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• 2021年, 42卷, 第3期
  刊出日期：2021-05-10

    

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  天然气/柴油双燃料发动机同轴喷射特性分析

  李玉兰1，2， 王谦1， 黄英杰1， 邵长胜1, 康佳明1， 相英杰1

  2021, 42(3): 249-256. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2021.03.001

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  利用高速纹影法进行了天然气/柴油双燃料发动机同轴喷射试验，分析了不同天然气喷射压力和环境压力对天然气喷射的3种轮廓线周长变化的影响.采用CFD软件进行了数值模拟，利用ENSIGHT软件对双燃料发动机同轴喷射进行了天然气体积分数和速度场分析.结果表明：随着天然气喷射压力的下降和环境背压升高，天然气射流的3种轮廓线周长均减小，且双燃料喷射比单燃料喷射的轮廓曲线波动剧烈；当天然气射流头部碰到柴油喷雾时，部分天然气会停在射流头部，影响整个射流的体积分数；天然气喷射压力越小，柴油对天然气射流的影响越大；从天然气射流头部到底部速度减小，在射流中部存在许多涡旋和涡量场，并且在柴油喷雾与天然气射流相互碰撞的区域出现了很小的湍流强度.
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  PEM水电解池装配接触压力试验

  龙盼1,2， 罗马吉1,2,3， 陈奔1,2

  2021, 42(3): 257-263. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2021.03.002

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  由于质子交换膜水电解池（proton exchange membrane water electrolyzer，PEMWE）核心组件膜电极（membrane electrode assembly，MEA）上的压力分布对电解池性能有较大的影响，因此，对水电解池不同装配方案对膜电极上压力分布的影响进行了研究.首先，采用压敏纸替换电解池核心组件膜电极；然后，采用不同装配方案组装质子交换膜水电解池，通过试验观察与图像处理技术分析压敏纸上压力分布情况，获得不同装配方案对膜电极上压力分布的影响.结果表明：随着电解池装夹压力的增加，膜电极上压力值逐渐变大，且分布更均匀，但压力过大会导致阴极扩散层碳纸损坏；方案5是最佳的装配方案，既保证了密封效果，又保证了膜电极压力分布.
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  基于细小通道冷却板的电池冷却系统性能分析

  宋德才, 董非，程子阳, 万俊伸

  2021, 42(3): 264-270. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2021.03.003

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  针对锂离子电池在高倍率放电下温度过高的问题，设计了一种新型细小通道冷却板，并利用计算流体力学（computational fluid dynamics，CFD）进行了电池组散热仿真分析.对比了不同流道形式冷却板的冷却效果，优选出效果较好的流道形式，并以此为基础，综合对比了冷却液入口质量流量以及流道结构参数对电池组温度的影响.结果表明：串并联结合的流道形式具有更好的温度表现以及较小的压力损失；冷却液质量流量的增加会带来更好的温度表现，但影响会逐渐变缓；流道宽度的增加会使电池平均温度下降，并提升温度均匀性，电池最高温度呈现先降低后略微上升的趋势；流道高度的增加会降低冷却液流速，造成电池最高温度以及温差的升高.
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  甲烷和正庚烷的爆炸特性试验

  韦一1， 潘剑锋1， GABEL Dieter2

  2021, 42(3): 271-277. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2021.03.004

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  为有效防止工业生产中气体和液体(蒸气)爆炸事故的发生，需要获得相关物质的爆炸特性参数.对此，基于传统的20 L球形爆炸测试装置，对宏观静止和流动状态下甲烷和正庚烷的最大爆炸压力（pmax）、最大爆炸压力上升率（(dp/dt) max)和爆炸指数（KG）进行了测量和分析.结果表明：在2种状态下，甲烷的pmax和(dp/dt)max均随着体积分数的增加，先增大后减小，且2种参数均在体积分数为11%处同时达到峰值；在流动状态下，正庚烷的pmax和(dp/dt)max也呈现相似规律，并在体积分数为4%处达到峰值，即2种烷类的最佳爆炸体积分数分别约为11%和4%；此外，流动状态下 2种烷类在最佳爆炸体积分数处的pmax小幅提高5%~10%，相应的(dp/dt) max则显著提高到4~5 倍，导致爆炸释放能量与爆炸反应速率增大；2种物质在流动状态下的KG值增加到4~5倍，大幅增加爆炸的剧烈程度和危险性.
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  双蜗壳离心泵启动过程瞬态流动特性与隔板处压力脉动特性

