为探究液体燃料(煤油和0#柴油)浸润多孔介质砂床(石英砂)表面火蔓延特征行为, 开展了一系列不同颗粒粒径(0.428~4.500 mm)工况的燃烧测试, 实验测量了燃料质量损失速率、砂床内部温度分布、砂床表面火蔓延速率等特征参数, 分析了颗粒粒径对浸润燃烧场景下燃烧蔓延特性的影响机制。实验结果表明: 在当前实验中, 毛细管作用影响了燃烧反应进程的传热速率, 较细颗粒砂床(直径0.428 mm)的传热速率快于较粗颗粒砂床(直径2.180 mm)。不同颗粒粒径工况下的质量损失速率的增长快慢存在差异, 准稳定燃烧阶段质量损失速率的增长速率随颗粒粒径的增大而先减小后增大。在准稳定燃烧阶段中, 随着颗粒粒径增大, 煤油和0#柴油浸润石英砂床表面的平均火蔓延速率呈现出先减小后增大的趋势。在相同颗粒粒径条件下, 0#柴油的平均火蔓延速率低于煤油。
为了系统揭示正向风作用下对开口腔室火灾行为的演化机理, 该文建立了更符合实际的腔室火灾场景, 开展了相应的数值模拟和理论分析, 研究了正向风风速对迎风侧、背风侧的火溢流行为、腔室内部温度以及腔室气体流动方式的影响。结果表明：随着风速的增加, 通风控制下腔室迎风侧的火溢流会逐渐消失。之后, 背风侧的火溢流也会逐渐消失。火溢流发生的临界判据为全局当量比等于0.645。当全局当量比小于等于0.645时, 燃烧只发生在腔室内部; 当全局当量比大于0.645时, 腔室外部开始出现火溢流。在燃料控制状态下, 腔室内部的平均温度随着风速的增大不断降低。结合腔室内外的能量守恒方程, 通过量纲分析, 建立了正向风作用下燃料控制状态腔室内平均温升模型。基于迎风侧和背风侧与腔室内的压差, 建立了腔室气体由双向流动转化为单向流动的临界风速表达式。当风速小于临界风速时, 腔室两侧开口气流存在双向流动; 当风速大于等于临界风速时, 腔室两侧开口气流为单向流动。
近年来中国兴建了很多浮顶油品储罐。当浮顶储罐内部液位较低时, 罐体内部易积聚蒸气, 火灾风险增大。一旦发生火灾易形成侧壁约束下的油池火, 给油品储运安全造成严重威胁。该文采用石英玻璃材质的油盘, 开展了不同侧壁高度(油盘侧壁上边缘到油品表面的垂直距离, h=3~50 cm)的正庚烷油池火实验, 研究了侧壁高度对灾变过程和关键火灾参数(燃烧速率、火焰高度)的影响。实验结果表明：侧壁高度对整个燃烧过程影响明显, 尤其是对初始阶段和稳定阶段。对于初始阶段, 低侧壁油池火燃烧速率快速增加, 但高侧壁油池火燃烧速率呈现先快速增加随后逐渐减小的趋势, 这主要是由于火焰根部不断抬升进而远离油品表面造成的。对于稳定阶段, 随侧壁高度的增加, 燃烧速率呈现先减小后增大随后再减小的趋势。其中的先减小后增大趋势是由于火焰根部逐渐从油盘外进入油盘内造成的, 而随后的再减小趋势主要是由于火焰根部不断抬升造成的。基于高侧壁稳定阶段的火焰形态, 可将火焰划分为外部火焰和内部火焰。随侧壁高度的增加, 外部火焰高度逐渐降低, 内部火焰高度逐渐增加。基于量纲归一化分析, 考虑侧壁高度和空气卷吸因素, 引入油盘特征直径, 建立了不同侧壁高度下的无量纲内部火焰高度模型。该研究结果可增强对不同侧壁高度油池火火焰行为的理解, 为储罐区浮顶储罐火灾的定量风险评估提供参考。
