工程科學學報

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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

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2018年第40卷第2期

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氣相多環芳烴的吸附凈化技術研究進展

李子宜, 劉應書, 姜理俊, 孟苗苗, 楊雄, Ralph T Yang

2018, 40(2): 127-135. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.02.001

[摘要](825)

[PDF 714KB](30) [施引文獻] ()

摘要:
多環芳烴（PAHs）是近年來在大氣污染問題中逐漸受到關注的一類污染物，不僅其自身嚴重威脅著人體健康，還可作為低揮發性物質促進二次顆粒物的生長.世界多國開始不斷通過各種技術手段對廢氣中PAHs的排放進行控制，PHAs已成為大氣環境領域共同關注的熱點問題.吸附法是最具潛力且已被工業應用認可的一類PAHs控制凈化關鍵技術，吸附劑對PAHs的吸、脫附性能是其中的關鍵.目前國內外學者無論是基于傳統碳類吸附劑，還是新型的介孔吸附劑，都針對此類特殊低揮發性氣體的吸附相平衡、動力學以及脫附特性做了相關研究，探悉了獲取PAHs吸脫附最優平衡的關鍵因素以及最適吸附劑.本文針對這些結果及相關應用進行了綜述，對比分析了介孔吸附劑較傳統吸附劑在PAHs吸脫附特性上呈現的優勢，旨在為PAHs及其他低揮發性氣體吸附凈化的相關工作提供有效參考.

基于微觀機理的頁巖氣運移分析

張鵬偉, 胡黎明, 溫慶博

2018, 40(2): 136-143. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.02.002

[摘要](825)

[PDF 3324KB](29) [施引文獻] ()

摘要:
認識氣體在頁巖孔隙中的運移機理對頁巖氣開采具有重要的科學意義.頁巖作為一種致密巖石，孔隙尺寸分布主要集中在幾納米到百納米之間，小孔隙尺寸與氣體的平均分子自由程在同一個數量級，氣體與孔隙邊壁的碰撞對流動起到控制作用.本文針對頁巖氣開采過程中孔隙中氣體流動過程，建立了考慮氣體滑移、Knudsen擴散、Langmuir等溫吸附、孔隙壓縮等過程的多場耦合控制方程.分析了流態變化對滑移效應的影響，得到了考慮滑移效應的臨界孔徑，并針對實際中不同頁巖儲層有機質含量的差異，分析了解吸機制對頁巖氣產氣率、產氣量的貢獻.研究還表明孔隙壓縮性對產氣率影響顯著，通過考慮開采過程中孔隙壓縮，可以更真實地反映頁巖氣運移過程.

基于核磁共振的不同含水狀態砂巖動態損傷規律

褚夫蛟, 劉敦文, 陶明, 彭懷德

2018, 40(2): 144-151. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.02.003

[摘要](786)

[PDF 5548KB](15) [施引文獻] ()

摘要:
為研究不同含水狀態巖石的動態損傷特性，制備干燥、半飽和、飽和3種不同含水狀態的砂巖試樣.采用分離式霍普金森壓桿（SHPB），以4種不同的低入射能對巖石進行損傷沖擊試驗.通過核磁共振測試實驗對巖石試樣進行孔隙掃描，獲取巖石孔隙的T₂譜曲線、孔隙度以及孔隙成像等數據.通過試驗發現：（1）沖擊能量的增加導致巖石的平均應變率和強度的增大；（2）不同含水狀態的巖石受到沖擊后，孔隙度與孔隙度變化率均有不同程度的增加；（3）與沖擊前相比，巖石的T₂譜曲線有明顯右移趨勢，同時出現譜峰增加的現象，而且沖擊能量越大，孔隙譜峰增加越明顯；（4）核磁共振成像顯示巖石孔隙數量和尺寸有明顯的增加，展現出巖石內部孔隙擴展和演化的過程.

