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2019年  41卷  第1期

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生物质锅炉氮氧化物排放控制技术研究进展
毛洪钧, 李悦宁, 林应超, 王婷, 李维尊, 鞠美庭, 朱复东
2019, 41(1): 1-11. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.01.001
摘要:
生物质燃料中含有的燃料氮含量较低,但是大约70%~100%(质量分数)的氮最终会转化为NOx,并且秸秆等生物质燃料燃烧排放的NOx含量较木质燃料等更高.此外,近年来,我国空气质量面临严峻态势,NOx是常见的大气污染物,对居民身体健康、生产和生活有很大影响.因此,本文对目前国内外的NOx燃烧控制技术进行综述,总结了各类技术的优缺点,及我国目前对于生物质锅炉NOx控制技术遇到的瓶颈,并对该研究领域的未来趋势做出展望.
连铸结晶器内渣膜形成及传热的研究现状
文光华, 杨昌霖, 唐萍
2019, 41(1): 12-21. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.01.002
摘要:
介绍了模拟结晶器内渣膜形成的实验方法,综述了国内外学者在保护渣传热方面所做的研究工作,包括固态渣膜的界面热阻、保护渣的导热系数、辐射传热以及渣膜的光学性质,并提出了今后在渣膜形成及传热研究中有待进一步完善的内容和方向.现有的研究结果表明利用热丝法可以对渣膜的形成过程进行原位观察,采用水冷铜探头法可以获取用于研究渣膜微观组织的固态渣膜样品.渣膜的界面热阻在0.0002~0.002 m2·K·W-1之间.在800℃以下,保护渣的导热系数在1.0~2.0 W·m-1·K-1范围内,且随温度的升高而逐渐增加.渣膜中的晶体一方面可以增加渣膜的界面热阻,另一方面可以提高固态渣膜的反射率,起到降低辐射热流的作用.此外,过渡族金属氧化物的加入以及固态渣膜中弥散分布的微小颗粒也能改变渣膜的光学性质,从而影响通过渣膜的辐射传热.
纯电动车用锂离子电池发展现状与研究进展
安富强, 赵洪量, 程志, 邱继一承, 周伟男, 李平
2019, 41(1): 22-42. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.01.003
摘要:
现阶段,锂离子电池已经成为电动汽车最重要的动力源,其发展经历了三代技术的发展(钴酸锂正极为第一代,锰酸锂和磷酸铁锂为第二代,三元技术为第三代).随着正负极材料向着更高克容量的方向发展和安全性技术的日渐成熟、完善,更高能量密度的电芯技术正在从实验室走向产业化.本文从锂离子电池产学研结合的角度,从电池正负极材料,电池设计和生产工艺来分析动力电池行业最新动态和科学研究的前沿成果,并结合市场需求与政策导向来阐述动力电池的发展方向和技术路线的实现途径.
预制裂隙花岗岩的强度特征与破坏模式试验
郭奇峰, 武旭, 蔡美峰, 席迅, 任奋华, 苗胜军
2019, 41(1): 43-52. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.01.004
摘要:
为了探究单轴压缩条件下裂隙岩石的强度特性、裂纹起裂规律及破坏模式,采用水刀切割技术预制裂隙花岗岩试件,利用GAW2000刚性试验机对单裂隙花岗岩试样进行单轴压缩试验.试验结果表明:与完整试样相比,裂隙岩石试样单轴抗压强度明显降低,降低幅度与预制裂隙和外荷载方向的夹角β密切相关,β=75°时,强度最低,降幅达到84.5%,基于最大畸变能准则计算了裂隙花岗岩的峰值抗压强度与裂隙倾角的关系,试验结果与数值解吻合;裂隙的存在改变了岩石的破坏模式,裂纹起裂角随裂隙倾角的增加而单调增大,岩石试样的破坏模式由剪切破坏为主转变为张拉破坏占主导.真实裂隙岩石试样的力学性质及裂纹起裂特征更准确地揭示了单裂隙花岗岩的强度变化规律和破坏模式,为岩土工程设计和巷道裂隙围岩体的支护提供科学依据.
