Maisotsenko燃气轮机循环技术经济分析与参数优化

Maisotsenko燃气轮机循环(MGTC)的能效需进一步提升且其经济适用性未被合理评估,为此,区别于具备后冷及回热过程的两级MGTC,充分考虑对于冷却水的重复使用和能量回收,构建另耦合有中冷过程的3级MGTC系统(IMGTC)布局。研究压比(R_c)、饱和器出口气流湿化程度(H_(ASD))以及燃烧室出口温度(T_(CO))对于热效率、饱和器载水量、当量二氧化碳排放(E_(EC))和平准化电力成本(C_(LOE))的影响。最后,基于ISIGHT平台对系统展开多目标优化并筛选出最佳参数组合。结果表明,IMGTC的中冷器及其能效增进能够调节并有效减少饱和器载水量,可实现IMGTC系统饱和器最低载水量仅为无中冷模式下饱和器载水量的57.55%。多目标优化表明,IMGTC在采用最佳参数组合时热效率达49.89%,E_(EC)和C_(LOE)分别仅为5.496 kg/s和0.059 5 USD/kWh。研究证实了IMGTC相比MGTC在热力学性能及经济性方面的显著优势。

《哈尔滨工业大学学报》征稿简则

《哈尔滨工业大学学报》主要报道自然科学领域的基础理论、工程技术与应用方面的最新研究成果。报道方向包括航天、机械、能源、动力、材料、电气、电子、信息与控制、计算机、化工、生物工程、土木工程、市政环境、暖通空调、道路、桥梁、交通工程、工程力学及有关交叉性学科。

监测信息深度挖掘的供水管网污染源定位

为实现供水管网污染源及时准确地定位,针对配备在线水质监测设备的供水管网系统,提出一种充分挖掘水质传感器时序信息的贝叶斯方法,用于节点需水量随机波动条件下供水管网污染源定位。该方法采用蒙特卡洛模拟生成随机污染事件,构建各节点污染事件的观测信息概率分布,利用贝叶斯推断,根据传感器报警次序及时间观测信息,实时更新各候选污染节点的后验概率,并根据排序确定可疑污染源位置,同时对比不同传感器信息挖掘程度对定位结果的影响。结果表明,所提出的方法能在水质传感器报警信息累积时不断更新可疑候选节点的污染源后验概率,使候选节点个数降低,污染概率信息熵降低,能有效地识别出污染节点所在区域,且传感器信息挖掘程度越深,污染事件定位的准确率也越高。引入传感器首次报警时间作为辅助信息可以减少候选污染节点个数,降低候选节点污染源概率分布的不确定性,提高定位的准确性。

生物酶联合水泥固化淤泥力学性能及机理

为改良淤泥强度,环保、高效解决疏浚淤泥处理问题,采用生物酶联合水泥对淤泥进行固化处理。通过无侧限抗压强度试验、直接剪切试验初步分析了生物酶对水泥固化淤泥强度的影响规律,并通过阳离子交换量试验(CEC)、电动电位试验、扫描电镜测试(SEM)、X射线衍射试验(XRD)和红外光谱试验(FTIR)等手段进一步探究了其协同固化机理。结果表明:生物酶联合水泥固化处理对淤泥强度有明显提升效果,其强度最高可提升73.8%,且生物酶掺量、种类、养护龄期影响其固化效果,但生物酶不和土体内矿物发生化学反应;生物酶和水泥的联合固化作用主要通过促进淤泥内阳离子交换作用,降低土体的电动电位,提高水泥水化产物的胶凝作用,促进活性黏土矿物的胶结以及催化包膜结构的形成实现;各类生物酶中,路易酶的固化效果最好,其水泥固化淤泥7 d无侧限抗压强度达378.8 kPa、黏聚力达307 kPa、内摩擦角达52.3°,相比水泥固化淤泥分别提高73.8%、33.2%和55.2%。

基于CFD-DEM的流-固耦合数值建模方法研究进展

随着土体渗流侵蚀研究的逐渐深入,对土颗粒流失和变形破坏机理的研究方法呈现出多尺度的特点。其中,计算流体力学-离散元耦合方法(CFD-DEM)为在细观尺度上研究流-固耦合相互作用对土体宏观力学特性的影响提供了一种行之有效的方法。针对CFD-DEM耦合方法在岩土工程领域应用现状,本文系统总结现有流-固耦合计算方法的优缺点,重点论述CFD-DEM耦合方法的建模策略,包括固相颗粒形状建模与粒间接触模型、流体相控制方程及参数计算方法,以及CFD-DEM耦合计算,并就相关问题进行深入探讨,最后提出了CFD-DEM耦合方法未来的发展方向。

