上海交通大学学报

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随机环境下电动汽车充电实时管理与优化控制算法

刘迪迪, 杨益菲, 杨玉荟, 邹艳丽, 王小华, 黎新

2023,57 (1): 1-9.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.499

摘要 ( 1069 )

HTML ( 273 )

PDF(1627KB) ( 553 )

电动汽车的规模日益壮大,对其充电行为进行自适应管理成为亟待解决的问题.从充电服务商的角度出发,协同可再生能源和储能设备,并计及电网的时变电价和电动汽车充电可容忍时延,基于Lyapunov优化理论提出随机环境下的电动汽车充电实时管理和优化控制算法,旨在最大化充电服务商的利益,即最小化购电成本.理论性能分析证明,所提算法无需可再生能源出力、充电需求和时变电价的先验统计信息,就能使优化目标趋近最优值.仿真结果表明,该算法可以有效减少充电服务商的购电成本,相比于基准贪婪算法可降低27.3%.

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需求响应下的并网型风-光-沼微能源网优化配置

俞发强, 张名捷, 程语, 陈达伟, 杨函煜, 黎灿兵

2023,57 (1): 10-16.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.017

摘要 ( 560 )

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PDF(1559KB) ( 351 )

我国农村地区存在丰富的生物质资源,可通过发酵系统将其转化为沼气能加以利用.然而,沼气工程的产出以沼气为主,经济效益普遍较低,难以推广.提出一种由多种可再生能源构成的并网风-光-沼微能源网,利用太阳能、风能和沼气之间的互补性,为用户提供沼气和电力.根据微生物发酵动力学模型和沼气发酵的温敏特性,对沼气的类储能特性进行建模.同时考虑需求侧响应进一步增加系统灵活性,利用分时电价节省购电成本,从而将投资成本和年度运行成本降至最低.案例研究表明,该风-光-沼微能源网可稳定地向用户提供电力;并且通过参与需求响应,可使得投资成本降低3%~9%的情况下年收益增加127%~240%.

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极地海洋工程装备圆管结构的对流换热影响

操太春, 吴刚, 孔祥逸, 于东玮, 吴琳, 张大勇

2023,57 (1): 17-23.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.205

摘要 ( 505 )

HTML ( 20 )

PDF(1248KB) ( 384 )

电伴热是极地海洋工程装备防寒主要措施,而热平衡是对流换热的关键问题.以圆管构件为研究对象,采用有限元数值仿真软件Fluent数值仿真与模型实验相结合的方法,分析了圆管构件在风速为0~40 m/s、温度为-40~0 ℃的极地环境条件下对流换热系数变化情况;基于数值仿真数据建立了电加热圆管构件对流换热系数的预测模型.结果表明:增大风速和降低温度都会增加圆管构件的对流换热系数;温度低于-30 ℃ 或风速大于25 m/s且温度低于-20 ℃ 时,温度对圆管的对流换热系数影响增大;实测数据验证了该模型的合理性.

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基于船厂分段时空数据的分段状态识别及转运监测

陈俊宇, 田凌

2023,57 (1): 24-35.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.287

摘要 ( 482 )

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PDF(1597KB) ( 336 )

船舶分段转运保障了分段在各个工艺之间的有序流动,但消耗了大量成本.船厂管理者需要监测实际转运过程,特别是监测因堆场内分段互相阻挡和返工产生的两类非生产性转运.S船厂由于场地紧张必须一场多用,现有监测技术难以从分段时空数据中获取分段状态,进而难以实现两类非生产性转运的监测.针对这个问题,研究了转运过程中分段状态的时序转化规律和耗时特征,建立了4个隐马尔可夫模型并使用有监督的方法学习其参数,通过维特比算法实现了分段状态识别,其在测试集上的准确率最高达到了93.5%.将其中1个隐马尔可夫模型应用于船厂分段时空数据,实现了船厂的两类非生产性转运的监测,根据监测结果为优化船厂分段转运过程提出初步建议.