深錐濃密機底流濃度模型及動態壓密機理分析

吳愛祥, 楊瑩, 王貽明, 陳輝, 王勇

2018, 40(2): 152-158. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.02.004

[摘要](925)

[PDF 3659KB](44) [施引文獻] ()

摘要:
泥層高度和底流濃度是深錐濃密機最為重要的兩個參數，因此有必要研究底流濃度隨泥層高度的變化規律.采用自制小型深錐濃密機，對尾礦非連續/連續動態壓密過程進行了物理實驗；借助于有效孔隙比與泥層壓強間遵循的Power函數關系，結合對尾礦顆粒的受力分析，推導出了底流濃度與泥層高度的數學模型，揭示了濃密機底流濃度與泥層高度的內在關系，并從尾礦顆粒空間結構的角度解釋了該模型的變化規律；結合礦山生產對于底流濃度的要求，應用該數學模型，為其推薦了泥層高度的合理范圍，驗證了底流濃度數學模型的可靠性.該模型為深錐濃密機的設計和運行提供了理論依據.

不同孔隙比下風化殼淋積型稀土礦強度特性

尹升華, 齊炎, 謝芳芳, 陳勛, 王雷鳴

2018, 40(2): 159-166. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.02.005

[摘要](752)

[PDF 2678KB](11) [施引文獻] ()

摘要:
風化殼淋積型稀土開采過程中，孔隙比為影響浸礦效果和礦體穩定性的關鍵因素.為探索不同孔隙比下風化殼淋積型稀土礦強度特性變化，選取6組重配比的稀土礦樣，對不同孔隙比礦樣進行了直接剪切實驗，探討孔隙演化對礦體抗剪強度的作用規律，揭示孔隙比對黏聚力和內摩擦角的影響機制.研究表明：不同孔隙比非飽和稀土礦對應著不同的剪切強度，基于試驗數據發現剪應力與剪位移呈"類拋物線"變化，并建立了孔隙比與抗剪強度指標的關系模型.機制分析認為，隨著孔隙比的增大，結合水膜效應逐漸弱化，粒間接觸點數目也隨之減少，使礦體抗剪強度減小.

CaCl₂-LiBr(1.35:1)/H₂O工質對的熱物性及應用

李娜, 羅春歡, 蘇慶泉

2018, 40(2): 167-176. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.02.006

[摘要](817)

[PDF 971KB](12) [施引文獻] ()

摘要:
圍繞以LiBr/H₂O為工質對的單級太陽能吸收式制冷循環因對太陽能集熱溫度要求高而難以實現應用的問題，提出了CaCl₂-LiBr（1.35∶1）/H₂O（CaCl₂與LiBr的質量比為1.35∶1）新型工質對，系統地測定了其結晶溫度、飽和蒸氣壓、密度和黏度，并與LiBr/H₂O進行了比較.結果表明，采用CaCl₂-LiBr（1.35∶1）/H₂O作為太陽能單級吸收式制冷循環的工質對，在同一制冷工況條件下，其發生溫度，即太陽能集熱溫度比采用LiBr/H₂O的情況低6.2℃.另外，采用浸泡法測試了碳鋼、316L不銹鋼和紫銅在CaCl₂-LiBr（1.35∶1）/H₂O中的腐蝕速率，結果表明316L不銹鋼和紫銅的腐蝕性非常小，可滿足實際工程應用的要求.

利用超重力分離鋁熔體中的夾雜顆粒

宋高陽, 宋波, 楊玉厚, 楊占兵, 李龍飛, 馬良

2018, 40(2): 177-183. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.02.007

[摘要](754)

[PDF 10867KB](20) [施引文獻] ()