火灾事故严重威胁飞机的安全运行。航空运输环境为低压环境, 低气压会对火灾的发生发展产生重大影响。民用运输飞机的壁板材料均为复合材料, 美国联邦航空管理局和中国民航局均要求实验验证其防火特性。该文选取空客某型飞机夹芯结构壁板材料(A壁板)和层压型壁板材料(B壁板)作为研究对象。A壁板由上下层树脂基面板、中间层芳纶蜂窝芯和胶黏剂组成, B壁板为树脂基玻璃纤维增强层压板。分别在四川康定(61 kPa)和广汉(96 kPa)研究其隔热性能、点燃时间、质量损失和烟气特性。结果表明：A壁板隔热性能在低压下下降约26.0%, B壁板隔热性能几乎不受压强影响, A壁板隔热性能明显优于B壁板; 压强通过影响对流热损失和临界质量通量影响点燃时间, A壁板点燃时间在低压下缩短16%, B壁板点燃时间受压强影响较小; 压强影响燃烧速率, A、B壁板质量损失率和质量损失速率在低压下均有降低; 在不同气压环境下2种壁板O2最大消耗量、CO和CO2产生量峰值对应时间基本一致, 低压环境下O2消耗量、CO和CO2产生量峰值均高于常压环境。该文初步研究了气压对壁板材料燃烧特性的影响, 可为机舱防火救援等提供理论参考。
该文建立了全尺寸地铁车厢仿真模型, 分析了无火源情况下的车厢内部风速分布情况, 并对比研究了有无送风以及不同火源位置对车厢内部温度场分布的影响。结果表明：车厢送风时内部会形成气流涡旋, 涡旋的产生位置与车厢内座椅有关。车厢内风速分布呈现出较为明显的与送风口位置相关的特征。在设置工况下, 车厢内有无送风对车厢顶棚最大温升影响不大。这主要是由于火源附近的温度很高, 热浮力较大, 送风口的送风较小, 对火羽流影响较小。车厢送风时, 内部烟气仍能产生稳定分层, 但烟气层的沉降高度明显大于自然通风时。车厢送风时, 顶棚烟气温度与送风口位置呈现出较强的相关性, 每个送风口下方存在低温区域, 并且车厢两端的顶棚烟气温度明显低于自然通风时。有无送风情况下车厢火灾顶棚烟气温度均呈指数衰减。该研究结果可为地铁车厢的火灾防治提供参考。
为深入认识城镇燃气管网事故应急救援过程中的不足之处, 该文总结了城镇燃气管网事故应急救援特征, 并对救援能力进行评估。在对现有应急预案及事故案例深入分析的基础上, 明确应急救援过程中的问题特征, 构建全面体现应急救援能力的指标体系, 利用层次分析法与基于准则间相关性的准则重要性评价(CRITIC)法相结合的主客观组合赋权方法计算各指标权重, 利用模糊综合评价法建立城镇燃气管网事故应急救援能力评估模型。将该模型应用于湖北省十堰市张湾区, 结果表明：“救援人数供需比”等指标权重占比较大, 需重点关注; “救援人员的合作协调能力”等指标是该地区燃气管网事故应急救援过程中的薄弱环节。该研究结果可为燃气管网事故应急措施的制定、改进和评估提供理论依据和可行方法。
为降低消防员热应激水平, 该文开展降温背心综合性能评价, 研究降温背心传热规律以及高温辐射环境、不同劳动强度对降温背心性能的影响。通过环境舱和暖体假人系统评估3个型号的消防员降温背心的降温性能, 分别在不同温度(35、40和45 ℃)、不同定向热辐射(1.5和2.5 kW/m2)和不同劳动强度(低、中等和高)下开展实验。实验结果表明: 降温背心可以有效降低消防服内部微环境温度, 在200 min后消防服内外层温差仍有6.6 ℃, 辐射直射部位中降温背心对腹部冷却作用最明显; 3个型号的降温背心均有不同程度的降温效果, 其中降温背心1的降温性能最佳, 散热降温功率为4.097 W, 散热降温时间超过2 h, 降温背心3的降温性能相对最差, 散热降温功率为0.753 W, 散热降温时间为90 min; 随着劳动强度的增大, 降温背心的冷却效果下降, 其中假人腹部在劳动强度65、110和165 W/m2时温度变化曲线线性拟合直线斜率分别为0.106 8、0.273 4和0.508 6; 降温背心的降温性能随环境温度升高而衰减, 在环境温度45 ℃时, 假人胸部、肩部、腹部和背部的温度上升梯度与35 ℃时相比分别增大50.0%、40.6%、60.0%和50.0%; 定向热辐射对降温背心的降温性能影响明显, 2.5 kW/m2时假人胸部位置仅7 min温度就达到35.69 ℃。