  杨敬江1， 周润泽1， 陈汇龙2， 俞田宝1

  2021, 42(3): 278-283. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2021.03.005

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  为了研究双蜗壳离心泵在启动过程中蜗壳内部液体瞬态流动特性和隔板处的压力脉动特性，以一台比转速为90的双蜗壳离心泵作为研究对象，建立了一套循环管路系统，选用RNG k-ε湍流模型，应用ANSYS CFX软件对双蜗壳离心泵及循环管路系统进行了三维非定常数值计算，分析了启动过程中蜗壳内部流场演化规律和外特性变化趋势，并对隔板不同位置处压力脉动的变化情况进行了比较.结果表明：在启动初期，蜗壳内部流速变化较为剧烈，隔舌和隔板初始位置出现高速区域，蜗壳入口处存在明显的速度梯度，随着转速增大，高速区域逐渐减小，内部流动趋于稳定；在启动过程中，隔板初始位置和末端位置的压力脉动幅值相对较大，且隔板外侧的压力脉动相对于隔板内侧更为稳定.
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  液滴与球形颗粒相互碰撞的数值模拟

  杜敏，宋亮，孙文涛，王跃成

  2021, 42(3): 284-290. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2021.03.006

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  为了研究液滴与球形颗粒的碰撞规律，建立了正确反映液滴与颗粒间相互碰撞的物理模型.利用所建模型模拟了液滴与颗粒的动态碰撞过程，进而对液滴半径铺展系数及液膜中心高度系数进行分析，研究了液滴与颗粒间的撞击速度、湿润角、粒径比等参数对碰撞结果的影响.结果表明：在一定条件下，撞击速度的提高会增大液滴的最大铺展半径系数，当撞击速度为0.4 m·s-1时，液滴完全反弹，当撞击速度提高到1.4 m·s-1时，液滴发生破碎；当速度和粒径比不变时，湿润角与最大液膜中心高度系数成正比；在湿润角不大于90°时，粒径比越大，液滴包覆的概率就越大.
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  高压条件下椭圆孔喷雾破碎雾化分析

  陆大勇, 贾和坤，叶泽

  2021, 42(3): 291-297. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2021.03.007

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  为研究椭圆喷孔的雾化机理，采用LES与VOF相耦合的数值模型对椭圆喷孔在背压3 MPa时，不同高喷射压力下（120、140和160 MPa）初次破碎的换轴现象与分解过程进行研究，并结合圆孔与椭圆孔的远场雾化试验，分析了初次破碎对远场喷雾的影响.结果表明：椭圆孔在高喷射压力下也会出现换轴现象，且换轴现象的次数会随着喷射压力的提高而增加；喷射压力的提高并不会影响初次破碎的液相长度，但会加快液相破碎的进程，其中液相的褶皱程度由喷雾的涡量决定；对比椭圆孔和圆孔宏观喷雾试验结果后发现，椭圆孔结合高压能够加剧初次破碎的不稳定性，促进初次破碎并提高二次雾化质量.
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  基于深度学习的牙刷姿态识别方法

  王化明， 刘茂兴， 熊峻峰， 于金龙

  2021, 42(3): 298-302. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2021.03.008

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  针对牙刷分拣中的定位问题，在确定牙刷位置的基础上采用深度学习实现牙刷姿态识别.对牙刷图像进行去噪增强，通过阈值分割提取感兴趣区域，计算图像的几何矩获得牙刷的方向角和外接矩形，以外接矩形的中心作为牙刷位置.用矩形框内的牙刷图像训练残差网络模型，当模型正确率达到要求时保存该模型，用于判断图像中牙刷的姿态.测试结果表明，该方法可以快速准确地实现牙刷的位置确定与姿态识别，为机器人分拣提供牙刷位姿信息.
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  多维度深海鱼类识别算法

  李晨1， 刘怡丹1,2， 孙科林1， 李勃1， 全向前1， 刘凯斌1

  2021, 42(3): 303-308. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2021.03.009

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  针对深海光线分布不均匀导致鱼类识别检测困难的问题，提出了符合视觉认知的多维度深海鱼类识别算法.该方法从时间维度优化传统的高斯混合模型（GMM）初步确定变化区域，从空间维度构建目标特征，完整提取运动目标，从时空关联维度建立深度学习的鱼类识别框架，试验结果表明： 本算法可在多种复杂条件下准确提取运动目标，面积交迭度（AOM）达到80%以上，优于当前主流算法.
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  基于梯度提升的多标签分类器链方法

