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2020年 第48卷 第7期 刊出日期:2020-07-25
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能源、动力与电气工程
恒功率放电下锂离子电池的产热特性
甘云华, 谭梅鲜, 梁嘉林, 等
2020, 48(7): 1-8. doi:
10.12141/j.issn.1000-565X.190708
摘要
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多维度评价
恒功率放电是电池实际运行工况中的典型放电方式,其放电过程中的产热对电池的性能和安全运行有重要影响。为了研究恒功率放电方式下电池的产热特性,首先建立了电化学 - 热耦合模型; 然后通过实验验证了模型的合理性; 最后分析了放电过程电池内部集流体、正负极和隔膜各层的产热特性,讨论了放电功率和正极电极厚度对电池内部各层产热量的影响。结果表明: 在放电过程中负极产热率的变化程度最大; 放电功率对各层产热量占总产热量的比值影响不大,其中正极产热量所占的比值最大 (不同放电功率下的占比均在 70%以上); 增大正极电极厚度可降低电池的产热量,但随着电极厚度的增大,其影响效果会降低。
基于轴向热路模型的架空地线与预绞丝接触端面接触电阻的计算
刘刚, 郭德明, 郑文成, 等
2020, 48(7): 9-19. doi:
10.12141/j.issn.1000-565X.190562
摘要
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多维度评价
作为衡量电接触性能的重要参数,接触电阻的大小直接关系到电气设备的运行状况。目前主要采用离线的实验测量手段对接触电阻进行测量,测量结果与实际运行状态存在一定的差异; 文中提出了一种基于轴向热路模型的接触端面接触电阻的计算方法。首先,以架空地线与预绞丝接触端口为研究对象构建轴向热路模型,其中模型的热参数采用遗传算法获得; 然后结合 GJ-50 架空地线的实例计算结果,讨论分析了模型热参数和接触电阻的变化规律。研究结果表明: 利用文中所提出的方法,可以准确得到接触端面暂态温升过程中不同温度对应的交流接触电阻,并且稳态温度下接触电阻随着加载电流的增加而减小,但不受时间计算步长的影响; 该计算方法的准确性很高,接触电阻的实验测量结果和计算结果最大误差不超过 9%; 接触电阻与温度的关系采用 Paulke 等提出的公式表示时计算结果更为准确。
输电线路带固定间隙避雷器动作次数计算新方法
邓红雷, 唐崇旺, 刘刚, 等
2020, 48(7): 20-27. doi:
10.12141/j.issn.1000-565X.190292
摘要
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多维度评价
避雷器计数器的动作次数是判断避雷器运行状况的主要依据之一,但人工和无人机航拍读取避雷器动作次数不仅实施难度大,且部分数据无法获取。文中提出一种根据雷电定位系统、输电线路设备台账数据与防雷机理相结合的带固定间隙避雷器动作次数计算的新方法,并通过实际算例对该方法的有效性进行验证。首先,由输电线路与雷电流参数确定线路的引雷区,并根据避雷器安装时间和雷电定位系统历年数据统计引雷区的所有雷电流; 然后,利用规程法计算该线路的反击耐雷水平,根据改进电气几何模型计算该线路的最大、最小绕击雷电流值和雷电绕击率; 最后,通过分析反击雷与绕击雷致闪络个数来计算出带固定间隙避雷器的动作次数。实例验证表明,该新方法计算的动作次数与实际动作次数基本相吻合,能有效地计算反击雷致避雷器动作的次数与绕击雷致避雷器动作次数的概率。
有机固废热解气 MILD 燃烧的数值分析
廖艳芬, 陈顺凯, 张曼玉, 等
2020, 48(7): 28-35,46. doi:
10.12141/j.issn.1000-565X.190883
摘要
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多维度评价