随着抽水蓄能电站布局范围和建设规模的扩大, 地下厂房水患威胁日益严重。针对水淹厂房事故场景下无法快速有效排水的问题, 该文提出了一种抽水蓄能电站应急排水多目标优化方法。结合电站工程特点, 建立了分阶段串并联综合应急排水方法。以最小化排水时间和装备运行成本为目标建立多目标优化模型, 采用非支配排序遗传算法Ⅱ(NSGA-Ⅱ)对各阶段排水流量求取最优解。以某抽水蓄能电站为例开展研究, 得到了有凸的Pareto最优前沿, 应急排水时间最短约为52 h, 装备运行成本最少约为138万元, 同时给出了最优解对应的各阶段排水流量。结果表明, 该方法能够合理推荐抽水蓄能电站应急排水方案, 提高电站水淹厂房事故的应急处置水平。
证据理论基于各监测项目及监测点数据进行大坝安全综合评价。然而, 已有研究多采用Euclid距离等传统距离度量方法确定证据体的融合权重, 且未考虑冲突信息来源, 存在综合评价结果准确性较差的问题。针对以上问题, 该文提出考虑融合权重优化与冲突信息来源的大坝安全综合评价方法。基于监测点-监测项目-监测类型的大坝安全评价信息融合层次结构, 提出基于卡方散度与Shannon熵的证据体距离度量方法, 获取监测点和监测项目层级的客观融合权重, 克服已有方法未充分考虑证据体离散程度和不确定性的不足, 提高了评价结果的可靠性。在监测类型层级采用乘积标度法计算主观融合权重, 充分考虑专家经验, 避免基于距离度量方法产生不合理权重(例如变形的权重小于环境量的权重); 鉴于数据粗差是冲突信息的主要来源, 提出基于鲁棒加权回归的季节趋势分解(STL)-孤立森林(iForest)算法作为数据粗差剔除方法, 以消除冲突信息对评价结果的影响。工程应用结果表明：与基于Euclid距离度量、未考虑粗差剔除的证据理论方法相比, 所提方法可靠性更高。
许多事故和灾害事件表明, 城市基础设施系统之间的关联性可能会逐级放大事故或灾害的初始影响, 对城市、地区乃至国家产生非常大的危害, 因此研究在外界影响下城市基础设施系统之间关联性的表现和特征非常重要。该文以风险容忍度框架为基础, 对某城市区域的供水和供电网络的关联性开展研究, 根据若干网络参数的演化和分布特点, 分析了供水和供电网络面临外界随机冲击下的风险容忍度。随后对供水和供电网络间的地理关联性进行分析, 识别出了断电场景下供水网络中的关键组分。该研究为城市基础设施防护、规划、应急处置和韧性提升提供了支撑和参考。
分析交通路网的脆弱性一直是应急管理领域中重要的研究课题。然而, 随着电动汽车在交通流中的滲透率不断提高, 传统的评估路网脆弱性的方法, 由于缺乏考虑电动汽车的特征, 因此不再能很好适用于多电动汽车场景。对此, 该文提出一个双层攻击者-防御者模型来研究电气化交通路网的脆弱性。在模型外层的攻击者通过破坏网络中的关键道路, 使系统性能的下降最大化; 在模型内层的防御者通过动态地分配混合电动汽车和非电动汽车的交通流, 使用户总旅行时间最小化。该文进一步通过对内层问题取对偶以及采用大M法, 将原始的双层混合整数线性规划问题转换为一个等价的单层混合整数线性规划问题。将提出的模型应用于美国北卡罗来纳州的部分高速路网, 实验结果展示了在评估电气化路网的脆弱性时, 把电动汽车考虑在内的必要性, 以及攻击资源等级和系统性能下降存在临界点和相变现象。该文提出的模型可以识别出系统中最关键的道路集合, 为改善电气化路网的脆弱性提供理论支撑。
