅度均越大;蛇形管曲率直径越大,外壁温度越高。最后,研究了流动方向对传热性能的影响,发现当内径大于1 mm时,蛇形管换热性能在工质向下流动时优于在工质向上流动时。本文可以为相关换热器的优化设计提供参考,从而提高换热效率和系统性能。
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考虑生产效率与工艺的资源受限项目调度问题  收藏
王珩玮, 林佳瑞, 张建平
清华大学学报(自然科学版)    2020, 60 (3): 271-277.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.21.035
Abstract  (0) PDF (2238KB) (78)
多模式资源受限项目调度问题(MRCPSP)是建设项目进度优化问题的重要数学模型。但传统的MRCPSP模型难以同时表征工序时长、成本与资源需求之间的多种关系。为了解决这一问题,该文提出了一种MRCPSP模型,并利用约束规划(CP)对算例进行了求解。该问题模型通过定义生产力函数以及各工序对各类资源总需求的组合表征工序时长、成本以及资源需求之间的关系。经验证,该模型可以模拟施工过程中生产力变化的情况,并允许在优化求解时考虑工艺选择对结果的影响,相比传统的MRCPSP模型,求解结果有更明确的工程含义,具有实际应用价值。
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隧道内可燃液体蒸气爆燃超压缩尺寸实验研究  收藏
陈长坤, 徐童, 史聪灵, 赵小龙, 张宇伦
清华大学学报(自然科学版)    2020, 60 (3): 278-284.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.26.032
Abstract  (0) PDF (7522KB) (64)
为了探索隧道内可燃液体蒸气的爆燃超压及火焰传播规律,该文采用1/20的缩尺寸隧道模型,以不同液体温度(30、40、50、60、70、78℃(沸点))下蒸发产生的乙醇蒸气为爆燃介质,分析不同时间点火的引爆情况及爆燃超压等数据。结果表明:蒸气的爆炸极限受到初始液体温度的影响,当蒸气温度低时爆炸极限范围小,同时所需要的引爆能量也会变大。被引爆乙醇蒸气的超压值沿隧道纵向呈现明显的双峰形状,同时在超压曲线第1次达到峰值时,燃料盘上方压力测点P1低于远离中心位置P2、P3处的超压值。此外,隧道内爆燃超压最大值会随着乙醇蒸气浓度的增加而呈现先增大后减小的趋势。
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焊接电弧形貌判别模型及钨极高度的影响规律  收藏
朱志明, 程世佳, 于英飞, 符平坡
清华大学学报(自然科学版)    2020, 60 (4): 285-291.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.26.037
Abstract  (0) PDF (5421KB) (128)
在不同的焊接工艺参数下,电弧具有不同的几何形貌,焊接工艺参数的改变会实时地引起电弧形貌发生变化。借助高速摄像和图像处理技术,通过将弧柱边缘像素点的坐标从图像坐标系转换至以弧柱质心为原点的极坐标系,该文提出了一种基于极坐标的电弧形貌判别模型,实现了电弧形貌的有效识别,并研究了不同焊接电流下电弧形貌与钨极高度的定量关系。试验结果表明:在不同的焊接电流和钨极高度下,电弧存在扁锥形、钟罩形、长锥形和长条形4种典型形貌。电弧呈现钟罩形时,电弧的横向摆动幅度较小,有利于焊接电弧的稳定燃烧和保证焊缝成形质量。随着焊接电流的变化,不同电弧形貌对应的钨极高度范围也会发生改变。基于电弧形貌的钨极高度控制策略,为自动化焊接中实时控制钨极高度提供了新途径。
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单摆角五轴数控机床摆头几何误差测量与精度验证  收藏
王立平, 张世珍, 王冬
清华大学学报(自然科学版)    2020, 60 (4): 292-298.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2020.25.006
Abstract  (0) PDF (3557KB) (117)
