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超音速动力喷雾装置结构优化及尘噪协同控制效果研究

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煤炭学报 2024年

作者：张天陶爽葛少成李胜王长友穆新升郭雨浩辽宁工程技术大学安全科学与工程学院矿山热动力灾害与防治教育部重点实验室太原理工大学安全与应急管理工程学院辽宁地质工程职业学院辽宁工程技术大学矿业学院中煤西安设计工程有限责任公司

超音速同轴气动喷雾降尘技术在呼吸性粉尘方面治理良好，其具有喷雾浓度高、雾滴粒径小、运动速度快等优势，但会带来严重的噪声污染，尤其是高频噪声。为解决该问题，课题组对该技术装置进行了结构优化。通过COMSOL Multiphysics软件... 详细信息

超音速同轴气动喷雾降尘技术在呼吸性粉尘方面治理良好，其具有喷雾浓度高、雾滴粒径小、运动速度快等优势，但会带来严重的噪声污染，尤其是高频噪声。为解决该问题，课题组对该技术装置进行了结构优化。通过COMSOL Multiphysics软件研究了该装置优化前后拉瓦尔喷管内流场速度分布及声场分布，验证了其可行性。并结合实验，利用YSD130噪声分析仪、激光粒度分析仪、粉尘采样器开展测量，研究了不同气动压力、水流量下的喷雾噪声特性和变化规律及两喷嘴的雾滴粒径、降尘效率。研究表明：在拉瓦尔喷管内，两喷嘴声压级沿中心轴向外皆逐渐降低。优化后喷管内超音速层的厚度减小，使其所对应的声压级降低。当水流量为10 L/h时，随气动压力增大，两喷嘴声源处高频段声压级均呈增长趋势，传播方向处优化前呈先增大后减小趋势转变为上升趋势。优化后声源处声压级降低了约16.7%，峰值声压级降低了8.5%～9.3%，传播方向处声压级降低了约18%。气动压力为0.4 MPa时，随水流量增大，声源处优化前声压级由一直增大转变为低频段声压级呈先上升后下降趋势，中高频段呈上升趋势，传播方向处优化前呈先增大后减小趋势转变为下降趋势。优化后喷嘴声源处声压级降低了约9.8%，峰值声压级降低了19.2%～20.9%，传播方向处声压级降低了约12.7%。压力为0.4 MPa，水流量为12 L/h时，两喷嘴雾滴数量在50%的雾滴粒径皆在11 μm左右，空间分布均匀。降尘效果随着测试时间的增加呈线性增长，降尘效率皆达到84%以上。研究在保证喷雾降尘效果的同时，通过结构优化降低了雾化过程的致噪声压级，为超音速动力降尘喷雾的安全应用及粉尘、噪声的协同控制提供了理论与技术支持。

关键词：超音速同轴雾化结构优化噪声测量降尘效率喷雾效果

基于滤膜称重法的自动化粉尘质量浓度检测装置的研究

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煤炭学报 2024年第7期49卷 2997-3006页

作者：陈清华许曾生王小润江丙友唐明云胡祖祥邱进伟周亮安徽理工大学矿山智能装备与技术安徽省重点实验室安徽淮南232001 安徽理工大学环境友好材料与职业健康研究院(芜湖) 安徽芜湖241003 安徽理工大学工业粉尘防控与职业安全健康教育部重点实验室安徽淮南232001 安徽理工大学机械工程学院安徽淮南232001

传统滤膜称重法操作过程繁琐、检测周期长,且自动化程度低,虽精度高但无法满足粉尘质量浓度实时检测需求。设计了粉尘质量浓度自动检测装置,通过建立温湿度补偿模型,替代手工称重法中采样后滤膜烘干的步骤,进一步缩减粉尘质量浓度检测... 详细信息

