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基于T形管的自复叠制冷系统性能分析

工程热物理学报 2024年第3期45卷 652-660页

作者：苏丹丹许媛欣许伟聪赵力天津大学机械工程学院天津300350

T形管中非共沸工质的组分分布对组分可调热力循环性能有重要影响。但目前的研究均是基于理想分离假设分析T形管对热力循环的影响。为研究T形管实际分离性能对热力循环性能的影响,设计了一种基于T形管的新型自复叠制冷系统。对制冷工况下... 详细信息

T形管中非共沸工质的组分分布对组分可调热力循环性能有重要影响。但目前的研究均是基于理想分离假设分析T形管对热力循环的影响。为研究T形管实际分离性能对热力循环性能的影响,设计了一种基于T形管的新型自复叠制冷系统。对制冷工况下T形管中R134a/R600a的组分分布进行数值模拟,基于数值模拟结果对新型自复叠制冷系统性能进行计算分析。结果表明:T形管出口的流量分配比越高,其分离效率越大。当干度大于0.8或R134a质量分数大于0.7时,T形管两个出口的分离效率相对较小。与无分离的制冷系统相比,基于T形管的自复叠制冷系统的COP可提升0.83%至18.69%,单位容积制冷量可提高3.09%至36.2%,过冷器热负荷可降低11.6%至31.3%。

关键词：自复叠制冷系统非共沸工质 T形管组分分离热力学分析

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离心叶轮失速涡结构演化与耦合特征研究

推进技术 2024年第4期45卷 91-99页

作者：钟云红刘正先李孝检赵明天津大学机械工程学院天津300350

为深入解析离心压气机旋转失速的涡流耦合演化机理,基于Eckardt离心叶轮全通道非定常数值模拟数据,利用涡系识别法和傅里叶频谱分析等方法研究了失速工况下叶轮中关键涡流结构的空间分布特征及非定常演化规律,发现失速流场同时存在两类... 详细信息

为深入解析离心压气机旋转失速的涡流耦合演化机理,基于Eckardt离心叶轮全通道非定常数值模拟数据,利用涡系识别法和傅里叶频谱分析等方法研究了失速工况下叶轮中关键涡流结构的空间分布特征及非定常演化规律,发现失速流场同时存在两类涡流结构:叶片前缘龙卷风涡和叶顶泄漏涡,两类流动结构交替演化、相互作用,形成了以63%叶轮转速周向传播的失速团,促使离心叶轮失速。具体体现为:叶顶泄漏涡形成并发展,裹挟、牵引叶片前缘分离涡从叶顶开始剥离,直至完全从叶片吸力面脱落。脱落后的分离涡沿周向运动,受到叶片阻挡产生溢流,该溢流流体在叶片压力面与吸力面横向压差的作用下演变为龙卷风涡,该龙卷风涡在周向运动过程中被叶片“截断”为两段而后向下游扩散并逐渐耗散消失。之后新的叶顶泄漏涡又逐渐兴起,形成下一个涡流演化周期。两种涡结构此消彼长、周而复始,共同构成了失速演化特征。

关键词：离心叶轮旋转失速龙卷风涡结构叶顶泄漏涡耦合演化

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冷冻箱内工质泄漏及燃爆风险

工程热物理学报 2024年第5期45卷 1284-1289页

作者：候召宁杨昭赵延峰郭长振贺红霞李建胡岩松天津大学机械工程学院天津3300350

新一代低温室效应工质的可燃性是限制其进一步推广应用重要因素,开展有限空间内可燃性工质泄漏燃爆及沉积特性研究至关重要。基于有限空间内工质泄漏燃爆特点,构建了冷冻箱的三维有限空间内工质泄漏模型,围绕工质泄漏扩散过程开展了数... 详细信息