架空输电导线三维时变积冰计算

输电线路覆冰严重影响电网安全运行。现有输电线路积冰模型多忽略轴向积冰差异,且将关键积冰参数设定为时不变(单步)条件,鲜见时变参数(多步)三维积冰模型的讨论。本文基于润滑理论及导线覆冰机理,提出了考虑时变积冰参数影响下的输电导线覆冰模型。依托ANSYS-Fluent ICING模块,对三维导线模型开展时变参数积冰计算,利用真实输电线路覆冰试验数据对计算方法的有效性进行了验证,计算结果与试验结果吻合度较好。在此基础上对比研究了单步与多步积冰算法,并着重分析了输电导线倾斜角度、导线直径对积冰形貌、积冰质量的影响。结果表明:多步积冰计算法较单步积冰计算法精度提高约8%。干覆冰条件下,随输电线倾斜角度增大,输电线上积冰形貌和积冰质量均没有明显变化;湿覆冰条件下,输电线倾斜角度对积冰有显著影响,当倾斜角度由0°增至60°,表面积冰覆盖面积减小、积冰形貌逐渐圆滑,但积冰质量降低约21%。对比不同直径导线积冰计算结果,大直径导线积冰量明显高于小直径导线。

结合同伦代理模型的静力贝叶斯随机模型修正

为了使用随机静力位移测量数据对结构有限元模型进行修正,并保证计算效率,提出了一种同伦代理模型与贝叶斯抽样方法结合的随机模型修正方法。首先以结构静力位移构建目标函数,然后采用延缓拒绝自适应抽样算法对修正参数的后验概率密度进行估计。抽样过程中,采用同伦代理模型替代有限元模型对结构静力位移进行计算。数值算例和试验结果表明:进行变截面梁的有限元模型修正时,与二次响应面模型相比,在静力贝叶斯模型方法中利用同伦代理模型,修正参数的后验概率密度能更准确地复现结构随机响应,使修正后的结构随机响应与测量结果概率密度函数更加吻合。即使在随机测量误差的变异系数较大、先验信息与真实修正参数之间差异较大时,所提方法仍能够快速得到修正参数的后验概率密度,使修正参数计算的结构随机位移响应与测量结果的概率密度函数保持一致。同伦代理模型结合贝叶斯抽样算法能在概率框架内快速而准确地对结构进行随机模型修正。

车辆换道行为风险评价方法研究进展

驾驶人的换道行为通常会对交通安全产生一定的负面影响,为了保证车辆换道安全,防止交通事故的发生,应该对车辆换道行为风险情况进行识别和评价。通过对国内外相关文献的系统研究,从文献统计分析、关键词可视化及数据集分析3个方面对车辆换道行为进行了综述,总结了车辆换道关键影响因素的研究热点;并通过回顾国内外车辆换道行为风险评价方法,总结分析了当前研究应用较为普遍的基于交通冲突的风险评价方法以及基于驾驶意图的风险评价方法;最后讨论了当前车辆换道行为风险评价研究存在的问题以及未来发展趋势。研究表明:车辆换道行为研究应结合交通环境特性,研究更具有普适性和可移植性的车辆换道模型是未来有待突破的研究方向;此外,在未来车辆换道行为风险评价研究中驾驶人驾驶意图、换道决策调整等变化是一个重要研究方向;基于当前车联网技术的发展,未来研究应考虑更广泛的影响因素,利用更加广泛的交通环境信息,考虑异构交通流环境对车辆换道行为风险的影响,进行更加综合的风险评价方法研究。研究人员有机会通过汽车远程信息,可以更好地理解驾驶行为和交通事故的成因,为车辆换道风险的综合评价方法研究带来了新的机遇和挑战。

