全文下载排行

  • 一年内发表的文章
  • 两年内
  • 三年内
  • 全部

Please wait a minute...
  • 全选
    |
  • 李晋馥, 于泽, 连宾宾
    天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2025, 58(01): 12-23.
    移动机器人作为智能勘探与侦察的自动化装备,在航天探测、抢险救灾等领域具有广阔的应用前景.轮腿式移动机器人因具有良好的机动性与越障能力而受到青睐.然而现有轮腿式移动机器人机身大多不可变形,导致机器人运动模式较少,地形适应性一般.且机身易与障碍物发生碰撞,无法在具备良好的爬坡能力的同时保证跨越障碍物的效率.针对上述问题,本文提出了一种采用多连杆可变形机构作为机身的轮腿式移动机器人.在设计机器人轮腿及可变形机身的基础上,建立机器人整体运动学模型,据此规划机器人3种运动模式:同步步态、翻滚步态和蜷曲-伸展步态.开展机器人在典型地形(平坦地面、松软地形、上升坡度、下降坡度、障碍物)下的运动性能分析,揭示机器人结构参数与地形特征(爬坡角度、障碍物高度)映射关系.最后基于理论分析结果搭建物理样机并开展实验.实验结果表明,本文所设计的多模式轮腿移动机器人的最大爬坡角度和越障高度分别为44°和28 mm,具有良好的爬坡能力与越障性能.此外,得益于多模式运动特点,机器人在包含平坦地面及松软地形在内的多地形下均具有良好的通过性,验证了机器人方案的可行性.本文为多模式轮腿运动机器人的设计与应用提供有益参考.
  • 李轶, 栗婷婷, 李玉清, 杨文静, 展思辉
    天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2025, 58(06): 551-566.
    全氟和多氟烷基物质(PFAS)是一类高度稳定的人造化学物质,在化学结构上由全氟烷基分子(C_nF2n+1—)连接到不同官能团的完全或部分氟化碳链组成,自1940年首次合成以来得到了广泛的应用. PFAS中的C—F键具有优异的热稳定性和化学稳定性,使其在环境中具有高度的持久性和生物累积性,因此成为全球关注的微量污染物.未受监管的PFAS排放到水环境中,对生态系统和人类健康构成了严重威胁,亟需采取有效措施来应对PFAS污染.近年来,针对水中PFAS去除的多种技术得到了广泛评估,其中化学处理方法在PFAS的降解和矿化方面表现出良好的前景. PFAS的降解取决于C—C键和C—F键的断裂.本文系统综述了电化学、光化学和过硫酸盐活化这3种技术去除PFAS的最新进展,详细阐述了这3种技术的降解机制和反应路径.此外还总结了关键参数对PFAS化学降解的影响,从催化材料、去除效率和能耗等方面分析对比了不同去除技术的优点和不足之处.最后,指出了目前研究中存在的主要问题、面临的挑战以及未来的发展前景,特别强调了耦合工艺在克服传统技术效率低下和高能耗问题方面的重要应用潜力.本综述对PFAS降解机制的深入研究将对未来实现其完全降解或矿化提供重要参考.
  • 伊国胜, 杨翰文, 司文杰, 李冰, 王彦博, 韩春晓
    天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2025, 58(03): 247-259.
    星敏感器在航天任务中通过对恒星进行识别以实现姿态测量,而星图识别算法作为其核心部分决定着星敏感器姿态定位的性能.针对现有的基于神经网络的星图识别算法难以在保证识别准确率的同时限制计算成本的问题,提出了一种基于注意力机制端到端轻量化网络MobileCiT的星图识别算法,用于直接识别星敏感器中的含噪声星图.MobileCiT在卷积神经网络的基础上采用深度可分离卷积和改进前置倒残差结构以实现星图识别算法的轻量化,同时引入注意力机制以重点关注星点位置信息.此外,由于实拍星图的成本高,噪声不可控,采用基于小孔成像的坐标映射模型以生成含噪声的仿真星图训练集与测试集.实验结果表明,Mobile Ci T对含不同噪声星图的识别准确率为99.850%,高于现有的基于轻量化网络MobileNet和Mobile Vi T的星图识别算法,对位置噪声、星等噪声、假星和缺失星均具有良好的鲁棒性,能够在无需背景去噪、连通域检测、星点质心提取等预处理操作的情况下实现高精度的星图识别.MobileCiT在提升识别精度的同时具有较低的计算成本,计算量仅为基于Mobile ViT网络算法的1/3.在此基础上,将MobileCiT与基于子图同构的星图识别算法和基于模式识别的星图识别算法进行对比.在相同的视场范围与噪声条件下,MobileCiT依旧表现出了更高的识别准确率与更强的鲁棒性,这进一步验证了MobileCiT相对于传统星图识别算法的先进性.
  • 邓斌, 龚安, 王江
    天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2025, 58(03): 237-246.
    热舒适度是衡量室内环境质量和影响人类健康的重要指标之一,是建筑、空调控制等系统智能化的重要参考依据,同时能够有效降低建筑热环境控制的能源需求.目前可穿戴设备如智能手环、柔性传感器等已广泛应用,可构建人体的健康大数据.但由于存在个体差异因素,不同个体对相同热环境所表现的生理热反应不同,基于单一个人的热舒适模型难以对群体热状态实现有效地预测.考虑到以往研究样本量相对较小、模型复杂难以部署等局限性,本文建立人工气候室,利用环境传感器和可穿戴设备收集了60名受试者的热舒适数据,采用机器学习实现人体热舒适度建模与预测.研究考虑身高、体重、性别等个体差异因素,采用XGBoost、随机森林和SVC共3种机器学习算法,得到了基于人体生理参数的增强型预测热态模型并对热舒适度进行分类.结果表明:对皮肤温度及其梯度进行归一化处理发现,归一化过程能够将冷不舒适、舒适、热不舒适3种状态拉开,有利于SVC算法在高维空间寻找最优超平面,对特征进行分类.对比归一化前后随机森林模型的特征重要性发现,归一化过程降低了体重、身高、性别等个体差异对模型预测效果的影响程度;在XGBoost、随机森林和SVC这3种机器学习算法中,SVC在测试集上的准确率和3种热状态的AUC值都高于XGBoost和随机森林,其分类效果和泛化能力最好.