电石渣-煤基固废混合胶凝体系制硅酸钙板的试验
魏丁一, 杜翠凤, 李彦鑫, 张连富
2019, 41(1): 53-59. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.01.005
摘要:
为减少制备硅酸钙板对矿物原浆资源的损耗和提高对固体废弃物的协同利用效果,试验以电石渣-煤基固废胶凝体系为原料来研制高强度的纯固废硅酸钙板,并通过热重-差示扫描量热法、X射线衍射测试来分析硅酸钙板中生成的主要矿物成分及不同配比对硅酸钙板的强度变化关系.研究表明:在水灰比为0.3的条件下,使用电石渣完全替代水泥,将粉煤灰和硅灰按1:1的质量比互掺调制所得的混合胶凝体系最终制得托贝莫来石型纯固废硅酸钙样板.在硅灰占原料的质量分数为0~10%范围内,样板抗折强度随硅灰添量增加而升高,硅灰添量为10%时样板达到最大抗折强度,不同粒径的原料颗粒相互填充,板内晶体与水化胶凝体相互咬合,最终使得样板力学性能得到大幅提升;样板的抗折强度随着NaOH添量的增加呈现先增后降的趋势,NaOH添加质量分数为4%时样板板面平滑,强度达到最大值11.8 MPa,该添量为NaOH的最佳添量,通过扫描电镜分析发现加入4% NaOH时对该胶凝体系的水化反应起到最佳激发作用,且样板料坯的微观结构对其最终的力学性能有重要影响,但不起决定性作用,其中决定其最终强度的是板坯内水化胶凝体的数量、形态以及其相互间的联结方式.
全尾砂无耙深锥稳态浓密性能分析
李公成, 王洪江, 吴爱祥, 焦华喆, 王方正
2019, 41(1): 60-66. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.01.006
摘要:
结合沉降和压滤实验,对脱水性能数据进行曲线拟合获得连续网状结构形成浓度、压缩屈服应力和干涉沉降系数,引入Usher提出的稳态浓密性能预测算法,建立了无耙深锥浓密模型,分析了絮凝剂单耗、底流中固相的体积分数、泥层高度等对固体通量和固体处理能力的影响规律.研究结果表明:絮凝剂添加量对沉降区域影响大于压密区域,20 g·t-1时浓密性能较好,底流中固相的体积分数越大固体通量越小;在沉降区域,固体通量仅与浓度有关,不受泥层高度影响;在压密区域,固体通量为浓度与泥层高度的方程;模型参数范围内,当泥层高度<3.5 m时,固体处理能力为浓度与泥层高度的方程,当泥层高度>3.5 m时,固体处理能力与固体通量随底流中固相的体积分数变化规律一致.
一种基于鲁棒随机向量函数链接网络的磨矿粒度集成建模方法
李德鹏, 代伟, 赵大勇, 黄罡, 马小平
2019, 41(1): 67-77. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.01.007
摘要:
作为磨矿过程的主要生产质量指标,磨矿粒度是实现磨矿过程闭环优化控制的关键.将磨矿粒度控制在一定范围内能够提高选别作业的精矿品位和有用矿物的回收率,并减少有用矿物的金属流失.由于经济和技术上的限制,磨矿粒度的实时测量难以实现.因此,磨矿粒度的在线估计显得尤为重要.然而,目前我国所处理的铁矿石大多数为性质不稳定的赤铁矿,其矿浆颗粒存在磁团聚现象,所采集的数据存在大量异常值,使得利用数据建立的磨矿粒度模型存在较大误差.同时,传统前馈神经网络在磨矿粒度数据建模过程中存在收敛速度慢、易于陷入局部最小值等缺点,且单一模型泛化性能较差,现有的集成学习在异常值干扰下性能严重下降.因此,本文在改进的随机向量函数链接网络(random vector functional link networks,RVFLN)的基础上,将Bagging算法与自适应加权数据融合技术相结合,提出一种基于鲁棒随机向量函数链接网络的集成建模方法,用于磨矿粒度集成建模.所提方法首先通过基准回归问题进行了实验研究,然后采用磨矿工业实际数据进行验证,表明其有效性.
深埋硬岩隧道围岩参数概率反演方法
吴忠广, 吴顺川
2019, 41(1): 78-87. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.01.008
摘要:
在贝叶斯理论框架下,提出了一种基于多源数据融合的深埋硬岩隧道围岩参数概率反演方法.首先,分析硬岩隧道常用的启裂-剥落界限本构模型中围岩单轴抗压强度、启裂强度与抗压强度比及抗拉强度三个参数不确定性来源,确定其概率统计特征;其次,利用粒子群算法优化多输出支持向量机,建立反映反演参数与隧道监测数据间非线性映射关系的智能响应面;最后,结合贝叶斯分析方法构建概率反演模型,运用马尔科夫链蒙特卡洛模拟算法实现了围岩参数的动态更新.将该方法应用到某深埋硬岩隧道中,利用反演的围岩参数计算隧道拱顶下沉点、周边收敛点变化值及开挖损伤区深度,与监测数据吻合较好.结果表明,该方法可以实现围岩多参数快速概率反演,更新后的参数可用于硬岩隧道施工安全风险评估与结构可靠性设计.