摆角精度是影响五轴数控机床加工性能的关键因素,而对摆头各项几何误差进行准确测量是机床实际应用过程中的重要技术环节。该文以一台用于航空发动机机匣加工的单摆角五轴数控机床为研究对象,对其摆头几何误差进行了测量,并完成了精度验证。首先,介绍了摆头直驱五轴数控机床的整体结构,针对主轴端面至A轴回转中心距离偏差、摆头摆动扇面与YZ平面偏差和主轴轴线与A轴轴线高度差等摆头主要几何误差,提出了实用的测量方法,并开展了相应的测量实验;其次,对摆角定位精度进行了检测并分析了相应的位置偏差;最后,完成了机匣模拟试件切削。检测结果表明试件符合加工要求,充分证明了样机具有良好的摆角精度。该文所提出的误差测量方法为提升五轴数控机床的实际加工性能奠定了基础。
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基于性能退化数据的数控转台单子样可靠性分析  收藏
张云, 于广, 王立平, 姜楠
清华大学学报(自然科学版)    2020, 60 (4): 299-305.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.22.049
Abstract  (0) PDF (1783KB) (67)
针对数控转台可靠性高、寿命长、失效样本数据少的情况,采用基于性能退化数据的可靠性评估方法进行研究。在试验过程中通过测量转台不同角度回转精度的性能退化量扩充试验数据,根据试验数据计算得出数控转台的伪失效寿命值。为了提高转台可靠性评估结果的准确率,采用虚拟增广原理扩展试验数据,再对扩展试验数据采用数学方法进行分析。结果表明:该方法可对数控转台的可靠性进行评估,得到数控转台的可靠度、失效分布密度函数和预期平均寿命等可靠性指标。该方法节省了试验成本与时间。
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高空平台与地面协同广播中的无线资源配置  收藏
段海宁, 张彧, 宋健
清华大学学报(自然科学版)    2020, 60 (4): 306-311.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.21.032
Abstract  (0) PDF (1838KB) (236)
高空平台通信系统覆盖范围广、组网成本低、通信容量大,适合为地面用户提供可靠的多媒体广播多播业务。该文针对高空平台与地面系统协同广播的场景,提出了一种兼顾能效与谱效的下行多址接入和资源分配优化算法。根据活跃用户的位置分布,首先以提高发射能效为目标为每个业务选择合适的信道资源,然后根据同类信道内不同业务的服务质量要求,采用联合正交与非正交多址接入的混合下行多址接入策略,以实现频谱效率和接收端复杂度的折中。仿真结果表明:相比传统的正交多址接入和单一信道传输算法,该算法在复杂度损失较小的情况下显著节约了发射成本,且具有更高的资源配置灵活性。
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基于变量相关性分解方法的稀疏线性方程组并行求解算法  收藏
刘珊瑕, 靳松, 王文琛, 汪宇航, 王瑜
清华大学学报(自然科学版)    2020, 60 (4): 312-320.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2020.25.005
Abstract  (0) PDF (2868KB) (111)
稀疏线性方程组的求解是许多大规模科学计算任务的核心环节。目前,并行算法的发展为稀疏线性方程组的求解提供了新的思路和强有力的工具。然而,现有的并行算法存在一些缺陷,如最优子矩阵的划分难以获得、并行任务间的同步开销较大等。针对上述问题,该文提出一种基于变量相关性分解方法的稀疏线性方程组并行求解算法。该算法首先对系数矩阵进行不完全LU分解,得到上三角和下三角方程组,然后在这2个方程组求解过程中利用y与x的关系分解变量的相关性,同时并行计算变量的独立部分值,最后将所有的独立部分值相加得到变量的最终值。由于算法中变量的求解无需等待其所有前继变量计算完成即可进行部分值计算,因此有效减少了算法的执行时间,进而提高了算法的求解速度及并行度。实验结果表明:与调用cusparse库函数实现的并行求解方法相比,该文提出的算法能将稀疏线性方程组的求解速度提升了50%以上。
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