  • 王福军, 许东方, 王煜仲, 梁存满
    天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2025, 58(03): 285-292.
    软体机器人具有灵活度高、人机交互安全等优势,在操作易碎物体和非结构化环境中具有广阔应用前景.气动软体驱动器是构建软体机器人的重要部件之一,其特性直接影响到软体机器人的性能.针对气动网格型软体驱动器,从腔室侧壁膨胀角和驱动器弯曲角度的非线性关系出发,基于赫兹接触理论和Yeoh超弹性不可压缩材料的非线性本构方程,建立了多腔室气动网格软体驱动器的准静态力学模型.该模型考虑了超弹性材料变形和多腔室侧壁膨胀接触几何非线性特点,能够准确描述不同输入气压与驱动器弯曲角度和顶端输出力的关系.根据仿生思想设计了一种多腔室复合弯曲多腔室气动网格驱动器结构,并基于该结构分别通过有限元仿真和实验对提出的解析模型进行验证.结果表明,解析模型计算结果与有限元仿真结果、实验结果最大差异均不超过10%.该气动网格软体驱动器解析模型具有较好的准确性.
  • 赵华, 范鸿钢, 冯译方, 陈大昕, 刘志喜, 陈韬
    天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2025, 58(06): 619-628.
    驾驶员的情绪变化会直接影响其驾驶行为.目前对于驾驶员行为预测的研究依然采用统计分析的方式,无法反映情绪状态对驾驶员行为的影响,导致对驾驶员动力需求的预判存在信息偏差.为此,针对实际驾驶过程中的驾驶员情绪状态判断,提出了满足实车应用的驾驶员情绪识别算法,同时设计试验研究了不同情绪间驾驶行为的特征差异.首先,针对车载计算单元相对不足的问题,结合人脸动作单元和面部表情编码系统,简化了高兴和愤怒两种表情的面部关键点,进而降低特征维度.然后,使用支持向量机分别建立了两种情绪的识别模型,通过网格搜索算法优化了模型参数,提升离线识别准确率.最后,结合情绪诱导设计了实车道路试验,基于通用计算平台测试了模型的在线识别效果,同时对比了驾驶员在高兴和愤怒时的驾驶行为以及车辆运行差异.结果表明:利用简化特征建立的高兴和愤怒识别模型,数据集离线测试的准确率分别达到了84.45%和84.43%;通用计算平台的测试结果显示该算法满足车载实时应用的需求,与情绪诱导结果对应,能够在线识别驾驶员的情绪状态;与高兴情绪相比,驾驶员在愤怒情绪下的驾驶行为更加激进,加速踏板的操作从长期维持不变转为周期性的剧烈踩踏,踏板频谱幅值最大提高了165.1%,整车油耗最大增加了14.2%.
  • 贾宏杰, 张育炜, 肖迁, 穆云飞, 金昱, 陆文标
    天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2025, 58(03): 221-236.
    当构网型单元处于限功率运行与故障等工况下,传统孤岛交直流混合微电网群分布式协同控制方法易造成交流子微网母线电压与频率失去支撑,进而导致系统失稳.为解决上述问题,本文提出了一种面向构网型单元限功率运行与故障工况的孤岛交直流混合微电网群分布式协同控制策略.当子微网构网型单元处于限功率运行或故障工况时,首先,在构网型单元异常子微网变换器控制层,构网型单元将输出功率钳位于最大值或退出运行,跟网型单元通过与互联变换器进行二次协同控制,实现功率的合理分配;其次,在网间互联变换器控制层,与构网型单元异常子微网相连的互联变换器转为构网型控制模式,为构网型单元异常子微网提供母线电压与频率支撑,其余互联变换器按照正常子微网自身剩余容量分担构网型单元异常子微网所需的支撑功率.多工况下的仿真结果表明,当负荷连续增加,构网型单元处于限功率运行工况时,所提分布式协同控制策略可通过网间互联变换器的变模式运行,实现构网型单元异常子微网交流母线电压与频率的快速恢复、跟网型单元输出功率的精准分配;当构网型单元处于故障工况时,所提分布式协同控制策略可以有效解决构网型单元异常子微网因交流母线电压与频率失去支撑导致的失稳问题.
  • 邓彩艳, 李琦, 龚宝明, 宋宗贤
    天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2025, 58(06): 583-590.
    超声疲劳试验可快速获得材料在超高周寿命区间的疲劳性能.试验应力计算是超高周疲劳试验的关键内容,其决定了试验数据的准确性,但目前研究人员在计算试验应力时均未考虑超声变幅杆和试样的耦合作用.针对这一问题,本文采用数值模拟方法对超声变幅杆和试样进行了动力学分析,并对超声变幅杆和试样的端部振幅进行了测量.结果表明:考虑超声变幅杆和试样耦合作用得到的振幅与试验测量结果误差最大仅为5.4%,而传统解析法的误差可达25.5%;进一步对比发现材料阻尼对共振频率的影响较大,而外加静态载荷对超声疲劳系统的动力学行为的影响可以忽略;本文中以EH690钢试验获得的S-N曲线为例进行了应力修正,发现经整体法修正后的疲劳应力要高于解析法确定的应力水平.
  • 刘源, 范鑫强, 姜雅楠, 张弦
    天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2025, 58(02): 122-130.
