35 K空间深低温热传输系统性能天地差异

为了解决空间红外探测系统的深低温散热问题,保证红外探测器的低温工作环境,基于脉冲管制冷机和深冷环路热管,设计研制了一套35 K温区的深低温获取与热传输集成系统.该系统由一套35 K温区氖工质深冷环路热管、两台35 K温区脉冲管制冷机、一台150 K温区脉冲管制冷机、隔热冷屏、测温/加热组件、控制系统等组成.完成了地面单机级、整星级热真空测试,并于2020年完成空间飞行测试.在地面单机试验中开展了水平姿态和逆重力恶劣姿态下的传热测试,保证了空间微重力下必定能稳定工作;整星级测试验证了系统在卫星平台散热工况下的工作特性,空间飞行测试获得了系统的空间微重力下的工作性能.本文分析了系统在上述不同阶段的热性能,包括超临界启动特性,稳态运行性能等,验证了相关设计的正确性,重点对比了不同阶段的性能差异,分析其可能的原因.

基于改进YOLOv5s网络模型的火灾图像识别方法

提出了一种基于改进YOLOv5s网络模型的火灾图像识别方法。通过引入注意力机制改进特征提取网络,提高模型对特征的学习能力;通过添加大尺度检测层改进多尺度检测机制,执行K-Means聚类算法改进先验框,增强模型对小目标的识别能力。在实验数据集上的测试结果表明:改进的YOLOv5s网络模型相比原始模型在精确率、召回率和平均精度均值(mAP)指标上均有提升。改进模型的mAP为85.72%,帧率达54.66fps;在置信度上有了明显提升,对多目标和小目标的识别效果更好,并且有效降低了漏检和误检情况。所提出的火灾图像识别方法可适用于安防监控系统或智能机器人。

燃油硫含量对尾气颗粒物理化特征的影响分析

文章以一台排量为4.5L的柴油机为试验对象,使用三种不同硫含量的柴油,探究了燃油中硫含量对颗粒物的微观形态、纳米结构、颗粒尺寸、石墨化程度、表面化学特性,以及化学组成等物理化学特性的影响。使用透射电子显微镜分析颗粒物的微观形貌和纳米结构,利用拉曼光谱仪对颗粒物的石墨化程度进行表征,运用傅里叶红外光谱仪分析颗粒物的表面官能团,同时运用热重分析仪和等离子体发射光谱仪进行颗粒物组分和元素组成的分析。基于低倍电镜图像发现,颗粒物表现为不规则的团聚体结构,由几十甚至上百个球形或近球形的基元颗粒团聚而成,且随着燃油硫含量的增加,基元颗粒堆叠更加明显,颗粒物微观形貌从链状结构转变为团状。基于高倍电镜图像发现,颗粒物基元颗粒物表现为典型的核-壳结构,且随着燃油硫含量的增加,基元颗粒外缘非晶态物质的厚度和基元颗粒粒径也随之增加。此外,随着燃油硫含量的增加,研究发现:形态方面,基元颗粒微晶平均曲率增加,但平均长度变短;石墨化程度方面,颗粒物石墨化程度降低;成分组成方面,有机组分及S元素占比增加。

重型汽车空调能耗影响因素试验研究

汽车空调作为整车内部主要耗能附件,对车辆实际使用油耗的影响巨大,有着很大的节能潜力。文章基于环境仓、阳光模拟设备、底盘测功机等设备,开展了一台轻型货车不同环境温度、光照强度及测试循环下汽车空调能耗测试试验。研究发现,不同环境条件和测试循环下,测试车辆空调能耗占总燃料消耗量的10%~15%。此外,研究结果表明,相比中国-全球瞬态整车循环(C-WTVC),中国重型车商用车测试工况(CHTC-LT)循环下车辆加减速频繁,发动机瞬态工况较多,导致CHTC-LT总油耗比C-WTVC高,增长3.22%。但是,CHTCLT工况下发动机平均转速较C-WTVC工况低6.15%,低转速下空调压缩机耗能也相应较低,所以CHTC-LT工况下空调油耗比C-WTVC大约降低11.42%。此外,研究发现,汽车空调能耗和含碳污染物排放量与环境温度、光照强度成正比,增加100 W/m2的光照强度会使浸车后的驾驶舱内温度增加2℃左右,并延缓驾驶舱内的温度下降速率,最终导致空调油耗增加约1%。

