工程科學學報

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期刊信息

月刊，1955年創刊

ISSN 2095-9389

CN 10-1297/TF

主管單位：教育部

主辦單位：北京科技大學

編　　輯：《工程科學學報》編輯部

出　　版：科學出版社

主任委員：楊仁樹

副主任委員(主編)：吳愛祥

地　　址：北京市海淀區學院路30號

電　　話：(010)62333436

傳　　真：(010)62333436

郵發代碼：82-303

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2018年第40卷第1期

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硫酸渣脫硫制備高品質鐵精礦研究進展

左豪恩, 溫建康, 崔興蘭, 武彪, 陳勃偉, 尚鶴

2018, 40(1): 1-8. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.01.001

[摘要](1049)

[PDF 737KB](51) [施引文獻] ()

摘要:
利用硫酸渣脫硫制備高品質鐵精礦具有良好的的工業利用價值，不僅可以解決燒渣的綜合利用問題，而且可以解決其對環境影響的問題.本文系統介紹了硫酸渣脫硫制備高品質鐵精礦的脫硫技術方法、工藝流程及最新研究進展.硫酸渣脫硫方法主要有化學法、聯合法和生物法.化學法主要包括酸浸、堿浸，聯合法可分為堿浸-酸浸、浮選-磁選、重選-浮選、磁化焙燒-磁選等聯合工藝方法.比較了這些方法的工藝路線及存在的優缺點，提出了生物法具有良好的工業應用前景，展望了該方法未來的研究方向為：高效脫硫菌種的選育，生物脫硫液的循環使用，硫酸渣生物脫硫協同回收有價金屬，生物脫硫過程基礎理論及工程化技術研究等.

含硫充填體膨脹裂隙發育特性與單軸抗壓強度的關聯分析

尹升華, 邵亞建, 吳愛祥, 王貽明, 張浩強

2018, 40(1): 9-16. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.01.002

[摘要](1016)

[PDF 4165KB](24) [施引文獻] ()

摘要:
含硫膠結充填體隨著養護齡期的延長會出現膨脹開裂現象，存在明顯裂隙的充填體試件再進行單軸抗壓強度測試其結果十分離散，已不能有效地獲得充填體力學參數.在室內進行配比試驗，采用數字圖像處理技術對得到的充填體表面裂隙圖像進行二值化、去噪等預處理，而后計算其分形維數并分析其演化規律，且將分形維數與單軸抗壓強度關聯分析.研究結果表明：充填體試件面表的裂隙存在自相似性，表面裂隙越發育，其分形維數越大；分形維數與單軸抗壓強度存在負相關關系，分形維數越小，其單軸抗壓強度越高；分形維數可判別含硫充填體試件的完整性，當充填體表面裂隙的分形維數小于某閾值時，強度試驗的結果更為可靠.

臥式噴淋塔煙氣脫硫的數值模擬

田海軍, 邢奕, 宋存義, 童震松, 趙榮志, 蘇偉, 張秋林, 冷廷雙

2018, 40(1): 17-22. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.01.003

[摘要](883)

[PDF 1909KB](23) [施引文獻] ()

摘要:
臥式噴淋塔技術是北京科技大學環境中心開發的一種新型煙氣脫硫系統工藝，在某些方面克服了立式噴淋塔的缺點，具有脫硫效率高、壓力損失小、運行成本低、易檢修等特點.但在實際工程中仍然需要進一步的改進.為了研究不同噴淋的布置格局對臥式噴淋塔的內部流場的影響，構建了臥式噴淋塔物理模型，采用Icem軟件劃分網格，利用Fluent軟件數值模擬計算.模擬中選擇k-ε湍流模型及隨機軌道模型，數值模擬計算采用SIMPLE算法.模擬結果表明：雙層噴淋設置時噴霧錐角為90°，上部噴淋高度為距頂部0.9 m，下部噴淋高度為距頂部2.4 m，噴淋層間距為1.5 m時，有效的減少脫硫塔壓力損失，降低能耗，塔內吸收區煙氣流動的速度均勻，增大了氣液接觸的頻率.煙氣的溫度適宜于氣液反應.總體上提高了煙氣的脫硫效率，為實際工程的設計和應用提供指導.