传统滤膜称重法操作过程繁琐、检测周期长,且自动化程度低,虽精度高但无法满足粉尘质量浓度实时检测需求。设计了粉尘质量浓度自动检测装置,通过建立温湿度补偿模型,替代手工称重法中采样后滤膜烘干的步骤,进一步缩减粉尘质量浓度检测时间以及粉尘质量浓度检测装置体积。搭建试验样机并调试实验,结果表明,煤矿井下常用的CCZ-20A型粉尘采样器与本装置检测得到的粉尘质量折算浓度经过计算其标准偏差在5%以内,一元线性回归拟合分析下的实验数据拟合相关性较好。为进一步提升装置的检测精度,研究基于傅里叶级数、线性拟合以及周期拟合相结合的误差补偿方法,设计出装置浓度计算流程并代入原始数据中,将该装置检测浓度误差由原始的(-7.20%,-1.26%)集中至(-3.64%,3.65%)。引入装置浓度计算流程后进行多次对比实验,实验结果显示装置浓度检测误差均在此区间内,验证了装置浓度计算流程的可靠性。该装置缩短了粉尘质量浓度检测所需时间,同时检测误差控制在合理的范围内,进而为滤膜称重法在粉尘质量浓度在线监测方面的研究提供一定的参考。

关键词：滤膜称重法粉尘质量浓度自动称重温湿度补偿误差补偿

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不同钻孔注热时序下煤层温度场变化规律研究

中国矿业 2024年第3期33卷 187-195页

作者：杨旭太原理工大学安全与应急管理工程学院山西太原030024 中煤科工能源科技发展有限公司北京100013

分析评价煤矿井下采用不同的注热时序进行钻孔注热时,煤层温度场的动态演变规律对于优化注热抽采瓦斯工艺及方案、进一步提高煤矿井下注热抽采瓦斯效率具有重要的理论意义。本文基于渗流力学、传热学等理论,建立流热耦合数值计算模型,... 详细信息

分析评价煤矿井下采用不同的注热时序进行钻孔注热时,煤层温度场的动态演变规律对于优化注热抽采瓦斯工艺及方案、进一步提高煤矿井下注热抽采瓦斯效率具有重要的理论意义。本文基于渗流力学、传热学等理论,建立流热耦合数值计算模型,针对单一钻孔间歇注热及相邻钻孔交替注热的两种注热工艺条件下煤层温度场变化规律开展数值模拟研究。研究结果表明:单一钻孔间歇注热过程中,煤层温度场呈现单峰形态。当注热总时长相同时,在钻孔周边一定范围内,间歇注热周期越长,钻孔附近煤体温度的均值越低,温度场非均匀性越弱。相邻钻孔交替注热时,煤层温度场呈现出双峰形态。当注热总时长相同时,在钻孔周边一定范围内,交替注热周期越长,钻孔附近煤体温度的均值越低,温度场非均匀性越弱;在钻孔附近一定范围内,当交替注热周期相同时,钻孔间距越大,煤体温度越高,温度场非均匀性越强。对于不同的注热方式及钻孔布置的煤层加热效率为:单一钻孔间歇注热研究结果对于注热开采瓦斯技术优化与效率提升具有重要意义。

关键词：钻孔注热瓦斯抽采温度场传热学

虚假数据注入式攻击下无人水面船舶自适应神经输出反馈轨迹跟踪控制

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自动化学报 2024年第7期50卷 1472-1484页

作者：祝贵兵吴晨马勇浙江海洋大学船舶与海运学院舟山316022 武汉理工大学水路交通控制全国重点实验室武汉430063 武汉理工大学航运学院武汉430063 武汉理工大学国家水运安全工程技术研究中心武汉430063 中国远洋海运集团院士工作站上海200135

本文主要研究网络环境下无人水面船舶(Unmanned surface vessels,USVs)遭受虚假数据注入式(False-data-injection,FDI)攻击的跟踪控制问题.其中,内部和外部不确定以及输入饱和约束等实际因素均考虑在设计中.在控制设计过程中,为避免将... 详细信息