改性多孔钢渣/橡胶复合材料的制备及其性能
张浩, 张欣雨
2019, 41(1): 88-95. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.01.009
摘要:
用磷酸、硅烷KH550和钢渣制备改性多孔钢渣,以改性多孔钢渣取代部分炭黑.利用改性多孔钢渣、炭黑、橡胶、促进剂、硫磺、硬脂酸和氧化锌进行复合,制备一系列改性多孔钢渣/橡胶复合材料,研究了磷酸/钢渣质量比、硅烷KH550/多孔钢渣质量比、促进剂/硫磺质量比、硬脂酸/氧化锌质量比和改性多孔钢渣/炭黑质量比对改性多孔钢渣/橡胶复合材料力学性能的影响,并且分析其影响机理.结果表明,当磷酸用量为1.2 g、钢渣用量为30 g、硅烷KH550用量为0.3 g、炭黑用量为20 g、促进剂用量为0.8 g、硫磺用量为1.2 g、硬脂酸用量为0.8 g、氧化锌用量为2.2 g和橡胶用量为100 g时,改性多孔钢渣/橡胶复合材料的力学性能较好,即拉伸强度为18.4 MPa、邵尔A硬度为68.8、撕裂强度为44.6 kN·m-1.磷酸与硅烷KH550可以改善钢渣的孔结构与表面结构;适量的促进剂/硫磺质量比与硬脂酸/氧化锌质量比可以消除硫磺形成的内硫环,促使橡胶交联键稳定.改性多孔钢渣与橡胶以物理方式进行复合形成良好的包裹结构.
大直径铝锭热顶铸造中超声施振深度的细晶机制
王莹, 李晓谦, 李瑞卿, 田阳
2019, 41(1): 96-103. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.01.010
摘要:
在直径为650 mm的铝合金热顶半连续铸造过程中施加双源超声振动系统,研究3种超声辐射杆浸入深度对铸锭宏观凝固组织的影响.基于铝合金铸锭凝固组织形貌的检测结果以及ANSYS等有限元软件对铸造过程中声场的仿真结果,深入探讨了超声辐射杆在不同的施振深度下对铝合金铸锭凝固组织细化机制的影响.结果表明:随着超声辐射杆施振深度的增加,铸锭截面组织整体进一步细化,晶粒形状由发达的枝晶变为等轴枝晶;由于超声辐射杆端面以及柱面存在几个固定位置处振动波峰,在铝熔体中不同的超声施振深度下存在不同的超声空化范围,进而导致凝固组织的细化机制也不同.
终轧温度对600 MPa级高钛高成型性铁素体-珠光体酸洗带钢组织与织构的影响
王智权, 郭子峰, 尚成嘉, 张衍, 冯军, 陈斌, 吕宝锋, 李玉鹏
2019, 41(1): 104-110. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.01.011
摘要:
利用扫描电子显微镜(SEM)与电子背散射衍射技术(EBSD)研究了高Ti高成型性铁素体-珠光体型热轧酸洗带钢不同终轧温度下的组织与织构特征.研究结果表明,终轧温度对显微组织的演变影响较小,但却引起了大角晶界密度的升高.不同终轧温度时形成的组织均以铁素体为主,少量的珠光体弥散分布在铁素体基体之间.终轧温度的提高引起了织构类型的显著改变,随着终轧温度的升高,织构强度整体增强,并形成了明显的对冲压成型性有利的近γ织构.当终轧温度为850℃时,近α织构与γ织构强度均较弱,此时的织构类型主要为{001}[110]、{113}[471]、{114}[110]和{223}[110]成型不利织构,成型不利织构强度更高;当终轧温度升高至875℃时,织构类型主要为近γ织构和{001}[110]旋转立方织构,近γ织构体积分数由19.9%升高至41%,成型有利织构强度显著增强.