銹蝕植筋下新老混凝土黏結面壓剪試驗研究

彭懷德, 劉敦文, 戴兵, 曾水生, 褚夫蛟

2018, 40(1): 23-30. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.01.004

[摘要](764)

[PDF 9810KB](11) [施引文獻] ()

摘要:
為研究銹蝕植筋下新老混凝土的黏結性能，采用某工程銹蝕鋼筋作為植筋，制備了不同植筋率（0、0.223%、0.446%、0.502%、0.893%、1.004%、1.396%、1.786%和2.792%）的新老混凝土試件.在RYL-600微機控制巖石伺服剪切流變儀上進行了不同初始靜壓力（0、1、2、3和4 MPa）下混凝土試件的剪切試驗.對試件的剪應力-位移曲線進行了歸納總結，得到了銹蝕植筋下新老混凝土試件在外力作用下產生變形乃至破壞的演化規律；分析了銹蝕植筋下新老混凝土黏結面的抗剪強度，得到了抗剪強度隨植筋率及初始靜壓力變化的規律.同時根據試件試驗破壞結果，著重分析了不同植筋率和不同初始靜壓力對其破壞模式的影響.試驗結論為新老混凝土力學性能的研究提供了理論依據.

基于不同保溫措施下的鐵水包熱狀態模擬分析

袁飛, 楊光, 徐安軍, 馮凱

2018, 40(1): 31-40. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.01.005

[摘要](712)

[PDF 5020KB](24) [施引文獻] ()

摘要:
在鐵鋼界面現有模式下的鐵水運輸過程中，由于鐵水包運行周期及保溫效果不夠理想，導致在高爐接鐵時鐵包耐材溫度低，熱狀態差，使得鐵水在鐵水包內的熱量損失較大.減小鐵水溫降能有效防止鐵水包結殼結瘤，降低離線烘烤頻率，間接提高鐵水包周轉率；同時在轉爐冶煉過程中，低溫鐵水將嚴重影響廢鋼的加入量和吹氧等操作.由此可見，鐵水溫度控制是鋼鐵企業節能降耗和高效有序生產的關鍵因素之一.為了減小鐵水溫降，本文建立了多種不同保溫措施情況下的鐵水包傳熱模型，通過fluent軟件對各模型在不同空包時間情況下的溫度場進行數值計算，分析不同保溫措施及空包時間下熱狀態對鐵水溫降的影響規律.分析結果表明：無保溫措施的情況下空包時間由5 h縮短至3 h能降低下一周期鐵水溫降2.2 K·h^-1；空包階段最合理的保溫措施為增設6 mm左右絕熱層并加包蓋，能提高工作層平均溫度約155 K，在空包3~5 h內能減小鐵水溫降3.4~3.7 K·h^-1.該結論為鐵水包空包階段采取合理保溫措施及不同保溫情況下空包運行時間控制提供了理論指導.

利用超重力富集和分離Sn-3% Fe熔體中的雜質元素鐵

楊玉厚, 李京京, 宋子睿, 欒益峰, 梁俊威, 陳凱, 李慧斌, 宋波

2018, 40(1): 41-50. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.01.006

[摘要](854)

[PDF 14050KB](18) [施引文獻] ()