    CO2甲烷化反应被认为是解决CO2利用难题的重要手段之一,其中NiO/MgO催化剂具有广阔的应用前景,如何提高NiO/MgO催化剂的比表面积成为其实际应用的关键.本文通过沉积-沉淀法在高比表面积的SiO2载体上负载NiO/MgO催化剂,制备出了NiO/MgO/SiO2催化剂.研究了MgO含量、催化剂煅烧温度和还原温度对催化剂结构和甲烷化性能的影响.采用X射线衍射、程序升温还原、N2吸附-脱附等温线、程序升温脱附、X射线光电子能谱和场发射透射电子显微镜等技术手段对催化剂进行了表征.结果表明,合适的MgO含量既能够对SiO2形成较好的阻隔以避免NiO与SiO2的反应,又可与NiO形成对甲烷化有利的Ni1-xMgxO固溶体.适当的煅烧温度能够在形成Ni1-xMgxO固溶体的同时避免对反应不利的Ni Mg SiO4的形成.此外,通过调控还原温度还能够调变Ni0和Ni1-xMgxO的比例,从而使二者在催化体系中起到协同作用,促进CO2甲烷化反应.30%MgO含量、550℃煅烧、550℃还原后的Ni30MgSi-550-550R催化剂在CO2甲烷化反应催化剂性能测试中表现出最佳的催化活性,且在350℃、30 000 mL/(g·h)空速的测试条件下展现出200 h的稳定性,这是由于在催化剂表面具有适当的Ni0/Ni1-xMgxO比例和对应的充足的H2和CO2活化位点.在高比表面积的SiO2上负载NiO/MgO催化剂、在SiO2表面进行固相反应和通过还原温度调控Ni0-Ni1-xMgxO活性对的策略为用于CO2甲烷化反应的催化剂设计提供了一种新思路.
  • 申俊琦, 张帆, 胡绳荪, 耿辉
    天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2025, 58(02): 147-156.
    针对基于冷金属过渡(CMT)技术的镁合金摆动电弧增材制造(WAAM)过程,采用流体体积(VOF)法和动网格(DM)技术建立了分别考虑熔滴和熔池受力情况的三维瞬态数值模型,研究了熔滴过渡和熔池流动过程中的温度场和速度场变化.结果表明,相应试验结果验证了所建立数值模型的有效性,熔池和熔滴尺寸参数模拟的误差均在10%之内.在CMT-WAAM开始阶段,基板表面和焊丝在电弧热作用下熔化分别形成熔池和熔滴.在焊丝向熔池送进过程中,熔滴不断长大,并在表面张力作用下长成球形.熔滴金属的热量主要通过热传导的形式向熔池传递,熔池最高温度随着熔滴金属的过渡而升高,熔池最高温度可达2 100.0 K;随着焊丝的回抽,熔池最高温度降低至1 763.6 K.随着焊丝向熔池送进,熔滴的最大速度从1.87 m/s逐渐减小到1.07 m/s,而熔池的最大速度仅为0.87 m/s.当熔滴金属前端与熔池发生接触后,液态金属的最大速度可达到4.21 m/s;随着焊丝的机械回抽,液态金属的最大速度在1.69~4.90 m/s范围内波动.当熔滴与熔池接触发生短路时,熔滴金属从熔池表面流向熔池底部和熔池两侧,增强了对熔池底部和熔池两侧的搅拌作用,使得熔池体积增加;当熔滴从焊丝端部脱离后,熔池中液态金属从熔池底部流向熔池表面和熔池两侧,熔池温度和流体速度随之降低,从而减缓了熔池体积的增加.此外,熔池自由表面在摆动电弧作用下呈现波浪式变形.
  • 倪广健, 冯昆芸, 郑琪, 刘洪兴, 金嘉祺, 白艳茹
    天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2025, 58(06): 629-639.
    最近的研究表明,音乐家对声音的辨别能力比非音乐家更强.然而,关于音乐经验能否增强频率相关音乐特征的感知尚无共识.本研究从行为学表现和神经反应两个维度探究音乐经验对感知频率相关音乐特征的潜在影响.实验采用oddball范式,选取音高、音程以及和弦作为表征频率相关音乐特征的感知内容.实验过程记录了两组受试者(有音乐经验受试者作为音乐组,无音乐经验受试者作为对照组)在主动辨识任务中的行为学反应和脑电图(EEG)数据,对其进行事件相关电位和微状态分析.行为学结果发现,音乐组识别偏差刺激的正确率更高、反应时间更短.事件相关电位分析结果发现,在初级听觉皮层反应(N1成分)上音乐组与对照组之间并未观察到统计学意义上的明显差异.然而,音乐组的失匹配负波(MMN)潜伏期更短,与更深层次认知加工相关的P3b响应明显增强.在P3b对应时间窗内进一步的微状态分析结果显示,在和弦感知任务中音乐组的各项微状态特征参数(全局解释方差、覆盖率、持续时间)显著更高.结合脑地形图分析发现,音乐经验增强了顶叶区域的激活强度并扩大了激活范围.以上结果表明,音乐经验虽在声音感知的初步处理阶段影响有限,但在信息处理的后期加工阶段能显著提升个体对声音的敏感度与认知加工效率.
  • 张俊红, 谢安顺, 高朗, 张学玲, 林杰威, 戴胡伟
    天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2025, 58(01): 1-11.