建筑供水管道材料对水化学性质、微生物群落和条件致病菌的交互影响机制研究进展

饮用水安全与公众健康息息相关,而供水管道材料的选择会影响饮用水化学性质、微生物生长,甚至是致病菌定殖。近年来,包含了原核病原体(如:嗜肺军团菌、非结核分枝杆菌)和真核病原体(如:棘阿米巴)在内的一类新型饮用水条件致病微生物引发了公众健康安全担忧,通过管材优选控制条件致病菌及其他微生物生长,具有研究价值和应用潜力。文章综述了建筑供水管网金属管材和塑料管材在不同环境条件下(如消毒剂、停滞时间、温度)对水化学性质的影响,分析了不同管材影响下微生物载量和群落结构组成的差异,剖析了管材对条件致病菌定殖的直接影响,以及在环境因子交互作用下的间接效用,提出了深化认识供水系统中真核微生物群落结构多样性及新兴管材的微生物安全风险的研究需求。

不同运行模式及测试循环下重型混合动力汽车排放特性试验研究

以一台重型混合动力自卸车为研究对象,采用底盘测功机和便携式排放测试系统(PEMS)开展了不同运行模式(纯发动机模式和混合动力模式)和不同测试循环(C-WTVC和CHTC)下车辆排放特性试验研究,结合工况特征参数分析了车辆的排放表现。结果表明:相同的测试循环时,试验车辆混合动力模式下NOx排放量较纯发动机模式高,而CO排放量较纯发动机模式低;相同的运行模式时,纯发动机模式下,CHTC工况NOx排放量较C-WTVC工况高,而混合动力模式下,C-WTVC工况NOx排放量较CHTC工况高,纯发动机模式下,CO排放集中于低速小负荷工况,而混合动力模式下,CO排放集中于高速大负荷工况。

重型混合动力汽车能耗及排放测试方法研究

梳理了国内外重型混合动力汽车能耗及排放标准的发展现状,对比了不同能耗及排放测试方法。目前,重型混合动力汽车的能耗及排放测试方法主要包括发动机台架测试法、动力总成测试法、HILS测试法以及整车转鼓测试法。发动机台架测试法无法实现制动能量回收,且测试循环与整车实际行驶工况脱离。动力总成测试法可以实现制动能量回收,但台架安装复杂,测试费用较高。HILS测试法解决了发动机测试循环与整车实际运行工况脱离的问题,能有效控制测试成本,但需花费精力监管HILS模拟输入参数且需开展整车验证。整车转鼓测试法可以很好地反映车辆的实际运行工况,但是测试费用较高。

基于傅里叶描述子的吸烟行为检测方法

针对烟雾传感器易受粉尘和水雾影响、视频烟雾采集易受光照和气象条件影响等问题,提出了一种基于傅里叶描述子的吸烟行为检测方法。首先,制定了手部区域获取规则,完成Azure Kinect传感器RGB相机与深度相机的标定和对齐,得到包含烟支的手部目标区域;然后,比较不同颜色模型下的烟支分割效果,选择分割效果更优的YCbCr颜色模型,并提取分割后图片基于傅里叶描述子的形状特征;最后,训练支持向量机(SVM)分类器,以交叉验证的方式选择参数。建立吸烟行为检测数据集,比较了不同的分类器。实验结果表明:本文提出的基于傅里叶描述子与SVM的吸烟检测方法准确率达86%、精确率93%、召回率达82%。本文方法检测效果优,可布置在移动巡检机器人上,为保障石化厂区的安全发挥积极作用。

基于发动机和整车的PEMS与CVS排放测试比较研究

实际道路排放测试是重型车排放监管的重要手段,为进一步研究实际道路排放测试设备(PEMS)与试验室排放测试设备的差异进行试验。试验包括发动机台架验证试验和整车转毂验证试验。试验过程中将PEMS设备与固定式尾气分析设备串联,对同一尾气进行同时分析,对比CO_(2)和NO_(x)污染物测量结果差异,研究试验室设备与PEMS设备之间的偏差与相关性。

中国微重力科学研究回顾与展望

微重力科学主要研究微重力环境中物质运动的规律,以及不同重力环境中重力对物质运动的影响.中国微重力科学研究起步于20世纪60年代,兴起于80年代中后期,经过多年发展,目前已初具规模,在一些重要方向具有明显特色和一定优势.本文回顾了中国微重力科学研究的早期历程,评述了近年来中国微重力科学研究进展,特别是利用实践十号科学实验卫星、天宫二号空间实验室等空间平台开展的微重力科学与技术应用研究取得的最新成果,并对中国载人空间站时代微重力科学发展的前景予以瞻望,推动微重力科学与应用研究在中国的快速、可持续发展.