摘要:
在粗錫精煉過程中引入超重力場，運用超重力技術研究Sn-3% Fe（質量分數）熔體中雜質元素鐵在超重力場中的定向富集和過濾分離的規律，達到提純凈化粗錫的目的.結果表明，對于超重力場G=500以10℃·min^-1冷卻速率凝固后的Sn-3% Fe熔體，超重力場極大強化富鐵相在粗錫熔體中的沉降運動，使先析出富鐵相全部富集到試樣的下部區域，上部幾乎找不到富鐵相顆粒.下部尾錫中的鐵質量分數達到4.817%，而上部精錫中的鐵質量分數降低到0.036%，精錫中鐵的脫除率高達98.78%.在超重力場中過濾的Sn-3% Fe熔體可實現富鐵相雜質和精錫液的有效分離，當重力系數大于30時，精錫的回收率隨重力系數的增大而提高.在超重力場G=100，240℃條件下，Sn-3% Fe熔體過濾1 min后，精錫液幾乎全部被分離到坩堝底部，富鐵相雜質被截留在過濾碳氈上部，下部精錫中找不到富鐵相雜質的顆粒，精錫中鐵質量分數降至0.253%，富鐵渣中鐵質量分數高達11.528%.精錫中鐵的脫除率高達91.44%，超重力場中精錫的回收率高達82.69%.

鋁酸鈉溶液種分過程中草酸鈉結晶析出的行為

范尚, 陳文汨, 梁高杰

2018, 40(1): 51-58. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.01.007

[摘要](1002)

[PDF 10870KB](20) [施引文獻] ()

摘要:
拜耳法氧化鋁生產過程中，草酸鈉在鋁酸鈉溶液晶種分解工序造成諸多負面影響.本文對種分過程草酸鈉結晶析出的行為進行研究.用含草酸鈉的合成和工業鋁酸鈉溶液分別進行分解實驗，考察草酸鈉對分解產物粒度和形貌的影響，并對草酸鈉的結晶習性、草酸鈉與氫氧化鋁之間的相互作用規律進行探究.結果表明，草酸鈉在氫氧化鋁表面或顆粒間隙結晶析出，使氫氧化鋁二次成核增加，并嚴重阻礙氫氧化鋁的附聚，這是其造成產品氫氧化鋁粒度細化的主要原因.

形變過程中TRIP效應的相變熱動態研究

高緒濤, 趙愛民

2018, 40(1): 59-67. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.01.008

[摘要](851)

[PDF 11481KB](20) [施引文獻] ()

摘要:
采用拉伸與測溫試驗同時進行的方法，將應力應變曲線與熱能曲線相結合，動態研究熱軋TRIP鋼拉伸過程中的相變熱.研究表明：熱軋TRIP鋼在拉伸過程中材料增加的熱能由部分轉變的塑性功和馬氏體相變熱組成，因此，拉伸過程中實際測得的試樣熱能高于由塑性功轉變的熱能.利用平均綜合熱能損失系數對低速拉伸的TRIP鋼的熱能進行補充，通過計算與推導，證實了試樣在剛進入塑性變形時，一定數量的較不穩定殘余奧氏體首先集中發生馬氏體相變，隨著應變的進一步加大，剩余的較穩定的殘余奧氏體根據其穩定情況發生馬氏體相變的數量逐漸減少，在試樣均勻延伸結束前絕大部分殘余奧氏體已轉變為馬氏體.結合相變熱變化可動態描述熱軋TRIP鋼形變過程中馬氏體相變的情況.

釩對高鐵制動盤鋼中碳化物析出及力學性能的影響

吳丹, 王福明, 程錦, 李長榮

2018, 40(1): 68-75. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.01.009

[摘要](946)

[PDF 6082KB](24) [施引文獻] ()

摘要:
隨著列車時速不斷提高，制動盤承受的熱負荷不斷增大，這對制動盤材料提出了更高的要求.為了提高制動盤鋼的機械性能及耐熱疲勞性，釩元素被添加到制動盤鋼中.本文研究了不同淬火溫度時V含量對Cr-Mo-V系制動盤鋼組織及力學性能的影響，并通過Thermo-Calc熱力學軟件、碳復型、透射電鏡、能譜分析等方法對不同V含量時析出相的演變規律進行研究.結果表明，增加釩含量使高溫析出的V（C，N）含量增加，細化奧氏體晶粒和回火馬氏體組織.淬-回火態析出相主要為V（C，N）、（Mo，V）C、M₇C₃和M₂₃C₆.隨釩含量增加，大尺寸M₂₃C₆和M₇C₃的析出被抑制，對韌性損害降低；小尺寸（Mo，V）C含量增多，析出強化效果增強.淬火溫度為880~900℃時，增加釩含量能細化馬氏體和減少大尺寸碳化物，彌補了析出強化對韌性的損害，故沖擊功變化不大.淬火溫度為920~940℃時，提高釩含量促使（Mo，V）C量急劇增加，沖擊功快速下降.實驗鋼淬火溫度不應超過900℃.

