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当期目录

    2021年, 第55卷, 第7期 刊出日期:2021-07-28 上一期    下一期
    可变环境温度下锂离子电池平均温度估计
    姜余, 陈自强
    2021,55 (7):  781-790.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.230
    摘要 ( 386 )   HTML ( 218 )   PDF(7411KB) ( 185 )  

    锂离子电池的温度变化会极大地影响其使用性能,对锂离子电池进行温度信息采集对热管理系统的开发具有重要意义.为了解决传统温度传感器布置方式所导致的局部温度无法代替整体平均温度的问题,需要在可变环境温度下对10 A·h三元镍钴锰酸锂离子电池开展平均温度估计研究.首先,对锂离子电池进行建模并搭建实验平台,获取建模所需的参数.其次,提出了基于递推最小二乘与拓展卡尔曼滤波算法相结合的锂离子电池平均温度估计方法.最后,为了验证所提出方法的有效性,使用改进混合动力脉冲能力特性(IHPPC)测试工况获取电池在可变环境温度下的实验数据.结果表明:所提方法能够实时估计锂离子电池的平均温度.温度估计模型算法收敛后最大误差为1.8 ℃,平均误差仅为1 ℃.

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    基于灵活性和经济性的可再生能源电力系统扩展规划
    李玲芳, 陈占鹏, 胡炎, 邰能灵, 高孟平, 朱涛
    2021,55 (7):  791-801.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.024
    摘要 ( 368 )   HTML ( 12 )   PDF(1623KB) ( 184 )  

    风电、光伏等可再生能源的大规模并网为电力系统的规划与运行带来极大的不确定性.为了增强高比例可再生能源电网应对不确定事件的调节能力,保障系统的安全经济运行,需要提升电力系统的灵活性.首先,从线路传输能力和安全运行的角度定义电网灵活性指标.在此基础上,考虑系统经济运行策略,以灵活性、投资成本、运行成本和可再生能源弃用量最优为目标,提出一种基于灵活性和经济性的多目标输电网双层规划模型.采用NSGAII优化算法对该模型进行求解.最后,以改进的Garver-6和IEEE RTS-24节点可靠性测试系统为例,分析所提模型的有效性.结果表明,规划方案能够有效提升电网传输能力,降低可再生能源弃用率,增强电网运行的灵活性和经济性.

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    基于典型运行场景聚类的电力系统灵活性评估方法
    游广增, 汤翔鹰, 胡炎, 邰能灵, 朱欣春, 李玲芳
    2021,55 (7):  802-813.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.012
    摘要 ( 326 )   HTML ( 8 )   PDF(2608KB) ( 206 )  

    以风光水为代表的可再生能源电源会增加电力系统的不确定性.为了保证高比例可再生能源电力系统的灵活运行,提出一种典型运行场景电力系统灵活性评估方法.利用改进的K-means算法,将新能源和负荷的运行场景进行聚类组合得到典型运行场景.从区域内供需平衡、区域内潮流分布和区域间输电能力3个角度提出灵活性评估指标;计算每种典型场景的灵活性评估指标,并根据每种场景的出现概率计算得到综合评估指标以评估系统的整体灵活性.最后,基于南方某地区实际新能源和负荷历史数据在改进的IEEE 39节点系统上进行电力系统灵活性评估.结果表明,该聚类方法和灵活性指标可以有效反映电力系统的灵活性.

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    基于SSP补偿和变频控制的滑环设计
    冯新, 付庄, 王科瑾, 郝高峰
    2021,55 (7):  814-825.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.093
    摘要 ( 277 )   HTML ( 5 )   PDF(7076KB) ( 121 )  

    为避免传统滑环易磨损、易静电累积等缺点,提出一种基于串联串联并联(SSP)补偿和变频控制的新型环滑设计方法.首先,对非接触式滑环系统的磁路进行建模,并针对松耦合变压器的漏感和励磁电感分别进行补偿,即原边串联、副边串并联补偿;其次,考虑到温度等因素的影响,分析部分元器件的灵敏度,获得元器件参数变化和谐振频率变化的关系;再次,提出一种基于汉宁窗快速Fourier变换的相位差检测方法,可避免硬件水平的制约和提高抗干扰能力;最后,根据计算的相位差、临界品质因数,提出一种基于零相角的变频控制方法,使系统工作于零相角,从而减少无功功率的损耗.仿真结果表明,当元器件参数发生变化时,基于SSP补偿和变频控制的方法能够快速使系统工作于零相角状态,进而提高系统的工作效率.设计了一种原型机对所提方法进行验证,实验结果和仿真结果基本一致,与不补偿方法相比,所提方法的工作效率提高了5%.研究结果表明该方法具有较高的稳健性.