摘要:
利用Al-17% Si-4.5% Cu熔體中密度較小的初生硅顆粒模擬金屬熔體內部的夾雜物，并采用超重力場分離熔體中的夾雜顆粒，研究了不同重力系數條件下，金屬熔體中夾雜物的分離規律.實驗結果表明：經過超重力處理后，初生硅顆粒在試樣上部區域發生明顯的偏聚現象，試樣內部出現無初生硅顆粒區域，且隨著重力系數的增加，無初生硅顆粒的區域面積逐漸增大，說明重力系數越大，硅顆粒在試樣上部區域的聚集程度越好.隨著重力系數的增大，試樣的凈化效率逐漸升高，當重力系數（G）為500時，試樣的凈化率達到了84.98%.利用DPM離散相模型對超重力場下熔體內部硅顆粒的具體受力情況進行分析，并模擬研究鋁熔體內部硅顆粒在不同重力場中的分離行為.數值模擬結果證明了夾雜顆粒在沿著超重力方向上的運動行為近似符合Stokes運動定律.這表明超重力場可以有效分離金屬熔體中的夾雜物.

MgO對含鈦燒結礦礦相結構及軟熔滴落性能的影響

鄭安陽, 劉征建, 蒼大強, 王耀祖, 張建良

2018, 40(2): 184-191. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.02.008

[摘要](861)

[PDF 6735KB](27) [施引文獻] ()

摘要:
為了深入探究MgO對燒結礦礦物組成及冶金性能的影響，采用掃描電子顯微鏡和荷重軟化熔滴設備研究了MgO對含鈦燒結礦礦相結構與軟熔滴落性能影響.實驗結果表明，隨著燒結料中MgO質量分數從2.04%增加到3.96%，燒結過程液相生成量逐漸減少，燒結礦中的赤鐵礦和鐵酸鈣等含量都有不同程度的降低，赤鐵礦質量分數從13.57%降低到9.99%，鐵酸鈣的質量分數由38.7%降低到30.17%，磁鐵礦、硅酸鹽和燒結礦中的孔洞逐步增加.因此，增加燒結礦中MgO會降低燒結礦中液相生成量，不利于燒結礦轉鼓強度和還原性的提高.高堿度含鈦燒結礦中的鎂主要分布于燒結礦中復合鐵酸鈣相中，進一步提高燒結礦中鎂的質量分數，燒結礦的磁鐵礦相比例將增加，有一部分鎂固溶于磁鐵礦中；在高鎂燒結礦中，也會形成一定量的橄欖石，其中固溶有少量鎂、鈦等元素.隨著燒結礦中MgO質量分數的增加，開始軟化溫度逐漸升高，試樣軟化開始溫度均在1120℃以上，軟化溫度區間Δt_A隨著MgO含量的升高而逐漸變寬.

可溶性鎂合金的制備及其性能

姜倩, 劉恩洋, 趙嚴, 于思榮, 熊偉

2018, 40(2): 192-199. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.02.009

[摘要](1025)

[PDF 6258KB](28) [施引文獻] ()

摘要:
針對傳統可溶性壓裂球材質存在的缺點，采用鑄造法制備性能優異的可溶性鎂合金，系統研究了鋁含量對可溶性鎂合金組織、溶解性能及力學性能的影響.結果表明：可溶性鎂合金組織由α-Mg和β-Mg₁₇Al₁₂相組成，隨著鋁含量的增多，組織中β-Mg₁₇Al₁₂相數量增多，呈連續網狀分布于α相晶界處，并且α晶粒也變得粗大.可溶性鎂合金在氯化鉀（KCl）溶液中可自行溶解，且隨KCl濃度的升高，溶解速率變大，在質量分數為3%的KCl中溶解性能最佳.隨著鋁含量的增加，可溶性鎂合金的溶解速率變大，室溫下溶解速率最高可達7.42 mg·h^-1·cm^-2.溶解產物粒度分析結果顯示，中值粒徑D₅₀為38.691 μm，溶解產物物相為Mg₁₇Al₁₂和Mg （OH）₂.可溶性鎂合金的抗壓強度最高可達430 MPa，變形量為3.0%時試樣斷裂，隨著鋁含量的增加，可溶性鎂合金的塑性降低.

