泡沫铝填充薄壁金属圆管吸能特性的预测及优化方法

为提高泡沫铝填充薄壁金属圆管的吸能特性并进行高效率结构设计,基于均匀拉丁超立方试验设计方法和径向基函数神经网络,构建轴向冲击下泡沫铝填充铝管吸能特性的近似模型,并将近似模型嵌入遗传算法中实现构件的结构优化。研究结果表明:基于径向基函数神经网络构建的近似模型的拟合优度大于0.99、均方根误差小于0.08,且近似模型的计算耗时仅为数值计算的0.56%;近似模型在保证较高精度的同时可大幅提高计算效率;对泡沫铝填充铝管的结构优化发现,通过增大圆管半径和壁厚、减小高度可使泡沫铝填充铝管的平均压缩力最大化,反之,可使泡沫铝填充铝管的峰值压缩力最小化;基于遗传算法的多目标优化显著提高了泡沫铝填充铝管的吸能特性;该研究成果可为泡沫铝填充薄壁金属圆管的快速设计和优化提供参考。

柔性气囊弹射系统动力学特性研究

为了减轻导弹发射系统的质量和降低导弹发射的成本,研究了一种柔性气囊弹射系统,实现了对导弹做功。通过理论分析,试验验证和数值计算相结合的方法,对柔性气囊弹射系统的工作机理和弹射性能进行了研究。结果表明:通过粒子法计算柔性气囊展开过程的结果与试验测量结果吻合较好,误差不超过1.04%,验证了粒子法计算柔性气囊展开的准确性;柔性气囊弹射系统的弹射性能与弹射工质的种类、温度、柔性气囊的作用距离和作用面积等因素有关。在对弹射工质和柔性气囊结构参数的研究中发现:弹射工质的摩尔质量越小,温度越高,柔性气囊弹射系统的弹射性能就越好;当作用面积相同时,柔性气囊的长径比越大,柔性气囊弹射系统的弹射性能就越好;当作用距离相同时,柔性气囊的长径比越小,柔性气囊弹射系统的弹射性能就越好,导弹获得的动能就越大。

消除城市热岛效应的大尺度热管理技术

随着当前城市化进程的加快,人口、城市建筑群落的密集化,以及急剧增长的机动车数量,使得城市热岛效应日趋严重。与此同时,为维持人居环境的舒适性,室内制冷设备加速运转,废热废气大量排出,这不仅造成能源的极大消耗,也加重了环境的负担。本文深入剖析了这一严峻现实,探讨利用传热学、建筑学、地球工程学、城市规划学等理论,从整体着手发展宏观大尺度城市热管理技术,即引入城市冷却系统的概念。相对于传统的分户空调,城市冷却系统能够实现大范围的温度调节,从整体上给热岛降温,同时解决分户空调带来的能源过度消耗问题,从而提升总能利用效率。分析了城市热岛和建筑耗能现状,阐述了城市冷却系统的基本特征,集中评述了当前实现宏观大尺度城市冷却系统的典型技术手段,并提炼出了有待解决的一些关键问题。所探讨的城市冷却系统可为国家环境战略和能源战略的实施提供一定的参考。

触发式能源——一种新兴的能量利用方式

能源是制约人类社会经济发展的重大问题,绿色节能已成为各式电气设备的重要设计原则。然而,在一些灾难预警、传感监测和移动通讯等小型低功耗电气设备应用领域,为保证设备在需要的时段能启动并正常工作,通常需采用蓄电池提供不间断的能源供应。这样,部分能量会消耗在设备休眠甚至关机状态下,同时还造成设备体积和质量过大、更换电源造成人力物力浪费、环境污染和系统可靠性降低等问题。本文针对这一现实,提炼并系统论述了一种新兴的极为重要的辅助性能量利用概念——触发式能源,可利用电、磁、声、光、热、机械甚至化学、生物等电转换技术构建一种无源电气设备,在平时无能源供应时处于"死亡"状态,而一旦其监管或经历的突发事件需要其正常工作时,则由该事件本身的能量使这种电气设备"复活"并开始工作。相对于传统的电池供电方式,触发式能源不仅无能耗,而且易用性好,不污染环境,运行更稳定可靠。本文剖析了当前用于低功耗小型电气设备的较先进的两种供能方式,阐述了触发式能源利用方式的基本概念及特征,集中评述了当前有限的典型触发式能源技术手段,最后提炼出了实现触发能应用的一些关键问题。文中所倡导的触发式能源可望成为一种实用化能源供给方式,并将促成一系列新的基础与应用研究突破。