本文主要研究网络环境下无人水面船舶(Unmanned surface vessels,USVs)遭受虚假数据注入式(False-data-injection,FDI)攻击的跟踪控制问题.其中,内部和外部不确定以及输入饱和约束等实际因素均考虑在设计中.在控制设计过程中,为避免将船舶速度的攻击信号引入闭环系统,采用分类重构思想,构造一种新的神经网络(Neural network,NN)状态观测器,同时重构船舶速度和攻击信号.进一步,在backstepping设计框架下,利用重构的攻击信号补偿USVs运动学通道因虚假数据注入式攻击引起的非匹配不确定项.在动力学设计通道中,利用自适应神经技术和单参数学习法,重构由内部和外部不确定组成的复合不确定部分,进而提出自适应神经输出反馈控制方案.理论分析表明,即便在FDI攻击、内外不确定以及执行器饱和约束的情况下,所提控制方案仍能迫使USVs跟踪给定的参考轨迹.同时,仿真和比较结果证实了所提控制方案的有效性和优越性.

关键词：无人水面船舶虚假数据注入式攻击跟踪控制单参数学习法自适应神经控制输出反馈

随机轮载下钢桥面顶板与纵肋焊缝疲劳裂纹扩展特性研究

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振动与冲击 2024年第1期43卷 193-201页

作者：鲁乃唯刘静王凯王鸿浩长沙理工大学土木工程学院长沙410114 长沙理工大学桥梁工程安全控制技术与装备湖南省工程技术研究中心长沙410114 湖南省建设工程质量检测中心有限责任公司长沙410114

车辆轮迹横向分布是钢桥面板焊缝处产生随机应力谱的一项关键因素,加之焊接缺陷形态的随机性,诱发钢桥面板疲劳裂纹随机扩展行为。为了研究钢桥面顶板焊缝处疲劳裂纹的随机扩展特性,基于断裂力学理论与扩展有限元方法分析了轮迹横向分... 详细信息

车辆轮迹横向分布是钢桥面板焊缝处产生随机应力谱的一项关键因素,加之焊接缺陷形态的随机性,诱发钢桥面板疲劳裂纹随机扩展行为。为了研究钢桥面顶板焊缝处疲劳裂纹的随机扩展特性,基于断裂力学理论与扩展有限元方法分析了轮迹横向分布对钢桥面板顶板焊根和焊趾等效应力强度因子的影响规律,揭示了轮迹横向分布离散度、初始裂纹深度和初始裂纹形态比对焊缝处疲劳裂纹随机扩展路径分布的影响规律。结果表明:轮载中心处于U肋正上方中心和焊缝中心位置分别为顶板焊趾和焊根的最不利横向加载工况;车辆轮迹横向分布对顶板焊根和顶板焊趾疲劳裂纹前缘应力强度因子影响差异显著,顶板焊根最大等效应力强度因子为85.99 MPa·mm^(1/2),比顶板焊趾增加了6.72%;轮迹横向分布离散度和初始裂纹深度与钢桥面板焊缝处疲劳裂纹随机扩展路径分布离散程度成正相关,初始裂纹形态比与其成负相关;焊缝细节初始裂纹深度越大,车辆荷载对其横向影响范围越大;焊缝细节初始裂纹形态比越大,车辆荷载对其横向影响范围变化不明显。

关键词：桥梁工程钢桥面板扩展有限元随机扩展路径轮迹横向分布应力强度因子

变形前初始组织对ECAP变形Mg-9Al-1Si合金高温蠕变性能的影响

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精密成形工程 2024年

作者：姚梦龄赵庆杨欢向芮萱李菲李明王红霞中国兵器装备集团西南技术工程研究所太原理工大学材料科学与工程学院先进镁基材料山西省重点实验室

目的研究不同预处理工艺对Mg-Al-Si合金变形组织演变和高温蠕变性能影响规律，探索不同预处理工艺后变形合金的高温蠕变机制。方法在Mg-9Al-1Si耐热镁合金ECAP变形前通过超声（UC）结合固溶（T4）和时效（T6）处理调控获得不同形貌的... 详细信息

