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

國內發行：北京報刊發行局

國內訂閱：全國各地郵局

郵　　箱：xuebaozr@ustb.edu.cn

單　　價：40元/期，全年480元

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當期目錄
2023年第45卷第11期

欄目

礦業工程
冶金工程·材料科學與工程
控制科學與工程
土木工程·能源工程·環境工程

上一期

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礦業工程

微細粒礦物浮選捕收劑的應用及其機理研究進展

常自勇, 李玉嬌, 沈政昌, 鄒來昌, 王乾坤, 孫忠梅, 王化軍

2023, 45(11): 1807-1819. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.09.23.003

[摘要](311)

[HTML全文] (107) [施引文獻] ()

摘要:
詳細闡述了常用微細粒礦物浮選捕收劑的分類以及組合捕收劑的應用，對單一捕收劑和組合捕收劑在礦物表面的作用機理進行了系統的歸納總結. 微細粒礦物浮選捕收劑可大致分為硫化礦捕收劑和氧化礦捕收劑，依據其主要成分可進一步分為陽離子型捕收劑、陰離子型捕收劑、非離子型捕收劑、生物捕收劑和納米粒子捕收劑，作用機理主要包括靜電相互作用、螯合作用、氫鍵作用、化學鍵合以及金屬離子配位調控分子組裝等. 組合捕收劑對微細粒礦物的浮選效果往往優于單一捕收劑，不同捕收劑間的協同作用主要包括共吸附、電荷補償、功能互補以及改變臨界膠束濃度等. 未來應加強基于計算化學和人工智能的新型捕收劑藥劑分子結構設計、納米粒子捕收劑的研發以及新型綠色環保捕收劑的開發與利用.

基于數碼電子雷管的巖巷中深孔–孔內分段爆破破巖機制及應用

王國豪, 王雁冰, 謝平, 張英豪, 葉建軍, 遲磊

2023, 45(11): 1820-1832. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.09.20.008

[摘要](402)

[HTML全文] (62)

[PDF 5363KB](105) [施引文獻] ()

摘要:
巖巷掘進中“速度的關鍵在掏槽”，針對目前掏槽爆破中破碎巖石難以拋擲、單循環進尺小、大塊率高等問題，提出了中深孔–孔內分段爆破技術. 采用數學建模，推導了中深孔–孔內分段爆破巖石拋擲所受的動、阻力公式；利用LS-DYNA進行數值模擬，分析了中深孔–孔內分段爆破應力波的傳播規律，并比較了不同分段比例下有效應力變化情況；將中深孔–孔內分段爆破應用于現場，對比了單循環進尺、炮孔利用率、孔痕率及大塊率等爆破效果指標. 結果表明，中深孔–孔內分段爆破巖石拋擲所受的阻力比普通楔形掏槽爆破的阻力小，動力作用時間短，能量損失少，更易爆破成腔. 提出了能夠使破碎巖石完全拋擲出腔的措施，并初步確定孔內分段的最優比例為0.6. 中深孔–孔內分段爆破增加了單循環進尺，提高了工作效率，具有良好的經濟社會效益.

動載下層狀復合巖石能量耗散及斷裂特征研究

李楊, 王雁冰, 付代睿, 吳后為, 劉珍

2023, 45(11): 1833-1846. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.09.18.011

[摘要](409)

[HTML全文] (62)

[PDF 4230KB](91) [施引文獻] ()

摘要:
利用砂巖、大理巖、花崗巖制作6種不同組合方式的層狀復合巖石，采用分離式霍普金森壓桿試驗系統，對不同組合方式的層狀巖石進行動態沖擊試驗，利用高速相機記錄其破壞形態，分析復合巖石材料的動態斷裂模式、波阻抗效應以及能量耗散規律，探究不同復合巖石試件的動能及斷裂能關系. 利用離散格子彈簧模型模擬復合巖石試件的動態斷裂過程，分析復合試件的應力波傳播特性及應力、損傷演化規律. 研究結果表明：復合巖石材料的動態斷裂特征與上下層材料具有相關性，當下層材料動態起裂韌度較低時，裂紋從起裂至擴展到巖石膠結面歷時較短. 上層材料對于復合巖石的應力傳導作用具有較大的相關性，上層材料密度越大，更有利于透射波傳遞，應力傳導效果越好，而下層材料與上層材料密度相差越大，膠結面上下端應力差越大；受波阻抗效應影響，復合巖石試件應力波的傳播行為具有明顯差異，波阻抗越大應力波傳播速度越快，透射系數越大，產生更多的透射能；復合巖石試件的耗散能時密度、動能及斷裂能與上下層巖石材料的密度有關，下層材料不變，上層材料密度越大時，耗散能時密度及斷裂能更小，試件完全斷裂時獲得較大的動能.

