Model of Traffic Speed-Flow Relationship at Signal Intersections

Speed-flow relationship is the fundamental for the traffic simulation and traffic volume forecast. Traditional quadratic polynomial model can’t reflect the saturate flow at signal intersections. In order to determine the speed-flow relationship at signal intersections, the speed and time-headway of vehicles at two signal intersections were investigated and the accuracy of software used to get the speed was tested. After vehicle starting-up from queuing, the time-headway reduces gradually with the increase of speed. The relationship of power exponential function between speed and time-headway is formulated. Traffic volume can be calculated by the vehicle time-headway. Then the speed-flow relationship was developed and an S-shaped curve model was built in this paper. In the S-shaped curve model, traffic flow approaches to the saturate when the speed doesn’t increase. Thus, S-shaped curve model is better to describe the speed-flow relationship at signal intersection. The results can provide a reference to determine the parameters in traffic simulation and for the study of level of service of intersections.

基于康达效应的高速气流推力矢量喷管

基于康达效应设计了一种高速气流推力矢量喷管,利用其对流体的偏转作用实现主流方向控制。喷管由主通道以及外侧八个独立气室和出口处的康达壁面组成,可通过气室外部的开合情况来实现八个偏转方向的控制。本文对所设计的高速气流推力矢量喷管进行了仿真计算,研究了主流速度、气室开合情况及康达壁面曲率三个参数对主流偏转效果的影响。数值模拟结果表明:(1)主流速度在50~160 m/s时,不同的开合组合的偏转效果有较为显著的差异。(2)气室打开数量为奇数时,偏转效果优于偶数。只有一个气室开口时,偏转效果最优。(3)计算得到三维喷管最优康达壁面的曲率是55.26。本文设计的高速气流推力矢量喷管能够达到较好的偏转控制效果,最大偏转角度可达到85.91°。

工业竖窑内低速高温物料流动换热模型研究

从气固两相流动传热控制方程出发,应用数量级分析方法,推导适用于工业竖窑内低速流动的高温物料冷却过程的一维气固换热数值模型。基于FLUENT 2021R2仿真平台与MATLAB R2021平台,分别采用完整的气固流动传热模型与上述简化的一维换热模型对某一工业石灰竖窑高温石灰冷却过程进行计算,对比不同冷却气流速度与换热高度下FLUENT仿真结果与一维气固换热模型计算结果。研究结果表明:气、固两相能量控制方程中扩散项的影响可以忽略;气流速度对气固相温度的影响远大于换热高度对气固相温度的影响;当气流速度较大时,这2种模型计算结果偏差主要出现在高温段,而当气流速度较小时,则主要出现在低温段;当冷却气流速度适中时,这2种模型计算得到的气相温度偏差均小于固相温度偏差,大部分区域气固相温度偏差小于20%。

沙土比对混凝土试件空蚀影响的试验研究

在小型循环式水洞中试验研究了沙土比对混凝土试件空蚀影响的机理。首先,在循环式水洞内筒中配制11种沙土比(0%,10%,20%,30%,40%,50%,60%,70%,80%,90%,100%)试样,用红外测沙仪测定相同沙土比的3种不同含沙量(2,12,30 kg/m 3)的挟沙水样,用压力传感器和压力数据采集系统实时采集水洞文丘里工作段空化区和空蚀区的压力;然后,制作了水灰比为0.4、灰砂比为1.5,7 d龄期强度f cu,k=17.8 MPa的混凝土试件,将其安放在水洞文丘里工作段混凝土试件盒中进行4 h的空蚀试验。试验结果表明:沙土比的增大对空化和空蚀破坏均具有促进作用;消失空化数随沙土比的增加而增加,对空化发生具有抑制作用;相同沙土比时,混凝土试件的空蚀量随着含沙量的增加而增加。

高速跨介质入水多相流动与流固耦合特性研究综述

高速跨介质入水问题广泛存在于海洋工程、航空航天等领域,入水多相流动与流固耦合作用机理是该领域的研究热点,对于跨介质航行器的载荷预报、弹道稳定性评估、结构强度校核以及安全性设计等具有重要意义。本文围绕高速跨介质入水所涉及的基础关键力学问题,重点论述了高速跨介质多相流动与空泡演化、冲击载荷与降载方法、运动稳定性与流固耦合响应、流固耦合数值研究方法等方面的研究现状,并针对目前仍存在的问题提出了建议,旨在为高速跨介质入水的相关研究与设计等提供参考。

