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江苏大学学报（自然科学版）
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江苏大学学报（自然科学版）
 
2021年 42卷 2期
刊出日期：2021-03-10
论文
   
论文
125 商潭苏, 魏明亮, 孙平, 嵇乾, 刘军恒
Fe-FBC燃油对柴油机醛类和颗粒物排放的影响
为了控制柴油机颗粒物排放, 将燃油添加剂(FBC)按Fe元素质量分数分别为200、400、600 mg·kg-1掺混于柴油中制备出FeFBC燃油, 分别标记为Fe200、Fe400和Fe600. 采用傅里叶红外分析仪(FTIR)、发动机粒径谱仪(EEPS)和气相色谱质谱联用仪(GCMS)，研究了FeFBC燃油对共轨柴油机醛类排放、颗粒的粒径分布以及可溶性有机物组分(SOF)的影响. 结果表明: FeFBC的加入促进了柴油的燃烧, 燃用FeFBC燃油时的甲醛和乙醛排放均较纯柴油低; 颗粒数量浓度和质量浓度分布逐渐向小粒径方向偏移; 随着FeFBC中Fe元素质量分数的升高, 峰值数量浓度逐渐增加, 峰值质量浓度则逐渐降低; 柴油中添加FeFBC后, 颗粒SOF中烯烃、酸类、多环芳香烃类(PAHs)质量分数下降, PAHs由高环数向低环数转换, 而脂类质量分数却上升; 同时, SOF组分的碳原子数分布整体由高碳原子向低碳原子迁移, SOF组分中高碳原子数目降低, 低碳原子数目升高.
2021 Vol. 42 (2): 125-130 [摘要] ( 45 ) [HTML 1KB] [PDF 1809KB] ( 630 )
131 陈月霞, 查奇芬, 景鹏, 陈锋
考虑年龄异质性的自动驾驶接受度建模与分析
 为深入解读公众对于自动驾驶技术的态度，进一步推动自动驾驶技术的应用，将计划行为理论引入技术接受模型，构建不同年龄群组的自动驾驶技术接受度扩展模型，利用结构方程模型全面揭示自动驾驶技术接受度影响机制的年龄差异性.以中国城市居民为例，进行了自动驾驶技术接受度分析，结果表明：不同年龄群组在自动驾驶技术接受度及其影响因素方面存在差异；除主观规范外，23~44岁和45~60岁群体接受度普遍高于18~22岁群体，尤其在态度、感知有用性、感知易用性和行为意向上差异显著；并不是所有的心理变量都对行为意向有显著性影响，18~22岁和45~60岁群体中行为意向主要受感知易用性的显著影响，而23~44岁群体的行为意向则受到感知有用性和感知易用性的联合作用.
2021 Vol. 42 (2): 131-138 [摘要] ( 55 ) [HTML 1KB] [PDF 1795KB] ( 535 )
139 何旭， 罗马吉， 陈奔
质子交换膜电解池内氧气泡输运过程特性
 研究了质子交换膜电解池(proton exchange membrane electrolysis cell，PEMEC)阳极流场内的氧气泡运动特性，采用VOF(volume of fluid)方法分析了多孔输运层（porous transport layer,PTL）表面接触角、液态水流速、氧气产生速率及PTL孔径对氧气泡在流道中运动特性的影响.结果表明：PTL处理为亲水性有利于气泡脱离，降低表面气体覆盖率，促进液态水到达催化层；高的液态水流速会减小气泡脱离时间及脱离体积，降低PTL表面气体覆盖率及容积含气率，促进气泡从流道中排出；气体生成速率增大会提高流道容积含气率和PTL表面气体覆盖率，不利于电解池的运行；随PTL孔径增大，气泡脱离体积增大，脱离时间先减小后增加.
