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液氮泵用低温永磁同步电机电磁设计

低温与超导 2024年第8期52卷 70-78页

作者：艾立旺刘阳李娜蒋思远许孝卓河南理工大学电气工程与自动化学院焦作454003 河南省煤矿装备智能检测与控制重点实验室焦作454003 国网焦作供电公司焦作454000

低温环境下电机材料电磁特性变化,导致常规电磁设计方法不适用液氮泵用永磁同步电机。本文提出一种基于类比法的液氮泵用低温永磁同步电机的快速设计方法,探讨了低温永磁电机电磁负荷及电流密度选取、电磁设计理论推导和电磁特性分析,... 详细信息

低温环境下电机材料电磁特性变化,导致常规电磁设计方法不适用液氮泵用永磁同步电机。本文提出一种基于类比法的液氮泵用低温永磁同步电机的快速设计方法,探讨了低温永磁电机电磁负荷及电流密度选取、电磁设计理论推导和电磁特性分析,并对电机输出转矩进行优化。结果表明:电机的电流密度选取不宜过小,在8~12 A/mm^(2)较为合适。为达到绕组热平衡,电机线负荷与电流密度的选取大致呈反比的关系。设计的低温永磁电机较常温永磁电机体积缩小约32%,且电磁特性基本保持一致,验证了设计方法的有效性。转矩优化后平均转矩提升了3.8%,转矩脉动降低了0.5%,达到了电机输出转矩要求。

关键词：低温环境永磁同步电机液氮泵电磁负荷电机设计

基于CT扫描的CO_(2)相变致裂煤裂隙演化特征

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矿业科学学报 2024年第3期9卷 342-350页

作者：刘高峰关文博张震李宝林刘欢司念河南理工大学资源环境学院河南焦作454003 河南理工大学煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心河南焦作454003 河南理工大学中原经济区煤层(页岩)气河南省协同创新中心河南焦作454003

为进一步揭示CO_(2)相变致裂煤的裂隙改造机理,开展了CO_(2)相变致裂煤体实验,基于CT扫描和三维裂隙重构,分析了CO_(2)相变致裂前后的煤样内部裂隙结构参数,查明了CO_(2)相变致裂煤的三维裂隙结构演化特征。结果表明,致裂后煤样的裂隙... 详细信息

为进一步揭示CO_(2)相变致裂煤的裂隙改造机理,开展了CO_(2)相变致裂煤体实验,基于CT扫描和三维裂隙重构,分析了CO_(2)相变致裂前后的煤样内部裂隙结构参数,查明了CO_(2)相变致裂煤的三维裂隙结构演化特征。结果表明,致裂后煤样的裂隙总数量减少,裂隙总体积和裂隙总表面积增加;CO_(2)相变致裂产生了裂隙扩张转化效应,在致裂压力的扩张作用下,小尺度裂隙转化为更大尺度的裂隙;长度小于1000μm的裂隙数量减少、裂隙体积和表面积明显减小,长度大于1000μm的裂隙体积和表面积明显增大,且裂隙之间扩张贯通而引起其数量减少;CO_(2)相变致裂大幅度改善了煤体三维裂隙的连通性,有利于气体的运移和产出。此研究为CO_(2)相变致裂效果提供新的分析评价方法,也可为其他非常规天然气储层及其改造的裂隙演化特征研究提供参考和借鉴。

关键词： CO_(2)相变致裂 CT扫描煤储层三维裂隙演化

华北板块南缘寒武系苗岭统碳酸盐岩硬底:缺乏生物扰动背景下的早期海底胶结作用

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地质学报 2024年第7期98卷 2041-2052页

作者：代明月尹忠雷齐永安韩兰兰陈松华卿诗韵河南理工大学资源环境学院河南焦作454000 河南省生物遗迹与成矿过程重点实验室河南焦作454000

华北地台南缘寒武系苗岭统碳酸盐岩硬底发育在核形石灰岩和鲕粒灰岩之上,并明显截断下伏的碳酸盐沉积物。本文通过对硬底界面之下颗粒间的放射纤维状方解石胶结物和等厚环边的微晶胶结物分析,表明其形成于早期海底胶结作用,该时期早期... 详细信息