冶金工程·材料科學與工程

地質冶金學建模在剛果（金）SICOMINES難處理銅鈷礦中的應用

王玲, 杜宇航, 趙戰鋒, 張文娟, 馬保中, 王成彥

2023, 45(11): 1847-1858. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2023.01.02.001

[摘要](315)

[HTML全文] (68)

[PDF 4521KB](61) [施引文獻] ()

摘要:
SICOMINES銅鈷礦位于剛果（金）科盧韋齊南西側，是中部非洲加丹加銅礦帶的典型礦床. 由于礦床成因復雜，礦石中形成了十多種銅、鈷礦物，尤其各種鈷礦物選冶性質差異大，一直存在選冶工藝復雜，生產不穩定，回收率低的問題. 為此，本文首次采用Datamine和Leapfrog軟件構建了鈷的冶金地質學模型，首先，收集歷史勘查資料，建立礦區地層和礦化域模型，初步獲得鈷在空間的品位變化規律；其次，進行采樣設計，采集代表鈷在地層和礦體中品位分布規律的工藝礦物學樣品；再次，采用工藝礦物學綜合手段，獲得各樣品中礦物含量和鈷賦存狀態的定量數據，并采用單一域賦值法和距離冪次反比法等插值手段寫入模型；然后，根據鈷礦物選冶類型的空間分布規律劃分了5個空間選冶域，分別為適于浮選域（TYPE1）、適于磁選域（TYPE2）、適于浮選-磁選聯合分選域（TYPE3）、適于浸出域（TYPE4）和難以分選域（TYPE5），構建初步地質冶金學模型；最后，通過對5個選冶域中綜合樣分別進行選礦實驗來驗證模型. 實驗結果顯示，采用礦山現行的浮選–磁選聯合工藝流程，5個選冶域中鈷的回收率和精礦品位差距明顯，現有工藝流程只適用于空間域TYPE1、TYPE2和TYPE3，模型中選冶域的劃分合理. 根據模型中鈷的賦存狀態和有效鈷品位進行配礦，可以起到穩定現行生產工藝，提高鈷回收率的作用，同時，構建的地質冶金學模型為今后實現SICOMINES礦區鈷的分采分選提供指導.

Ca/Fe添加劑對焦炭在H₂O+CO₂氣氛中溶損反應的影響

竇明輝, 韓嘉偉, 孫洋, 孫章, 梁英華

2023, 45(11): 1859-1867. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.09.05.001

[摘要](342)

[HTML全文] (80)

[PDF 2602KB](69) [施引文獻] ()

摘要:
為了探究富氫高爐內Ca/Fe基高反應性焦炭的溶損反應特性，以CO₂（N₂）載帶不同摩爾比例H₂O蒸氣（0～30%）進行焦炭溶損實驗，通過分析尾氣中CO和H₂的含量，研究Ca/Fe添加劑對焦炭在H₂O+CO₂混合氣氛下碳溶反應和水煤氣反應的影響。研究表明，焦炭在H₂O+CO₂和H₂O+N₂兩種氣氛下的焦炭反應性隨H₂O蒸氣載帶率增加呈線性關系，焦炭在H₂O+CO₂氣氛中溶損反應的擬合斜率k值明顯小于在H₂O+N₂氣氛中的k值，H₂O+CO₂混合氣氛中H₂O和CO₂與焦炭反應存在競爭關系。而且基礎焦炭（BC）反應性的實驗與理論的差值明顯小于Ca/Fe基焦炭（BC+Ca、BC+Fe）的差值，表明Ca/Fe添加劑影響了CO₂和H₂O與焦炭共同反應時的競爭關系。基于兩種氣氛下速率常數的差異提煉了兩個抑制因子 $\alpha_{{\rm{CO}}_2/{\rm{H}}_2{\rm{O}}} $