新一代低温室效应工质的可燃性是限制其进一步推广应用重要因素,开展有限空间内可燃性工质泄漏燃爆及沉积特性研究至关重要。基于有限空间内工质泄漏燃爆特点,构建了冷冻箱的三维有限空间内工质泄漏模型,围绕工质泄漏扩散过程开展了数值模拟研究,探讨了泄漏方向、泄漏孔径及风机转速对冷冻箱内工质泄漏扩散过程的浓度变化,并就不同因素的R290和R600a工质泄漏特性进行了对比。研究表明:气体密度对工质泄漏及沉积特性的影响较大,R290相比R600a具有更大燃爆风险:较小孔径的工质泄漏将增加有限空间内工质的燃爆风险:较小密度的工质发生泄漏后,风机运转将明显降低有限空间的燃爆风险。

关键词：冷冻箱有限空间工质泄漏:爆炸风险理论分析

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融合注意力机制的刀具磨损预测方法

天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2024年第4期57卷 362-373页

作者：董靖川武晓鑫高宇博苏德鹏天津大学机械工程学院天津300072

刀具的磨损状态影响着工件表面质量与加工稳定性,故实现其磨损量的准确监测对于保证加工可靠性、维持生产加工连续性具有积极作用.为进一步提高刀具磨损预测模型的泛化性能和准确度,提出一种融合注意力机制的多尺度卷积双向门控循环(mul... 详细信息

刀具的磨损状态影响着工件表面质量与加工稳定性,故实现其磨损量的准确监测对于保证加工可靠性、维持生产加工连续性具有积极作用.为进一步提高刀具磨损预测模型的泛化性能和准确度,提出一种融合注意力机制的多尺度卷积双向门控循环(multiscale convolutional bidirectional gated recurrent unit-attention,MSCBGRU-A)神经网络的刀具磨损预测方法,其由特征拓展模块、多尺度卷积模块、双向GRU模块、注意力模块、回归模块组成.首先,将切削力、声发射、振动信号作为输入信号,输入信号通过多尺度卷积模块获得多个尺度的刀具磨损输出特征图,将多个卷积通道输出的特征图输入到连接层进行首尾和层叠两种方式的连接来获得两种输出数据.然后,将两种输出数据分别输入到双向GRU模块与注意力模块,通过双向GRU模块学习输出特征图动态变化来获取时序特征,通过注意力模块对多尺度卷积神经网络的输出进行权值分配,强化对刀具磨损预测结果贡献度更大的特征.最后,通过回归模块对磨损值进行预测.经过对比实验引入混合域注意力机制的基于卷积块的注意力机制(convolutional block attention mechanism,CBAM),获得MSCBGRU-CBAM模型,并且通过绘制CBAM的注意力权重图证明注意力机制可以自适应地关注与刀具磨损更相关的特征.与其他深度学习模型进行对比实验表明,MSCBGRU-CBAM模型具有最高的预测精度,且与未使用注意力机制的MSCBGRU模型相比,RMSE降低19.3%,MAE降低17.7%,R 2提高2.7%.

关键词：刀具磨损预测多尺度卷积神经网络注意力机制门控循环单元

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基于三维关键点投票的物体位姿估计方法

天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2024年第3期57卷 291-300页

作者：王太勇于恩霖天津大学机械工程学院天津300350 天津仁爱学院天津301636

针对单帧RGB-D图像进行物体六自由度位姿估计时,在物体遮挡、光线情况不良、低纹理情况下性能不佳的问题,本文设计了一种基于多网络特征融合(颜色特征提取网络和点云特征提取网络)的深度学习网络.首先,使用颜色特征提取网络提取RGB图像... 详细信息