目的研究不同预处理工艺对Mg-Al-Si合金变形组织演变和高温蠕变性能影响规律，探索不同预处理工艺后变形合金的高温蠕变机制。方法在Mg-9Al-1Si耐热镁合金ECAP变形前通过超声（UC）结合固溶（T4）和时效（T6）处理调控获得不同形貌的初始微观组织，对不同形貌组织的合金经过ECAP变形后，采用OM、SEM和XRD等分析测试手段对挤压前后的合金进行显微组织观察和物相分析，研究初始组织对ECAP态合金组织演变的影响规律；利用电子蠕变试验机对于挤压后试样进行高温蠕变性能测试，通过计算分析不同预处理状态下挤压合金的稳态蠕变速率和蠕变激活能，探索出合金的高温蠕变机制。结果超声预处理能够细化合金基体枝晶，改善Mg2Si与Mg17Al12相的形貌和分布，同时促进层片状Mg17Al12相析出。ECAP变形之后，不同初始组织的基体晶粒均显著细化，其中未预处理直接挤压态合金粗晶区与细晶区混杂交错，粗大的Mg2Si和Mg17Al12相未得到完全碎化；UC单级预处理的挤压态合金内部无明显的混晶组织，晶粒大小分布均匀，平均尺寸达到25.99μm，同时第二相得到显著碎化且均匀分布；（UC+T4/T6）双级预处理后挤压态合金的晶粒尺寸进一步细化，但出现了粗晶区与细晶区的混晶组织。在448K/50MPa的蠕变条件下，经UC单级预处理后的ECAP态合金蠕变性能最好，稳态蠕变速率为4.17×10-7s-1，相比未预处理直接ECAP态合金降低了一个数量级，其蠕变激活能为134.475kJ/mol。结论在（448～498）K/50MPa的蠕变条件下，经UC单级预处理和UC+T4双级预处理后挤压态Mg-9Al-1Si合金的蠕变机制均为受自由扩散控制的位错攀移机制，UC+T6双级预处理挤压态合金的蠕变机制为受晶界扩散控制的位错滑移机制。

关键词： Mg-9Al-1Si 等通道转角挤压(ECAP) 预处理显微组织蠕变性能

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MMC子模块开关器件开路故障诊断策略

南方电网技术 2024年第6期18卷 10-19页

作者：刘宗沛吕世轩郑丽君刘琛煤矿电气设备与智能控制山西省重点实验室(太原理工大学) 太原030024 国网山西省电力公司电力科学研究院太原030001

模块化多电平换流器(modularmultilevelconverter,MMC)内部开关器件发生开路故障时,会导致输出电流畸变,相间环流增大,严重危害设备的安全稳定运行。准确判断开关器件开路故障发生的子模块是MMC系统稳定运行的关键,分析了IGBT和续流二... 详细信息

模块化多电平换流器(modularmultilevelconverter,MMC)内部开关器件发生开路故障时,会导致输出电流畸变,相间环流增大,严重危害设备的安全稳定运行。准确判断开关器件开路故障发生的子模块是MMC系统稳定运行的关键,分析了IGBT和续流二极管发生开路故障时的故障特征,提出了一种基于电容电压增量比值判断的IGBT开路故障诊断方法,准确判断发生IGBT开路故障的子模块;利用二极管发生开路故障时桥臂电流和开关函数的关系,提出了基于周期性故障特征累计分析的续流二极管开路故障诊断方法,准确判断发生二极管开路故障的子模块,并设计了冗余控制方案。基于RTDS仿真平台搭建了MMC整流级模型,所提出的故障诊断策略能准确判断故障器件与故障子模块,解决了开关器件开路故障难以诊断的问题。