华北地台南缘寒武系苗岭统碳酸盐岩硬底发育在核形石灰岩和鲕粒灰岩之上,并明显截断下伏的碳酸盐沉积物。本文通过对硬底界面之下颗粒间的放射纤维状方解石胶结物和等厚环边的微晶胶结物分析,表明其形成于早期海底胶结作用,该时期早期胶结区靠近沉积物—水界面,易受潮汐和波浪冲刷而暴露海底,并在持续搅动的高能环境中经历磨蚀和平整,形成硬底。由于硬底形成后几乎没有受到强烈改造和持续生物侵蚀的影响,通常表现出简单、平坦的表面形态。研究区馒头组二段含硬底层段形成于低、高能交替的潮间—潮下水道环境,以微晶方解石为主要的胶结剂沉淀;张夏组含硬底层段形成于台内鲕粒滩高速建造期,以物理化学沉淀和早期海底胶结作用为主。研究区出现的硬底表明,该时期海水化学条件和海底生态环境利于碳酸盐沉积物的早期胶结。硬底作为早期海底胶结作用的突出证据,对于研究碳酸盐沉积物的早期成岩作用及岩化特征具有重要意义,其形成过程及成因也为古海洋化学条件和底栖生态系统的变化提供了主要依据。

关键词：碳酸盐岩硬底华北地台寒武系苗岭统早期海底胶结

水力压裂体积张开度-应力扰动本构关系及压裂效果调控

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力学学报 2024年第7期56卷 2150-2163页

作者：王利南亚坤许朔曹运兴田林张军胜石玢河南理工大学土木工程学院河南焦作454000 河南理工大学资源环境学院河南焦作454000

储层体积张开和应力扰动是水力压裂过程中相互伴生的力学行为.前者创造了储层水力裂隙网络,包括主裂缝和分支裂缝网络,它们为游离气提供运移通道.后者是储层基质骨架上的压应力增量,包括主裂缝应力扰动和静水应力扰动,它们通过在脆性储... 详细信息

储层体积张开和应力扰动是水力压裂过程中相互伴生的力学行为.前者创造了储层水力裂隙网络,包括主裂缝和分支裂缝网络,它们为游离气提供运移通道.后者是储层基质骨架上的压应力增量,包括主裂缝应力扰动和静水应力扰动,它们通过在脆性储层产生剪胀扩容或在塑性储层产生塑性变形,控制骨架基质吸附气的解吸和扩散通道.二者共同决定水力压裂的工程效果.为了进行压裂效果调控,文章建立体积张开度-应力扰动本构关系,包括体积张开度-应力扰动细观机理、数学表达式以及施加流体载荷的方法,从而将水力压裂众多影响因素融入一个模型中.水平井压裂实例表明,该本构关系揭示了水力压裂和效果评价的各主要力学特征、机制和影响因素,可以反映断裂传播机制(黏性-储存主导机制和黏性-滤失主导机制)、压裂液(水、液态CO_(2)、超临界CO_(2)和N2)以及流量对体积张开度和应力扰动的影响,为建立压裂效果调控机制:流体载荷-体积张开度-应力扰动-长效导流机制,奠定了关键理论基础.

关键词：水力压裂体积张开度应力扰动本构关系效果调控

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超薄单晶硅光伏电池倒金字塔绒面设计及优化

激光与光电子学进展 2024年第13期61卷 335-342页

作者：祁旭斌向阳杨阳河南理工大学物理与电子信息学院河南焦作454003

该研究构建具有倒金字塔绒面的前表面结构、双层减反膜、3μm厚的单晶硅吸收层、指交叉背接触电极、氧化物钝化层的超薄光伏电池模型,利用时域有限差分法(FDTD)求解电磁波在半导体中传播的麦克斯韦方程组,进而得到场分布,优化倒金字塔... 详细信息

该研究构建具有倒金字塔绒面的前表面结构、双层减反膜、3μm厚的单晶硅吸收层、指交叉背接触电极、氧化物钝化层的超薄光伏电池模型,利用时域有限差分法(FDTD)求解电磁波在半导体中传播的麦克斯韦方程组,进而得到场分布,优化倒金字塔绒面的倾斜度,实现了最佳44.65 mA·cm^(-2)理想短路电流密度。利用小信号交流扫描求解描述载流子运动规律的漂移扩散方程和描述静电势的泊松方程,使用粒子群优化算法优化指交叉背接触电极位置以及掺杂浓度,获得该模型的伏安特性曲线,计算得到该模型光电转化效率为23.03%。