针对单帧RGB-D图像进行物体六自由度位姿估计时,在物体遮挡、光线情况不良、低纹理情况下性能不佳的问题,本文设计了一种基于多网络特征融合(颜色特征提取网络和点云特征提取网络)的深度学习网络.首先,使用颜色特征提取网络提取RGB图像中的纹理特征,使用点云特征提取网络计算深度图中的点云特征,进行几何特征与纹理特征计算后,回归计算点云的关键点投票及实例语义信息.然后,通过投票聚类方式计算每个实例的所属类别和关键点位置.将RGB-D图像中的颜色信息与几何信息分别计算,由于后续操作需要充分考虑像素及点云的局部信息与全局信息,分别使用改进后的残差神经网络和RIPoint(residuals inverted point)网络提取数据特征.采用神经网络中的特征融合方法将颜色信息与几何信息充分提取,为后续模块提供更有效的点云特征.使用深度霍夫投票算法与均值偏移聚类算法计算实例的三维关键点坐标.最后,利用最小二乘拟合方法计算预测三维关键点的物体位姿参数.在LineMOD数据集和YCB-Video数据集上进行测试,实验结果表明:与六自由度物体位姿估计方法相比,本文模型预测的物体位姿准确率高于其他方法,平均准确率分别达到99.5%和96.9%.网络同时基本满足实时性要求,完成一帧RGB-D图像的多实例物体位姿估计时间需0.06 s.

关键词：物体位姿估计深度学习机器视觉点云

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垂向振动下坐姿人体局部频率敏感特性研究

天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2024年第5期57卷 482-488页

作者：林杰威李蒙郭智林泽峰张俊红天津大学机械工程学院天津300072 天津仁爱学院天津300072

为了研究振动频率对坐姿人体局部舒适性的影响,开展了人体最不适部位主观评价测试,依据主观评价结果构建了振动频率-人体部位舒适感的层次树,定量分析了定义于3.15~31.50 Hz范围内各个三分之一倍频程中心频率的振动激励对于局部不适感... 详细信息

为了研究振动频率对坐姿人体局部舒适性的影响,开展了人体最不适部位主观评价测试,依据主观评价结果构建了振动频率-人体部位舒适感的层次树,定量分析了定义于3.15~31.50 Hz范围内各个三分之一倍频程中心频率的振动激励对于局部不适感的贡献.随后进行了全身振动下人椅界面-人体局部传递率测试,关注传递率的频率峰值与局部不适感敏感频率的对应关系.在不同振动强度下拟合多个局部的振动不适感与全身不适感的数学关系,得到各局部不适感对全身不适感的贡献度.结果表明:全身振动下,坐姿人体“最不适”部位受振动频率影响显著,且这种频率敏感特性对振动强度不敏感.31.50 Hz以下振动造成的不适感主要集中在头部、胸部和腹部,头部对10.00~25.00 Hz的振动具有更明显的不适感,胸部和腹部分别对3.15~5.00 Hz和5.00~8.00 Hz的振动更敏感.即使人体各部位敏感频率不同,但都与座椅至该部位的传递率峰值频率接近,这表明了人体局部主客观响应间的对应关系.进而可以通过层次分析法得到分别适用于头部、胸部和腹部的频率权重.输入人体的振动激励经该计权处理后可反映坐姿人体垂向振动下的局部舒适度水平,从而为舒适性设计提供指导.

关键词：全身振动局部振动坐姿人体振动不适感传递率频率计权

侧倾-垂向双轴激励下的坐姿人体生物动力学特性

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声学学报 2024年第2期49卷 183-193页

作者：林泽峰林杰威郑旭刘迟邱毅浙江大学能源工程学院杭州310027 天津大学机械工程学院天津300354

研究了侧倾-垂向双轴激励下的坐姿人体动力学特性。测取了8名被试者在单轴随机侧倾振动下的动力学响应,通过人椅交界面处的角加速度和力矩定义了视在惯量,识别了人体在侧倾方向上位于1 Hz和2.5 Hz方向的两阶共振。随后引入垂向振动,对侧... 详细信息

研究了侧倾-垂向双轴激励下的坐姿人体动力学特性。测取了8名被试者在单轴随机侧倾振动下的动力学响应,通过人椅交界面处的角加速度和力矩定义了视在惯量,识别了人体在侧倾方向上位于1 Hz和2.5 Hz方向的两阶共振。随后引入垂向振动,对侧倾-垂向双轴激励下的人体响应开展频响函数分析与偏相干分析,分析了人体垂向响应与侧倾响应的耦合关系。研究发现,侧倾振动在0~10 Hz测试频率范围内对人体动力学响应特性几乎没有影响,垂向振动在两阶侧倾共振频率附近对包括模态频率、视在惯量幅值等侧倾动力学特性几乎没有影响。最后,面向侧倾与垂向振动激励,建立了人体动力学模型并识别了其中的动力学参数,实现了单一模型对双轴激励下人体响应的预测。