构建低成本家庭医疗装备系统的可行性研究

家庭医学是一门以人为中心,以维护和促进健康为目标,向个人和家庭提供连续、便捷的基本卫生服务功能的综合性临床医学学科。它超越了传统医学模式的机械性,最大限度地满足了人的需求。然而,受家庭医生教育水平和远程医疗技术的限制,当前的家庭医疗使用情况还远未达到预期的目标。本文着力于剖析其中的原因和技术障碍,论证了具备健康管理功能的新一代家庭医疗系统框架,并试图指出推进这一系统走向现实的可行途径。从检测、监护、诊断、治疗等方面评述当今最新发展技术,并指出系列具体的突破方向,以期实现个人健康从被动走向主动的自我管理,从而提高医疗效率,降低医疗成本。

中压天然气管网SCADA系统的设计与实现

介绍了SCADA系统在中压天然气管网运行管理中的重要性和实现状况,着重对当前SCADA组态软件的结构和功能特性进行了分析,并对RTU站的性能指标以及各种通讯方式进行了比较性阐述,最后具体给出了一个应用组态软件开发系统的实例。

喷水系统对W形地下空间热发射流场的影响

采用喷水系统改善导弹地下空间热发射过程的流场,以达到削减压力脉冲峰值、缓解压强振荡和降低流场温度的目的,即减压、降温。结合三维黏性可压缩Navier-Stokes方程、Mixture多相流模型和相变模型,建立气-液两相流控制方程组,并用燃气射流缩比试验数据验证数学模型和数值方法的有效性,采用计算流体力学数值计算方法分析喷水系统对导弹地下空间发射过程流场环境的影响。研究结果表明:在W形地下空间底部建立喷水系统,可以很好地改善导弹地下热发射过程空间内流场环境特性;喷水系统对初始超压现象有很好地抑制效果,弹底压强振荡由8次减少到4次,压强没有产生剧烈振荡,在1 atm上下缓慢变化,最大压强仅为1.20×10^(5)Pa左右,大大削减了初始超压峰值,并降低了压强振荡的频率和幅值,实现了减压效果;通过液态水剧烈汽化、动量交换等过程,喷水系统强烈而有效地抑制了燃气反溅现象,燃气被约束在筒底位置,导弹底部的最高温度从3000 K降低到了400 K左右,实现了降温效果。

基于液态金属固液相变的起竖缸研究

在导弹倾斜发射过程中,常规的液压起竖缸因承受巨大载荷而产生轴向位移,加剧发射装置振动,降低导弹的发射精度和安全性。为此,该文章提出基于液态金属固液相变的起竖缸。该起竖缸利用液态金属的固液相变原理,当金属为液态时,起竖缸可上下自由调节;当金属为固态时,起竖缸锁定,可承受较大载荷。对液态金属起竖缸的研究结果表明:在相同载荷作用下,液态金属起竖缸中活塞杆的位移、缸筒的应力和变形量小于常规液压起竖缸,且载荷越大,差值越大,液态金属起竖缸的承载特性更优;当液态金属起竖缸工作时导弹俯仰角速度减小了9.61 (°)/s,弹箱最小距离增加了80 mm,有效提高了导弹的发射精度和安全性;通过喷水降温,起竖缸内液态金属的凝固时间为45 s;用5 kW加热膜加热,液态金属的熔化时间为75 s。该研究成果对提高导弹的发射精度和安全性具有参考意义。

人工驱动的超级电容充电型LED家用照明系统

在对比阀控密封铅酸蓄电池、超级电容充放电性能的基础上,提出并实现了一种基于超级电容充电及LED的人工驱动型家用照明系统,该系统以超级电容为供电电源,以手摇发电机为充电电源。实验测试表明,此家用照明系统使用功率为65W的手摇发电机为27V/24F的超级电容模组充电需时约4.67分钟,而其放电可使4W(24V,0.169A)LED灯连续正常工作约24分钟。本系统具有使用寿命长、环境友好、成本低等优点,在当前能源十分紧缺的情况下可望推广成为一种重要的绿色家用电器。

人力智能电网——一种新型电网的构建及其可行性分析

在能源供需矛盾日益尖锐的今天,被忽视已久的人体能量作为一种可再生的、清洁的能源被提到了议事日程。为更高效地管理和利用由人体产生的、分散的、小功率的电能,本文提出一种新概念型人力智能电网系统,旨在将不同地区、不同个体运动产生的电能聚集起来,以期为此网络区域内的用户提供不依赖于现有能源体系的、独特的、灵活的电力供应。文中构建了借助计算机和信息网络的控制,将虽然分散但总量巨大的人力电力资源以最优方式加以配置和利用的基本途径,评估了其可行性,阐述了新型电网的应用特点,总结出其中的关键科学与技术问题,并指出了进一步发展的方向。通过这种智能电网的建立,可望促成一系列新的能源利用技术基础与应用研究的突破。