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大温升蒸汽压缩式热泵系统优化研究进展

化工进展 2024年第3期43卷 1178-1198页

作者：吴锋明李帅旗何世辉宋文吉冯自平中国科学技术大学能源科学与技术学院安徽合肥230027 中国科学院广州能源研究所广东广州510640

在“双碳”战略的背景下,大温升热泵技术不仅低碳节能,而且能够有效利用更低品位热能,向更高温领域发展。本文概述了大温升蒸汽压缩式热泵系统(大温升系统)优化的研究进展,从制冷剂、组件、循环优化、示范验证四个方面详细分析了大温升... 详细信息

在“双碳”战略的背景下,大温升热泵技术不仅低碳节能,而且能够有效利用更低品位热能,向更高温领域发展。本文概述了大温升蒸汽压缩式热泵系统(大温升系统)优化的研究进展,从制冷剂、组件、循环优化、示范验证四个方面详细分析了大温升系统可行的优化手段。分析表明:当前大温升系统实践工程的常用制冷剂仍以R134a、R245fa等高GWP制冷剂为主;而在大温升制冷剂筛选方面,自然纯制冷剂中二氧化碳(R744)适用温度范围广泛,性能表现优异;水(R718)是大温升系统突破超高温(150℃)限制的潜力制冷剂之一;有机纯制冷剂发展迅速,R1234ze(Z)、R1336mzz(Z)等具有极低的GWP与优异的热力学性质;制备R32基、HFOs基、CO_(2)基混合制冷剂低GWP的混合制冷剂是当前具有前景的思路;在组件优化方面,压缩机变频技术等成熟技术为大温升系统组件优化提供了现行方案;磁悬浮轴承技术工业产品走向成熟,可有效降低大温升系统摩擦损失;线结构换热器技术等新兴技术为大温升系统提供了新的组件优化思路;在循环优化方面,补气/补液增焓与多级压缩等成熟技术为大温升系统循环优化提供了现行方案;喷射技术与涡流管技术等研究成果对大温升系统具有优化效果,但受到工程实践经验缺少、机理研究不明等方面限制;结合示范验证部分,补气增焓技术是目前适用范围最宽泛、工业运用最成熟的大温升系统优化技术,一定条件下可提高大温升系统性能系数20%以上;串联多级压缩技术与复叠式压缩技术是提高系统温升范围、保障低温供暖的有力手段。

关键词：热泵大温升蒸汽压缩优化系统工程

中国三大城市群PM_(2.5)浓度非线性变化分析

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环境科学 2024年第2期45卷 709-720页

作者：吴舒祺顾杨旸张天岳赵文吉首都师范大学资源环境与旅游学院北京100048

以三大城市群为研究区,基于PM_(2.5)浓度数据,利用ITA和Beast方法定量分析PM_(2.5)时间序列的非线性变化过程.结果表明:①三大城市群PM_(2.5)污染程度下降明显,高浓度区域明显缩小;PM_(2.5)浓度空间极化程度降低,空间差异缩小.大多数地... 详细信息

以三大城市群为研究区,基于PM_(2.5)浓度数据,利用ITA和Beast方法定量分析PM_(2.5)时间序列的非线性变化过程.结果表明:①三大城市群PM_(2.5)污染程度下降明显,高浓度区域明显缩小;PM_(2.5)浓度空间极化程度降低,空间差异缩小.大多数地区的PM_(2.5)浓度都具有下降的趋势,但变化程度并不相同.京津冀PM_(2.5)浓度相较于长三角和珠三角,仍处于较高水平.②三大城市群PM_(2.5)浓度具有冬春季高、夏秋季低的季节变化特征.冬季与夏季PM_(2.5)浓度差异明显,PM_(2.5)浓度在夏季的收敛性大于冬季.PM_(2.5)浓度高的区域下降趋势明显,但珠三角的PM_(2.5)浓度下降趋势相较于长三角和京津冀不明显.③三大城市群PM_(2.5)浓度时间序列均具有显著下降趋势,且京津冀>长三角>珠三角;PM_(2.5)浓度在冬季下降趋势最大.PM_(2.5)污染等级越高,下降趋势越明显.④京津冀PM_(2.5)浓度时间序列趋势分量具有两个突变点,季节分量中具有一个突变点;长三角PM_(2.5)浓度时间序列的趋势分量和季节分量均无突变点;珠三角PM_(2.5)浓度时间序列的季节分量无突变点,趋势分量具有一个突变点.结果可为区域空气污染治理相关工作的开展提供科学的参考.