2021 Vol. 42 (2): 139-144 [摘要] ( 44 ) [HTML 1KB] [PDF 5269KB] ( 833 )
145 孙国勇， 董加新， 赵志高， 王玉川
动力学模态分解方法重构及预测流场误差分析
利用动力学模态分解（dynamic mode decomposition， DMD）方法可以实现非定常流场的分解、重构和预测，但该方法重构和预测流场的误差需要给出定量分析.鉴于此，提出了定量描述动力学模态分解重构和预测流场的误差分析方法，以雷诺数Re=80的圆柱绕流二维流场数值模拟结果为例，研究了非线性流动和周期性流场重构和预测误差的动态变化情况.结果表明：依据能量大小确定的模态反映了流场的主要相干结构；低频、低增长/衰减率和大尺度的相干结构能量占比大，对流场的影响较大；DMD方法可以准确重构非线性和周期性变化流场，重构的误差小于10-10，预测流场的误差较重构流场出现跳跃增大现象；DMD方法预测非线性变化流场的误差在样本时间区间内较小（小于10-3），超出样本区间误差的发展急剧增大，变化情况依赖于数据样本；预测周期性流场的误差稳定在10-4左右.
2021 Vol. 42 (2): 145-152 [摘要] ( 55 ) [HTML 1KB] [PDF 0KB] ( 245 )
153 胡自成， 高绪浩， 范显旺， 荀贵章， 刘大忠
转向区数目和长度对散热器流动传热性能的影响
 针对管带式散热器的传热与流阻特性，建立管带式散热器百叶窗翅片的三维流动和换热模型，研究百叶窗翅片转向区数目和转向区长度对散热器流动传热性能的影响.结果表明：当迎面风速一定时，单排管和3排管布置时，散热器传热因子和摩擦因子都随转向区长度与数目的乘积增加而降低；当转向区长度和数目乘积相等时，传热因子与摩擦因子随转向区数目增加而增加；单排管布置时，转向区长度为1.5 mm和转向区数目为3 个时，散热器综合性能最好；3排管布置时，转向区长度为3.0 mm和转向区数目为3 个时，散热器综合性能最好；多排管布置时，转向区长度和数目优化匹配可有效提高其综合性能，缩小其与单排管布置时综合性能的差距.
2021 Vol. 42 (2): 153-157 [摘要] ( 56 ) [HTML 1KB] [PDF 2229KB] ( 567 )
158 许慧， 周磊， 蔡忆昔， 喜冠南
近壁圆柱绕流中直径对壁面强化传热的影响
为了研究过渡流下在壁面附近插入不同直径圆柱对壁面强化传热的影响，采用基于复合网格系统的数值计算方法，在雷诺数Re=200时，对圆柱直径D为5~14 mm的近壁圆柱绕流进行了数值计算.利用低速循环水槽试验台进行可视化流动试验，以验证数值计算方法的可靠性.结果表明：近壁插入圆柱可以使流动提前进入利于传热的过渡流状态；当间隙比C/D（C为圆柱与下壁面之间的距离）相同时，改变D仅影响Nu/Nu0曲线第2个波峰的大小和发生位置；D越大，圆柱尾流中周期性脱落的涡以及壁面旋涡的大小和强度越大，且发生位置逐渐向下游移动；过渡流范围内D越大，圆柱下游壁面强化传热越大、作用区域亦越大；不同D下，Nu/Nu0曲线第2个波峰达到最大的最佳插入位置C基本保持不变，D越大，最佳间隙比C/D越小.
2021 Vol. 42 (2): 158-165 [摘要] ( 49 ) [HTML 1KB] [PDF 3093KB] ( 616 )
166 江浩斌， 朱宸， 唐斌， 尹晨辉， 花逸峰， 谢军
基于可拓自抗扰的ECHBPS商用车横向稳定控制
为了提高ECHBPS(electronically controlled hybrid power steering system)商用车的横向稳定性，提出了基于可拓自抗扰的横向稳定控制策略.建立了整车模型与ECHBPS模型，以理想横摆角速度为目标制定了转矩补偿策略；根据横摆角速度的偏差将控制域划分为经典域、可拓域和非域，分别采用自抗扰控制、可拓修正控制和极限补偿控制；设计了可拓自抗扰转矩补偿控制器.分别在正弦工况和双移线工况下对控制策略进行了仿真试验.结果表明：相比于无控制和传统自抗扰控制方法，可拓自抗扰控制下的车辆横摆角速度和质心侧偏角更接近理想值，车辆横向稳定性得到显著提升.