    针对熔融硅酸盐环境沉积物(CMAS)侵蚀诱发含冷却孔热障涂层结构热防护性能下降的问题,研究了不同吹风比下的CMAS的非均匀侵蚀行为及其对热障涂层(TBCs)隔热性能的影响.在Fluent软件中,考虑热传导、热对流和热辐射(热辐射使用离散纵坐标辐射模型),建立共轭传热模型得到了在吹风比为1.5、1.0和0.5时TBC-气膜冷却系统的温度分布,在ABAQUS中建立三维相场模型(PFM)模拟CMAS的非均匀侵蚀行为,定量分析不同吹风比下CMAS侵蚀行为对TBC-气膜冷却系统温度分布的影响.分析了侵蚀300 h前后TBCs-气膜冷却系统温度场的变化,探讨了在不同吹风比下CMAS非均匀侵蚀对TBCs靠近主流入口、冷却孔入口前缘、冷却孔出口后缘和主流出口4个典型位置沿涂层厚度方向路径上热阻的影响.结果表明:TBC-气膜冷却系统在工作条件下具有三维温度梯度,沿主流流动方向和沿TBCs厚度方向上有较高的温度梯度,冷却孔附近区域温度分布的不均匀度高.陶瓷(TC)层中的CMAS浓度分布呈明显的不均匀性,在高温度区域内CMAS侵蚀速率更高,吹风比降低会引起TC层温度上升,温度不均匀性下降,CMAS的侵蚀程度增加,浓度分布的不均匀性下降.CMAS侵蚀会降低TBCs的隔热性能,吹风比为1.5、1.0和0.5时,侵蚀前后TBCs在靠近主流入口位置沿厚度方向路径上热阻下降率最高,分别为16.47%、17.13%和17.55%.CMAS侵蚀对TBCs在冷却孔出口后缘的隔热性能的影响较小,热阻在侵蚀前后的变化不大.
  • 宋崇林, 郑庆贺, 吕誉, 崔立峰, 李云强, 吕刚
    天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2024, 57(10): 1053-1061.
    为了实现碳中和目标,降低内燃机碳排放,稀薄燃烧技术成为了当前重要的研究方向.该技术不仅能提高发动机燃油热效率,还能有效降低CO2排放.但是稀薄燃烧往往会伴随着大量氮氧化物的产生,为了解决该问题,采用LNT-SCR耦合的NOx净化技术,此时LNT的作用是将排气中部分NOx转化为NH3,为下游的SCR提供还原剂.基于此,制备了LNT催化剂,研究催化剂对NO选择性生成NH3的影响.采用溶胶-凝胶法制备了La1-xCexMnO3系列钙钛矿氧化物,并通过分步浸渍法得到了La1-xCexMnO3-Ba/Al2O3负载型催化剂.利用XRD、H2-TPR、NO-TPD等表征手段研究了钙钛矿氧化物的晶相结构,以及负载型催化剂的还原特性、NOx吸附-脱附性能等物化性质,并且通过H2选择性催化还原NO实验探究了催化剂掺杂Ce对NO转化成NH3的影响.结果表明,Ce掺杂催化剂具有良好的NH3产物选择性,并且显著提高了NO转化率.温度是NO转化和NH3产物选择性生成的决定性因素,而H2和NO体积比是NO转化和NH3产物选择性生成的关键性因素.其中,La0.95Ce0.05MnO3-Ba/Al2O3在低温下催化活性表现最佳,在350℃、H2和NO体积比为5.0时NH3产物选择性为65%,NO转化率为100%.此外,所制备的La1-xCexMnO3都形成了钙钛矿型结构,而且Ce掺杂催化剂的大部分Ce离子可以进入到LaMnO3结构中.在催化剂适量掺杂Ce后,H2消耗总面积增大、还原峰的峰值温度降低,表明掺杂Ce改善了催化剂的还原特性;同时NO吸附和脱附面积增大,表明Ce掺杂改变了催化剂的NOx吸附-脱附性能.
  • 孔康, 代迎凯, 杨英侃, 苏赫
    天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2024, 57(10): 1030-1043.
    高性能微创手术机器人有利于实施复杂危难手术,推动微创外科实现高质量发展.在深入分析现有手术机器人特点和临床需求的基础上,提出了一种变构型微创手术机器人系统.基于刚柔混合结构设计了构型可变的手术操作臂,通过构型变换可实现工作空间的变换,从而提高操作臂的灵活性.手术操作臂采用丝传动结构,针对变曲率丝鞘传动下的张力和弹性伸长量等问题进行了分析,确定了开合关节的丝鞘传动特性.基于刚体和柔性关节运动学,分析了手术操作臂在不同构型下的工作空间,通过调整伸缩关节移动量,实现操作臂工作空间可变功能.此外,设计了与操作臂适配的主手操作臂,该主手配置有两个主从调节关节,以保证主手与从手腕点姿态的一致性.随后,解析了主手与从手关节量之间的映射关系,并建立了基于位姿分离的主从运动映射算法,从而确保了操作舒适性与精准性.最后,研制了物理样机,进行了大工作空间下的刚性测试实验、运动性能、主从运动性能与缝合操作性能评价实验,全面验证了所提出的手术机器人系统的可行性.
  • 关欣, 刘津津, 刘辉, 李锵
    天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2025, 58(01): 101-110.
    由于同一个时刻包含多个音符的多音乐谱其音符符头距离近、符号间依赖关系复杂,使得多音光学乐谱识别极具挑战.传统基于卷积和序列建模的方法,由于经典卷积存在移不变性难以精确表示音符的纵向位置信息,而传统针对上下文序列建模的方法难以有效表征调号中变音记号与五线谱内符头的空间相关性,存在符头音高识别不准、变音记号作用范围有限的问题,从而影响音符音高、时值标注的准确性.针对以上问题,提出了一种强化音符位置及方向先验信息的多音光学乐谱识别方法.首先,提出一种纵向位置编码方法,将纵向位置信息嵌入乐谱图像,以更精确地表示符头的纵向位置信息,从而能明确区分多音乐谱中的不同音高.其次,提出了变音记号位置注意力,以明确建立变音记号和符头的空间依赖关系.最后,针对多音符头纵向分布、音符序列横向排列、音符符头、符干和符尾呈现的局部方向性特点,提出了方向注意力模块,更好地捕捉音符特征分布的方向性.在多音乐谱数据集上开展实验,实验结果表明,该方法对时值识别的符号错误率为1.14%,对音高识别的符号错误率为2.14%.与当前基准方法卷积递归神经网络相比,该方法时值识别的符号错误率降低了0.67%,对音高识别的符号错误率降低了1.14%,对多音乐谱具有良好的识别效果.