人工智能和大数据技术已成功应用于众多科学问题的分析, 其中也包括犯罪分析领域。犯罪案件侦查一直是犯罪分析工作的重点和难点。犯罪案件在侦查阶段主要包括证据收集和证据推理等工作, 证据的全面高效收集对案件推理和快速侦破具有重要意义; 与此同时, 不同证据在案件中的重要程度不同, 具有高重要度的证据如果在侦查早期阶段被收集, 可提高案件侦破效率。然而, 现有的人工智能方法应用于犯罪侦查决策支持的研究较少。鉴于此, 该文提出了一种基于加权信息熵的证据重要度的计算方法, 并在此基础上构建了基于Bayes网络的犯罪侦查决策支持模型, 然后应用420例犯罪案例对模型的准确率进行验证, 并用1例实际案例的分析过程对模型应用进行了阐述。分析结果表明：提出的模型能够输出有效的侦查建议, 为侦查阶段的证据收集和推理工作提供决策支持。
大型结构件的焊接在船舶制造、油气化工、核电工程、能源电力、建筑钢构和轨道交通等高端制造领域中应用广泛, 传统手工焊以及轨道小车、龙门吊等半自动焊已无法满足高效、高质量的焊接要求。大型结构件智能化焊接成为发展趋势, 以无轨导全位置爬行焊接机器人为代表的智能化装备正逐步推动解决大型结构件的自动化焊接问题。该文首先系统介绍了国内外面向大型结构件焊接的智能机器人研究现状, 并对有轨和无轨机器人的应用场景及优缺点进行比较, 分析认为无轨爬行机器人的灵活性好、适应性强, 更适用于大型结构件的焊接。其次, 针对大型结构件多层多道焊接时因机械加工、装配、热变形、焊道过多、焊缝堆叠等导致的焊接精度及焊接质量难以保证等问题进行分析, 认为自动打底和多层多道自动排道技术还存在多项难点亟待突破。最后, 从自动打底、焊缝跟踪、多层多道自动排道方面对相关技术的探索进行归纳, 预测了多模态深度学习和多传感器融合技术将成为引领焊接机器人发展的关键技术, 为大型结构件的智能化焊接提供方向性指导。
为阐明SiCp/A356复合材料制动盘与合成闸片摩擦副在制动过程中出现异常噪声的原因, 通过多尺度台架制动试验的噪声测试与复特征值分析的仿真方法, 研究了不同摩擦副制动噪声的特征及产生机理。结果表明：同等工况下2种SiCp/A356复合材料摩擦副的声压级(sound pressure level, SPL)均低于蠕墨铸铁摩擦副; SiCp/A356复合材料制动盘与合成闸片摩擦副啸叫噪声的主频集中在2.20 kHz附近, 最高SPL可达110 dB; 不同摩擦副的摩擦面具有不同程度的表面划伤、材料转移和剥离现象, 从而导致制动噪声出现差异性; 摩擦面的温升越高, 越容易破坏摩擦面状态, 进而诱发制动啸叫; 制动能量输入越大, 高温连续制动的次数越多, 啸叫SPL越大, 啸叫越严重。复特征值分析能预测制动噪声出现的倾向性, 闸片是产生制动噪声的主要因素, 摩擦面制动温升及其表面状态是制动噪声的主要影响因素。