单气泡池沸腾传热中的重力效应数值模拟

本文数值模拟了不同重力条件下饱和状态的FC-72在厚度5 mm的SiO2固壁上的单气泡池沸腾传热现象及相应的气泡动力学和传热性能。固壁底面给定均匀过热度10 K,其瞬态热响应被考虑在内。通过多个气泡周期的计算,得到了准稳态的沸腾过程。结果表明,在小热流密度下,气泡脱落直径Db反比于重力的1/2次方,且与Fritz模型一致;气泡脱落频率f则正比于重力。传热特性存在2个明显不同的区域,即重力相关区和重力无关区,其分界位置约为0.03g0:高于该临界重力时,热流密度与重力相关,恒定过热度下热流密度与重力呈确定的指数函数关系;小于该临界重力时,热流密度与重力无关。临界重力值对应于基于Laplace长度的无量纲加热器长度约2~3之间,与Raj-Kim-McQuillen重力标度模型建议的2.1相近。重力相关区标度指数随着过热度增大而单调增大,但明显大于Raj-Kim-McQuillen重力标度模型预测结果。研究结果还表明固壁瞬态热响应对重力无关区传热性能的影响比重力相关区更为明显。

复杂流道液体真空排放中的气液两相流态模拟实验

针对月球表面部分重力、高真空环境液体排放需求，按照Bond数相似准则，采用内径3.5mm、长350mm的透明有机玻璃管弯制成具有3个弯头（弯曲半径约13.5~17.5mm)、一端开口的复杂流道,在地面环境模拟了月面环境复杂管路系统中液体排放过程特征。实验表明，真空环境复杂管道内液体排放过程可以划分为初始状态段、快速减压段、液体排放段、残液排放段和闪蒸终止段5个阶段，各阶段特征可用于更为精细的模型构建，以及相关应用技术验证与性能预测。

高真空低重力环境下液态工质排放地面模拟试验研究

针对航天器在空间高真空低重力环境下的流体回路液态工质排放有关问题,以月球环境为例,搭建了月球重力等效地面试验系统,开展地面真空排放试验,获取了工质排放过程中的管路压力和温度变化规律,分析了影响工质排放速率的因素。试验结果表明:工质排放过程中管路的温度基本不变,回路初始压力、工质沿程温度以及排放口温度对于排放速率的影响较小。

油气开发钻井废弃物的处理及资源化利用研究

钻井废弃物的高效无害化处理与资源化利用已成为油气开采行业环境治理领域的难题和研究热点。对废弃钻井液和油基泥浆钻屑的无害化处理分别进行梳理,主要包括固化、回收利用、化学清洗法、萃取法、微生物降解法和热处理法等。分析了钻井废弃物资源化途径和技术现状,总结了在土木、交通、农业领域资源化利用的方式:作为建筑材料、复垦土壤和植物养钵、用作路基路面垫层、应用在岩土工程中。结合当前存在的主要问题针对性地提出了开发低成本、低能耗的钻井废弃物处理技术,提高产品质量;加强油气开发源头治理,制定相关法律法规的建议。

上中国空间站“烧开水”,揭示沸腾现象中的重力作用机理

烧开水是一种常见的沸腾现象,平凡之中包含着深刻而复杂的科学奥秘,对沸腾传热规律的认识支撑了以蒸汽机为标志的第一次工业革命及后续诸多工业和工程应用。沸腾过程由于相变潜热的释放具有极大的热传递能力,特别有利于热控系统的轻量化设计,对航天相关技术的发展具有重要的应用价值。沸腾现象中气、液两相介质密度的巨大差异,导致在地面常重力环境中沸腾特征往往由重力主导。航天任务所遇到的不同重力环境,对沸腾过程中的重力效应及其变化规律的研究提出了迫切需求。变重力沸腾项目是中国空间站实验舱I首批科学实验任务之一,拟针对池沸腾传热与气泡热动力学行为的重力标度规律开展研究,即利用实验舱I变重力科学实验柜提供的长时间稳定的不同重力条件,研究沸腾过程中的气泡热动力学行为及传热特性,揭示重力对沸腾现象的影响机理,构建重力标度规律,深化对沸腾传热规律的认识,支撑人类对太空奥秘的不断探索。

基于POD-Galerkin降维方法的热毛细对流分岔分析

作为流动与传热相互耦合的非线性过程,热毛细对流有着复杂的转捩过程,探究流场和温度场随参数变化而发生的分岔现象,是热毛细对流研究的一个重要课题.基于本征正交分解的POD-Galerkin降维方法可以通过提取特征模态,构建低维模型,实现流场的快速计算.数值分岔方法可以通过求解含参数动力系统的分岔方程,直接计算稳定解和分岔点.探究了将直接数值模拟方法、POD-Galerkin降维方法、数值分岔方法的优势结合,以提高热毛细对流转捩过程分析效率的可行性.利用直接数值模拟得到的流场和温度场数据,构建了不同体积比下,二维有限长液层热毛细对流的POD-Galerkin低维模型,在低维模型上采用数值积分及数值分岔方法计算了分岔点,得到了低维方程的分岔图.在一定参数范围内,在低维模型上模拟热毛细对流,对雷诺数和体积比进行参数外推,通过与直接数值模拟的结果对比,验证了低维模型的准确性与鲁棒性.说明了低维方程可以定性反映原高维系统的流动特性,而定量方面,由低维模型和直接数值模拟计算得到的周期解频率的相对误差大约为5%.验证了利用POD-Galerkin降维方法研究热毛细对流的可行性.