和 $\alpha_{{\rm{H}}_2{\rm{O}}/{\rm{CO}}_2} $

， $\alpha_{{\rm{CO}}_2/{\rm{H}}_2{\rm{O}}} $

定量表征CO₂對C+H₂O反應的抑制程度， $ \alpha_{{\rm{CO}}_2/{\rm{H}}_2{\rm{O}}}$

定量表征H₂O對C+CO₂反應的抑制程度，BC、BC+Fe、BC+Ca三種焦炭的 $\alpha_{{\rm{CO}}_2/{\rm{H}}_2{\rm{O}}} $

分別為0.260、0.251、0.170，而 $\alpha_{{\rm{H}}_2{\rm{O}}/{\rm{CO}}_2} $

分別為0.121、0.217、0.263，Ca/Fe添加劑降低了 $\alpha_{{\rm{CO}}_2/{\rm{H}}_2{\rm{O}}} $

而提高了 $\alpha_{{\rm{H}}_2{\rm{O}}/{\rm{CO}}_2} $

，說明Ca/Fe添加劑能夠減小CO₂對C+H₂O反應的抑制程度，顯著增強C+H₂O反應的活性。Ca/Fe基焦炭中催化活性物質為鐵酸鈣和硅鋁酸鈣，Ca/Fe元素在焦炭中賦存形式的不同導致了Ca/Fe添加劑對焦炭溶損反應催化效果的差異性。

基于PSO–VIKOR的燒結配礦成本與能耗協同優化模型

馬云飛, 李擎, 張建良, 劉征建, 郭鋒, 王耀祖

2023, 45(11): 1868-1877. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.08.30.004

[摘要](329)

[HTML全文] (83)

[PDF 1150KB](60) [施引文獻] ()

摘要:
燒結作為鋼鐵生產的主要能源消耗工序之一，在鋼鐵總能耗中約占10%. 燒結工序能源主要來源于固體燃料，傳統燒結優化配礦燃料配比通常由經驗確定，未能實現原料類型與燒結過程燃耗的動態平衡. 針對燒結過程的能量平衡，首先在已有化學成分、堿度、原料配比等約束條件的基礎上，嵌入燒結能量平衡約束，構建了基于燒結能量平衡的燒結配料模型，最后采用粒子群算法進行求解，實現了燒結鐵礦石、熔劑和燃料的協同優化. 仿真結果表明，本文提出的基于PSO–VIKOR (Particle swarm optimization–multicriteria optimization and compromise solution)燒結優化配礦模型提高了燒結過程的能源利用率，在考慮燒結成本與質量的同時，實現了燒結過程的節能減排，有助于鋼鐵企業燒結低碳綠色發展.

汽車用齒輪鋼奧氏體晶粒長大與第二相粒子控制技術研究進展

代智鵬, 楊健, 張慶松, 白云, 吳小林

2023, 45(11): 1878-1895. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.09.21.001

[摘要](272)

[HTML全文] (58)

[PDF 7754KB](82) [施引文獻] ()

摘要:
伴隨著全球雙碳政策的實施，節能減排成為汽車制造業發展的首要目標之一. 汽車用齒輪鋼采用的更高溫度結合更短時間的滲碳工藝是目前各齒輪生產企業最為直接的降碳措施，但齒輪鋼在高溫滲碳生產過程中卻時常發生奧氏體晶粒異常粗大的問題，且滲碳溫度越高混晶現象越嚴重. 因此，各企業對齒輪鋼進行微合金化，通過添加微合金元素在加熱過程中析出第二相粒子產生釘扎作用來阻礙奧氏體晶粒異常長大，從而需要對復雜的齒輪鋼奧氏體晶粒長大與第二相粒子析出機制進行研究. 通過對奧氏體晶粒度、奧氏體晶粒長大機制及模型、第二相粒子(Nb(C,N)/AlN)對奧氏體晶界移動的釘扎作用及模型、以及加熱溫度與保溫時間對奧氏體晶粒長大和第二相粒子釘扎作用的影響等進行了文獻綜述，闡明了奧氏體晶粒長大規律、第二相粒子的控制方法與抑制奧氏體晶粒長大的釘扎機制，為高質量齒輪鋼的生產提供參考.