2021 Vol. 42 (2): 166-172 [摘要] ( 32 ) [HTML 1KB] [PDF 1994KB] ( 540 )
173 付翔， 何宗权， 黄斌， 裴彪， 杨凤举
基于多信息数据融合滤波的坡度识别算法
为了对大坡度、大坡度变化率路面的坡度值进行准确快速识别，提出一种基于多信息数据融合滤波的坡度识别算法.分析了目前不同坡度识别算法的优劣，分别建立了基于动力学、考虑坡度变化率的加速度传感信息坡度识别模型、基于GPS的坡度识别模型.应用交互多模型卡尔曼滤波算法（IMMKF），将3种坡度识别模型进行联合滤波估计，在不同运行工况下自适应调节坡度识别模型的参与比例.以轮毂电动机车辆的多传感信息为载体，构建了dSPACE试验平台并完成试验.结果表明：在定坡度变化率、连续变化坡度、驻坡等工况下，所提出的算法的坡度识别结果出现小幅震荡后能够快速准确跟随实际值，提高了车辆坡道识别的精度和鲁棒性.
2021 Vol. 42 (2): 173-179 [摘要] ( 49 ) [HTML 1KB] [PDF 12003KB] ( 464 )
180 李永慧， 鲍煦， 李鹃， 夏景， 宋铁成
基于用户QoE的室内可见光通信系统接入策略
在可见光通信网络室内场景中，针对用户难以选择合适的发光二极管进行接入从而实现高质量流量服务的问题，以用户为中心，引入系统性能指标：用户体验质量（QoE）.以QoE概率覆盖模型为基础，提出基于用户QoE优化的贪婪接入算法.通过MATLAB进行仿真，将贪婪接入算法与就近接入方法在用户数量、覆盖概率、接入阈值、接收视角等方面相对比.结果表明：贪婪接入算法具有较高的系统稳定性、较大的接入用户比例、较优的平均用户体验和良好的公平性.
2021 Vol. 42 (2): 180-189 [摘要] ( 35 ) [HTML 1KB] [PDF 1975KB] ( 503 )
190 刘怡然， 王东杰， 邓雪峰， 刘振宇
基于长短时记忆神经网络的生猪价格预测模型
生猪价格序列的长短周期现象是困扰生猪价格预测的一个难题.针对这一问题，研究了生猪价格序列的波动特点和影响因素，提出了萤火虫算法（firefly algorithm, FA）优化长短时记忆神经网络（longshort term memory, LSTM）的生猪价格预测方法.首先对生猪价格序列进行预处理和分析；然后采用萤火虫算法优化LSTM的模型参数，根据得到的最优参数建立了3种预测模型，分别能够对未来1、2、8周的生猪价格进行预测.结果表明：文中方法的平均绝对误差、均方根误差和确定系数分别为1.455 8、4.910 2和92.57%，相比传统的浅层预测模型和未经优化的LSTM模型精确度更高，能够解决生猪价格周期长短变化带来的预测困难，适合对生猪价格以及与其有相似特点的农产品价格序列预测.
2021 Vol. 42 (2): 190-197 [摘要] ( 56 ) [HTML 1KB] [PDF 2382KB] ( 864 )
198 何志辉， 高万林， 何雄奎， 王敏娟， 宋越
基于自抗扰模糊参数优化的纵列式植保无人机姿态控制仿真
针对纵列式植保无人机飞行控制系统中姿态控制的高要求和飞行中存在的各种未知扰动和参数不确定，提出了一种自抗扰模糊参数优化控制策略，以实现纵列式植保无人机姿态控制的高性能.包括安排过渡过程以减少超调，提高响应速度；设计扩张状态观测器来处理未知干扰和参数不确定性；为了提高控制系统的动态性能，采用模糊控制对非线性反馈控制律的增益进行在线调整.仿真结果表明：与常规PID以及模糊PID相比，模糊自抗扰控制策略能够快速有效地抑制干扰，具有较高的控制精度和较强的鲁棒性等特点.