零重力条件下低温射流抑制大尺寸液氢储罐热分层的数值研究

液氢是一种常用的沸点低、易蒸发的空间低温推进剂.空间微重力环境中浮力对流被极大减弱,当推进剂储罐壁面存在局部漏热时,储罐内部气液两相流体系会出现环绕漏热源的热分层现象,引起局部过热沸腾,导致储罐内部压力急剧增大,危害系统结构安全.利用低温射流抑制储罐热分层现象是一种有效手段.低温流体通过设置在储罐内部的射流喷嘴与储罐内部的流体混合,消减局部高温,实现温度的均匀化.采用全充满的二维大尺寸储罐模型,对零重力条件下液氢储罐内局部漏热引起的热分层现象开展了数值模拟,主要分析了位于靠近储罐底部的漏热带以及出口衔接段漏热带漏热形成的局部热分层现象的抑制和消除,并研究了不同低温射流条件对于消除零重力条件下液氢储罐内部热分层效果的影响.研究结果表明对于大尺寸储罐,当采用圆形射流喷嘴且低温射流条件相同时,射流喷嘴的位置对罐体内部热分层消除效果影响不是很明显.当射流喷嘴位于储罐内部同一相对位置且入射流量相同时,圆形射流喷嘴因出流方向更集中,罐内流场演变更快,消除热分层比半球形射流喷嘴更有效.

低温射流抑制空间液氢储罐温度分层的数值研究

液氢是一种常用的沸点低、易蒸发的空间低温推进剂.空间微重力环境中浮力对流被极大减弱甚至完全抑制,当推进剂储罐壁面存在局部漏热时,储罐内部气液两相流会出现环绕漏热源的温度分层现象,引起局部过热沸腾,导致储罐内部压力急剧增大,危害系统结构安全.利用低温射流抑制温度分层现象是一种有效手段.低温流体通过设置在储罐内部的射流喷嘴与储罐内部的流体混合,消减局部高温,实现温度的均匀化.本文采用全充满的二维缩比储罐模型,对微重力条件下液氢储罐内局部漏热引起的温度分层现象进行数值模拟,分析低温射流条件对于消除微重力条件下液氢储罐内部温度分层效果的影响.

镁改性活性炭强化活性污泥处理混合污水研究

基于序批式活性污泥法(SBR)工艺,将镁盐改性活性炭(MgO-PAC)与传统活性炭(PAC)混合而成MPAC材料,用于处理生活与工业混合污水。通过连续30 d的运行实验,探讨了MPAC材料对生活与工业混合污水中COD、NH4^+-N和TP的去除效果以及对污泥的比耗氧速率、沉降性能和微生物多样性的影响。结果表明,投加MPAC材料对污水中COD的去除率提升了12.7百分点,对TP的去除率提升了17.5百分点,对NH4^+-N的去除率超过86.4%。投加MPAC后处理效果更好的重要原因,在于MPAC使得活性污泥的沉降性能和比耗氧速率得到明显改善,也提升了污泥的微生物丰度。MPAC对活性污泥处理生活与工业混合污水具有强化作用。

微重力条件下部分充液贮箱气液界面波动特性的数值模拟

微重力环境中部分充液贮箱内气液界面和气、液两相介质在残余重力或加速度干扰下的运动特征是先进空间流体管理技术的基础.本文针对空间贮箱常用构型和实际尺寸,基于邦德数相似准则设计了3个缩比模型,数值模拟了原型贮箱和缩比模型中加速度变化引起的贮箱内气液两相流动及气液界面上界面波的传播.数值模拟结果验证了原型和模型间的运动相似性,发现在满足邦德数相似准则的前提下,系统还近似满足韦伯数相似准则,或等价地,近似满足弗劳德数相似准则.此外,数值模拟结果也表明原型和模型间的运动存在细微偏差,这主要源于黏性耗散作用的差异.由韦伯数相似准则可知,缩比加大,贮箱尺寸减小,重力突变后由表面张力释放出来的驱动力增强,相同韦伯数下流动速度增大,黏性耗散作用随之增强,本文的数值模拟结果证实了该结论.相关结果可以用于指导空间贮箱流体管理技术的地面模拟试验的方案设计等.