新型快速高精度主動學習算法的開發：以MAX相晶體的材料力學性能預測為例

李娜, 宗甜心, 王魯寧

2023, 45(11): 1896-1907. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2023.03.15.001

[摘要](240)

[HTML全文] (45)

[PDF 1521KB](56) [施引文獻] ()

摘要:
近年來，MAX相晶體由于獨特的納米層狀的晶體結構具有自潤滑、高韌性、導電性等優點，成為全球的研究熱點之一. 其中M₂AX相晶體兼具陶瓷和金屬化合物的性能，同時具有抗熱震性、高韌性、導電性和導熱性，但是由于該類材料的單相樣品實驗制備比較困難，從而限制了其發展. 主動學習是一種利用少量標記樣本可以達到較好預測性能的機器學習方法，本文將高效全局優化算法與殘差主動學習回歸算法相結合，提出了一種改良的主動學習選擇策略RS-EGO，基于169個M₂AX相晶體的數據集，對M₂AX相晶體的體模量、楊氏模量與剪切模量進行建模與預測尋優，通過計算模擬的方式來探索材料性能從而減少無效的驗證實驗. 結果發現， RS-EGO在快速尋找最優值的同時具有較好的預測能力，綜合性能要優于兩種原始選擇策略，也更適合樣本量較少的材料性能預測問題，同時選擇不同的結合參數會影響改良算法的優化方向. 通過在兩個公開數據集上運用改良算法證明了其有效性，并給出了結合參數的選擇，設計不同結合參數下的模型實驗，進一步探究不同參數對模型優化方向的影響.

專家知識增強的機器學習建模在高強高導銅合金開發中的應用

苗海賓, 向朝建, 劉勝楠, 黃東男, 婁花芬

2023, 45(11): 1908-1917. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.09.19.002

[摘要](404)

[HTML全文] (91)

[PDF 2511KB](71) [施引文獻] ()

摘要:
材料領域數據具有小樣本、噪聲大、維度高、關系復雜、專家知識豐富的特點. 利用專家知識增強機器學習建模效果具有必要性和可行性. 本文通過計算自變量與因變量之間的秩相關系數，來定量描述成分狀態因素與性能之間單調關系的強弱. 在模型訓練過程中，將秩相關系數加入到神經網絡損失函數，實時評估模型輸出與專家知識的相符程度，得到了專家知識增強的機器學習模型. 對訓練過程分析后發現，模型輸出的合理性有顯著提升，模型的輸入輸出規律與專家知識的相符程度達到了0.98以上（1.0為完全相符）. 基于所建模型，采用遺傳算法進行了關于強度和導電率的多目標優化，找到了滿足帕累托最優的高強高導銅合金成分并開展了實驗驗證. 實驗結果表明，強度在高達637 MPa的同時，導電率仍能保持在77.5% IACS（國際退火銅標準）的水平；導電率高達80.2% IACS的同時，強度仍能保持在600 MPa的水平. 強度和導電率的預測值與實際值誤差在5%以內.

不同改質劑對硅錳渣微晶玻璃析晶性能調控的比較

楊金成, 李宇, 楊天

2023, 45(11): 1918-1927. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.09.24.003

[摘要](501)

[HTML全文] (53)

[PDF 2345KB](101) [施引文獻] ()

摘要:
以硅錳渣為主要原料，分別添加高硅、高鐵和含鉻的改質劑硅石、鐵鱗和鉻鐵渣，采用Petrurgic一步法制備了微晶玻璃，對微晶玻璃樣品進行X射線衍射(XRD) 、差示掃描量熱分析（DSC）、掃描電子顯微鏡（SEM-EDS）等測試和分析，討論了添加不同改質劑對硅錳渣微晶玻璃礦相和性能的影響規律. 研究表明: 將改質熔渣冷卻至析晶溫度保溫和700 ℃退火后，獲得滿足天然花崗巖石材對性能要求的微晶玻璃. 相對于原硅錳渣，改質熔渣的析晶性能都獲得了顯著提升，其中鐵鱗和鉻鐵渣更有利于促進粒度為0.2～0.5 μm粒狀或短棒狀輝石晶體形成，這些晶體為固溶了Fe、Mn離子的普通輝石（Ca(Mg,Fe,Al)(Si,Al)₂O₆）和鈣錳輝石（CaMnSi₂O₆）等. 添加改質劑均改變了硅錳渣中Mn離子的賦存形態，原渣中Mn離子主要以玻璃相和硫化錳形式存在，改質后樣品中的錳離子主要賦存于鈣錳輝石中.