湍流风况下风电机组机舱近尾流的数值模拟研究

水平轴风电机组机舱风速是机组控制的主要信号参数。机舱风速受风电机组来流湍流与风电机组近尾流影响,变化复杂,对风电机组的优化控制有重要的影响。本文采用计算流体力学(CFD)方法,对湍流风况下风电机组机舱近尾流进行了详细分析。对比研究了稳态均匀风况和湍流风况下的近尾流的结构、机舱速度分布及其对风电机组总体性能的影响。研究发现,风电机组总体性能随湍流风况波动也呈现多尺度波动特征。湍流风况下,经过滤波后的机舱风速的时间序列和来流风速的时间序列体现出很强的相关性。对于湍流风况和稳态均匀风况,叶片/风轮旋转对风电机组机舱风速波动的影响最大。湍流风况会增加风电机组机舱风速的波动频率,增大波动的幅值,削弱风轮旋转对尾流和机舱风速的影响。湍流风况使得机舱周围的流动结构更复杂。稳态均匀风况与湍流风况下叶片吸力面叶根位置处都发生了分离流动,湍流强度增大了叶根位置处的流动分离。

高速列车尾车垂向偏置对列车气动性能影响

在长期的高速列车运营过程中,极易形成前后车辆的不同形式偏置,造成列车气动性能改变,甚至可能引发行车平稳性问题,极大影响乘坐舒适性和安全性。以高速列车尾车作为研究对象,探究尾车上下偏置时,高速列车尾部流场变化以及气动特性。基于SST k-ω双方程湍流模型,采用数值仿真方法研究了350 km/h高速列车尾车无偏置、尾车下降20 mm、尾车下降40 mm、尾车下降60 mm、尾车上升20 mm、尾车上升40 mm以及尾车上升60 mm 7种工况下列车的气动性能,分析高速列车气动阻力的变化规律,揭示了不同垂向位移下高速列车尾部流场特性以及列车表面压力分布情况。研究结果表明:高速列车尾部垂向位移对列车整体气动阻力影响较小,但对高速列车气动阻力分布以及流场特性造成一定影响。当尾车偏置位移达到60 mm时,列车车体气动阻力相对于无偏置工况分别降低了-1.11%和2.64%,转向架气动阻力相对无偏置情况下分别降低了11.35%和-17.43%。此外,尾车偏置对列车近尾流区域流场结构有一定影响,尾车鼻锥下方排障器周围漩涡结构由双漩涡结构向单漩涡结构转变;鼻尖处漩涡结构随着尾车高度下降而增大,随着尾车高度上升而逐渐变小。本研究结果丰富了列车尾部偏置情况下的相关研究,对列车检修以及CR450高速列车设计等具有重要指导意义。

高速铁路日常客运量的EMD-Informer组合预测方法

铁路客流需求的科学预测是进行运输组织方案决策的重要依据。以高速铁路历史客票数据为基础,结合经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)与机器深度学习中的注意力机制,提出高速铁路日客流量的EMD-Informer组合预测方法。首先采用EMD方法分解高速铁路客流量序列,获得具有周期特征和线路客流内在特征的模态分量,再利用Informer模型分别训练和预测各模态分解分量,并通过多头注意力机制高效挖掘客流数据内在规律和捕捉数据序列中的关键特征,在此基础上重组各分量预测值,从而得到高速铁路日常客流的整体高精度预测值。同时,根据结合问题特征的大量实验,明确可供实际运用参考的超参数设置规则。基于京沪高速铁路全线的实例计算分析表明,相对对比预测方法,EMD-Informer组合预测方法在高速铁路客流的单步预测及超前预测上均具有明显更小的预测误差。

基于四波前横向剪切干涉的波前传感技术与应用(特邀)

高科技的发展对精密干涉成像提出了更高的要求。在现代光学和生物医学领域,无标记成像技术不依赖于传统的染料或荧光标记,进行3D活细胞原位观察和分析,促进定量相位显微术的发展。在光学检测技术领域,对于干涉系统的现场化、实时化的应用具有迫切需求,如激光波前的瞬态检测分析、高速流场检测、自适应光学的检测和控制、高精度光学系统像差分析等都迫切需要一个紧凑型、抗环境干扰、瞬态成像的干涉系统。为此,针对针对这些需求,全面介绍了四波前横向剪切干涉相位成像技术的原理、发展历程、波前重构方法以及其广泛的应用。四波前横向剪切干涉仪能够通过在一个单一的干涉图中获取两个正交剪切方向的四个剪切波前来实现瞬态相位成像,由随机编码光栅和相位棋盘组成新颖的四波干涉传感器(Four-wave Interferometric Sensor,FIS4)。FIS4干涉传感器凭借其独特的优势,如紧凑性、鲁棒性、高时间分辨率以及与现有显微系统的兼容性,在生物医学、光学测量、材料表征等众多领域展现出广阔的应用前景。这一技术的发展不仅为相关领域提供了新的研究工具,也为跨学科的创新和发现开辟了新的可能性。