  王进， 陈瑀， 孙开伟

  2021, 42(3): 309-317. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2021.03.010

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  为了确定多标签分类器链方法的链序以及挖掘出高阶标签关联性，提出了一种基于梯度提升的多标签分类器链方法.给出了GBCC整体框架，通过一种预剪枝策略对单一标签进行梯度提升，在此过程中利用标签置信度和误差评价分数确定最佳链序，并在各个标签间进行标签传递和特征传递，以挖掘高阶标签关联性.将所提出方法与4种分类器链方法(CC、ECC、OCC、EOCC)以及4种多标签分类方法(BR、HOMER、MLKNN、CLR)在bibtex、Corel5k等12个多标签数据集上进行对比试验.结果表明：新方法在各个评价指标(micro-F1、macro-F1、Hamming loss、One-error)下不仅能够有效提升预测性能，而且能够保持分类器链方法的简单灵活性.
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  多时间尺度双流CNN与置信融合的视频动作识别

  陈洁， 詹永照

  2021, 42(3): 318-324. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2021.03.011

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  考虑视频采样的变化和目标主体运动速度的不同，针对目前深度网络学习的视频序列特征单一、多种动作分类器分类置信程度不同的问题，提出了一种多时间尺度双流CNN与置信融合的视频动作识别方法.对视频序列采用两流神经网络在多个时间尺度上学习，提取不同时间跨度的视频帧之间的上下文信息特征，并采用LSTM进行多种特征的动作类别预测.然后，针对每一种尺度与模态的动作分类器，建立综合考虑样本所属类别与其他类别的总体差异性和所属类别的唯一性情形的类别判定置信度.最后，采用各分类器对动作类别判定的置信度与类别得分进行动作类别决策融合，识别视频动作.在数据集UCF101上进行了视频动作识别试验.结果表明：所提出的方法可以有效地学习视频多种时间尺度的上下文信息，并将视频动作识别的准确率提高到92.2%.
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  飞机变压整流器供电电路稳定性分析

  杨占刚， 蔡进， 黄琨， 徐海义

  2021, 42(3): 325-330. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2021.03.012

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  针对飞机变压整流器供电电路的线路参数会影响系统稳定性的问题，分析线路参数对稳定性的影响趋势并选取合适参数.首先采用dq变换法对变压整流器供电电路进行等效变换，并由等效电路得到电路数学模型;然后对变压整流器供电电路进行潮流计算获取稳态工作点数据，并基于电路数学模型在稳态工作点对线路参数进行灵敏度计算，重点分析不同参数对变压整流器供电电路小扰动稳定性的影响趋势；最后利用Simulink进行仿真，验证了灵敏度计算的正确性.结果表明：增大交流侧电感、电阻以及直流侧电感，或者减小直流侧电感和负载功率都有益于提高变压整流器供电电路稳定性.
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  多风道清选装置复脱清选试验与参数优化

  金诚谦1，2， 李庆伦2

  2021, 42(3): 331-338. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2021.03.013

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  针对小麦联合收获机多风道清选装置中，复脱引起的清选负荷与二次复脱搅龙含杂率较高所导致的清选性能下降问题，通过台架试验，以复脱搅龙脱出物总质量中籽粒、茎秆和杂余等3种脱出物的质量分数作为试验指标，选取多风道清选装置复脱部分对清选性能影响较大的喂入量、风门开度、风机转速及上、下导风板角度为试验因素，利用Box-Benhnken中心组合设计方法，进行五因素三水平响应面试验，运用Design-Expert软件对试验结果进行响应曲面分析，研究各因素对试验指标的影响规律，并创建了相关数学模型.由试验得到风门开度及上、下导风板角度对3种脱出物质量分数影响较大.通过多目标优化，得到最佳匹配参数.在最佳匹配参数组合下，3种脱出物质量分数的试验验证结果分别为89.90%、2.51%和7.50%，表明多风道清选装置二次复脱搅龙中恰当的成分质量分数能够适应清选性能需求.
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  基于PSO-SVM算法的软土复合固化剂最优配比

  潘斌杰1， 朱剑锋1,2， 徐日庆3,4

  2021, 42(3): 339-345. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2021.03.014