关键词：模块化多电平换流器故障诊断 IGBT开路二极管开路冗余

基于压力信号的乳化液泵排液阀泄漏故障特征研究

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煤炭学报 2024年

作者：庞新宇刘民帅张占东韦继贵廉自生太原理工大学机械与运载工程学院煤矿综采装备山西省重点实验室山西大同大学机电工程学院

随着煤矿设备逐步智能化、大型化、无人化，对乳化液泵故障诊断技术的要求也越来越高。乳化液泵泄漏故障影响着液压支架的动作灵敏度和准确度，为了及时诊断，提出基于出口压力脉动信号识别排液阀泄漏故障的方法。从数学理论、模型仿真... 详细信息

随着煤矿设备逐步智能化、大型化、无人化，对乳化液泵故障诊断技术的要求也越来越高。乳化液泵泄漏故障影响着液压支架的动作灵敏度和准确度，为了及时诊断，提出基于出口压力脉动信号识别排液阀泄漏故障的方法。从数学理论、模型仿真和试验信号三个角度对乳化液泵排液阀泄漏故障的压力脉动机理和信号畸变进行了研究。以BRW125/31.5C型乳化液泵为例进行研究，建立了排液阀发生泄漏后一个工作周期内配流的数学模型，基于四阶龙格-库塔算法，通过MATLAB求出了数学模型的数值解，并进行了不同工况下单容积腔压力的仿真分析；基于AMESim仿真软件，研究了整泵出口压力的脉动规律，并分析排液阀不同程度泄漏和不同位置泄漏对整泵出口压力曲线产生的影响；在排液阀阀芯上设置不同的缝隙来模拟泄漏的严重程度，分别进行了正常、轻微、中等和严重泄漏四种工况下的对比试验，并验证了仿真模型的正确性。结果表明，在数学模型中，随着排液阀阀芯和阀座之间缝隙的增大，在吸液阶段故障阀对应的容积腔与大气压差减小；在物理仿真模型中，排液阀泄漏程度和吸液阶段容积腔与大气的压力差以及整泵的出口压力成反比。整泵出口压力呈现出单容积腔、双容积腔连续交替供压的规律，且A排液阀泄漏主要影响整泵出口压力曲线一个周期的前三段部分；B排液阀泄漏主要影响一个周期内的第一段、第五段和第六段部分；C排液阀泄漏主要影响一个周期的第三段、第四段和第五段部分。实际试验得出的规律和仿真规律相符，证明了通过出口压力曲线畸变对排液阀进行故障识别的可行性。

关键词：乳化液泵压力脉动排液阀泄漏故障故障识别

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不同倾角断层对底板透水影响规律研究

煤炭技术 2024年第3期43卷 184-188页

作者：朱登奎张兴华郁静静谢彪雷倩茹王泉栋太原理工大学安全与应急管理工程学院太原030000

随着煤炭开采深度不断加大,煤矿受水害威胁愈发严重。以山西某矿为背景,采用数值模拟和理论分析相结合的方法,建立存在不同倾角断层情况下的煤层开采模型。研究了矿井底板透水与不同倾角断层之间的相互关系。结果表明:在煤炭开采过程中... 详细信息

随着煤炭开采深度不断加大,煤矿受水害威胁愈发严重。以山西某矿为背景,采用数值模拟和理论分析相结合的方法,建立存在不同倾角断层情况下的煤层开采模型。研究了矿井底板透水与不同倾角断层之间的相互关系。结果表明:在煤炭开采过程中,采煤工作面和断层周围岩层的应力发生了重新分布,并随着工作面的不断推进在采煤工作面前方约35 m范围内形成应力集中区;断层倾角小的比断层倾角大的更容易形成导水裂隙带,更易发生底板透水事故;断层倾角越小,其预留保护煤柱越宽,才能够保证采煤工作面安全开采。研究结论可为矿井透水防治工作提供指导。

关键词：矿井透水不同倾角断层数值模拟塑性区