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    双向抗高过载微流体惯性开关
    张润铎, 聂伟荣, 丘伟祥
    2021,55 (7):  826-833.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.279
    摘要 ( 308 )   HTML ( 5 )   PDF(10025KB) ( 82 )  

    为实现微流体惯性开关在智能弹药引信系统中的应用,提出一种双向抗高过载微流体惯性开关,解决高冲击作用下由水银液滴分离造成的开关接触不稳定问题.基于微通道内水银液滴所受毛细力原理,设计蛇形缓冲通道与三级毛细阀结构.分析收缩型毛细阀与扩张型毛细阀中水银液滴的受力状态,建立矩形截面通道中水银液滴的静态阈值模型;采用用户定义函数(UDF)施加加速度载荷对开关进行有限元仿真.通过仿真分析可知,该惯性开关在典型正向勤务跌落载荷与典型反向勤务跌落载荷作用下,水银液滴可恢复至初始状态,不会产生液滴分离现象,表明开关具备可靠的抗高过载能力.采用两次离心试验完成微小水银液滴的制备与注液,对所制作的微流体开关样机进行Machete落锤冲击试验.试验结果表明:开关在典型正向冲击载荷与典型反向冲击载荷作用后,水银液滴未发生液滴分离现象,与仿真结果一致.

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    PandaX-4T超高纯氙去除氪低温精馏系统运行分析
    严锐, 王舟, 崔祥仪, 巨永林, 沙海东, 李帅杰, 黄沛尧, 王秀丽
    2021,55 (7):  834-841.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.180
    摘要 ( 298 )   HTML ( 7 )   PDF(1366KB) ( 133 )  

    PandaX-4T实验组通过McCabe-Thiele(M-T)方法及质量、能量守恒,设计研制出将商业氙中氪的摩尔分数由5×10-7降低至1×10-14的高效低温精馏系统.该超高纯氪氙低温精馏系统已完成离线提纯运行,现需要对其运行状态进行深入分析.通过对系统各个运行阶段的温度、压力、流量及产品氙的摩尔分数等参数进行分析,研究该超高纯氪氙低温精馏系统的稳定性和提纯性能.该低温精馏系统在回收率为99%、提纯速率为10 kg/h的条件下稳定运行1.5 m,共提纯5.75 t氙.实验数据表明,系统在各运行阶段状态稳定、安全可靠,产品氙中氪的摩尔分数小于7.99×10-12.PandaX-4T超高纯氪氙低温精馏系统的运行分析具有理论研究价值和工程实际意义,同时也是优化下一阶段精馏提纯运行非常重要的参考依据.

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    超高纯氙去除氪低温精馏塔HYSYS模拟优化
    沙海东, 黄沛尧, 王舟, 崔祥仪, 巨永林, 严锐, 李帅杰, 王秀丽
    2021,55 (7):  842-849.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.223
    摘要 ( 273 )   HTML ( 7 )   PDF(1065KB) ( 184 )  

    为满足大型暗物质探测器PandaX-4T低本底及高灵敏度的要求,探测介质氙(Xe)中氪(Kr)含量要求为nKr/nXe≤1×10-13(n为物质的量).本文以超高纯氙去除氪低温精馏塔为例,首先简单介绍精馏塔及其结构设计.其次,对该塔的精馏塔参数进行HYSYS模拟及优化,得出现有运行工况下精馏塔内压力、温度以及氪浓度的分布,并研究了进料位置、回流比、进料流量、再沸器加热量、废品氙流量及进料压力等操作因素对精馏纯度的影响.提出优化提纯效果的精馏操作参数,即塔压为221 kPa、回流比为145时,原料氙中氪含量可从5×10-7提纯到4.1×10-14,这对超高纯氙去除氪低温精馏的产品纯度进一步提高有重要指导意义.

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    环形缺口小冲杆试样结合内聚力模型提取断裂韧性参数
    张宇, 刘海亭, 翁琳, 沈耀
    2021,55 (7):  850-857.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.129
    摘要 ( 309 )   HTML ( 5 )   PDF(2128KB) ( 118 )  

    在役设备和辐照材料的断裂韧性可以采用环形缺口小冲杆试样获取.采用内聚力模型描述T91钢的韧性断裂行为和裂纹扩展过程,并以反向有限元法标定模型所需的两个材料参数.反向有限元法的成功实现需要断裂损伤阶段的载荷位移曲线对两个模型参数较为敏感,可以通过样品和缺口的几何尺寸加以优化.研究了试样直径与厚度的比例、试样缺口深度以及有无预制裂纹3个因素对参数敏感性的影响,得到缺口样品的优化设计.在此基础上,选取两组参数进行有限元模拟,得到载荷位移曲线.以此曲线作为逼近目标,采用遗传算法和随机游走算法进行反向有限元迭代拟合,提取内聚力模型参数.计算结果表明.所得参数与预先选取的参数误差为1%以内,验证了样品设计的灵敏度和反向有限元法的准确性.