关键词：光伏电池效率表面结构时域有限差分法超薄薄膜

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煤矿掘进巷道断面尺寸变化对噪声传播的影响

中国安全科学学报 2024年第4期34卷 77-86页

作者：杨明贾改妮全星苑张学博刘毛毛河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作454003 河南理工大学煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心河南焦作454003 河南理工大学瓦斯地质与瓦斯治理省部共建国家重点实验室培育基地河南焦作454003

为研究煤矿掘进巷道长空间内断面尺寸变化对噪声传播的影响,采用仿真模拟方法研究巷道内噪声传播,分析煤矿掘进巷道断面积大小、断面形状及断面面积突变率的变化对巷道内噪声传播影响。结果表明:煤矿掘进巷道内断面面积大小、断面形状... 详细信息

为研究煤矿掘进巷道长空间内断面尺寸变化对噪声传播的影响,采用仿真模拟方法研究巷道内噪声传播,分析煤矿掘进巷道断面积大小、断面形状及断面面积突变率的变化对巷道内噪声传播影响。结果表明:煤矿掘进巷道内断面面积大小、断面形状及断面面积突变率均会影响巷道内噪声的传播,当噪声源功率、频率相同时,声压级衰减随巷道截面积增大而增大;对于给定的断面面积(18 m2),当断面形状不同时,声压级衰减也不同,且断面形状为拱形时会产生明显的声聚焦效应,不利于噪声衰减;当断面面积发生突变时,巷道内的声压级分布会有所变化,其中断面面积由大变小时不利于噪声的衰减,断面面积由小变大时仅影响突变后的声场,而对巷道内整体声压级影响并不明显;巷道内噪声衰减现场测试与数值模拟结果基本一致,验证了搭建的模型及模拟结果的可靠性。

关键词：煤矿掘进巷道断面形状噪声传播掘进机断面面积突变率

无烟煤断裂韧度与断裂过程区各向异性试验研究

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煤炭学报 2024年第8期49卷 3399-3424页

作者：龚爽赵毅鑫张寒松周永恒赵灿鑫王文河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454003 煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心河南焦作454003 中国矿业大学(北京)能源与矿业学院北京100083

为了测定原生层理构造引起各向异性对无烟煤断裂韧度和断裂过程区(FPZ)孕育特性的影响,在MTS液压伺服试验系统上对不同层理倾角直切槽半圆弯曲(NSCB)无烟煤试样进行了I型三点弯曲加载试验。结合数字图像相关法(DICM)和声发射(AE)定位技... 详细信息

为了测定原生层理构造引起各向异性对无烟煤断裂韧度和断裂过程区(FPZ)孕育特性的影响,在MTS液压伺服试验系统上对不同层理倾角直切槽半圆弯曲(NSCB)无烟煤试样进行了I型三点弯曲加载试验。结合数字图像相关法(DICM)和声发射(AE)定位技术研究了裂纹尖端FPZ孕育过程。同时,基于Irwin-Bazant模型、Strip-yield均匀牵引模型和Strip-yield线性牵引模型,对无烟煤样完全发育FPZ长度进行预测,并与试验结果进行了对比分析。探讨了各向异性无烟煤FPZ几何形态以及不同层理角度无烟煤FPZ孕育过程中剪切和拉伸变形时序特征。结果表明:无烟煤的峰值载荷、峰值位移和断裂韧度均随层理倾角的增加而增大;与0°层理角度煤样相比,层理角度为22.5°、45.0°、67.5°和90.0°的煤样平均断裂韧度分别增大了6.76%、86.82%、85.47%和134.46%。Irwin-Bazant模型和Strip-yield均匀牵引模型预测的不同层理角度试样FPZ长度比试验值更短,而Strip-yield线性牵引模型预测值普遍高于试验值,Strip-yield均匀牵引模型对无烟煤FPZ长度预测与试验值最为接近。表明无烟煤试样裂纹尖端黏聚力分布形态更加趋于均匀。无烟煤试样FPZ长度(L)与断裂韧度(KIC)和抗拉强度(σt)比值的平方成正比:L∝(KIC/σt)2。裂纹尖端变形以拉伸为主,剪切为辅,拉伸变形起始时刻的范围分布于峰值载荷的27.71%~57.26%,剪切变形起始时刻的范围分布于峰值载荷的72.88%~92.40%,裂纹尖端的拉伸变形发生时刻优先于剪切变形。层理角度为0°和45°试样各环向测量线上的应变场分布呈类似洋葱切面纹理分布,而90°试样的最大主应变监测值在大部分测量角度呈波动无序分布。无烟煤试样FPZ尖端各方向发散测线上,应变增加梯度并不相同。