  • 刘昱, 陈永祺, 王瀚, 刘人赫, 汪少初
    天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2025, 58(04): 395-405.
    图像传感器直接输出的原始RAW数据需经过重建操作后才能转换为RGB图像,用于重建RGB的传统多步骤图像信号处理(ISP)算法往往具有流程复杂、灵活性低、误差累积等问题,而现有的一些基于深度学习的图像信号处理算法存在未能充分利用RAW图像模式信息与未能充分利用RGB通道相关性等局限.基于此,本文设计了基于深度学习的ISP-Net模型,针对上述不足进行改进.该模型包含模式信息复原、跨通道重建和色调调整3个主要模块.首先,模式信息复原模块通过掩码提取RAW图像的颜色通道信息,并通过通道间的融合操作最大化地学习RAW图像的模式信息;其次,跨通道重建模块通过通道间相互指导的方式,充分利用通道相关性提升图像重建质量;最后,色调调整模块通过构建色调调整矩阵,提升颜色复原的准确性.所设计的模型在合成数据集与真实数据集上均进行了测试.在主观评价上,本文方法在色彩准确度、纹理细节重建方面更接近真实图像;在客观指标上,特别地,在噪声强度为15时,本文方法的峰值信噪比在Kodak、Mc Master、WED-CDM和Urban100数据集上均为最优指标,分别为32.33 dB、32.44 dB、32.22 dB及31.67 dB,最大可优于同数据集次优指标0.24 dB.在真实数据集上的峰值信噪比为28.98 dB,相较于传统图像信号处理方法 FlexISP、SEM和ADMM,峰值信噪比均高出至少17 dB,相比于基于深度学习的RAW图像重建方法 Deepjoint和MGCC-B峰值信噪比分别提升了4.03 dB和1.55 dB.
  • 肖洒, 陈旭阳, 叶锦华, 吴海彬
    天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2025, 58(01): 68-80.
    针对机器人示教编程过程中使用高斯混合模型(GMM)规划运动轨迹时存在的高斯分布个数难以选择、复现轨迹精度较低等问题,提出了一种复合的机器人运动轨迹学习策略.该策略包含动态时间规整(DTW)算法、高斯混合模型与道格拉斯-普克(DP)算法.首先,针对示教过程中采集的多条轨迹在时间长度上存在差异的问题,采用DTW算法来统一示教轨迹在时域上的变化.其次,使用GMM算法对示教轨迹的特征进行提取,并利用高斯混合回归(GMR)算法将其重构为复现轨迹.在这个过程中采用DP算法来预估GMM算法的关键参数高斯分布的数量,与传统方法相比,能够简单直观地得到相对准确的参数值.利用DP算法对复现轨迹的数据点进行稀疏化并优化,不仅确保了机器人最终运动轨迹的精度,而且大幅减少了最终轨迹数据点的数量.最后,进行了不同形状的模拟焊接轨迹学习规划实验.结果表明:经由DTW对齐后的示教轨迹具有更加明显的运动特征,经过GMM-GMR学习输出的复现轨迹具有良好的表征结果;在使用GMM-GMR算法学习示教轨迹的过程中,采用DP算法可以有效预估高斯分布个数;经过DP算法稀疏化并优化的最终轨迹的平均位置误差均在0.500 mm以内,其最大误差可以控制在0.800 mm以内,可以满足焊接轨迹规划的精度要求,验证了该策略的有效性和优越性.
  • 邸新杰, 曲永涛, 利成宁, 巴凌志
    天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2025, 58(02): 131-137.
    作为一种新型低温用材料,高锰钢具有低成本及优异的低温力学性能等优势,在液化天然气(LNG)储罐等领域具有广阔的应用前景.然而在实际焊接过程中,高锰钢焊接热影响区中距熔合线3 mm处的特定亚区(FL+3亚区)会出现低温韧性恶化的问题.针对这一问题,采用焊接热模拟技术再现了不同热输入下的FL+3亚区,通过扫描电子显微镜、电子探针X射线显微分析仪和透射电子显微镜观察晶界比例、偏析及析出相.结果表明,模拟FL+3亚区具有较好的低温韧性,其冲击断口形貌均为大量的韧窝.然而随着热输入增加,其冲击吸收功降低,10 kJ/cm、15 k J/cm、30 k J/cm和45 k J/cm不同热输入下的-196℃冲击吸收功分别为177 J、172 J、138 J和112 J.FL+3亚区的显微组织为单相奥氏体组织,随着热输入增加,晶粒尺寸无明显变化,而小角度晶界比例升高.热输入增加会加剧FL+3亚区的C、Cu晶界偏析和Mn带状偏析,提高偏析区域的层错能以及临界剪切孪晶应力,使得孪生机制难以激活,进而减弱了形变孪晶的韧化作用,降低低温韧性.当热输入增大到15 k J/cm时,FL+3亚区开始析出尺寸约为200 nm的颗粒状和块状Cr23C6碳化物,且析出相的尺寸和数量随着热输入增加而进一步增加.碳化物析出易引起应力集中而产生裂纹萌生,降低了FL+3亚区的低温韧性.
  • 史少远, 秦静, 王膺博, 裴毅强, 张岩, 王振彪
    天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2025, 58(06): 651-661.