基于LLZTO@Ag復合層負極改性的硫化物全固態鋰電池及其性能

李凡群, 孫振, 訚碩, 劉絲靚, 張宗良, 劉芳洋

2023, 45(11): 1928-1938. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.09.26.003

[摘要](436)

[HTML全文] (84)

[PDF 2400KB](76) [施引文獻] ()

摘要:
硫化物全固態鋰金屬電池以其高比能和高安全性得到了越來越多的關注，但是電解質與正負極極材料之間嚴重的界面問題仍然限制其進一步發展. 為解決Li₆PS₅Cl固態電解質對金屬鋰不穩定的難點，許多工作提出引入合金負極、引入中間界面層以及電解質直接改性等策略，但是都和實際應用存在一定的差距. 考慮到石榴石氧化物固態電解質Li_6.4La₃Zr_1.4Ta_0.6O₁₂（LLZTO）具有較高的鋰離子電導率和極好的材料穩定性，而Ag金屬具有良好的導鋰性，因此創新性地提出采用LLZTO與Ag的復合界面層來解決Li₆PS₅Cl全固態電池的金屬負極界面問題，提高全電池的循環穩定性. 研究了LLZTO和Ag簡單分散復合、均勻分散包覆復合以及納米球磨復合等不同組成的LLZTO–Ag復合界面層方式對Li₆PS₅Cl全固態鋰金屬電池負極界面的改善作用，并探究了優化后的全固態電池的電化學性能. 結果表明，納米球磨復合得到的LLZTO@Ag復合界面層能有效阻止鋰枝晶生長和電池短路. 在最佳工藝下，全固態鋰金屬電池的0.1C首圈效率為77.5%，放電比容量為187.3 mA·h·g^?1，經0.3C循環100圈后容量保持率為81.7%.

北京地區土壤腐蝕性關鍵參量與Q235鋼腐蝕速率預測模型研究

尹志彪, 王莎莎, 祝振洪, 谷少杰, 馬帥杰, 杜艷霞, 江社明

2023, 45(11): 1939-1947. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.09.13.002

[摘要](283)

[HTML全文] (74)

[PDF 1620KB](69) [施引文獻] ()

摘要:
在北京101處不同地理位置進行了土壤現場取樣，并在實驗室對土壤樣品的9項理化參數進行了測試，獲得了北京地區的土壤參數分布范圍. 通過機器學習分析得到了Q235鋼在北京地區土壤中腐蝕速率的關鍵影響因素為自腐蝕電位、土壤含水率以及土壤電阻率，基于隨機森林算法建立了Q235鋼在北京土壤中的腐蝕速率預測模型，預測值與實際值的平均絕對誤差小于5%. 為了進一步探究Q235鋼在北京土壤中的腐蝕速率與3項關鍵土壤參數之間的關系，利用已建立的腐蝕速率預測模型，以自腐蝕電位、土壤電阻率以及土壤含水率3項關鍵參數為輸入量，以Q235鋼腐蝕速率為輸出量進行預測分析，預測結果表明：當自腐蝕電位在?0.57 V(vs SCE)～?0.70 V(vs SCE)之間、含水率在13%～22%以及土壤電阻率在45 Ω·m～65 Ω·m之間時，碳鋼在土壤中的腐蝕速率較高，超過了0.1 mm·a^?1，該結果為低碳鋼在北京地區土壤中的腐蝕評估提供了相對簡單的方法.