前馈控制器是光刻机工件台在高加减速工况下实现纳米级运动精度的关键环节。该文针对传统情况下四阶前馈拟合逆模型能力较差、难以完全消除参考轨迹导致重复性误差的问题, 提出了一种以四阶前馈为基础, 外加有理分式补偿器的前馈控制架构, 并针对该有理分式补偿器控制参数整定的问题, 提出了一种数据驱动的参数整定方法。该方法利用系统辨识的相关规则, 将前馈补偿器参数整定过程的非凸优化问题转化为凸优化问题, 进而给出了全局最优参数整定方法以及参数迭代过程中梯度、Hessian矩阵的无偏估计方法; 通过光刻机工件台的实验验证了所提参数整定方法具有收敛性。实验结果表明：所提出的补偿前馈能够有效消除四阶前馈未消除的残余误差。
针对民机喷涂零件种类繁多、摆放位置不固定、无夹持装置等问题, 研发了一套基于视觉识别的自动喷涂系统。该系统使用工业相机获取筛盘上零件的二维图像, 对零件进行初步分类和定位。使用5轴三维测量机构获取点云数据, 采用粒子群优化算法(particle swarm optimization, PSO)进行点云和三维模型的位姿匹配。根据匹配结果, 采用曲面分片的方法规划喷枪路径, 用Bézier曲线生成机器人关节轨迹。最终在240 s的节拍内实现多种繁杂零件的自动化配准, 平均配准精度达2.11 mm。机器人能够自动进行喷涂作业, 且喷涂质量满足航空零件要求。
纤维增强复合材料以耐高温、高比强度等优点在航空航天领域得到广泛应用, 为有效提高多孔复合材料沉积过程的可控性与均匀性, 该研究提出一种基于双温区-双通道结构的双工艺化学气相渗透/沉积(chemical vapor infiltration/deposition, CVI/CVD)系统。基于装备设计-建造-理论-制备-优化的一体化研究思路, 对该系统制备碳纤维增强碳基复合材料(C/C复合材料)进行工艺设计与优化研究。通过建立流动、传热和物质传递反应模型, 分析了温度、速度、浓度对致密化过程的影响, 其中降低沉积温度能够提高厚度方向的沉积均匀性, 通过改变空间温度梯度能够实现沉积位置的控制, 初始速度、浓度的匹配能够提高致密化效率。利用双工艺CVI/CVD系统对多孔复合材料进行两步法沉积模拟, 验证了C/C复合材料沉积样件均匀性控制与工艺优化的可行性。
压气机作为航空发动机的核心器件, 对发动机的流量和功率影响显著。与轴流压气机相比, 离心压气机具有结构简单、制造方便以及单级压比高等特点, 十分适用于流量较小、总压比不高的小型涡轴发动机。该文基于Concepts NREC对离心压气机的叶轮和扩压器在规定工况下进行整体设计, 并对离心压气机进行三维数值模拟, 研究典型参数对离心压气机的影响, 对初步设计模型参数进行优化, 得到在设计工况下离心压气机的理想模型。研究表明: 适当降低进口轮毂比、适当减小叶轮叶根进口角、合理选择叶顶间隙数值和叶轮出口相对宽度对提升压气机的效率和压比有利, 优化后的离心压气机效率最高可达0.831, 对应压比为8.771, 工作裕度为18.44%, 效率比初步设计的离心压气机提高了4.79%, 压比提高了3.68%。
煤电低碳转型是国际和国内煤电行业面临的紧迫问题。该文总结了煤电低碳转型技术路径的相关研究成果, 分析提出了具有较高共识的7项煤电低碳转型技术路径, 梳理了促进煤电低碳转型主要政策措施提出的重点工作任务。在总结煤电低碳转型技术路径和政策措施重点工作任务的基础上, 提出了7个方面的重点标准需求。对支撑煤电低碳转型的标准化工作现状进行了总结, 对相关国家标准、行业标准、地方标准和国际标准的适用性进行了评估分析。该文结合强制性能耗限额标准等典型煤电低碳转型标准制定和实施的评估结果, 提出健全煤电低碳转型标准体系的建议。