    椭圆转子发动机通过转子上的进、排气口换气,具有3个燃烧室且曲轴转速是转子转速的2倍,其换气特性和排气特征与传统活塞往复式发动机及三角转子发动机有明显区别.本文利用GT-Power软件建立了符合椭圆转子发动机工作特点的一维模型,以研究此类型发动机的换气过程特点、排气脉冲特性及排气歧管长度对其的影响规律,为高换气效率排气系统结构设计提供参考.研究结果表明:完整的排气过程可以划分为4个阶段:阶段1、2是废气流出的主要时期,占总排气量的90%以上;阶段3、4进、排气口同时开启但无法实现有效的扫气过程,且废气回流现象明显,导致缸内残余废气率提高.相邻燃烧室之间存在进、排气口叠开期,每个燃烧室排气末期均对应后燃烧室的排气初期,后燃烧室废气大量流出的同时窜漏入相邻燃烧室的现象较为明显,即燃烧室内的残余废气量同时受到自身排气过程和相邻燃烧室排气过程的综合影响.排气歧管长度变化对气口全开期的影响大于气口叠开期,气口全开期排气量是叠开期的3倍以上.计算长度范围内最优歧管长度可使排气过程排气量提高3.21%,并使气口叠开期的进气量提高32.80%.实现更好的排气效果的同时利于进气过程,有效地减少了阶段3废气向进气道的回流量,最终降低燃烧室内的残余废气率,实现换气效率的提高.
  • 徐宪东, 单文亮, 蔡云帆, 余晓丹, 贾宏杰
    天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2021, 54(12): 1212-1220.
    随着风、光等间歇性可再生能源比例的提高,灵活性在电力系统中的重要性更加突出.作为重要电力负荷之一,流程工业用电行为具有较强的多能互济特性,能够有效支撑电力系统灵活运行.然而,与一般居民和商业用户侧综合能源系统不同,流程工业用户涉及多能源系统与生产过程的交互,灵活性更为复杂.本文首先从多能源系统耦合分析和能量-物质流模型两个角度介绍了典型流程工业用能特征的描述方式.然后,梳理了流程工业综合能源系统灵活调控的主要手段,包括热电联产系统调度、用电设备直接控制和非用电设备的间接调控.在此基础上,分析了面向电力系统需求的流程工业用电灵活性指标及其评估方法.考虑到不同工业用户的特征差异和协同潜力,给出了依托负荷聚合商的多用户聚合交易框架,以及用户、电力系统和市场的交易流程.最后,对灵活性分析领域待研究方向进行了总结和展望.
  • 杨巍, 方炯杰, 颜泽皓, 桂梁鸿, 杨灿军, 胡东明
    天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2025, 58(06): 640-650.
    步态不对称是大多数偏瘫患者的一个重要临床特征,研究表明偏瘫患者穿戴单侧外骨骼可以有效改善步态对称性.导纳控制是一种经典的柔顺控制方法,而现有研究中关于将导纳控制应用于下肢康复外骨骼,未证明选择合适的导纳刚度对偏瘫患者个体的步态对称性恢复是有帮助的.为满足偏瘫患者步态恢复和人机交互柔顺性的需求,本研究设计开发了单侧髋关节外骨骼及导纳控制系统,并通过动力学建模和控制系统仿真得到导纳参数对外骨骼柔顺程度的影响规律.通过对比真实患者和模拟偏瘫患者的步态特征,本研究验证了在小腿绑缚体重10%重物的人工阻碍的有效性.本研究以8名健康人为实验对象,在实时运动分析与训练交互实验室平台上进行了正常行走实验、穿戴人工阻碍的模拟偏瘫患者行走实验、穿戴人工阻碍和外骨骼助力的10组不同导纳刚度步态恢复实验以及一致性验证实验.实验结果表明:单侧外骨骼导纳控制对步态对称性的改善有显著性效果(p<0.01),并且髋关节外骨骼导纳控制的刚度参数选择因个体差异而异,证明需要针对个体差异特性进行定制化刚度系数设计.本研究初步证明了通过调整刚度参数可以为存在个体差异的下肢步行功能障碍者提供步态辅助以改善其步态对称性,为后续进行在线导纳参数优化和实现个性化步态辅助研究奠定了基础.
  • 赵环帅, 潘永泰, 王星宇, 乔鑫, 张永强, 李少卓
    天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2025, 58(06): 591-600.
    岩石作为一种常见的工程材料,其动态拉伸力学性能的准确核定及破裂机理至关重要,而巴西劈裂试验是目前测定岩石抗拉强度最广泛的试验方法.为探究不同冲击速率下青砂岩抗拉特性及能量利用效率,结合室内试验与细观参数标定,建立了青砂岩宏-细观力学响应关系,分析了青砂岩在不同冲击速率下的力学特性、破裂规律与能量利用效率.结果表明:(1)青砂岩破裂过程中,碎块内部以拉力链为主,破裂口边缘附近以压力链为主,拉力链在裂纹扩展与延伸中起主要作用,而最终断裂是压力和拉力链相互作用的结果;(2)随着冲击速率增加,青砂岩破裂形态可分为主裂纹为主、次生裂纹出现、次生裂纹贯穿的破坏形式,而破裂微元体、拉伸与剪切裂纹均呈现增加的趋势.在相同的冲击速率下,破裂微元体呈现出缓慢增加、快速增加与稳定增加阶段,而拉伸与剪切裂纹均呈现快速增加与稳定增加阶段,且在破裂过程中主要为拉伸裂纹;(3)在冲击速率为2~12 m/s时,能量利用效率呈现快速增加的趋势,12~28 m/s时,能量利用效率呈现出上下波动趋势,28~30 m/s时呈现出下降趋势,在冲击速率为22 m/s时,最大能量利用效率为8.153%.研究结果可为岩石破碎过程中工艺参数的合理选择提供指导.
  • 汤伟, 张文迪, 袁航, 解聪, 任家辉
    燃烧科学与技术. 2024, 30(05): 532-538.