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基于MWSA的热力系统单参数时序预测方法

肖鹏飞, 倪何, 金家善

2023,57 (1): 36-44.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.300

摘要 ( 463 )

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PDF(1291KB) ( 316 )

热力系统的状态参数变化可以实时反映系统的运行状态,针对热力系统参数运行数据预测手段匮乏的现状,基于4种算法提出一种单参数预测方法并简称MWSA,对当前设备状态参数进行分解降噪、趋势提取和时序预测,并将预测结果作为下一步运行管理策略和装备维修的参考,对系统的长期安全稳定运行具有重要意义.首先, 利用中值回归经验模态分解(MREMD)方法将监测得到的运行状态参数分解为若干个本征模态函数(IMF)和残余分量.然后,对不符合筛选条件的分量进行小波阈值降噪(WTD),并将去噪后的分量与原本符合筛选条件的分量重组成新的IMF分量.最后,利用基于奇异值分解(SVD)和优化参数排列熵(PE)的K-means聚类算法,对重组后的IMF分量进行分类,取熵值较低的一类分量重构为趋势项并采用整合滑动平均自回归模型(ARIMA)进行预测.经实际案例验证,该方法能够有效克服原始参数时序中高频噪声的干扰,与不采用降噪处理的同类方法相比,该方法预测的准确度更高.

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R32管内流动沸腾传热系数关联式和摩擦压降关联式

谷波, 杜仲星, 曾炜杰, 田镇, 张智铤

2023,57 (1): 45-54.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.239

摘要 ( 725 )

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PDF(2322KB) ( 406 )

建立了适用于大范围几何参数和流动参数的R32制冷剂管内流动沸腾传热和摩擦压降计算关联式.从公开文献中收集了R32传热和摩擦压降的数据源构建两个组合数据库.其中,传热数据库由来自8个文献的1 489个数据点组成,涵盖的水力直径为1~6.3 mm,压降数据库由来自8个文献的496个数据点组成,涵盖水力直径范围为0.643~6 mm.以上述数据库为基础,利用无量纲参数分析预测法并考虑参数主导作用,建立了新的传热系数关联式和摩擦压降关联式.此外,利用现有的关联式对新关联式进行评估.结果表明,现有的几个关联式均具有较大的平均绝对误差(MAE)和最大绝对误差(MAX).而新的传热系数计算关联式具有良好的预测精度,其MAE为14.59%,有90.85%的数据点在±30%误差带以内;新的压降关联式预测精度高,其MAE为17.86%.总之,上述两个新关联式都具有较广的应用范围和良好的预测精度,非常适用于分析工质为R32的换热器的传热和压降性能.

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翅片阵列对翼面的冲击换热影响数值模拟研究

张天伦, 王克辰, 张栩, 周文武

2023,57 (1): 55-65.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.222

摘要 ( 466 )

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PDF(27478KB) ( 306 )

曲面冲击换热在飞机机翼前缘防除冰上有着广泛应用.为了进一步提高翼型前缘防除冰性能,采用数值模拟依次探索了不同翅片阵列在平板和曲面上的冲击换热特性.平板模型的翅片阵列包含8片、12片直翅片以及12片弯翅片3种结构;曲面模型包括8片短翅片和8片长翅片两种阵列结构.仿真结果表明:在平板和翼型曲面上添加翅片阵列可以显著提高模型在不同雷诺数下的射流冲击换热性能;与无翅片相比,翼面上的换热效果整体提升高达4%~10%,其中在驻点位置处的强化换热效果最为明显.深入分析发现,引入的翅片阵列一方面增大了强化换热面积,同时也改变了冲击射流流动结构,从而增强了射流冲击换热的效果.

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非接触式太阳能蒸发的模拟与分析

于杰, 徐震原

2023,57 (1): 66-75.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.255

摘要 ( 518 )

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PDF(4616KB) ( 378 )

零液体排放是高浓度盐水/废水处理的有效途径,其中非接触式太阳能蒸发是一种近年被提出的全新思路,兼具太阳能利用、结构简单、被动运行和不结垢的优势.针对非接触式太阳能蒸发缺乏有效预测模型用以指导实际装置优化的问题,首次构建了非接触式太阳能蒸发的稳态热阻网络模型,并对其蒸发性能进行了分析.结果显示,作为水体能量来源的辐射传热与空气层传热分别占比54.2%和45.8%,均对蒸发性能有重要影响.空气层厚度增加会对两种传热产生不利影响,10 mm 空气层厚度下的蒸发率仅为4 mm空气层厚度下蒸发率的70%.此外,减小蒸汽扩散阻力是提升蒸发率的有效途径,当蒸汽扩散系数从5×10^-6 m²/s增大至2.5×10^-5 m²/s时,蒸发率提升了2倍.

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采用叠片法的黄铜低温接触热阻测量

沈逸, 曹家兴, 黄永华

2023,57 (1): 76-83.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.394

摘要 ( 654 )

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PDF(8861KB) ( 347 )

以往低温接触热阻测量研究主要集中于液氮温区及以上,77 K以下温区的固体接触热阻数据鲜有报道.基于RDK-408D2型二级G-M低温制冷机,采用叠片法测量不同粗糙度和螺栓转矩下黄铜样品在10~30 K温区的接触热阻,并讨论不同因素对接触热阻的影响程度.结果表明:该温区黄铜接触面接触热阻值在6.89×10^-4~ 1.86×10^-2 m²·W/K之间,接触面粗糙度越小、温度越高、螺栓转矩越大,接触热阻就越小,结论与常规定性认识相符.该低温实验数据能够为相关低温应用设计中的连接热阻计算提供一定支持.

