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金属蜂窝增强相变材料熔化储热试验与数值模拟

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储能科学与技术 2024年

作者：柴伟杰赵锡佳曹世豪河南建筑职业技术学院河南工业大学土木工程学院

金属蜂窝增强相变储能系统是提升潜热储能效率的先进技术之一。为了研究其熔化储热性能，首先设计出循环水加热系统，解决稳定、均匀热源问题。随后开展恒定温度下增强相变材料的熔化储热试验，获得热量传输和熔化边界演化特征。试验研... 详细信息

金属蜂窝增强相变储能系统是提升潜热储能效率的先进技术之一。为了研究其熔化储热性能，首先设计出循环水加热系统，解决稳定、均匀热源问题。随后开展恒定温度下增强相变材料的熔化储热试验，获得热量传输和熔化边界演化特征。试验研究发现，金属蜂窝主要通过提升热传导率、削弱自然对流运动以及改变熔化储热模式等角度影响熔化储热效率。为了量化金属蜂窝的影响，建立流-固-热三场耦合下的熔化储热计算模型。计算结果表明，5×5金属蜂窝构建的高导热通道可使热传导率提升39.7倍，同时将液相自然对流传热效应削弱至19.1%，整体熔化储热效率提升了67.1%。储热速率提升主要集中在0

关键词：金属蜂窝正十八烷熔化储热试验测试数值模拟

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层间积水对无砟轨道内孔隙水饱和度影响研究

铁道学报 2024年第2期46卷 140-149页

作者：曹世豪赵锡佳陈俊旗王建伟胡猛河南工业大学土木工程学院河南郑州450001 同济大学道路与交通工程教育部重点实验室上海201804

无砟轨道的耐久性与内部水分含量直接相关,但其孔隙水饱和度分布特性暂不明确。为了分析CRTSⅡ型板式无砟轨道内孔隙水饱和度,首先通过吸水试验测定CA砂浆的吸水率。然后建立无砟轨道内饱和度计算模型,设计的“稳态+瞬态”两步计算流程... 详细信息

无砟轨道的耐久性与内部水分含量直接相关,但其孔隙水饱和度分布特性暂不明确。为了分析CRTSⅡ型板式无砟轨道内孔隙水饱和度,首先通过吸水试验测定CA砂浆的吸水率。然后建立无砟轨道内饱和度计算模型,设计的“稳态+瞬态”两步计算流程解决了瞬态饱和度分析时的初始条件,并进一步分析了环境湿度、层间积水形式及吸水时间等因素对饱和度的影响。结果表明:砂浆的有效孔隙率为4.21%,吸水率为1.2255×10^(-11) m ^(2)/s。无水时,无砟轨道内形成的平衡饱和度沿深度方向近似服从三线性分布规律,其中砂浆层内饱和度年度差最高为6.52%。当砂浆层下存在单裂缝积水下,砂浆层内饱和度沿厚度分布将由线性向二次多项式转变。经过7 d的毛细吸水,砂浆层平均饱和度增幅为37.6%,轨道板底层钢筋处的饱和度提升至70%,而裂缝前缘受影响深度约为0.4 m。当砂浆层上下存在双裂缝积水下,积水区砂浆层的饱和度在1.5 d时可达到100%的饱和状态。

关键词：无砟轨道孔隙水饱和度层间积水毛细吸水

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执行器部分失效的鲁棒模糊容错切换控制

南京理工大学学报 2024年第2期48卷 182-191,201页

作者：曹世豪施惠元苏成利李平辽宁石油化工大学信息与控制工程学院辽宁抚顺113001 东北大学流程工业综合自动化国家重点实验室辽宁沈阳110819 辽东学院信息工程学院辽宁丹东118001 辽宁科技大学电子与信息工程学院辽宁鞍山114051

针对一类具有不确定性、外部扰动和执行器部分失效的非线性工业过程,提出一种鲁棒模糊容错切换控制方法。首先,构建新型多自由度T-S模糊状态空间模型,在此基础上,结合执行器部分失效的情况设计控制律。其次,给出基于线性矩阵不等式(LMI... 详细信息

针对一类具有不确定性、外部扰动和执行器部分失效的非线性工业过程,提出一种鲁棒模糊容错切换控制方法。首先,构建新型多自由度T-S模糊状态空间模型,在此基础上,结合执行器部分失效的情况设计控制律。其次,给出基于线性矩阵不等式(LMI)的容错切换条件和系统稳定条件,并通过当前系统状态和稳定性条件求取其子模型的控制律及相应权值。最后,通过对连续搅拌釜式反应器的仿真研究来验证该文方法的有效性。

关键词：执行器部分失效容错切换 T-S模糊模型鲁棒控制预测控制

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相变材料融化储热中的自然对流增强效应研究

热能动力工程 2024年第8期39卷 128-136页

作者：张路曼赵锡佳曹世豪郑州工业应用技术学院建筑工程学院河南郑州451100 河南工业大学土木工程学院河南郑州450001

为了明确相变材料融化储热中的自然对流增强效应,开展侧边恒定热源下的相变石蜡融化储热试验,建立流-固-热三场耦合下的相变材料融化储热计算模型,分析自然对流传热影响的尺寸效应和方向性,并进一步研究加热温度和初始温度等因素对储热... 详细信息