    目前,基于机器视觉的火灾检测算法中数据集类型不充分、数据集在时间维度覆盖不全面,致使此类算法难以实现火灾的早期预警,文中提出了基于改进YOLOv7的红外阴燃探测方法.该算法利用EfficientFormerV2模型替换原模型的骨干网络CSPDarknet53,从而增强了模型低延迟、低参数量、易部署的能力;同时,在预测网络中,采用CARAFE轻量化上采样模块代替原模型中的上采样模块,扩大了模型对特征的感受野,改善了阴燃特征的表示能力;此外,还引入了新的NWD度量来提升模型边界框预测能力.结果表明,在自建阴燃数据集上,该算法的平均精度达到92.9%,对阴燃检测的平均精度达到99.6%,比YOLOv7的精度提升了14.4%,较基于手工提取特征的卷积神经网络算法提升了4.6%.研究成果将为阴燃火早期预警提供新思路.
  • 加瑞, 杨岗, 郑刚
    天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2024, 57(07): 768-778.
    盾构隧道施工扰动会改变周围土体的应力、应变状态,破坏土的结构性,从而影响隧道后期的地震响应.通过共振柱试验和动单剪试验,分析了施工扰动对天津结构性黏土动剪切模量和阻尼比的影响.试验结果表明:施工扰动程度越大,平均应力归一化动剪切模量的初始值越小(应力释放程度较大的D4试样的平均应力归一化动剪切模量初始值为无应力释放的D1试样的74%),在相同剪应变下的归一化动剪切模量越小,动剪切模量的衰减速率越快,在相同剪应变下的阻尼比越大;土的结构性越弱,初始动剪切模量越小(无水泥掺量的B1试样的初始动剪切模量为4%水泥掺量的B4试样的59%),在相同剪应变下的动剪切模量越小,动剪切模量衰减速率越快,在相同剪应变下的阻尼比越大.盾构隧道施工扰动对结构性黏土动力特性的影响机理为:施工扰动会使结构性黏土的结构破损、结构性减弱,从而导致其归一化动剪切模量减小,动剪切模量衰减速率增大,阻尼比增大.因此,在进行盾构隧道抗震设计时应考虑前期施工扰动引起的结构性黏土的结构破损对动剪切模量的影响.
  • 亢一澜, 秦梦斐, 谢海妹, 韩彬, 张茜
    天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2024, 57(07): 741-750.
    局部腐蚀产生的应力是影响海洋服役装备寿命与稳定性的关键因素.针对深海钢材料的点蚀力学问题,采用关联腐蚀与诱导应力的方法展开研究,建立了基于Nernst-Planck传质方程的腐蚀模型与腐蚀诱导应力模型,结合COMSOL多物理场仿真软件实现了深海点蚀全进程中力-电化学信息的协同表征,其关键技术有两个,一是基于腐蚀膨胀理论给出了应力与腐蚀参量之间的联系,二是以产物堆积增厚与基底腐蚀减薄的面积比确定了腐蚀膨胀率,给出了腐蚀进程中电流密度、形貌、诱导应力等参量随时空的非线性演化规律.结果表明:空间分布上,深海环境下的腐蚀呈深挖状,蚀坑中心处的电流密度最大、腐蚀程度最深,腐蚀诱导应力存在明显的集中效应,力、电化学参量随着远离蚀坑中心呈现出发散状的削弱趋势;时序演化上,电流密度随腐蚀年限减小,腐蚀进程因此逐年放缓,然而,由于蚀坑中心尖锐程度的加剧,腐蚀诱导应力的非线性增加却愈发剧烈.在此基础上,研究了腐蚀产物形貌对应力的影响,对比了简化椭球形产物与模拟所得实际形貌产物两种情况的腐蚀诱导应力,结果表明实际形貌产物最大拉应力高于椭球形的最大应力,误差超过50%,指出点蚀研究中忽略蚀坑的深挖动力学特征会给腐蚀相关的力学研究带来偏差.
  • 闫喜龙, 张子卓, 李明瑞, 沈华伟, 陈立功, 王博威
    天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2024, 57(07): 704-710.
    氨肽酶N(APN)在人体中广泛存在,在肿瘤细胞表面大量表达,并在癌症侵袭、转移和血管生产过程中具有重要作用;体液中的APN可作为炎症、癌症的早期生物标志物.鉴于此,发展高灵敏度、高选择性的检测手段对APN进行实时检测及可视化成像将为APN相关疾病的诊断及病理生理学说明提供可能性.荧光探针因其选择性好、灵敏度高的优势,近年来已被广泛应用于生物酶检测.然而已报道用于检测APN的荧光探针多基于平面分子,易受聚集荧光猝灭(ACQ)限制.与基于传统平面分子的ACQ荧光染料相比,具有聚集诱导发光(AIE)效应的荧光分子能更好地应用于高浓度与高含水量的检测环境,为荧光探针技术的发展开辟了新的路径,而基于AIE机制的APN荧光探针仍鲜有报道.喹啉-丙二腈(QM)类化合物具有长发射波长,且生物相容性好、光稳定性优异,目前已有多种基于QM母体的AIE探针应用于细胞成像与各种活性物质检测.基于此,设计合成了以QM为母体的AIE荧光探针QM-Ala,探针具有99 nm的大斯托克斯位移、良好的稳定性、抗干扰能力和较快的响应速度,检测限(LOD)低至1.22 ng/m L.QM-Ala在3~7区间对pH有即时响应,并在体液pH条件下对APN质量浓度有良好的线性响应,因此有望应用于酶抑制剂筛选以及体液中的APN质量浓度检测.
  • 张明路, 王清, 刘璇, 李满宏
    天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2024, 57(07): 759-767.
    针对机械臂刚柔耦合动力学模型拟合精度不高的问题,在分析动力学参数对各关节力矩影响的基础上,提出了一种基于神经网络力矩补偿的动力学参数辨识方法.首先,对动力学模型进行线性化分析,得到最小惯性参数集,设计机械臂激励轨迹,并采集各关节数据集.其次,搭建神经网络架构,对不同隐藏层数的神经网络模型的训练效果比较,证明了本文模型的准确性.将关节位置、速度、加速度数据集作为网络架构输入,经过神经网络学习后提取出各关节力矩.最后,对算法辨识出来的模型进行验证,以模型预测力矩的均方根误差为评判标准,关节拟合力矩结果表明,本文所用方法相较刚体逆动力学有更好的拟合精度,减少了关节摩擦等非线性因素对辨识实验的影响,得到更精准的动力学模型,对机械臂系统有更好的控制效果.