含銅取向硅鋼磁性能波動成因分析

楊平, 王子良, 劉恭濤, 沈雪梅, 薄丹青, 毛衛民, 湯曙光

2018, 40(2): 200-207. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.02.010

[摘要](638)

[PDF 9378KB](15) [施引文獻] ()

摘要:
含銅取向硅鋼是一種成本低、成品率高的新型CGO取向硅鋼.其制備工藝明顯區別于主流的低溫加熱滲氮高磁感（HiB）取向硅鋼，其產品的磁性能波動范圍顯著高于低溫滲氮鋼.本文對實際生產中收集到的一些含銅CGO鋼成品板中的組織與磁性能進行研究分析，嘗試建立不同組織和磁性能相互間的對應關系，并對磁性能波動現象進行分析.分析結果表明，含銅CGO鋼成品板組織與抑制劑有明確的對應關系，而晶粒尺寸與Goss晶粒取向度并不完全呈對應關系.同時對熱軋板中的異常組織進行了深入研究，認為熱軋板表層脫碳區和中心層粗大形變晶粒的存在，直接影響了抑制劑的分布，導致最終成品板中組織和磁性能的波動.

Al對淬回火H11鋼力學性能和碳化物的影響

張國文, 左鵬鵬, 何西娟, 盛振棟, 吳曉春

2018, 40(2): 208-216. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.02.011

[摘要](747)

[PDF 24515KB](19) [施引文獻] ()

摘要:
研究了Al質量分數為0.77%及不含Al的H11鋼在不同淬回火處理工藝下的硬度和沖擊功的變化規律，并對兩種鋼原始退火態、1060℃淬火、1060℃淬火+510℃回火、1060℃淬火+560℃回火和1060℃淬火+600℃回火處理后的試樣進行碳化物萃取，同時借助掃描電子顯微鏡（SEM）和X射線衍射儀（XRD）分析了Al對H11鋼中碳化物形態及類型的影響.結果表明：（1）Al能提高H11鋼的沖擊韌性和回火硬度，但會使淬火硬度有所降低.（2）Al可以促進H11鋼淬火過程中碳化物的溶解和元素的均勻分布.（3）Al會阻礙H11鋼回火過程中碳化物的析出和聚集，這種作用在560℃以下回火時更加顯著.（4）Al可以使H11鋼回火時的（Fe，Cr）₂C、MoC、Cr₇C₃類碳化物更加穩定，抑制（Fe，Cr）₃C、Mo₂C和Cr₂₃C₆類碳化物的析出，這是因為Al可以阻礙H11鋼中碳及合金元素在回火過程中的聚集.

裝配對典型螺栓/螺母緊固件鹽霧環境腐蝕行為的影響

朱金陽, 李明, 李剛, 彭興月, 傅耘

2018, 40(2): 217-225. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.02.012

[摘要](712)

[PDF 11785KB](46) [施引文獻] ()

摘要:
海軍航空裝備的快速發展導致飛機必將面臨更為嚴峻的海洋大氣腐蝕問題，而軍用飛機緊固件的腐蝕，尤其電偶腐蝕將嚴重影響飛機結構的安全性水平.因此，本文采用鹽霧腐蝕模擬、掃描電鏡觀察與分析、電化學測試分析（自腐蝕電位測試、動電位極化測試、電偶腐蝕電流測試）等試驗研究方法，將航空裝備常用的30CrMnSiA鍍鎘鈍化螺栓與三種不同螺母（30CrMnSiA鍍鎘鈍化螺母、30CrMnSiA鍍鋅鈍化螺母和0Cr16Ni6鈍化螺母）偶接裝配，研究由于裝配導致的電偶腐蝕效應對典型螺栓/螺母緊固件腐蝕行為的影響.結果表明，在三種不同組合裝配中，30CrMnSiA鍍鎘鈍化螺栓與0Cr16Ni6鈍化螺母之間電位差最大，電偶腐蝕電流密度最高，對應螺栓電偶腐蝕敏感性評級達到E級，電偶腐蝕作用促進了鍍鎘鈍化螺栓基體表面點蝕的擴展，腐蝕進程被加速，加速系數AF達到3.4；30CrMnSiA鍍鎘鈍化螺栓與30CrMnSiA鍍鋅鈍化螺母之間電偶效應則較弱，且螺母為電偶腐蝕陽極，腐蝕進程被加速，加速系數AF為1.2，電偶腐蝕敏感性評級為D級；相比上述兩種組合，30CrMnSiA鍍鎘鈍化螺栓與30CrMnSiA鍍鎘鈍化螺母之間電偶效應最不明顯，對應電偶腐蝕敏感性評級為A級.