基于應變控制的4Cr5MoSiV1熱作模具鋼熱機械疲勞行為

左鵬鵬, 吳曉春, 曾艷, 何西娟

2018, 40(1): 76-83. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.01.010

[摘要](1503)

[PDF 6827KB](28) [施引文獻] ()

摘要:
采用MTS^®熱機械疲勞電液伺服試驗機研究了4Cr5MoSiV1熱作模具鋼400~700℃范圍內拉壓對稱機械應變控制的同相及反相熱機械疲勞行為.結果表明：當應變幅為±0.50%時，4Cr5MoSiV1鋼反相熱機械疲勞壽命約為同相的60%；無論同相還是反相加載，應力-應變滯后回線均呈現不對稱性，同相加載時表現為平均壓縮應力，反相加載時表現為平均拉伸應力.兩種加載方式下，最大應力與最大應變及峰值溫度均不同步，在高溫半周出現應力松弛現象.此外，高溫半周呈現持續循環軟化，而低溫半周呈現初始循環硬化，隨后持續循環軟化的特征.同相加載時斷口以主裂紋、撕裂脊和準解理特征為主，裂紋少而深；反相加載時斷口以疲勞條紋和大量的凹坑特征為主，裂紋多而淺.

高釩耐磨合金在不同冷卻方式下的高溫氧化行為

陳平虎, 李瑞卿, 曾松盛, 李曉謙

2018, 40(1): 84-91. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.01.011

[摘要](709)

[PDF 12809KB](21) [施引文獻] ()

摘要:
研究了950℃高溫下高釩耐磨合金的高溫氧化行為，并研究了在隨爐冷卻和空冷兩種不同冷卻方式下的氧化增重與開裂行為.結果表明：氧化初期材料表面發生“暫態氧化” ，所有元素均參與氧化反應，隨后在爐冷時氧化增重比空冷時的氧化增重要大的多，當氧化8 h后單位面積氧化增重分別為82.7 mg·cm^-2與39.1 mg·cm^-2，爐冷與空冷氧化增質量相差一倍多.雖然在基體/氧化層界面形成了能起到一定保護作用的50~200 nm厚Cr₂O₃致密氧化層，但同時也存在疏松氧化層；而爐冷時樣品以生長應力為主，氧化層發生“翹曲”現象，但較少引起氧化層脫落.然而空冷時冷卻速度較大，氧化層內易產生較大熱應力，致使氧化層較易開裂或者脫落.

6005A鋁合金的表面損傷對其耐海水腐蝕性能的影響

何明濤, 孟惠民, 王宇超, 任鵬偉

2018, 40(1): 92-98. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.01.012

[摘要](965)

[PDF 4873KB](23) [施引文獻] ()