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  为实现软土复合固化剂最优配比的准确预测，首先根据固化土无侧限抗压强度(qu)的试验结果，建立了基于支持向量机的固化土qu预测模型，然后以固化土最大无侧限抗压强度为目标函数，结合粒子群优化算法（PSO），提出了软土复合固化剂最优配比的PSO-SVM耦合算法，最后讨论了最大迭代次数（Nmax）和粒子数（Np）对PSO-SVM算法预测结果的影响.算例分析表明：PSO-SVM算法预测精度优于响应面法，可适用于某一龄期下任意软土复合固化剂最优配比的确定，在采用PSO-SVM算法预测时，建议参数设定为Nmax≥60 次，Np≥40 个.
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  带破损安全层消能减震结构耗能分析

  李通， 廖光明

  2021, 42(3): 346-353. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2021.03.015

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  阐述了破损安全与消能减震的基本原理与发展现状，基于结构抗震的能量分析方法，分析带破损安全层消能减震结构耗能情况.采用破损安全与消能减震理论相结合的方法来大量耗散地震能量，提高结构抗震能力.利用SAP2000软件，分别建立模型进行抗震性能分析.结果表明：从抗震性能与经济性综合考虑，双柱框架消能减震结构性能优越，可以有效降低楼层的层间位移和成本；其单个阻尼器耗散的地震能量较大，能够降低主体结构构件的耗能，保证结构的承载能力；可以避免底层设置双柱带来的安全隐患.
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  相变材料物性与轻质相变围护结构节能研究进展

  张源1,2,3， 魏燕丽1,2， 许锦峰1,2

  2021, 42(3): 354-360. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2021.03.016

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  针对轻质建筑围护结构材料降低了围护结构热容的问题，采用合理利用相变材料（PCM）的相变潜热的方式，以提高建筑围护结构的热容.阐述了国内外学者对PCM物性特征的研究成果，对比分析了PCM的热性能与传统保温材料的不同之处.同时，研究了目前对轻质PCM建筑构件的节能研究进展与热工评价指标，并基于当地的实际气象条件、室内目标温度、围护结构组成等情况，考虑PCM应具有相匹配的相变温度、相变潜热、导热系数等因素，提出了实际工程中选取PCM的思路，以及如何科学合理地发挥轻质围护结构中PCM的热性能，包括PCM在具有不同配置的墙体中的合理位置与用量等.
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  昆明呈贡重塑饱和红黏土的动变形特性试验

  杨正1,2， 屈俊童1， 季东1， 字晓雷1， 刘超1

  2021, 42(3): 361-366. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2021.03.017

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  为了得到不同试验条件下昆明呈贡地区的饱和红黏土的动变形特性演化规律，通过GDS动三轴试验系统，研究了围压、动载频率和固结比对重塑饱和红黏土动变形特性的影响.试验结果表明：随着围压和动载频率的增加，达到相同应变所需的动应力越大，动弹性模量也越大，阻尼比减小；随着固结比增加，达到相同应变所需的动应力越小，动弹性模量也越小，阻尼比增加.利用Hardin-Drnevich双曲线模型，对饱和红黏土的动本构关系进行拟合，拟合效果良好；给出了各试验条件下的拟合参数，并计算得到了最大动弹性模量和最大动剪切模量；两个模量随着围压和动载频率的增大而增大，随着固结比的增大而减小.
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  波形钢腹板箱梁的腹板受力性能及桥面板横向内力分析

  赵品1， 荣学亮1， 叶见曙2， 陈伟1， 王国安1

  2021, 42(3): 367-372. https://doi.org/10.3969/j.issn.1671-7775.2021.03.018

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  通过对一片波形钢腹板单箱双室试验梁的弹性阶段试验，对沿桥面板横向不同位置荷载作用下的腹板竖向变形、纵向变形及桥面板横向应变进行了观测.分析了该组合梁的腹板受力性能及腹板支撑下的桥面板横向受力特征，得到了边腹板和中腹板的变形特征及腹板与顶板线刚度比对桥面板横向受力的影响.结果表明：不同横向位置荷载作用下，波形钢腹板单箱双室箱梁的中腹板与边腹板在变形及对桥面板的支撑上存在一定差异，即中腹板的纵向应变、竖向应变在荷载作用下的变化趋势不同于边腹板；波形钢腹板箱梁的桥面板横向应力随着腹板与顶板线刚度比的变化基本呈线性变化.