为了明确相变材料融化储热中的自然对流增强效应,开展侧边恒定热源下的相变石蜡融化储热试验,建立流-固-热三场耦合下的相变材料融化储热计算模型,分析自然对流传热影响的尺寸效应和方向性,并进一步研究加热温度和初始温度等因素对储热效率的影响。结果表明:在侧边恒定温度热源下,方腔内液相自然对流运动将导致倾斜状的融化前缘,融化储热效率提升了12.1倍;液相自然对流影响存在尺寸效应,在方腔边长小于2 mm后其增强效应基本可忽略不计;液相自然对流运动受热源方向影响显著,热源方向角由90°向270°旋转时,液相自然对流效应将被逐渐激活,流动状态将由单一大环流向若干无规则小环流转变,最终在底部热源下达到最大储热效率,并转变为波浪形的融化前缘形态;加热温度由60℃增至100℃时自然对流增强系数提升了20%,初始温度由25℃降至5℃时自然对流增强系数降低了10.2%。

关键词：相变材料融化储热自然对流增强效应

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三峡南线船闸反弧门及启闭机安全检测与评价

水电与新能源 2024年第6期38卷 59-62页

作者：王佩王孟雪涂从刚曹世豪水利部水工金属结构质量检验测试中心河南郑州450044

三峡南线船闸已运行多年,因输水廊道的环境恶劣、水头高、流速大、气蚀、泥沙冲蚀等不利因素的影响,为全面了解反弧门及液压启闭机的安全现状开展了此次安全检测。根据SL101-2014《水工钢闸门和启闭机安全检测技术规程》,进行了巡视检... 详细信息

三峡南线船闸已运行多年,因输水廊道的环境恶劣、水头高、流速大、气蚀、泥沙冲蚀等不利因素的影响,为全面了解反弧门及液压启闭机的安全现状开展了此次安全检测。根据SL101-2014《水工钢闸门和启闭机安全检测技术规程》,进行了巡视检查、闸门外观检测、启闭机性能状态检测、腐蚀检测、无损检测、闸门结构强度及启闭机容量复核。依据现场检测和结构强度复核,南线船闸反弧门及启闭机评定为“安全”,但反弧门需局部消缺,以确保船闸的持续安全稳定运行。

关键词：三峡南线船闸反弧门液压启闭机安全检测安全评价

基于ACE飞船观测的银河宇宙线与太阳风变化的统计研究

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基于ACE飞船观测的银河宇宙线与太阳风变化的统计研究

作者：曹世豪中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心)

学位级别：硕士

源自星系空间的银河宇宙线在进入日球层内后会受到太阳风磁场的调制影响。基于ACE飞船的宇宙线和太阳风观测数据,本文通过时序叠加方法统计分析了最近两个太阳活动极小年时期(2007.0-2009.0和2016.5-2019.0年)的宇宙线计数与太阳风参数... 详细信息

源自星系空间的银河宇宙线在进入日球层内后会受到太阳风磁场的调制影响。基于ACE飞船的宇宙线和太阳风观测数据,本文通过时序叠加方法统计分析了最近两个太阳活动极小年时期(2007.0-2009.0和2016.5-2019.0年)的宇宙线计数与太阳风参数的关系。结果表明宇宙线的计数受到太阳风共转作用区的强烈影响,快慢太阳风流界面的位置与宇宙线计数变化密切相关,比如流界面的穿越往往伴随着宇宙线计数的下降。我们通过对宇宙线扩散系数的计算分析了其计数变化的物理机制,第一时段的具有“雪犁”效应的宇宙线计数下降对应于流界面附近的扩散系数急剧下降,而第二时段的非“雪犁”效应的计数下降理论上是由穿越流界面后的扩散系数增大引起。此外,结果显示日球层电流片也与宇宙线计数变化存在一定的相关性,宇宙线粒子在日球层电流片附近存在一定程度的堆积,这种现象与宇宙线的扩散和漂移效应的平衡相关。最后,基于观测数据和传统的Parker宇宙线传输理论,我们探讨了太阳风流界面和日球层电流片对宇宙线计数的共同作用的物理机制,认为漂移和扩散效应决定了宇宙线在1AU附近内的分布变化情况。

关键词：银河宇宙线太阳风共转作用区流界面日球层电流片

基于波前相差检测的193nm激光单脉冲能量测量方法的研究

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基于波前相差检测的193nm激光单脉冲能量测量方法的研究

作者：曹世豪长春理工大学

学位级别：硕士

激光在我国农业、工业、国防等领域内有着非常重要的作用。随着激光技术的飞速发展,对激光能量测量精度的要求也越来越严格。我国目前准备研制的193nm光刻系统中对于其工作线宽要求实现90nmm以下,对于其检测仪器就提出了更高的要求,尤... 详细信息