多重分形的海上漂浮式风力机系泊状态特性分析

漂浮式风力机因长期受风浪流作用,系泊极易发生蠕变导致腐蚀加速,增加失效概率,影响平台稳定性。为保证海上漂浮式风力机的安全运行,在系泊蠕变早期阶段实现预警,提出了基于多重分形的漂泊式风力机系泊故障诊断方法。首先,通过变分模态分解(variational mode decomposition,VMD)方法提取了系泊故障非线性信息,分析了系泊蠕变和不同位置系泊失效对漂浮式风力机稳定性的影响;其次,针对非线性信号具有多测度性特征,采用多重分形去趋势波动分析法提取故障信号特征,并判断系泊是否发生蠕变以及系泊蠕变的位置;最后,对不同位置系泊蠕变下的平台响应数据进行了对比分析。结果表明:原始信号经VMD处理,并采用分形盒维数筛选特征信号,可有效滤除噪声,提取出具有代表性的非线性特征;系泊故障信号呈多重分形特征,通过奇异指数α0可有效判断系泊蠕变及其位置;通过多重分形去趋势波动分析法分析VMD提取的非线性特征,可根据数据复杂度判断系泊状态。研究结果能够为海上漂浮式风力机系泊的信息提取和故障判断提供理论方法。

工程输入地震动持时的人工智能预测方法

为提高结构地震反应分析的计算效率,可以仅将决定结构地震反应大小的地震动强烈震动段作为输入,因此研究对应于强烈震动段的持时预测方法具有意义。本文以地震动截取前后结构最大位移反应保持不变为标准,考虑结构进入塑性时导致的周期延长影响、高阶模态影响、估计结构屈服强度时存在不确定性的影响,提出了一种基于深度学习的地震动持时预测方法,该方法可以针对不同周期的结构给出相应的地震动持时预测结果。该深度学习模型以地震动参数和结构参数作为输入特征,对80280个样本进行训练和预测,将该模型用于分析4层结构和16层结构的最大层间位移角,并与广泛使用的工程输入地震动持时确定方法(95%Arias持时和75%Arias持时)所得结果进行比较。结果表明:本文方法和95%Arias持时方法用于4层结构时均表现良好,但用于16层结构时95%Arias持时方法的计算误差明显变大;75%Arias持时用于4层和16层结构时的计算误差均远高于本文方法。基于人工智能的地震动持时预测方法有望实现兼具计算效率高、较小计算误差和较强适用性的优点,是处理工程输入地震动的一种有效方法。

无机微粉填料对沥青胶浆疲劳性能影响规律分析

为了探究无机微粉填料在沥青胶浆中的疲劳性能影响规律,以3类9种常用无机微粉颗粒作为添加矿料,从无机微粉填料颗粒形貌特征、填料类型和颗粒粒径出发,通过扫描电镜(SEM)对微粉颗粒的形貌特征进行表征,再通过动态剪切流变仪(DSR)时间扫描试验分析不同种类微粉填料对沥青胶浆的疲劳性能的影响规律,然后采用N;和N;两种指标对沥青胶浆疲劳寿命进行比对分析。结果表明:扫描电镜下消石灰微粉颗粒表现出较多的表面孔隙和复杂表面纹理,动态剪切流变试验下随着无机微粉颗粒粒径的减小,沥青胶浆的疲劳性能有较大改善;同一颗粒粒径下,由于形貌特征和化学组成的差异使消石灰和水泥表现出优于石灰岩的疲劳性能;N;与N;相比,疲劳寿命意义清晰、数值易确定,且所获得疲劳寿命加载次数均较小,用于沥青路面结构设计和材料选择安全性高,推荐采用N;对胶浆疲劳寿命进行分析。

基于梅尔频谱分离和LSCNet的声学场景分类方法

针对现有频谱分离方法进行声学场景分类研究时其分类准确率不高的问题,提出了一种基于梅尔频谱分离和长距离自校正卷积神经网络(long-distance self-calibration convolutional neural network,LSCNet)的声学场景分类方法。首先,介绍了频谱的谐波打击源分离原理,提出了一种梅尔频谱分离算法,将梅尔频谱分离出谐波分量、打击源分量和残差分量;然后,结合自校正神经网络和残差增强机制,提出了一种长距离自校正卷积神经网络;该模型采用频域自校正算法以及长距离增强机制来保留特征图原始信息,通过残差增强机制和通道注意力增强机制加强了深层特征与浅层特征间的关联度,且结合多尺度特征融合模块,以进一步提取模型训练中输出层的有效信息,从而提高模型的分类准确率;最后,基于Urbansound8K和ESC-50数据集开展了声学场景分类实验。实验结果表明:梅尔频谱的残差分量能够针对性地减少背景噪音的影响,从而具有更好的分类性能,且LSCNet实现了对特征图中频域信息的关注,其最佳分类准确率分别达到90.1%和88%,验证了该方法的有效性。