城市隧道允许变车道分界线设置方法研究

为了缓解低速车辆对隧道行车安全的影响,探讨城市隧道内部允许变车道分界线的设置方法,采用VISSIM仿真软件,分析城市隧道内部车道分界线设置为允许变道和禁止变道两种状态下低速行驶车辆对隧道交通流的影响。结果表明:城市隧道内低速行驶车辆对本车道的交通流平均速度影响最大,车道分界线设置为允许变道时可以明显缓解低速行驶车辆对交通流平均速度的影响。低速车辆的存在显著增加了本车道的平均延误时间,且车辆时速越低、道路交通量越大,平均延误时间越长;禁止变道状态下,低速车辆的存在造成本车道后方车辆的排队积压,导致交通密度显著增大,设置允许变道能够缓解低速车辆对交通流的影响。研究成果可为城市隧道的运营管理提供科学依据。

一种基于直流式风洞的火星尘暴模拟装置

为了研究火星表面尘暴环境对探测器及人类活动的影响,研制了一种基于低密度直流式风洞的火星尘暴环境模拟装置:采用超声速引射器作为风洞动力源,结合具备多工况动态调节能力的大抽气量真空系统,实现了引射气量精准调控,可模拟100~1500 Pa低气压下的5~100 m/s大跨度风速;针对低气压下沙尘浓度难以精确控制的问题,采用振动式喂料、逆向螺旋式喷嘴设计以及大周期滞后串级调节方式,实现了0.1~1 g/m^(3)的沙尘浓度精确控制。该装置可用于研究火星尘暴环境对材料和机构的影响,同时还可用于火星气动力研究。

叶顶间隙对低比转数小流量泵性能的影响

为建立叶顶间隙对低比转速小流量泵性能的影响关系,采用数值计算的方法,以叶顶间隙宽s和叶轮出口宽b的比值(s/b)表征间隙大小,对不同间隙下泵的性能展开对比分析。分析发现,随着间隙的增加,泵的扬程和效率均逐渐降低,最大和最小间隙下的扬程和效率差分别达15.4%,5.5%。当间隙较小即s/b<0.2时,扬程曲线在小流量工况会出现不稳定的“驼峰”现象,在s/b>0.3后,设计工况附近效率的降幅显著增大。从流动特性来看,随着叶顶间隙的增大,间隙泄漏流对叶轮内主流区影响加剧,会诱导严重的二次流和旋涡的产生,同时间隙内不稳定流动也会产生能量损失,造成扬程和效率下降。为低比转数小流量泵的设计与优化提供借鉴意义。

6.4版Trima血细胞分离机采集血小板发生聚集的原因及2种干预措施的对比

目的:探讨6.4版Trima血细胞分离机采集血小板发生聚集的原因以及2种干预措施的效果。方法:收集2020年61例献血者血小板捐献聚集次(n=61)与非聚集次(n=323)数据,分析聚集原因;将2021年单采过程中出现聚集的72例次随机分为干预A组和干预B组,干预A组提高抗凝剂与血液的比率,干预B组对献血者捐献侧手臂进行电热毯包裹保暖,提高献血者的血流速度。对比2组采集时间、平均血流速度、机器报警次数、抗凝剂使用量、产品下机解聚、献血者枸橼酸盐反应等情况。结果:聚集与平均血流速度呈负相关(r=-0.394),与采集时间呈正相关(r=0.458);经贝叶斯与Fisher判别分析,分别对聚集和非聚集构建了方程式,该方程判别分析预测的正确率为77.1%。2种干预措施效果比较,B组平均血流速度高于A组;采集时间、机器报警次数和抗凝剂使用量、献血者枸橼酸盐反应例数均明显低于A组(P<0.05);2021年的整个队列中,90.28%的产品下机立即解聚,9.72%的产品4 h内解聚,2种干预措施组产品下机解聚情况对比差异没有统计学意义(P>0.05)。结论:单采血小板过程中可用构建的聚集和非聚集方程式进行聚集发生概率的预判,并可提前做出干预。2种干预措施对降低血小板聚集都有效,但措施B具有提高采血速度、缩短采集时间、减少报警次数和抗凝剂用量、降低献血者枸橼酸盐反应发生率等优点。