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    多元退化系统维修与备件订购策略优化模型
    杨志远, 赵建民, 程中华, 郭驰名, 李俐莹
    2021,55 (7):  858-867.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.221
    摘要 ( 297 )   HTML ( 7 )   PDF(2404KB) ( 126 )  

    针对具有多个相关退化过程系统的状态维修及备件订购决策问题,在连续监测条件下,建立系统维修与备件订购决策优化模型.首先,采用Gamma过程和Copula函数建立系统多元退化模型,然后提出基于控制限策略的系统维修与备件订购策略.在此基础上,考虑系统退化量对维修费用的影响,获得系统长期运行条件下的期望维修费用率解析表达式.同时为简化模型计算,提出系统期望维修费用率近似表达式.利用人工蜂群算法在费用准则下获得系统最优预防性更换阈值和备件订购阈值.案例分析结果说明了在维修决策中考虑退化相关的必要性.与已有策略相比,综合优化预防性更换和备件订购阈值能够有效降低系统维修费用.

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    考虑蒙皮透射率的飞艇热力学模型及其热特性
    程晨, 王晓亮
    2021,55 (7):  868-877.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.039
    摘要 ( 254 )   HTML ( 7 )   PDF(2071KB) ( 148 )  

    以平流层飞艇为研究对象,在考虑飞艇表面蒙皮的透射特性以及内部填充气体对辐射的吸收率与发射率的基础上,推导出飞艇表面蒙皮及内部填充气体的热力学方程.通过有限拆分法建立了考虑蒙皮透射率的飞艇热力学仿真模型,并分析比较了典型蒙皮材料下飞艇的热力学特性.通过将飞艇外形建模和表面离散化处理,针对每个单元和内部填充气体进行瞬态热特性数值计算,分析了仿真模型中网格划分及时间步长对计算结果的影响.通过相关实验数据对所建立的模型及其求解方法的可靠有效性进行了验证,分析比较了不同特性蒙皮材料的飞艇热特性及其变化规律.

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    起伏输油管道临界完全携积水油速数值模拟
    李岩松, 丁鼎倩, 韩东, 刘静, 梁永图
    2021,55 (7):  878-890.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.020
    摘要 ( 276 )   HTML ( 6 )   PDF(4255KB) ( 127 )  

    水力清管可有效减缓管输油品质量指标的衰减,研究水力清除成品油管内积水所需的临界完全携积水油速具有十分重要的现实意义.首先,分析了完全携水油速下管内油携水的流动型态,发现临界完全携积水油速下,上倾管内油携水流动属于油水两相波状分层流.基于此,建立了双极坐标系下的油携水流动数值模型,并给出了数值求解算法.最后,将模型计算值与文献数据进行对比分析,验证了临界完全携积水油速数值模型的可靠性.对上倾管道内柴油携水流动过程进行了数值研究,详细分析了水力清管过程中油流和积水的流动特性.研究结果表明:水膜在油流携带过程中主要受重力压降的影响,摩阻压降相比于重力压降可忽略;当管内油速较小时,靠近相界面处的水相部分在油相的携带作用下向下游流动,而管壁附近的水相在重力作用下回流至管道底部;随着油相速度增大,水相速度最小值位置逐渐向管壁偏移,当其首次出现在管壁位置时对应的管内油相速度即为临界完全携积水油速.

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    基于PCA-ELM的红外多光谱辐射测温
    席剑辉, 姜瀚, 陈博, 傅莉
    2021,55 (7):  891-898.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.027
    摘要 ( 307 )   HTML ( 5 )   PDF(1988KB) ( 134 )  

    在目标发射率未知的情况下,建立一种基于主元分析(PCA)与极限学习机(ELM)相结合的红外多光谱测温方法.分析目标温度与辐射亮度谱的非线性数学模型,确定初始输入向量包含温度估计所需的充分信息;引入PCA方法从输入向量中提取相互独立的主元成分,降低神经网络输入维数;基于ELM网络对样本数据充分学习,最终建立PCA-ELM目标红外测温模型.利用黑体和未知发射率材料涂层目标作为测试目标源,验证该方法的有效性.

    数据和表 | 参考文献 | 补充材料 | 相关文章 | 计量指标
    新人工肛门括约肌系统低功耗设计与优化
    姚盛健, 颜国正, 王志武, 周泽润, 姜萍萍, 丁紫凡, 华芳芳, 赵凯, 韩玎
    2021,55 (7):  899-906.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.199
    摘要 ( 317 )   HTML ( 6 )   PDF(5725KB) ( 239 )  

    以新人工肛门括约肌系统硬件为基础,分析各模块功耗,经过低功耗设计与采样周期的合理设置,将系统功耗显著降低.同时,以肠道压力波形下面积大小为便意判断标准,代替单点压力阈值法,为肛门失禁患者提供如厕依据,进而提高便意感知功能准确性.结合离体与活体实验,所研究的人工肛门括约肌低功耗设计可使系统单次充电后工作时长延长至16d,工作时长提升达230%,新便意判断标准准确率可达96%.

    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标