关键词：全身振动视在惯量生物动力学双轴振动

变截面压电悬臂梁能量采集器在高斯白噪声激励下的稳态统计特性研究

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振动工程学报 2024年第5期37卷 864-874页

作者：周坤涛杨涛葛根郝淑英冯晶晶张琪昌天津工业大学机械工程学院天津300387 天津理工大学工程训练中心天津300384 天津理工大学机械工程学院天津300384 天津大学机械工程学院天津300072

环境振动是一种非周期、随机的宽频激励,研究振动能量采集器在环境振动下的能量采集特性具有重要意义。本文采用改进随机平均法,求解了变截面压电梁在高斯白噪声激励下的等效振幅、位移、速度的稳态概率密度函数,位移与速度的联合概率... 详细信息

环境振动是一种非周期、随机的宽频激励,研究振动能量采集器在环境振动下的能量采集特性具有重要意义。本文采用改进随机平均法,求解了变截面压电梁在高斯白噪声激励下的等效振幅、位移、速度的稳态概率密度函数,位移与速度的联合概率密度函数以及稳态均方输出电压,随后研究了变截面压电梁的能量采集效能。结果表明:负载电阻一定时,截面系数β>0时的变截面压电梁相比β=0时的等截面压电梁有更好的稳态均方输出电压;截面系数β>0时,随着电阻电容乘积的倒数的增加,变截面压电梁的均方电压均呈现逐渐减小的趋势,当电阻电容乘积的倒数值一定时,β值越大,均方电压也越高;随着噪声强度的增加,变截面压电梁的均方电压均呈现逐渐增大的趋势,当噪声强度一定时,β值越大,均方电压也越高。本文研究结果可为变截面压电悬臂梁能量采集系统的设计及应用提供理论依据。

关键词：能量采集器变截面压电悬臂梁高斯白噪声激励稳态概率密度均方电压

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污泥脱水技术研究进展及碳排放比较分析

中国环境科学 2024年第6期44卷 3259-3269页

作者：李丽萍颜蓓蓓王智孙昱楠李宁陶俊宇王媛陈冠益天津大学环境科学与工程学院天津300072 天津商业大学机械工程学院天津300134

本文综述了几种常规污泥脱水技术(污泥浓缩、机械脱水和深度脱水)和几种新兴的污泥低能耗深度脱水技术(低温干化、生物干化和超临界CO_(2)脱水)的原理及特点,并重点对重力浓缩、机械脱水、预处理脱水、热干化、太阳能干化、热泵干化、... 详细信息

本文综述了几种常规污泥脱水技术(污泥浓缩、机械脱水和深度脱水)和几种新兴的污泥低能耗深度脱水技术(低温干化、生物干化和超临界CO_(2)脱水)的原理及特点,并重点对重力浓缩、机械脱水、预处理脱水、热干化、太阳能干化、热泵干化、生物干化、超临界CO_(2)脱水这几种技术进行了碳排放核算和对比分析.结果表明,常规脱水技术相对较为成熟,应用较广,但存在能耗高、药耗高、碳排放高的“三高”问题.其中,污泥热干化技术的碳排放量最大(2070.21kgCO_(2)/t DS),使用化学药剂产生的碳排放占机械脱水和预处理脱水技术碳排放的75%以上.新兴的太阳能干化、热泵干化、生物干化和超临界CO_(2)脱水技术的碳排放量分别为32.67,1074.36,58.78,490.16kgCO_(2)/t DS,表现出较好的碳减排潜力,通过推进优化工艺技术,降低运行成本,有望替代常规脱水技术.本研究结果可为污泥低碳脱水技术的开发和选择提供重要的参考依据.

关键词：污泥脱水热干化碳排放

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