热解气的 MILD 燃烧是有机固废高效转换利用的关键技术之一。与传统单组分气体相比,固废热解气组分复杂、热值低、燃烧稳定性差。为提高固废热解气的高效清洁利用,采用数值模拟的方法,研究了不同燃料、空气过剩系数和空气入口截面积对固废热解气燃烧特性的影响,以及 MILD 燃烧形成条件。研究结果表明: 相比单一组分甲烷,固废热解气由于高氢气含量使燃烧过程超前,且峰值温度高,温度场分布不均匀;改变燃烧室进口的配风条件对燃烧过程具有明显的影响,随着过剩空气系数的减小,燃烧室内的峰值温度有所下降,整体温度水平上升,温度分布变得更为均匀,但同时高温区的范围也明显增大,导致出口处 NO 排放量增加; 在较低的过剩空气系数下,空气入口截面积的减小可以降低燃烧室内的峰值温度,温度分布均匀性得到有效提高,出口处NO 含量会降低到 0. 003%以下,从而实现固废热解气的 MILD 燃烧。
电-气混合系统安全约束最优能量流的分布式计算
林舜江, 唐智强, 谢煜铨, 等
2020, 48(7): 36-46. doi:
10.12141/j.issn.1000-565X.190225
摘要
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多维度评价
考虑了电力系统和天然气系统之间存在燃气发电机和电机驱动压缩机的耦合,建立了电 - 气混合系统安全约束最优能量流计算模型。模型以混合系统的总运行成本,即燃煤发电机组发电消耗燃煤的成本和天然气网从气源消耗天然气的成本之和为目标函数,同时考虑了电力系统和天然气系统中多个 N-1 故障的安全约束。首先,通过计及电力系统和天然气系统间交易的影响,对原优化模型的目标函数进行分离,并采用一阶泰勒级数展开,分别实现了对燃气发电机和电机驱动压缩机的耦合特性方程的线性化,使得可采用同步型交替方向乘子法 (ADMM) 对安全约束最优能量流计算模型进行分布式求解; 然后采用 GAMS 软件中的 CONOPT 求解器分别对电力系统和天然气系统的最优能量流进行求解; 最后以修改的 IEEE39 节点电力系统与比利时 20 节点天然气系统构成的电 - 气混合系统为例,对所提出的模型和求解算法的正确性和有效性进行了验证,计算结果表明所提出的模型和求解算法正确有效。
基于组合赋权和模糊综合评判的电网企业物资品控体系综合能效评价
代洲, 王钢, 严英杰, 等
2020, 48(7): 47-54. doi:
10.12141/j.issn.1000-565X.190681
摘要
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多维度评价
电网企业物资品控是设备进入电网投运前最重要的一环,涉及技术、管理、执行等各个方面。针对现有品控体系运行复杂性高、评价困难的特点,文中提出了一种基于组合赋权和模糊综合评判的能效评价方法,并以南网下属东、西部 5 个全资子公司2019 年实际数据为例,对该方法的有效性进行了验证。首先,全面梳理了品控体系的机构、过程环节等各个方面,构建了分层分级的综合能效评价指标体系; 其次,利用模糊层次分析法和熵权法将主观经验与实际数据结合,得到动态化的组合权重,确保了客观性和准确性; 最后,通过模糊综合评价方法对整体能效开展评价。算例分析表明,该算法得到的结果符合客观事实,验证了模型的科学性。
交通运输工程
基于梯度提升决策树的城市车辆路径链重构
徐建闽, 魏鑫, 林永杰, 等
2020, 48(7): 55-64. doi:
10.12141/j.issn.1000-565X.190428
摘要
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多维度评价
为了提取城市路网中车辆实际的行驶轨迹,支撑交通规划、设计、管理和评价等需求,提出了基于梯度提升决策树的城市车辆丢失路径链的重构方法。首先,根据车牌号码匹配目标车辆,以时间排序提取视频检测器获得的路径链,并结合交叉口邻接矩阵及路段行程时间估计进行路径链初次分离; 然后,依据车辆出行特征和交通状况提取影响路径选择的关键特征,并基于此提出了基于梯度提升决策树的局部丢失路径链重构算法; 最后,以某市南明区实际视频车牌识别数据为例,根据重构算法准确性和计算效率验证了文中算法与传统算法。结果表明,本文算法的重构准确率达到 91%,对比传统算法,梯度提升决策树算法在车辆路径链重构方面有较大优势。