摘要:
以6005A鋁合金商品實際產生的表面少缺陷、多缺陷試樣，以及作為比較的完全去除商品表面膜的人工磨制的三種不同表面狀態試樣為研究對象，研究鋁合金商品表面的實際損傷對其耐海水腐蝕性能的影響及其腐蝕電化學行為.通過場發射掃描電鏡和激光共聚焦掃描顯微鏡對具有不同表面狀態的6005A鋁合金表面形貌和粗糙度進行了表征，表明鋁合金商品實際產生的表面缺陷主要為劃傷，體現在隨著表面缺陷的增多，表面粗糙度Ra明顯增大，表面粗糙度Ra大小可以定量描述表面損傷的嚴重程度. 6005A鋁合金在NaCl質量分數3.5%的模擬海水溶液中發生全面腐蝕和點蝕，表面缺陷越多，粗糙度越大，耐蝕性越差；電化學測試結果表明，表面缺陷越多，粗糙度越大，腐蝕電位越低，腐蝕電流密度越大，耐蝕性越差. 6005A鋁合金表面損傷對其耐海水腐蝕性能產生影響的原因為：表面損傷造成鋁合金商品原表面膜被破壞，表面缺陷越多，粗糙度越大，表面膜的破壞和表面塑性變形越嚴重，鋁元素會因為被活化而迅速溶解，有著更高的腐蝕速率，而缺陷較少表面有較為均勻致密的氧化膜，對基體有著較好的保護性.

基于單相LBM模擬大平板反重力充型過程

包羽沖, 劉林, 駢松, 張照, 李日

2018, 40(1): 99-107. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.01.013

[摘要](667)

[PDF 5310KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
采用單相格子Boltzmann方法研究大平板的反重力充型過程，該模型不需考慮氣相格子的變化，從而提高了計算效率.針對該方法，本文新提出了一種權重系數重新分配的方法來處理格點中的液相排出及分配問題.首先用該模型計算了單澆口條件下的大平板型腔反重力充填過程，以相同參數下的高速相機成像的水力充填實驗為參照，數值模擬的流場特征及流體形態與實驗結果吻合良好.另外，還采用線速度分布云圖，并提出了自由表面的高度差判據來分析充型過程中的流場區域特征和流體平穩程度.在此基礎上，繼續用該模型研究了雙澆口和圓柱擾流條件下的大平板反重力充型過程.雙澆口條件下由于澆道間的互相影響，流場中形成的漩渦多于單澆口；圓柱擾流條件下的充填方式會降低流體的晃動程度，提高充型的穩定性.

飛機移動生產線物料配送與線邊存儲集成優化

胡鑫銘, 陸志強

2018, 40(1): 108-119. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.01.014

[摘要](911)

[PDF 4582KB](19) [施引文獻] ()

摘要:
為了解決飛機移動生產線中多并行作業物料的供給問題，構建了飛機移動生產線物料配送與線邊存儲集成決策的模型并設計了求解算法.在物料組批和小車調度的基礎上，引入了物料在線邊空間的存儲決策，建立了以小車出行趟數最小化為目標的數學模型并設計了一種以免疫算法為框架的啟發式算法.在免疫算法較優的全局搜索能力下，綜合考慮小車的配送能力與線邊空間的重復使用、共享等因素，使用反向動態小車調度算法和物料存儲前瞻算法對物料的組批方式、配送時刻和在線邊的存放位置三類變量聯合進行決策.對提出的算法進行了數值實驗，實驗結果證明了模型與算法的有效性.

微熱管陣列應用于鋰電池模塊的散熱實驗

葉欣, 趙耀華, 全貞花, 王崗, 劉鴻德, 遲遠英

2018, 40(1): 120-126. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.01.015

[摘要](880)

[PDF 4618KB](32) [施引文獻] ()

摘要:
鋰離子電池在大功率應用下的熱控制和熱管理已成為制約電動汽車商業化的瓶頸，為解決此問題，運用微熱管陣列設計鋰電池模塊散熱系統，在開放條件下對電池模塊進行恒流18 A（1 C）和36 A（2 C）充放電測試，通過測量布置微熱管陣列前后電池表面溫度可知：在1 C和2 C充放電倍率下，散熱系統能夠有效的降低電池模塊的溫度及電池間溫度差異，將溫度和溫度差值分別控制在40℃與5℃之內，可以解決溫度對電池壽命和容量的影響問題.基于實驗數據，對其中一2 C工況熱量進行了計算，得到通過微熱管陣列的對流散熱量達到模塊生熱量的40%.