关键词：无烟煤断裂韧度断裂过程区裂纹扩展各向异性

基于分数阶滑模的混合微电网接口变换器电压稳定控制

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电力系统及其自动化学报 2024年第4期36卷 141-149页

作者：王浩聂晶莹李斌康博阳张国澎河南理工大学电气工程与自动化学院焦作454003 河南省智能装备直驱技术与控制国际联合实验室焦作454003

针对并网型交直流混合微电网直流侧母线电压波动问题,提出一种基于分数阶滑模控制的交直流混合微电网互联接口变换器电压稳定控制策略。首先,基于交直流混合微电网互联接口变换器的数学模型,设计控制参数并推导出可控标准型状态空间表... 详细信息

针对并网型交直流混合微电网直流侧母线电压波动问题,提出一种基于分数阶滑模控制的交直流混合微电网互联接口变换器电压稳定控制策略。首先,基于交直流混合微电网互联接口变换器的数学模型,设计控制参数并推导出可控标准型状态空间表达式。然后,针对控制目标选取状态变量并设计电压变结构和电流分数阶滑模控制器。最后,通过MATLAB/Simulink仿真和RT-LAB半实物平台验证了该控制策略与传统PI控制、传统单环滑模控制相比具有更好的追踪性能及鲁棒性。

关键词：交直流混合微电网互联接口变换器分数阶滑模电压稳定

煤中超临界CO_(2)解吸滞后机理及其对地质封存启示

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煤炭学报 2024年第7期49卷 3154-3166页

作者：刘操闫江伟赵春辉钟福平贾天让刘小磊张航河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作454003 河南理工大学河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室−省部共建国家重点实验室培育基地河南焦作454000 全国煤炭行业瓦斯地质与瓦斯防治工程研究中心河南焦作454003 中原经济区煤层(页岩)气河南省协同创新中心河南焦作454000 煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心河南焦作454000

将CO_(2)注入不可采煤层地质封存既是降低温室气体效应最理想选择之一,也是煤炭工业降低CO_(2)排放、实现低碳化可持续发展的必由之路,然而,煤层CO_(2)地质封存悬而未决的关键问题是:“注入煤层中的CO_(2)到底能否长期停留而安全封存?... 详细信息

将CO_(2)注入不可采煤层地质封存既是降低温室气体效应最理想选择之一,也是煤炭工业降低CO_(2)排放、实现低碳化可持续发展的必由之路,然而,煤层CO_(2)地质封存悬而未决的关键问题是:“注入煤层中的CO_(2)到底能否长期停留而安全封存?”。鉴于此,在弄清煤体CO_(2)解吸滞后规律的基础上,揭示超临界CO_(2)解吸滞后机理,建立煤层CO_(2)地质封存量化模型,探讨利用解吸滞后实现煤层CO_(2)长期安全封存。研究表明:煤中超临界态CO_(2)解吸滞后程度大于亚临界态CO_(2),在超临界阶段,吸附与解吸等温线形成近似“平行线”的稳定滞后特征;解吸滞后的本质原因是煤中微纳米级亲水性孔隙形成弯液面、产生强大毛细压力、渗吸液态水、截断并固定超临界CO_(2)流体、最终形成了CO_(2)残余封存,例如,煤中直径40~10 nm圆柱形无机孔隙可产生7.30~29.12 MPa毛细压力,足以封堵超临界态CO_(2);以九里山煤样解吸等温线数据为例,采用基于煤层CO_(2)解吸滞后的地质封存量化模型,评估出900~1500 m深部二1煤层封存总量稳定在35~37 m^(3)/t,其中,吸附封存约占80%,残余封存约占15%,而结构封存仅占5%;解吸滞后启示应尽可能采取措施提高煤层残余封存CO_(2)比例,原因是毛细堵塞的残余封存CO_(2)较围岩密封的游离和吸附CO_(2)更安全且没有泄露风险,煤层灰分、水分、孔隙尺寸和形貌等物性参数是影响残余封存效率的主要因素。

关键词： CO_(2)地质封存超临界CO_(2) 解吸滞后残余封存毛细压力地质封存量化模型