离散小波变换快速探测卫星机动算法

针对卫星机动直接影响导航系统的导航、定位和授时服务性能,当导航卫星发生机动时,需要对机动卫星单独处理以生成高精度轨道信息。载波相位三差法可用于卫星机动探测,但受差分测量噪声影响,通过多历元累积方式可减小噪声的影响,但其机动探测结果可能受基线选取的影响。基于此提出了一种离散小波变换的卫星机动快速探测及周期确定方法,在载波相位三差模型基础上,提取载波相位三差残差量,挖掘卫星机动开始及结束时刻载波相位三差残差的先验信息,基于多分辨分析的尺度特性对载波相位三差残差进行分解,分解层数由细节系数和近似系数探测结果确定,通过分析不同频率特性的近似系数和细节系数,获取载波相位三差残差隐含的卫星机动信息,实现对卫星机动的快速探测及周期确定。实验结果表明,相比于传统载波相位三差探测方法,离散小波变换法采用单历元处理方式可更快探测卫星机动,且不同基线探测到的机动结果一致,能更准确地探测卫星机动并确定其周期。

考虑运动加速度干扰的无人机姿态估计算法

为解决动态环境下无人机导航系统姿态估计易受传感器噪声和运动加速度干扰的难题,提出一种考虑运动加速度干扰的无人机姿态估计算法。首先,建立运动加速度估计模型,根据基于卡尔曼滤波的加速度误差模型和由外部传感器提供的速度信息实现对运动加速度的精确估计,利用运动加速度估计模型获得的运动加速度对加速度计的原始值进行修正,降低动态环境下运动加速度对姿态估计的干扰。随后,搭建基于互补滤波的姿态估计模型,利用磁力计信息和修正后加速度信息构建陀螺仪修正量,对陀螺仪原始值进行修正,设计互补滤波器滤除来自加速度计和磁力计的高频噪声和来自陀螺仪的低频噪声,避免传感器噪声信号对姿态估计的干扰。最后,利用无人机试飞过程中采集的传感器信息对该算法进行实验验证。实验结果表明,该算法可以精确估计无人机机动过程中所产生的运动加速度,有效减弱传感器噪声和运动加速度对姿态估计的干扰,该算法显著提高了无人机导航系统在动态环境下姿态估计的精度和抗干扰能力。

绳系拖拽系统半物理仿真实验装置设计与控制

为有效清除太空垃圾,模拟空间中对废弃卫星的回收过程,采用半物理实验技术对绳系收放装置进行地面试验考核,验证绳系收放控制系统的性能。半物理仿真是一种通过实物或物理模型与数学模型相结合进行仿真的技术,通过地面半物理仿真实验对空间任务进行先验,大大减少了空间实验的成本,可有效指导空间任务的设计与控制。首先,对绳系卫星拖拽过程进行动力学建模,明确了拖拽过程的任务目标,确立了绳系拖拽半物理系统的机械组成。其次,设计了全物理仿真单元为被动加载单元,卫星质量采用等效惯量转台模拟。然后,为模拟目标在绳系拖拽作用下的动力学状态,仿真加载单元由半物理仿真方式设计。最后,针对实际试验过程中存在的张力测量误差扰动,设计了基于模型预测控制的控制策略,为了对拖拽过程的张力和绳长精确控制,实验使用双闭环电机联合控制,通过模型预测控制的方式联合张力位置双电机仿真。结果表明,基于模型预测控制的张力误差精度为5%,从而验证了绳系收放控制系统对拖拽过程的控制有效性。

混凝土局压承载力计算方法深化研究

为探究混凝土达到局部受压承载力时间接钢筋能否屈服,间接钢筋不屈服时拉应力如何取值,以及网格式间接钢筋在楔形体外如何实现合理锚固等问题,完成了18个配置螺旋式间接钢筋和18个配置网格式间接钢筋的混凝土试件的局压试验。试验结果表明:当混凝土发生局压破坏时,局压影响区范围内间接钢筋存在达不到屈服的现象;基于试验结果,获得了不同强度等级热轧钢筋(HPB300、HRB400、HRB500、HRB600)配置的螺旋式间接钢筋和网格式间接钢筋屈服所对应的间接钢筋体积配筋率;建立了发生局压破坏时未屈服的网格式间接钢筋与楔形体外侧面相交处拉应力的计算方法。