激光在我国农业、工业、国防等领域内有着非常重要的作用。随着激光技术的飞速发展,对激光能量测量精度的要求也越来越严格。我国目前准备研制的193nm光刻系统中对于其工作线宽要求实现90nmm以下,对于其检测仪器就提出了更高的要求,尤其是在对光源的能量检测上尤为重要。本文通过对目前国内外激光能量测量、波形测量以及相位探测方法等进行了分析比对,指出了它们的优缺点。针对193nm激光能量测量提出了一种基于波前相差检测的精确测量方法,通过大量的理论分析与研究,验证了该方法的可行性,并且同时指出了利用本方法进行测量时的影响最终能量测量的误差因素。本论文的主要工作主要包括：通过对相关文献的查阅,总结了目前单脉冲能量测量的方法,并且对其进行了比对分析,指出通过传统的能量测量方法是不能够达到精确测量193rnm激光单脉冲能量,因此需要探索一种高精度测量激光脉冲能量的方法,也就是本文提出的基于波前相差检测的方法进行激光脉冲能量的测量。与此同时,本人积极的与相关公司技术人员进行了探讨,在数据采集卡方面,由于最终的能量是通过积分得到的,所以对数据采集卡的采样率以及分辨率有着较高的要求,因此对于数据采集卡需要进行严格的限制。在以上工作的前提下,通过软件进行了数据处理工作,得出了单脉冲能量测量非常重要的结论,比如当波相差很小的时候,光强的波动和位相的波动是一致的,在最终波相差计算的时候光强的取值需要进行统计学上的计算等结论对193nm激光光源设计者来讲是非常有利用价值的。

关键词：激光能量测量五步移相相位

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围压对TBM滚刀破岩影响的数值模拟研究

岩土工程学报 2019年第1期41卷 154-160页

作者：翟淑芳曹世豪周小平毕靖河南工业大学土木建筑学院河南郑州450000 重庆大学土木工程学院重庆400045

采用一种新的无网格数值计算方法—广义粒子动力学法(GPD),研究了水平方向围压为0,5,10,15,20 MPa条件下,全断面隧道掘进机(TBM)滚刀的破岩过程及破岩模式,分析了围压对岩体可掘性的影响。得到:(1)围压的存在抑制中央裂纹的扩展;(2)随... 详细信息

采用一种新的无网格数值计算方法—广义粒子动力学法(GPD),研究了水平方向围压为0,5,10,15,20 MPa条件下,全断面隧道掘进机(TBM)滚刀的破岩过程及破岩模式,分析了围压对岩体可掘性的影响。得到:(1)围压的存在抑制中央裂纹的扩展;(2)随着围压的增加,赫兹裂纹的扩展方向发生偏转,与水平面的夹角变小;(3)相同贯入度下,随着围压的增加,滚刀法向力及其掘进指数均增加。利用GPD法分析了锦屏二级水电站隧道施工中,含节理的岩层中高地应力对TBM滚刀破岩的影响,成功模拟出高地应力下节理岩体的板裂化现象,得到高地应力能够使岩体产生板裂化促进滚刀破岩。

关键词：广义粒子动力学围压破岩板裂化 TBM

CRTSⅠ型双块式无砟轨道湿度场分布特性研究

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铁道科学与工程学报 2021年第12期18卷 3075-3082页

作者：曹世豪翟淑芳陈俊旗河南工业大学土木工程学院河南郑州450001

双块式无砟轨道在建造初期会出现界面开裂病害现象,该病害的形成与轨道结构内早期湿度场的非均匀分布直接相关。为了分析双块式无砟轨道内湿度扩散机理及湿度场分布规律,建立复杂环境下CRTSⅠ型双块式无砟轨道由施工到运行全过程的湿度... 详细信息

双块式无砟轨道在建造初期会出现界面开裂病害现象,该病害的形成与轨道结构内早期湿度场的非均匀分布直接相关。为了分析双块式无砟轨道内湿度扩散机理及湿度场分布规律,建立复杂环境下CRTSⅠ型双块式无砟轨道由施工到运行全过程的湿度场计算模型,考虑双块式无砟轨道的施工顺序,分析环境大气干燥、内部水化自干燥、局部积水浸润历时等因素对轨道结构内湿度场分布的影响。研究结果表明:复杂环境下,双块式无砟轨道各部件内湿度场分布大致可为分表层环境大气干燥、中间水化自干燥、底层积水浸润等3个区域,且湿度场自上而下呈非线性分布。在内部湿度的持续扩散下,无砟轨道各部件的湿度梯度由非线性向线性分布转变。由于CRTS I型双块式无砟轨道的时序式施工特点,会在轨枕与道床板、道床板与基础界面处形成较大的湿度梯度。在道床板浇筑完成初期,轨枕与道床板界面处的最大湿度梯度为25.08×100%/m,在养护90 d后降至0.88×100%/m。在混凝土弹性模量增加与内部湿度降低的竞争作用下,可能导致轨道结构界面的早期开裂,降低轨道结构的使用寿命。当层间裂缝内存在积水时,道床板底层湿度将迅速上升至100%的饱和状态。在浸水历时超过60 d后,道床板内湿度场基本在外界大气干燥和底面局部浸水下达到平衡。

关键词：无砟轨道复杂环境湿度场界面开裂