静电纺丝法制备空心钛酸锂材料
王瑜东, 杨凯, 张明杰, 李建玲, 高飞, 刘皓, 耿萌萌
2019, 41(1): 111-116. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.01.012
摘要:
为进一步提升钛酸锂材料的性能,本文在传统静电纺丝技术的基础上,将纺丝喷头改进成内外嵌套的同轴喷头,以两种溶液的形式进行同轴共纺,得到了具有空心结构的钛酸锂纤维丝.将其与传统静电纺丝法制备的实心结构钛酸锂纤维丝进行对比,结果表明:空心钛酸锂材料粒度均一、无团聚现象,材料具有明显的空心结构,结晶性能良好,比表面积是实心结构的1.3倍.形貌结构的改善极大地提高了空心钛酸锂材料的电化学性能,表现为小倍率下二者的放电比容量接近理论比容量,但在20C倍率下空心结构的钛酸锂材料优于实心钛酸锂,仍可达到130 mA·h·g-1,循环200周后容量保持率仍达98%,具有良好的稳定性;循环伏安和交流阻抗曲线也表明:空心结构使得钛酸锂材料的极化程度减少,电化学反应阻抗降低,更有利于电化学反应的进行.
Cr3C2/Ni3Al复合材料耐磨性提高的机制分析
傅丽华, 韩伟, 赵琳, 周孟, 李长海, 田志凌
2019, 41(1): 117-123. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.01.013
摘要:
为了探讨Cr3C2强化相提高Cr3C2/Ni3Al复合材料耐磨性的机制,本文采用热等静压技术制备了Ni3Al合金和Cr3C2/Ni3Al复合材料,借助纳米压痕仪对Ni3Al合金和Cr3C2/Ni3Al复合材料中各组成相的力学性能进行了表征,利用销-盘式摩擦磨损试验机研究了热等静压Ni3Al合金和Cr3C2/Ni3Al复合材料的耐磨性能,并结合扫描电子显微镜和纳米压痕仪分析了材料磨损表面形貌和磨损次表面层硬度变化.结果表明,Cr3C2的添加提高了复合材料基体的硬度,Cr3C2/Ni3Al复合材料中各组成相的纳米硬度和弹性模量由基体相、扩散相到硬芯相是逐渐增大的,呈现出梯度变化,有利于提高Cr3C2/Ni3Al复合材料的耐磨性.在本研究实验条件下,Ni3Al合金和Cr3C2/Ni3Al复合材料表面的磨损形式主要为磨粒磨损,Cr3C2/Ni3Al复合材料表现出更加优异的耐磨性能.Cr3C2/Ni3Al复合材料耐磨性能的提高主要跟碳化物强化相阻断磨粒切削、减弱摩擦副间相互作用、减小加工硬化层厚度、磨粒尺寸等因素有关.
核电主管道非对称双管嘴同时挤压成形工艺
钱凌云, 王梦琦, 孙朝阳, 王小灿
2019, 41(1): 124-133. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.01.014
摘要:
针对AP1000核电主管道侧向双管嘴非对称分布的特点,本文在单轴单向压力机平台上增加提升油缸的运动作用,提出双管嘴同时挤压成形的新工艺.首先,分析了双管嘴同时挤压成形的工艺原理并建立了可实现同时成形的上顶杆及提升油缸的速度与管嘴尺寸之间的解析关系.其次,建立双管嘴同时挤压成形的有限元模型,分析了同时挤压成形方案的可行性及在避免管嘴处材料撕裂缺陷方面的优势.最后,从降低成形载荷和关键部位晶粒尺寸以及提高组织均匀性的角度,分析了坯料温度、挤压速度和摩擦条件三个重要因素的影响规律,为实施主管道挤压成形提供工艺参考.
高速公路绿篱修剪机器人手臂避障路径规划
罗天洪, 唐果, 马翔宇, 周军超
2019, 41(1): 134-142. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.01.015
摘要:
针对非结构环境下高速公路绿篱修剪机器人手臂实时准确避障问题,提出一种基于扰动人工势场法的避障路径规划解决方法.根据绿篱隔离带与障碍物分布情况,设计智能修剪机器人执行机构,构建包络障碍物简化模型,分析机械臂与障碍物的碰撞条件,求解机械臂在修剪过程中的避碰空间.引入斥力场调节策略来优化势场模型,建立斥力场扰动机制调整斥力影响方式,消除传统算法中的局部极小点、目标不可达等现象.在避碰空间内,应用扰动人工势场法对机械臂进行路径规划仿真,仿真结果表明,机械臂跳出局部极小点,灵活顺利避障,成功抵达目标点,验证了该方法的有效性和可行性.