黏温黏压下径向柱塞泵滑靴副温度分布与泄漏量分析

针对高压大排量径向柱塞泵滑靴副摩擦失效和泄漏问题,以XDP1000型径向柱塞泵为例,对滑靴副温度分布与泄漏量进行了流场仿真和数值计算。首先,根据滑靴柱塞组件运动学特性分析,求解了滑靴偏转角变化规律,并通过建立滑靴副不同通道流量计算公式的方式,建立了滑靴副静压支承特性方程;然后,建立了滑靴副泄漏功率损失和摩擦功率损失模型,求解了滑靴副最佳油膜厚度,并分析了最佳油膜厚度的变化规律;最后,在考虑了油液黏温黏压特性的基础上,通过流场数值计算的方式,研究了滑靴副温度分布与泄漏量随径向柱塞泵工况参数的变化规律。研究结果表明:额定工况下,滑靴副最佳油膜厚度值约为14μm,滑靴副最佳油膜厚度值随着转子转角的增大而增大,随着工作压力和温度的增大而减小;滑靴运动方向侧油膜温度较另一侧高13 K,滑靴副温度值基本不受工作压力的影响,而随着转速的增大而升高;滑靴副阻尼孔泄漏量较滑靴边界泄漏量大0.02 kg/s,而且泄漏量随着压力、转速和油液温度的增大而增大。该研究结论可为高压大排量径向柱塞泵滑靴副设计及优化提供参考。

水下高速外流减摩擦阻力功效测试方案设计与验证

为了支撑高速水下航行器减摩擦阻力(摩阻)方案的选型和优化,本文提出较好的减摩阻试验研究技术方案和特征参量表达方法以提高测量精度的技术途径,并以聚氧化乙烯(PEO)减摩阻实际试验演示上述方案和途径的可行性。相关结果可为高速水下航行器减摩阻方案的选型和优化提供支撑。

高速列车突入复线隧道的横风效应分析

横风作用下运行环境不同导致高速列车气动特性发生突变,严重影响列车运行安全和乘客的舒适性。基于高速列车流场的可压缩、非定常特性,建立隧道-列车-横风三维数值模型,采用SST k-ω湍流模型进行求解,通过与动模型试验对比,验证了数值模拟的准确性,进一步分析横风对列车周围流场与表面压力分布的影响,得到了横风作用下列车气动荷载变化规律。研究结果表明:列车周围流场分布受横风影响显著,隧道外流场向列车背风侧偏移,并形成起始于隧道入口处的纵向涡旋,而隧道内列车背风侧涡旋消失,迎风侧形成延伸至入口处的垂向涡旋,并在列车驶入过程中隧道内涡旋结构逐渐消失。在列车驶入隧道前列车迎风面气动压力以正值为主,背风面气动压力以负值为主。当列车驶入隧道时列车表面压力发生剧烈变化,气动压力波动程度随列车驶入而明显减弱。气动荷载变化规律与风环境密切相关,无风时尾车横向力和升力变化幅值最大,而横风下头车横向力和升力变化幅值最大。此外,列车气动性能与编组位置密切相关,横风下头车横向力变化幅值分别是中车、尾车的4.8倍和15.4倍,头车升力变化幅值分别为中车、尾车的1.1倍和1.2倍,头车发生行车安全事故风险最高。研究成果可为类似情形下高速列车运行安全性评价和高铁隧道选线提供参考。