关键词： PM_(2.5) 创新趋势分析(ITA) 季节和趋势突变的贝叶斯估计(Beast) 非线性变化趋势突变

基于电弧声信号的窄间隙脉冲熔化极气体保护焊侧壁熔合状态在线识别

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中国机械工程 2024年第2期35卷 244-250,259页

作者：岳建锋龙新宇黄云龙郭嘉龙刘文吉天津工业大学天津市现代机电装备技术重点实验室天津300387

为在焊接过程中实时了解焊缝内部的焊接状况,构建了电弧声信号实时采集系统。在焊枪摆动中心处于不同位置的情况下,进行了电弧声信号特征与侧壁熔合状态的相关性分析。分别从时域与频域中提取了与侧壁熔合状态相关性较强的电弧声特征。... 详细信息

为在焊接过程中实时了解焊缝内部的焊接状况,构建了电弧声信号实时采集系统。在焊枪摆动中心处于不同位置的情况下,进行了电弧声信号特征与侧壁熔合状态的相关性分析。分别从时域与频域中提取了与侧壁熔合状态相关性较强的电弧声特征。为进一步提高熔合状态预测的有效性,采用电弧声特征参量构建了支持向量回归的侧壁熔合状态识别模型。为减小不良特征对识别模型的影响,显著提高模型的识别精度,采用遗传算法进行了参数寻优。参数寻优后模型的总体识别率达93.33%,实现了窄间隙侧壁熔合状态的有效识别。

关键词：窄间隙焊电弧声侧壁熔合支持向量机脉冲熔化极气体保护焊

P-GMAW起弧过程特征分析及稳定性判别方法

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焊接学报 2024年第6期45卷 53-60,67页

作者：刘文吉张亚丰王克宽岳建锋孙勇天津工业大学机械工程学院天津300387 中国石油集团工程技术研究有限公司天津300451

脉冲熔化极气体保护焊(pulsed gas metal arc welding,P-GMAW)起弧过程易产生不稳定现象,会严重影响电弧传感焊缝跟踪精度.针对这一问题,对摆动电弧窄间隙P-GMAW不稳定起弧过程的成因进行了研究,发现送丝速度对起弧过程稳定性具有重要影... 详细信息

脉冲熔化极气体保护焊(pulsed gas metal arc welding,P-GMAW)起弧过程易产生不稳定现象,会严重影响电弧传感焊缝跟踪精度.针对这一问题,对摆动电弧窄间隙P-GMAW不稳定起弧过程的成因进行了研究,发现送丝速度对起弧过程稳定性具有重要影响.通过对电弧图像与电信号特征进行对比分析,提取了表征电弧稳定性的电信号特征变量;为减小变量冗余性和过拟合,采用最大似然估计法筛选并提取了8个变量,并通过主成分分析法(principal component analysis,PCA)对变量进行融合,提取了方差贡献率最高的前两个主成分;根据因子载荷发现,相比熔滴过渡阶段和基值阶段,脉冲峰值阶段是电弧更易发生不稳定现象的阶段.结合提取的主成分变量与二分类Logistic回归模型建立了起弧过程电弧稳定性判别模型.通过受试者工作特征(receiver operating characteristic,ROC)曲线得到了模型的最佳阈值.结果表明,该模型对脉冲稳定性判别准确率达到了80%以上,表明模型具有良好的判别性能.该模型对提高窄间隙高低跟踪精度、保证焊接质量具有一定应用价值.