结构化道路下基于层次分析法的智能车避障轨迹规划
曾德全, 余卓平, 熊璐, 等
2020, 48(7): 65-75. doi:
10.12141/j.issn.1000-565X.190568
摘要
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多维度评价
为实现结构化道路下智能车最优避障轨迹的规划,设计了基于层次分析法的轨迹择优体系。首先,以三次 B 样条曲线为路径规划器,生成满足曲率连续且曲率最值受控的路径,并以此构造路径簇; 其次,为实现主客观指标的量化表达,以平滑性和经济性为准则,以路径长度、曲率和、曲率变化率和以及偏离目标点的距离为子准则,构造 AHP 路径择优体系,筛选出最优的路径; 然后,采用三次多项式表征速度相对时间的变化,以满足速度、加速度、加速度导数的连续; 最后,参考国家标准设计测试场景,验证方法的稳定性与算法的实时性。经 5000 次循环仿真测试表明: 算法具有较高的实时性,0. 1s 内能规划出可行轨迹的概率在 94%,0. 16s 内则能 100%规划出可行轨迹; 规划的轨迹便于车辆跟踪,方法具有较高的稳定性,实车峰值横向误差小于0. 21m,峰值车速误差小于0. 42m/s,平均车速误差小于0. 11m/s,总体呈收敛的趋势。
急刹预警作用下的车辆时空图特性
李海舰, 赵国强, 杨艳芳, 等
2020, 48(7): 76-84. doi:
10.12141/j.issn.1000-565X.190889
摘要
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多维度评价
前方车辆紧急刹车是引起前向碰撞事故的主要原因之一,如果驾驶员能够提前获取前车急刹信息,可由被动视觉刺激而采取的被动应对行为转变为基于心理预期的主动应对行为,将大幅度降低事故发生率。基于驾驶模拟技术设计了车路协同环境下前车急刹事件,该实验场景能够在距离前方急刹车辆 360m 和 290m 处利用车载人机交互设备 (HMI) 向实验车辆提供急刹预警信息。通过招募合格被试驾驶员并使其参与驾驶模拟实验,获得车辆行驶数据和各项评价指标。通过对有无车载 HMI 预警信息情况下的驾驶数据的对比分析,提出了一种基于时空图的车路协同环境中前车急刹情形下的驾驶特性分析方法; 并基于 35 名驾驶员的平均加速度特征对前车急刹事件情形下驾驶员驾驶自信特征进行分析。结果表明: 有车载 HMI 预警信息时,驾驶员在应对前方急刹事件时减速位置较无车载 HMI 预警信息提前; 有车载 HMI 预警信息提示情况下,面对急刹事件时驾驶员速度控制强度更低,通过曲率指标得出速度调整强度降低 39. 4%; 速度调整更加从容,表现出驾驶自信特征,在面对风险环境时能够主动应对。
共享单车对通勤走廊出行结构的影响
姚恩建, 李翠萍, 郇宁, 等
2020, 48(7): 85-92,142. doi:
10.12141/j.issn.1000-565X.190606
摘要
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多维度评价
为深入分析共享单车导入对通勤走廊出行结构的影响,文中将通勤方式选择行为解析为面向主要出行方式和末端接驳方式的联合选择行为,并构建双层 NL (Nested Logit) 模型以描述通勤者的分层决策过程; 在此基础上,选取不同通勤距离下的实际案例,计算共享单车出现前后通勤走廊内各主要出行方式及公共交通末端接驳方式的分担率。结果表明: 在短距离通勤中,共享单车的分担率达到 13. 2%,对于地面公交、私人自行车存在显著的替代效应,但对地铁的分担率影响较小; 在中长距离通勤中,共享单车更多被作为地铁的接驳方式,在促使地铁分担率上升 3. 6 个百分点的同时,也造成地面公交、私家车及出租车分担率下降。总之,共享单车的出现在便捷传统公共交通方式接驳的同时,可减少早高峰期间地面公交来自短距离出行的客流压力,提升地铁对长距离出行客流的吸引力,并可在一定程度上减少小汽车和出租车出行。
波形钢与混凝土混合多箱室斜拉桥的剪力滞效应
赵虎 勾红叶 尼颖升