工業純鈦TA2熱變形過程的流變行為本構方程

柴希陽, 高志玉, 潘濤, 柴鋒, 楊志剛, 楊才福

2018, 40(2): 226-232. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.02.013

[摘要](724)

[PDF 2908KB](28) [施引文獻] ()

摘要:
利用Gleeble-3800熱模擬實驗機研究了工業純鈦TA2的熱變形行為.變形溫度為750~1000℃，步長50℃，應變速率分別為0.01、0.1、1和10 s^-1.實驗結果表明，TA2在熱壓縮變形過程中發生了加工硬化以及動態回復、動態再結晶.隨著變形溫度的降低和應變速率的增加，流變應力逐漸增加.為了準確預測TA2的高溫流變行為，基于實驗數據和雙曲正弦Arrhenius模型構建了考慮應變影響的本構方程，本構方程中材料常數α、n、Q、lnA與應變之間存在6階多項式關系.本文所提出考慮應變影響的本構方程可以用于研究工業純鈦TA2的高溫流變行為.

楔橫軋小斷面收縮率軋件螺旋組織缺陷研究

楊翠蘋, 鄭振華, 周靖, 胡正寰

2018, 40(2): 233-240. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.02.014

[摘要](779)

[PDF 6094KB](13) [施引文獻] ()

摘要:
軋件發生局部變形是楔橫軋的主要工藝特征，尤其小斷面收縮率軋件軸向流動能力弱，內外變形差異顯著導致楔橫軋成形困難.除了容易產生心部破壞缺陷，在軋件表層一定范圍內出現的螺旋組織缺陷，也會降低產品的機械性能.本文通過軋制實驗，展示出軋件螺旋組織缺陷宏觀上呈現為車削后在表層一定深度范圍內沿展寬螺旋線分布的亮帶，微觀上由軋件表面折疊向內部延伸呈帶狀分布的組織形態.結合有限元數值模擬方法研究了缺陷產生的主要原因，發現由于成形區的金屬發生沿展寬負向的金屬流動，導致軋件形成沿展寬螺旋線分布的表面折疊和小軸向應變帶.同時，螺旋帶附近較大的徑向壓縮使軋件由表面向內部沿折疊裂紋方向組織具有方向性.采用對模具楔尖倒圓角局部改善金屬沿負展寬方向的軸向流動，可以既消除表層螺旋組織缺陷，又避免軋件心部損傷風險，使成形質量滿足使用要求.經實驗驗證，確定了模具楔尖圓角的最優取值.

離散時間多智能體系統的協調最優預見跟蹤

盧延榮, 廖福成, 任金鳴, 付海龍, 盛超逸

2018, 40(2): 241-251. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.02.015

[摘要](871)

[PDF 2988KB](17) [施引文獻] ()

摘要:
在互聯拓撲包含一棵有向生成樹的條件下，研究了離散時間多智能體系統的協調最優預見跟蹤問題.首先利用狀態增廣技術把協調跟蹤問題轉化為一個增廣系統的全局最優調節問題.然后應用離散時間線性二次型調節理論的相關結果給出了使增廣系統的閉環系統漸近穩定的控制器，并由此得到原系統實現跟蹤一致性的全局最優預見控制器.仿真結果不僅驗證了所設計控制器的有效性，并且表明適當增加預見步長對保證準確跟蹤領導者的輸出是至關重要的.