关键词：窄间隙焊接起弧过程稳定性主成分分析二分类Logistic回归

基于BP神经网络的电动汽车动力电池产热估计

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化工进展 2024年第1期43卷 400-406页

作者：王敬翰吕杰赵丁林文野宋文吉冯自平中国科学技术大学能源科学与技术学院安徽合肥230027 中国科学院广州能源研究所广东广州510640

电池的产热情况是电池热管理的重要指标之一,准确估计电池产热功率对构建高效运行的电池热管理系统以确保电动汽车安全行驶至关重要。然而,目前大多采用基于模型的方法进行电池产热估计,但此方法存在耗费时间长和仅应用于某种特定电池... 详细信息

电池的产热情况是电池热管理的重要指标之一,准确估计电池产热功率对构建高效运行的电池热管理系统以确保电动汽车安全行驶至关重要。然而,目前大多采用基于模型的方法进行电池产热估计,但此方法存在耗费时间长和仅应用于某种特定电池状况产热估计等缺点,无法解决电动汽车电池实时产热估计的问题。对此,本文提出了一种基于人工智能算法的精准电池产热功率估计方法,即基于BP(back propagation,BP)神经网络的电动汽车动力电池产热估计模型。该模型利用贝叶斯优化算法(Bayesian optimization,BO)对BP神经网络进行超参数选取,采用Adam(adaptive momentum estimation,Adam)优化算法加快收敛速度,提高了模型的准确度和稳定性。研究对比了不同放电倍率和不同环境温度下恒流放电实验的电池产热功率,结果表明模型的估计平均误差为5.01%,最大误差仅为5.53W,R2拟合指标最高可达99.98%,证明了所提出的电池产热估计模型取得了较高的估计精度和较强的鲁棒性,为电动汽车电池实时产热估计提供了一个范式结构。

关键词：电动汽车动力电池 BP神经网络产热估计优化算法

基于模糊PID控制的拖拉机遥控转向系统研究

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农机化研究 2024年

作者：刘九庆丁鹏于文吉东北林业大学机电工程学院

由于拖拉机实际作业环境较为恶劣,为保证驾驶员的安全,提出了一种拖拉机遥控转向系统的设计方案。首先,对拖拉机现有的液压转向系统进行了分析,并提出了遥控转向系统的结构设计和控制策略设计;然后,通过AMEsim和Simulink分别搭建了遥控... 详细信息

由于拖拉机实际作业环境较为恶劣,为保证驾驶员的安全,提出了一种拖拉机遥控转向系统的设计方案。首先,对拖拉机现有的液压转向系统进行了分析,并提出了遥控转向系统的结构设计和控制策略设计;然后,通过AMEsim和Simulink分别搭建了遥控转向系统的液压部分模型和模糊PID控制器并进行了联合仿真实验。实验结果表明:设计的遥控转向系统能够实现拖拉机的转向,模糊PID控制器相对于常规PID控制器的控制效果更好,阶跃响应时间由1.49 s缩短到1.07 s,正弦跟踪响应最大误差由0.028 m缩短到0.015 m,抗干扰性也更强。

关键词：拖拉机转向遥控转向系统模糊PID控制联合仿真

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人工林柏木重组木的结构与性能

林业科学 2024年

作者：吴婕妤吴江源张亚梅于文吉中国林业科学研究院木材工业研究所

【目的】采用定向重组技术制备人工林柏木重组木，分析其结构与性能，揭示柏木制备成重组木后性能变化的内因，为人工林柏木高值化利用提供技术参考与理论依据。【方法】制备80%、100%和120%不同压缩率柏木重组木，探究压缩率对重组木... 详细信息

【目的】采用定向重组技术制备人工林柏木重组木，分析其结构与性能，揭示柏木制备成重组木后性能变化的内因，为人工林柏木高值化利用提供技术参考与理论依据。【方法】制备80%、100%和120%不同压缩率柏木重组木，探究压缩率对重组木耐水性能、力学性能（抗弯性能和水平剪切性能）的影响规律；应用超景深显微镜（UDM）、冷场发射扫描电子显微镜（SEM）、激光共聚焦显微镜（LSM）和透射电镜（TEM）观察重组木微观结构变化以及重组木中胶液分布情况；使用剖面密度测量仪测量垂直于板面表面方向的密度梯度，分析重组木剖面密度。【结果】随着压缩率增大，重组木表面纹理颜色加深，剖面密度逐渐均匀，吸水率（WAR）、吸水厚度膨胀率（TSR）和吸水宽度膨胀率（WSR）逐渐减小，静曲强度（MOR）和水平剪切强度(HSS⊥)逐渐增大。压缩率120%时重组木WAR最小，相比原木降低34.73%，同时重组木MOR和HSS⊥达到最大，分别为125.77 MPa和17.05 MPa，相比原木分别提升53.47%和84.32%。剖面密度测量仪、扫描电镜、激光共聚焦显微镜和透射电镜观测结果显示，重组木耐水性能和力学性能提升主要是因为随着压缩率增大，木材细胞压缩密实、胶液分布范围更广，在更多的细胞腔和胞间层形成胶合位点，减少吸水时水分进入通道，抑制细胞腔回弹，增强胞间层薄弱结构。【结论】采用定向重组技术将人工林柏木制备成高性能重组木后，其力学性能显著提升；随着压缩率增大，重组木的耐水性能显著增强，压缩率120%时重组木性能达到最优。