2020, 48(7): 93-103. doi:
10.12141/j.issn.1000-565X.190669
摘要
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多维度评价
国内外多箱室的波形钢腹板矮塔斜拉桥已建造较多,但是波形钢与混凝土组合腹板的单箱多室的矮塔斜拉桥还很少见,这种新型的组合箱型截面的剪力滞效应有待深入探讨。目前,设计上分析剪力滞效应的常用分析方法多采用平面梁格模型、单梁模型、实体模型等,这些计算模型在分析剪力滞效应的各项应力指标时缺乏精细化,而空间网格分析模型可弥补这些分析方法的缺陷; 因此,本文采用空间网格分析方法来探讨分析矮塔斜拉桥剪力滞效应。首先,详述了剪力滞效应的原理、空间网格分析方法及验证波形钢腹板空间网格分析方法的可行性,然后以一座波形钢与混凝土组合腹板的单箱多室的矮塔斜拉桥为典型案例,通过空间网格模型来分析其剪力滞效应。结果表明: 此类箱梁的顶板表现出明显的正剪力滞、底板表现出较小的正剪力滞,混凝土腹板处的正剪力滞效应明显大于波形钢腹板处,各个工况的剪力滞系数表现出一定的变化规律。通过案例分析得出了此类钢混组合结构关键截面的剪力滞系数沿横向和纵向的分布规律,可为同类型工程提供参考。同时也由此验证了空间网格分析方法的有效性和准确性,弥补了常规分析手段的不足,为桥梁的精细化设计开拓新的思路和方向。
考虑剪切变形的多梁式改进型波形钢腹板组合小箱梁桥荷载横向分布系数计算
马驰 刘世忠
2020, 48(7): 104-114. doi:
10.12141/j.issn.1000-565X.190885
摘要
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多维度评价
目前有关钢-混组合箱梁桥的剪切变形对其荷载横向分布影响的研究较少。首先,在考虑自身剪切变形的基础上,采用正弦荷载得出刚度折减系数,并推导出了考虑剪切变形效应的偏心压力法、修正偏心压力法以及考虑剪切变形效应的刚接梁法等,用于计算多梁式波形钢腹板 - 钢底板 - 混凝土顶板 (简称改进型波形钢腹板,即 CSWSB)组合小箱梁桥横向荷载分布系数的方法的计算公式; 然后,选取一多梁式改进型波形钢腹板组合小箱梁桥实桥进行了试验研究; 最后将采用文中讨论的各计算方法计算得到的结果与有限元法结果、试验实测值进行了对比分析。结果表明: 采用考虑剪切变形效应的刚接梁法得到的挠度值和 Ansys 模拟值更为接近,计算跨中的荷载横向分布系数时应采用考虑剪切变形效应的刚接梁法; 当桥梁结构不满足窄桥条件时,宜采用考虑剪切变形效应的刚接梁法计算跨中截面的荷载横向分布系数; 当满足窄桥条件时,可以采用考虑剪切变形效应的修正偏心压力法计算横向分布系数。
土木建筑工程
压制生土砖强度的人工神经网络预测模型
王毅红, 张建雄, 兰官奇, 等
2020, 48(7): 115-121. doi:
10.12141/j.issn.1000-565X.190861
摘要
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多维度评价
为了获得压制生土砖抗压强度预测模型,针对成型压力、含水率、水泥含量及高厚比对压制生土砖抗压强度的影响,基于国内外研究中的 91 组压制生土砖抗压强度试验数据,分别建立了用于预测压制生土砖抗压强度的 BP 神经网络模型和径向基(RBF) 神经网络模型,并将模型预测结果分别与试验结果及回归分析模型进行对比。结果表明: 人工神经网络模型对压制生土砖抗压强度的预测精度显著优于回归分析方法; 压制生土砖抗压强度与其配合比、成型压力及高厚比间存在复杂的非线性关系,回归分析模型不适用于解决此类复杂问题; BP 神经网络模型的整体预测效果较好,但容易陷入局部最优; RBF 神经网络模型能可靠地预测压制生土砖抗压强度,预测结果与试验结果比值的平均值为 1. 007,标准差为 0. 085,该预测模型具有较高精确度,能有效解决压制生土砖抗压强度与其影响因素间复杂的非线性关系,可为压制生土砖的配合比设计提供参考。
聚丙烯纤维混凝土梁裂缝发展的试验研究与模型计算
李福海, 高浩, 王江山, 等
2020, 48(7): 122-133. doi:
10.12141/j.issn.1000-565X.190926
摘要
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多维度评价
为探究 PP-ECC 梁在弯曲荷载作用下的裂缝发展规律,制作了 8 根 PP-ECC 梁和 2 根 RC 梁,首先通过四点弯曲加载研究了其裂缝发展形态、裂缝宽度和延伸高度,并与 RC 梁进行对比; 然后,在考虑梁构件受弯时 ECC 的抗拉能力的基础上,基于粘结滑移理论和平截面假定建立了裂缝平均间距模型、裂缝最大宽度模型及裂缝最大延伸高度模型,并通过模型计算结果与试验结果的对比对各模型的合理性和准确性进行了验证。结果表明: PP-ECC 梁在单轴拉伸时具有明显的应变 - 硬化特性,呈现多条微裂缝发展的破坏模式; PP-ECC 梁在弯曲荷载下的裂缝数量显著多于 RC 梁,且裂缝发展贯穿整个试验过程; PP-ECC 梁主裂缝宽度和延伸高度均小于 RC 梁,且随荷载增加而呈现较均匀的发展状态; 基于粘结滑移理论建立的 PP-ECC 梁裂缝平均间距模型的精度系数在 0. 95 ~1. 05 之间,裂缝最大宽度模型的精度系数在 0. 85 ~1. 2 之间,基于平截面假定建立的裂缝最大延伸高度模型的精度系数在 0. 95 ~1. 1 之间。
基于三维声强法的吸声系数测量研究
王红卫 高艺帆 於秀
2020, 48(7): 134-142. doi:
10.12141/j.issn.1000-565X.200018
摘要
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多维度评价
传统的测量吸声系数的方法主要有混响室法和驻波管法,这类方法易受实验条件限制,在实际工程中的应用有一定的局限性。本文中使用四传声器,基于所测量的三维声强的矢量特性,通过前后两次分别测量被测试件和全反射板反射的声强幅值来计算相应的吸声系数大小,提出了一种新的测量斜入射吸声系数的方法; 该方法在测量材料吸声系数的同时,还可以测出声波的入射角和反射角。首先进行了三维声强法测量吸声系数的原理分析; 然后利用软件对该系统进行数值仿真,探讨了不同频段、不同吸声系数和不同入射角下吸声系数的测量误差; 最后,利用该方法对 3 种材料进行实验测量,将结果与驻波管法测量得到的结果进行对比,并检验其方向性误差。结果表明: 该方法在 630 ~4000Hz 频段内测得的吸声系数与驻波管法测得的吸声系数的误差在 ±0. 02 ~±0. 10 间,方向性误差在 1° ~6°之间; 从 0°到 80°的不同入射角下方向性误差在 1° ~3. 5°之间。
考虑抗弯刚度的耦合吊索自振特性研究
陈炜, 王荣辉, 周浩恩, 等
2020, 48(7): 143-154. doi:
10.12141/j.issn.1000-565X.190857
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多维度评价
设置减振架后,悬索桥吊索的自振特性与单根索股不同,其振动是同一吊点各索股相互作用的综合体现。为研究带减振架吊索的自振特性,提出了考虑抗弯刚度的双索股耦合系统模型。首先,推导出了系统耦合振动的理论公式,然后对自振频率进行求解后用试验及数值算例进行验证; 最后,以矮寨大桥的典型吊索为工程背景,研究了索的抗弯刚度、减振架耦合位置、减振架刚度、索的长度对吊索自振特性的影响。研究结果表明: 考虑索的抗弯刚度后,带减振架的吊索自振频率值明显增大,索越短,其增长幅度越大; 减振架保证了两根索股同相整体振动模态的一致性,在同相整体振动模态之间存在单根索股单独振动模态 (减振架位于吊索中点时成对出现) 及反相振动模态;减振架位置对吊索反相振动模态的自振频率及振型有显著影响; 与刚性减振架相比,弹性减振架导致反相振动模态的自振频率值降低,减振架刚度越小,其差值越大; 对于不同长度的吊索,当设置的减振架刚度 k≥5 ×10
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N/m 时,可近似视为刚性减振架。
通知公告
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