船舶碎冰区斜航运动的水动力导数预报

目前敞水水动力导数的研究较为成熟,冰水耦合后的船舶水动力导数研究尚处于起步阶段。为求解碎冰工况下冰水耦合后船舶斜航运动水动力导数,使用CFD软件STAR-CCM+中DEM颗粒模拟碎冰粒子,开启DEM模块下双向耦合模式,通过动量、能量交换达到冰块与水耦合作用,并选用小漂角工况分别为0°、2°、4°、6°、8°进行了斜航运动数值模拟。忽略自由液面的影响。分别计算敞水工况以及碎冰工况下船舶所受的侧向力以及转艏力矩,通过对各漂角下无因次后的力以及力矩拟合从而求解出各个水动力导数。考虑冰块的干扰具有随机性所以采用干扰后的力以及力矩最大值以及最小值分别求解对应的水动力导数,形成一个水动力波动区间,更为真实地预报冰水耦合下的船舶水动力导数。通过计算结果表明,敞水工况下船舶各部分水动力导数值与模型统计公式计算值相差不大,冰水耦合后部分水动力导数波动区间端点值出现正负,冰水耦合后水动力导数随机性较大。

复合加固方形木柱偏心受压性能试验

为解决古建木柱的加固、修复等问题,探究一种经济可行、效果显著的加固方法,将7根方形木柱以内嵌钢筋外包碳纤维布复合加固的方法进行加固试验,研究其在偏心受压情况下承载力、延性等力学性能的变化,主要考虑嵌筋的数量和受压偏心距两种因素的影响。试验结果表明:采用间隔包裹一层CFRP布同时嵌筋的方法复合加固的木柱破坏主要发生在纤维布之间的间隔段,而且相比于未加固的木柱其破坏时表现出更好的整体性;偏心距为0时,木柱的4个侧面均发生破坏现象,而随着偏心距的增大,木柱仅在偏压侧发生破坏;在偏心距相同的情况下,采用该复合加固方法加固后的木柱在承载力和延性性能方面均得到明显提升和改善,提升幅度随嵌筋数量的增加而增大;加固方式相同时,偏心距由0增加到50 mm,木柱的承载力降低显著,而延性系数变化不大。

垃圾渗滤液膜滤浓缩液处理技术研究与应用进展

截至目前,作为垃圾渗滤液深度处理工艺之一的膜分离工艺,可保证垃圾渗滤液处理后达标排放,但同时将产生大量的膜滤浓缩液。浓缩液含有大量难降解有机污染物,若不能进行妥善处理处置,将会造成严重的二次污染。根据相关研究及工程应用案例,从工艺原理、应用效果、处理成本及技术发展角度,对渗滤液膜滤浓缩液处理工艺进行分类探讨,评述回灌法、物理处理法(浸没燃烧蒸发法和机械式蒸汽再压缩处理法)、化学处理法(焚烧、高级氧化和超临界水氧化法)、物化处理法(絮凝沉淀、吸附、膜分离和固化稳定化处理)等单元工艺和无膜/有膜等组合工艺的技术特点、现存问题及应用范围,最后总结不同条件下产生膜滤浓缩液的处理工艺路线,有针对性地提出渗滤液膜滤浓缩液处理的发展方向,期望可为垃圾渗滤液膜滤浓缩液处理工艺的深入研究与广泛应用提供技术参考。

针对网级评估的区域桥梁信息集成与数据挖掘

针对区域桥梁分布范围广、数量大、难以进行综合评估的问题,首先分析单体桥梁状态评估的信息源,进而由单体拓展至区域桥梁群评估,制订区域内检测、监测、交通量、图纸等多源信息的集成规则,按“路线—桥梁—构件”的逻辑形式进行存储和表达,数据清洗后建立路网数据库,对集成后的数据进行特征挖掘,进而对区域桥梁群进行综合网级评估.以河北省高速公路为背景,依据气候特征划分3个子区域,评估路网总体和分区特征;分析桥梁类型、桥龄、交通量等关键变量与总体技术状态评分的相关性,开展数据挖掘,演绎退化规律,为网级评估提供数据基础和分析条件.结果表明:所提出的信息集成与数据挖掘方法及应用模式,有效地揭示了路网内桥梁群的共性特征和退化规律,可用于区域桥梁网级评估.