控制科學與工程

特種變壓器生產車間數字孿生系統構建方法

王大江, 張學東, 孫文磊, 姜任奔, 路程, 岳媛

2023, 45(11): 1948-1961. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.09.26.005

[摘要](337)

[HTML全文] (60)

[PDF 6772KB](68) [施引文獻] ()

摘要:
為解決特種變壓器生產車間實時化管控弱、調度決策能力差、過程監控不直觀、運行態勢不明朗的問題，從特種變壓器車間的數字孿生建模、知識信息融合、運行可靠性分析和可視化表達等方面入手，探討了一種特種變壓器車間數字孿生系統的新型體系架構；闡述了基于“5維度-4視角”模型、高性能算力孿生引擎及沉浸式可視化技術的數字孿生建模表達方法；研究了數字孿生車間指標體系的構建方法以及車間知識信息與數字孿生的融合方法；基于層次分析理論和關聯熵方法，構建了一種基于復合物元信息熵的車間數字孿生系統可靠性分析模型；最后，以某特種變壓器生產車間為應用案例，基于上述方法和模型，結合實際生產過程開發了原型數字孿生系統，實現了特種變壓器車間的多維多尺度實時智能管控，驗證了該方法的合理性和有效性.

基于SE-DR-Res2Block的聲紋識別方法

李平, 高清源, 夏宇, 張小勇, 曹毅

2023, 45(11): 1962-1969. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.09.19.001

[摘要](382)

[HTML全文] (66)

[PDF 1008KB](91) [施引文獻] ()

摘要:
針對聲紋識別領域中基于傳統Res2Net模型特征表達能力不足、泛化能力不強的問題，提出了一種結合稠密連接與殘差連接的特征提取模塊SE-DR-Res2Block(Sequeeze and excitation with dense and residual connected Res2Block). 首先，介紹了應用傳統Res2Block的ECAPA-TDNN(Emphasized channel attention, propagation and aggregation in time delay neural network)網絡結構和稠密連接及其工作原理；然后，為實現更高效的特征提取，采用稠密連接進一步實現特征的充分挖掘，基于SE-Block(Squeeze and excitation block)將殘差連接和稠密連接相結合，提出了一種更高效的特征提取模塊SE-DR-Res2Net. 該模塊以一種更細粒化的方式獲得不同生長速率和多種感受野的組合，從而獲取多尺度的特征表達組合并最大限度上實現特征重用，以實現對不同層特征的信息進行有效提取，獲取更多尺度的特征信息；最后，為驗證該模塊的有效性，基于不同網絡模型采用SE-Res2Block(Sequeeze and excitation Res2Block)、FULL-SE-Res2Block(Fully connected sequeeze and excitation Res2Block)、SE-DR-Res2Block、FULL-SE-DR-Res2Block(Fully connected sequeeze and excitation with dense and residual connected Res2Block)，分別在Voxceleb1和SITW(Speakers in the wild)數據集開展了聲紋識別的研究. 實驗結果表明，采用SE-DR-Res2Block的ECAPA-TDNN網絡模型，最佳等錯誤率分別達到2.24%和3.65%，其驗證了該模塊的特征表達能力，并且在不同測試集上的結果也驗證了其具有良好的泛化能力.

土木工程·能源工程·環境工程

等跨等截面連續梁的解析計算公式

周毅, 岳清瑞, 潘旦光, 蘭成明

2023, 45(11): 1970-1976. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.08.31.002

[摘要](162)

[HTML全文] (90)

[PDF 1167KB](49) [施引文獻] ()

摘要:
求解等跨等截面連續梁的變形和內力是土木工程領域的典型問題. 基于Euler–Bernoulli梁理論，利用位移法和輔助數列推導出任意跨數的等跨等截面連續梁梁端轉動剛度的解析表達式，進而得到連續梁支點轉角、彎矩在跨中集中荷載、滿跨均布荷載、豎向溫差作用下的通用計算公式. 研究表明：當跨數趨于無窮大時，等跨等截面連續梁的梁端轉動剛度上限值為單跨梁抗彎線剛度的 $ 2\sqrt{\text{3}} $

倍. 不同跨數的等跨等截面連續梁可采用形式統一的解析公式計算支點轉角和彎矩，不同靜力荷載作用結果的區別僅由單跨梁的固端彎矩決定. 所得公式形式簡潔、通用性強、應用方便，能揭示跨數對連續梁力學特性的影響規律，亦可用于分析頂推施工導梁參數優化等實際工程問題.