2021 Vol. 42 (2): 198-206 [摘要] ( 50 ) [HTML 1KB] [PDF 2286KB] ( 555 )
207 仇树成， 胡永光， 张成龙
果园单轨运输车多工况振动测试与分析
为研究山地果园单轨运输车作业时的振动特性以及载物厢不同摆动角度振动特性，以ZC3GBYD300型山地果园轨道运输车为研究对象，分空载全油门和满载全油门在怠速、水平、上坡、下坡、转弯等10种工况下，通过姿态传感器（MTI30）测得载物厢在不同工况下的最大摆动角度，采用DH5902动态信号采集仪对4个测点处的振动情况进行测试与分析.使用DesignExpert8.06软件进行试验设计，选择行进速度、载货质量、轨道安装角度为试验因素，以载物厢振动幅值和摆动角度为指标，分析各因素对试验指标的影响.试验结果表明：发动机的燃烧力矩和发动机一阶、二阶惯性力矩是引起运输车振动的主要原因；空载转弯时，整机在X、Y、Z 3个方向的最大振动幅值比其他工况增加了73.5%、74.4%、78.5%；满载转弯时，分别增加了88.4%、83.1%、79.5%；当载物厢满载时，最大频率值集中在64~70 Hz，会对果品造成机械损伤.各因素对载物厢摆动角度的影响次序为轨道安装角度、行进速度、载货质量.
2021 Vol. 42 (2): 207-214 [摘要] ( 35 ) [HTML 1KB] [PDF 2738KB] ( 618 )
215 刘鸿斌， 张昊， 景宜， 张凤山
基于动态核PCA的复杂废水处理过程在线故障检测
为了克服废水处理过程具有较强的非线性及动态特性，研究了基于主成分分析（principal component analysis, PCA）的在线故障检测.首先在PCA的基础上引入核函数，构造核主成分分析（kernel principal component analysis, KPCA）来优化模型结构，再通过嵌入动态模型来构造动态核主成分分析方法（DKPCA），最后对废水处理过程进行在线故障检测.基于某造纸厂废水数据，构建了偏移故障、漂移故障及精度下降故障，并进行仿真.研究结果表明，在偏移故障条件下，相较于PCA和KPCA方法，DKPCA的平方预测误差故障检测率分别提升了96.96%和87.87%，且在漂移故障条件下检测的灵敏度也有明显提升，验证了在废水时变性过程中DKPCA方法在线故障检测的有效性.
2021 Vol. 42 (2): 215-220 [摘要] ( 44 ) [HTML 1KB] [PDF 1841KB] ( 546 )
221 吕桂军， 冷险险， 刘小刚, 高燕俐
基于CMIP5多模式集合预估贵州省干旱时空变化
为了科学合理地预估干旱变化对水资源管理系统造成的影响，以贵州省为研究对象，标准化降水蒸散指数（SPEI）为监测指标，结合国际耦合模式比较计划第5阶段（coupled model intercomparison project 5，CMIP5）多模式集合数据资料，综合分析了2020—2100年贵州省干旱变化趋势及时空演变特征.结果表明：贵州省的干湿状况在时间尺度上呈交替状态，秋季和冬季干旱化趋势明显，黔中地区在各季节均有干旱化状态；不同季节的SPEI存在不稳定的周期变化特征，振荡周期大致可分为4 a和15 a；整体上，贵州省干旱强度呈减少趋势，但未来秋季和冬季全域性干旱达30 a以上，且干旱发生频率在20.0%以上，说明未来贵州省秋、冬季干旱覆盖范围将进一步扩大.