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某航空燃油喷嘴雾化特性分析及结构优化

白青松, 吴阳, 侯力

2023,57 (1): 84-92.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.256

摘要 ( 919 )

HTML ( 19 )

PDF(9690KB) ( 649 )

燃油雾化在航空发动机预混燃烧过程中起着至关重要的作用.为提高某航空燃油喷嘴的雾化特性,改进和优化其结构参数,采用流体体积(VOF)界面捕捉算法和正交试验设计相结合的方法, 研究了喷嘴的内部流动及结构参数(扩张角、直线段长度、旋流槽升角、旋流槽个数)对雾化特性的影响规律.结果表明:旋流槽上的局部漩涡影响喷嘴内部燃油流动,通过改变旋流槽入口的结构形式消除局部压力损失;旋流槽个数对索特尔平均直径(SMD)的影响最为显著,扩张角是影响雾化锥角最大的因素,存在一个最优的旋流槽升角使油膜厚度最小,直线段长度对雾化特性的影响相对较小;当扩张角为60°、直线段长度为0.25 mm、旋流槽升角为45°、旋流槽个数为2时,优化效果最佳.优化后的喷嘴油膜厚度减小了43.68%,雾化锥角增加了3.70%,SMD减小了14.79%.

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民用客机总装车间自动引导车任务分配及路径规划

裘柯钧, 鲍中凯, 陈璐

2023,57 (1): 93-102.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.223

摘要 ( 518 )

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PDF(2561KB) ( 374 )

为了实现自动引导车(AGV)在某民用客机总装车间的高效运作,提出AGV任务分配与路径规划两阶段求解方法,有效地解决了车间内AGV的多次往返配送调度问题.在任务分配阶段,提出基于行程的AGV任务分配模型,提高任务分配的效率;在路径规划阶段,采用时间窗算法,对AGV占用的地图资源进行时间窗的初始化、更新和排布,并针对由于避障和等待引起的物料送达时间无法满足的情况,设计了料包交换、优先级提前、预留时长放宽共3种递进的调整策略,实现AGV的无冲突路径规划.在数值实验中,两阶段方法应用于50、100、150个料包问题的平均求解时间分别为15.86、41.12、162.29 s,表明两阶段方法有效缓解了多行程AGV调度问题的复杂性,能在合理时间内实现民用客机总装车间AGV的调度优化,以适应民用客机年产量逐年快速递增的生产需求.

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基于反步法的多移载工装协同作业编队控制策略

刘禹铭, 赵勇, 董正建, 王平, 姬煜琦

2023,57 (1): 103-115.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.325

摘要 ( 512 )

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PDF(9418KB) ( 322 )

研究了一种基于反步法的多移载工装协同作业控制策略,提出了基于改进人工势场法和纯轨迹跟踪法的期望运动状态规划方案,并根据自适应蒙特卡洛定位方法确定了实际运动状态的估计值,设计了反步法与虚拟领航跟随法结合的队列控制器.构建了基于机器人操作系统(ROS)环境的仿真模型,并开展仿真验证.结果表明:提出的队形误差计算方法能够提高误差估计精度,该编队控制策略能够使得队形误差在6.2 s内收敛,所设计的队形控制器能够满足多移载工装的作业要求.

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变论域自适应模糊非线性控制在蒸汽发生器液位控制中的应用

钱虹, 邹明耀

2023,57 (1): 116-126.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.235

摘要 ( 393 )

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PDF(1935KB) ( 259 )

针对蒸汽发生器液位控制系统在压水堆核电站中维护电厂安全和高效运行的重要地位,而蒸汽发生器液位被控对象在不同负荷段及变动工况下呈现出的非线性特性,提出一种具有变论域自适应功能的模糊控制算法,在一般模糊控制算法基础上,通过非线性系统模型构造Lyapunov函数,基于理想控制律求解最优自适应伸缩因子,并利用Lyapunov定理证明了该控制系统的稳定性.仿真结果表明,相较于传统比例-积分(PI)控制与模糊PI控制,具有变论域自适应功能的模糊控制能够更好地对不同工况段和变工况下蒸汽发生器的液位进行有效控制,解决了控制器超限的问题,且系统具有更好的鲁棒性.

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