變熱導率的冪律流體在水平波面上的傳熱問題研究

劉芳芳, 張愛莉, 司新輝, 曹麗梅

2023, 45(11): 1977-1984. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.09.30.003

[摘要](313)

[HTML全文] (63)

[PDF 1882KB](66) [施引文獻] ()

摘要:
根據泰勒展開式和邊界層理論, 推導了變熱導率的Oswad-de Waele冪律流體沿水平波面上的邊界層方程.假設熱傳導系數是依賴于溫度梯度的冪律函數, 構建了變熱導率的能量方程模型. 引入一系列變換，把變量量綱為一化和坐標變換，將原始問題轉換為偏微分方程組, 并用Keller-box方法進行數值求解. 討論了某些參數如波幅與波長的比值、冪律指數以及廣義普朗特數對壁面摩擦和流體傳熱的影響. 計算結果顯示：表面速度和壓力梯度沿波面呈周期性變化，而且它們的變化周期與波面的變化周期完全一致. 而對于壁面的摩擦系數和局部Nusselt數, 在靠近零點的地方會有劇烈震蕩, 沿軸向會呈現波形分布狀態, 隨著波長比率的增大而減小, 且會隨著振幅的增大, 壁面摩擦系數也會震蕩加劇. 隨著冪律指數的增加, 局部Nusselt數呈現遞減的分布狀態. 對于問題的特殊情況，當壁面是光滑平板時，盡管壁面的摩擦系數和局部Nusselt數沿軸向在初始位置會有波動，但會在很短的距離達到穩定的狀態. 從不同參數對周期的影響來看, 周期性波動的壁面摩擦系數和局部Nusselt數與波面曲線的峰頂和波谷并不保持一致.

燒結半干法脫硫灰中亞硫酸鈣氧化特性

錢大益, 王艷, 邢奕, 金明輝, 蘇偉, 張夢然, 鄭躍博, 劉媛夢, 段淑雅

2023, 45(11): 1985-1996. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2022.09.19.004

[摘要](360)

[HTML全文] (109)

[PDF 2589KB](98) [施引文獻] ()

摘要:
針對燒結半干法脫硫灰中CaSO₃在不同反應條件下干熱氧化的變化規律，研究了溫度、氣體中O₂含量與流速、鈣類化合物、鐵氧化物（Fe₂O₃）、水蒸汽含量與流速等對CaSO₃氧化的影響. 結果表明：反應遵循阿累尼烏斯方程，在空氣氛圍，升溫速度為10 ℃·min^–1的條件下，450 ℃、75 mL·min^–1的氣體流速為經濟性干熱氧化的最佳工藝條件，水汽對CaSO₃氧化反應具有兩面性；鈣的氧化物對CaSO₃氧化反應通過抑制 $ {\text{O}}_{\text{2}}^{{-}} $

、 $ \text{S}{\text{O}}_{\text{3}}^{{-}} $

自由基的生成而抑制反應進行，3種鈣類氧化物對CaSO₃氧化抑制作用從弱到強為：CaCO₃＜Ca(OH)₂＜CaCl₂；Fe₂O₃對CaSO₃的催化作用隨溫度、濃度變化而改變，溫度小于450 ℃，Fe₂O₃質量分數大于0.2%時，對氧化反應起到一定催化作用，溫度大于450 ℃及催化劑質量分數低于0.2%時，由溫度占主導地位. 微觀形貌表征顯示隨著CaSO₃被氧化為CaSO₄，形貌由團簇狀轉變為柱狀，CaCl₂即抑制氧化反應也抑制CaSO₄的晶型，Fe₂O₃促進CaSO₄結晶的形成. 實驗室升溫較快，溫度大于400 ℃時，脫硫灰5 min內部溫度大于500 ℃，此時，CaSO₃轉化率超過85%，中試升溫較慢，沒有這一特征；吉布斯自由能計算結果表明最有可能發生的是CaSO₃氧化反應，600 ℃以下鈣的分解反應不可能發生；CaSO₃氧化過程中活性位點的數量與溫度有關，當溫度在623～723 K時，該反應為一級反應，當溫度大于723 K時，反應在5 min左右迅速完成，無法確定其反應級數.