2021 Vol. 42 (2): 221-228 [摘要] ( 45 ) [HTML 1KB] [PDF 7534KB] ( 637 )
229 代智光， 赵新宇， 胡盛明
红壤区涌泉根灌双点源入渗水氮运移特性
通过大田试验，设5个肥液浓度，观测土壤累积入渗量、湿润锋运移、湿润体内土壤水分及铵态氮和硝态氮的运移特性.结果表明：肥液浓度分别为0、0.46、1.39、3.24和5.55 mmol·L-1时，湿润锋的交汇时间分别为201、198、187、179和171 min，交汇时间与肥液浓度呈指数函数关系；肥液浓度越大，累计入渗量和交汇面处湿润锋运移距离也越大，湿润锋运移距离与入渗历时呈对数函数关系；灌水结束时，肥液浓度越大，同一土层内土壤含水率、湿润体内铵态氮和硝态氮含量均越高，但分布存在差异；距灌水器5~15 cm处，土壤含水率急剧下降，距灌水器15~25 cm处，土壤含水率减小幅度较小；湿润体内铵态氮主要分布在土层深度0~60 cm内，距灌水器越近，铵态氮的含量越大，交汇作用对铵态氮分布影响就越小；湿润体内硝态氮的含量在土层深度为40~60 cm时最大，在水平方向，距灌水器5 cm处硝态氮的含量最大，15 cm处硝态氮的含量最小.
2021 Vol. 42 (2): 229-234 [摘要] ( 49 ) [HTML 1KB] [PDF 2521KB] ( 505 )
235 王远明， 韩宇， 杨学春， 王立海， 刘晓东， 苏安双
防浪林不同林木布置模式对河道水流结构的影响#br#
针对真实防浪林中水体流动特征研究难度较大的问题，通过在防浪明渠中布置非淹没刚性植被模拟防浪林.基于试验与数值模拟相结合的方法，研究了不同来流条件下交错形式布置和平行形式布置这两种不同形式防浪林的阻力特征.通过设计植被阻力测量装置，对不同植被布置形式下植被对水流造成的阻力进行了直接的测量.研究结果表明：植被后涡旋的尺度越大，测力计显示的植被后水流阻力越大，并初步建立了不同来流条件下流量与采样斑块上植被对水流阻力所产生的影响的定量关系模型.结果显示，交错形式布置的防浪林对水流的阻力比平行形式布置的防浪林更大，且随着来流流量的增加，交错形式布置的防浪林消能效果更好.
2021 Vol. 42 (2): 235-241 [摘要] ( 41 ) [HTML 1KB] [PDF 6881KB] ( 482 )
242 陈华鑫， 黄庆庆， 何锐， 薛成， 白永厚
高寒高海拔地区长大隧道温度场测试与二衬结构应力场耦合分析
 以西藏某隧道为研究对象，对隧址区温度场变化规律进行监测和分析，选取9个测试断面，分别对隧道内纵深温度、围岩温度、各断面温度及二衬结构接触压力进行测试.基于测试结果，利用有限元软件ABAQUS，对隧道二衬结构应力场进行模拟分析.结果表明：隧道的年气温及日气温随时间呈正弦曲线周期性变化，沿隧道纵深空气温度呈“快速增长—缓慢增长—趋于稳定”的变化规律；越靠近洞口的断面温度变化越明显，随着围岩深度增加，温度趋于稳定；隧道洞口断面温度变化由大至小依次为拱顶、路面和边墙，超过某一深度后温度变化由大至小依次为路面、拱顶和边墙；二衬接触压力分布受水平构造力影响较大，表现出向内挤压的特征；隧道洞口段二衬结构受温差影响最大，当日温差≥15 ℃时，实际温度应力占二衬结构所受总应力的4.00%，由温差引起的反复作用力约为GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》所规定设计值的71.3%，此时应及时采取防冻保温措施.
2021 Vol. 42 (2): 242-248 [摘要] ( 36 ) [HTML 1KB] [PDF 2183KB] ( 577 )
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