岩溶凹陷式露天矿山大流量涌水治理技术

我国岩溶地质分布广泛,岩溶突涌水已成为石灰石矿山安全生产的巨大灾害与挑战。以广西某岩溶凹陷式露天矿山大流量涌水为研究对象,针对该矿山地质条件复杂、集中涌水量大、流速高等特点,利用岩溶发育特征、资料分析与地球物理探查等方法初步圈定矿山径流带区域;进一步通过钻探、跨孔CT和示踪联通试验等精准查找到矿山Y01特大涌水点岩溶管道的具体位置,在此基础上研究并实施了矿山涌水治理技术与工艺。研究表明:(1)针对复杂岩溶凹陷式露天矿山大流量、高流速的涌水特征,提出并实施了“非连续帷幕截流+关键通道探查与封堵+止浆垫控流降速”的岩溶矿山涌水综合治理体系。依据岩溶发育的不均匀性,提出了非连续帷幕封堵裂隙型涌水区域的思想;对大流量岩溶管道型集中涌水设计采用止浆垫控流装置,通过控流能有效降低关键过水通道内水流速度,为注浆材料的有效留存沉积和工程的成功封堵提供了重要条件。(2)关键孔联合注浆工艺是岩溶管道型涌水成功封堵的保证,关键孔是指直接揭露岩溶涌水管道或与涌水管道联通性极强并对注浆堵水起主要作用的钻孔。针对矿山Y01岩溶管道型特大涌水精准查找到2个关键孔,均在矿坑南部:一个是距涌水点直线距离约50 m的近距离钻孔(以下简称“近孔”),另一个是距涌水点直线距离约150 m的远距离钻孔(以下简称“远孔”)。现场采用近孔、远孔2个关键孔联合注浆工艺:近孔以粗骨料和自主研发的可控凝结新型材料进行注浆,远孔仅注水泥浆液;近孔粗骨料和新型材料既能降低管道内的水流速度为远孔浆液起到更好的留存沉积作用,又能作为封堵材料起到增强的功能,远孔因其离涌水点距离长、辐射范围广、浆液扩散充分而能确保封堵长度和效果。近孔、远孔协同配合同步注浆是封堵管道型大流量涌水的有效组合工艺。(3)涌水口止浆垫控流降速装置的合理有效调控,配合关键孔联合注浆工艺的同步实施,进一步确保了注浆浆液的有效快速留存和沉积,是岩溶地区封堵管道型大流量涌水的创新性技术和方法。项目实施后,彻底封堵矿坑内集中涌水量达7.12万m^(3)/d的Y01特大涌水点,实现总减水量8.43万m3/d(含非连续帷幕注浆封堵),保证了矿山的正常安全开采,大幅降低了抽排水费用,同时保护了周边环境和地下水资源,具有显著的经济效益和社会效益。研究成果可为我国矿山涌水灾害治理提供理论价值和经验借鉴。

声呐流量计技术综述

声呐流量计是一种基于声呐阵列波束形成技术的新型高端流量测量仪表,本文阐述了声呐流量计的测量原理和应用场景。首先,介绍了声呐流量计的发展现状;其次,阐述了测量介质流速的对流技术,主要包括湍流漩涡的移动速度和校准公式,以及测量介质声速的声学技术主要包括管道一维声波、GVF含气率和管道声速衰减公式,重点是在波数-频率(k-ω)域所形成的“对流脊”和“声学脊”;然后,与传统流量计比较分析了声呐流量计在衬里、HDPE、积垢、铁磁矿方面的应用优势和不足;最后,从纸浆和油砂行业应用列举了声呐流量计的技术特点。声呐流量计在准确度和可靠性方面有显著的技术优势,具有广阔的市场应用前景。

三峡-葛洲坝两坝间航道汛期船舶适航流量研究

三峡—葛洲坝梯级枢纽两坝间航道汛期适航流量标准是大流量时安排船舶过闸计划的依据。在分析两坝间船型现状、枢纽调度运行情况的基础上,根据实测水文资料、数学模型和实船试验成果,对不同水情条件船舶在两坝间河段的航行性能进行综合评估,针对干散货船、液货船和集装箱船提出以满载排水量、主机功率和单位功率装载量为控制因素的适航流量标准。研究结果对两坝间航道的通航管理具有重要的参考价值。

目标检测下的车型对交通流速度影响研究

针对传统目标检测跟踪算法识别精度低,实时性差等缺点,提出了一种基于YOLOv5s和DeepSort算法模型的视频车辆实时车流量和速度检测方法。构建了包含25 877个目标样本的数据集,采用YOLOv5s算法模型实现视频车辆的检测,利用DeepSort算法对车辆进行跟踪计数与测速,实现了路段监控对车辆的实时检测。基于深度学习获取的速度与交通量数据,构建了不同车型对交通流速度影响模型,探究畅通状态、稳定状态、拥挤状态下车型的速度与交通量之间的关系,结果表明:算法模型对视频车辆的检测效果良好,平均准确度达到91.4%;不同状态下,车型对交通量速度的影响程度不同;畅通状态和稳定状态下,出租车的速度对交通量影响较大;拥挤状态下,私家车的车速受交通量影响较大。