关键词：重组材料柏木重组木压缩率耐水性能抗弯性能水平剪切性能

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新型迅捷弹箭动力学建模与姿态控制

兵工学报 2024年第7期45卷 2182-2196页

作者：赵新运于剑桥北京理工大学宇航学院北京100081

为大幅度提高弹箭的超大角度机动能力,提出一种新型迅捷弹箭动力学建模与姿态控制方法。通过在传统直接力/气动力复合控制敏捷弹箭尾部加装一类柔性可控圆伞,设计一种新型弹箭的几何构型,并划分新型迅捷转向的三个阶段。为回避牛顿欧拉... 详细信息

为大幅度提高弹箭的超大角度机动能力,提出一种新型迅捷弹箭动力学建模与姿态控制方法。通过在传统直接力/气动力复合控制敏捷弹箭尾部加装一类柔性可控圆伞,设计一种新型弹箭的几何构型,并划分新型迅捷转向的三个阶段。为回避牛顿欧拉力学在多体动力学建模过程中求解复杂约束力带来的一系列问题,以拉格朗日力学为基础,选取弹箭的位置、姿态和伞的姿态作为广义坐标,推导系统的动能,求解系统的广义力,建立以弹箭为主体的铅垂平面4自由度动力学模型。针对具有快时变性、强不确定性、强非线性等特点的柔性力/直接力/气动力复合控制律设计问题,建立系统姿态跟踪误差的状态方程,基于非奇异终端滑模面和双幂次趋近律设计具有有限时间收敛特性的姿态控制器,利用扩张状态观测器消除内外扰动对系统造成的负面影响,抑制抖振。通过仿真验证了新方法的合理性和有效性,并与传统敏捷弹箭进行仿真对比,验证了新方法有利于减小转弯半径、缩短转弯时间、减少能量消耗。

关键词：弹箭敏捷转弯柔性可控圆伞拉格朗日力学滑模控制扩张状态观测器

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新型迅捷弹箭多源力组合控制方法

系统工程与电子技术 2024年第5期46卷 1734-1744页

作者：赵新运于剑桥北京理工大学宇航学院北京100081

为大幅度提高导弹的超大角度机动能力,提出一种新型迅捷弹箭多源力组合控制方法。首先通过在传统直接力/气动力复合控制敏捷导弹尾部加装一类柔性可控伞,设计一种新型弹箭构型,然后基于合理假设将柔性可控伞简化为作用在敏捷导弹尾部的... 详细信息

为大幅度提高导弹的超大角度机动能力,提出一种新型迅捷弹箭多源力组合控制方法。首先通过在传统直接力/气动力复合控制敏捷导弹尾部加装一类柔性可控伞,设计一种新型弹箭构型,然后基于合理假设将柔性可控伞简化为作用在敏捷导弹尾部的可控柔性力,并给出可控柔性力大小、方向、驱动机构动态响应特性的量化描述方法,进而建立铅垂平面内引入可控柔性力的动力学模型,最后针对强耦合、强不确定性、快时变性、强非线性的多输入多输出系统,设计柔性力/直接力/气动力复合控制律,实现了新型弹箭的迅捷转向。通过仿真验证了所提方法的合理性和有效性,并与传统敏捷导弹进行仿真对比,验证了所提方法有利于提高超大角度机动能力。

关键词：导弹敏捷转弯柔性可控伞可控柔性力滑模控制扩张状态观测器

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