  • 李佳蒙, 张子航, 刘佳音, 黄显
    天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2024, 57(08): 867-876.
    生物可降解电子器件具有减缓环境污染以及生物危害的巨大潜力.此前已开发的酸酐辅助室温烧结的锌纳米颗粒(ZnNPs)导电油墨,实现了室温下低能耗烧结.在这种烧结方法中,油墨体系中分散剂的种类与质量分数对于水分子的扩散以及水与酸酐的结合过程的进展有着显著影响.然而仍然存在油墨体系中分散剂的选择机制尚不清晰、油墨电导率数值有限的问题.针对这一问题,首先对比了聚乙二醇(PEO)、聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯、聚乳酸-羟基乙酸共聚物、聚乳酸的水蒸气透过率及它们分别作为分散剂时的油墨电导率,进一步优化油墨体系中的聚合物选择,明确了PEO在体系中的独特优势;其次使用四探针测试仪、拉力试验机和3M-612胶带对含有不同相对分子质量和质量分数PEO的油墨分别进行了电导率测试、疲劳测试和剥离测试.实验结果表明,质量分数为2%、相对分子质量为70 000的PEO为该油墨体系的最佳分散剂参数选择,并将优化后的油墨电导率提升至87 650.81 S/m.此外,基于优化后的油墨和丝网印刷工艺在聚乙烯醇基底表面制备了多种生物可降解电子器件.其中,互连引线可以在圆心角为225°的弯曲状态下点亮发光二极管;应力传感器可以根据电阻值变化来识别手指的弯曲/伸展动作;加热器在1.25 W功率下200 s升温至54℃;最终器件可以在水中60 s内实现快速降解.这些器件展现了良好的电学性能、机械性能、电热响应特性及降解性能,满足大规模制造和电子工业实际应用的需求,对解决严峻的电子废弃物问题具有重要意义.
  • 黄翔东, 宋金水, 李燕平, 杨自凯
    天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2024, 57(08): 847-855.
    为克服现有基于多陪集、调制宽带转化器等欠采样结构的谱分析器存在谱成分区分度差、欠采样通道数多、有效探测带宽窄的严重缺陷,提出基于全相位滤波器对半分解的互素欠采样谱分析器设计.首先,剖析了经典互素谱分析存在伪峰效应的原因.然后,具体提出基于最小尺寸的全相位滤波器对半分解的解析方法设计互素谱原型滤波器,并从中衍生出两路互素谱分析结构并行的谱分析器,从而提高了谱区分度;分析了两路并行互素谱输出的频点位置关系,通过对两路输出做交叉合并,生成双倍频谱分辨率的全景谱,既可消除伪峰,又无需增加欠采样通道数(即为最小值2);在全景谱重构计算中,通过将上、下通道支路的互相关扫描代替现有欠采样谱分析的压缩感知求解计算,绕过了对信源带宽稀疏度的要求,从而不仅拓宽有效探测带宽,还获得了密集谱区分能力.最后分别以多子带的数字已调信号、线性调频信号为信号模型,对所提出的高区分度宽带谱分析器的谱估计效果进行验证.仿真结果表明,该谱分析器可以消除现有互素谱分析方法存在的伪峰效应,且可在总体欠采样率不足0.5倍调制宽带转化器欠采样率的条件下,可区分的谱成分数目提升至其2.5倍以上.在跨频段、超分辨率的欠采样频谱感知中具有广阔的应用前景.
  • 曹天甲, 程龙龙, 李世锋, 曹琉, 崔丙剑, 倪广健
    天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2024, 57(08): 821-827.
    随着电子信息化的发展,智能搜索、知识问答等应用被越来越多地应用在临床领域中.意图识别作为其中重要的一部分,随着这类应用的逐渐兴起,受到越来越多的关注.意图识别即理解用户问句的意图.在自然语言处理中,意图识别的本质是文本分类问题.针对意图识别工作,大量的研究和探索用以理解用户的文本输入,并将其映射到预先给定的意图类别中.本文提出一种基于对比学习的意图识别算法,根据文本的长度和意图类别的数量,将意图识别定义为短文本多分类问题.通过将对比学习引入到分类模型的训练中,提高模型的最终效果.在有监督学习场景中,采用R-drop对比学习方法.该方法选择dropout作为数据增强的方式,同时通过增加一个正则项来强化模型对dropout的鲁棒性.同时,对数据进行无监督训练,作为预训练阶段.并在预训练过程中选择SimCSE对比学习方法.最终将无监督学习与有监督学习结合,形成基于半监督学习的R-SimCSE模型.实验选取textCNN、textRNN、textRCNN、BERT-base、prompt等多种分类模型进行对比.实验结果显示,基于对比学习的分类模型效果优于文中选择的其他分类算法模型,在CHIP-QIC数据集上,准确率提升了0.009 7~0.049 3.
  • 王志勇, 赵浩男, 陈柏彤
    天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2024, 57(08): 779-786.
    低分辨率是扫描太赫兹时域光谱(THz-TDS)系统图像的一个重要缺点.本文提出了一种针对太赫兹时域光谱图像的超分辨率增强算法,该算法结合了多层感知机(MLP)和超分辨率卷积神经网络(SRCNN),创建了一个复合网络.本文算法针对太赫兹光谱图像的特点,通过引入新的目标函数,避免了传统机器学习算法需要采集或模拟生成大量训练集的弊端,实现了训练图像即目标图像的单幅光谱图像增强.为了实现这一目标,本文算法的基本原理是,让试件产生一个刚体位移,利用THz-TDS系统采集位移前后两幅三维(1个时间维,2个空间维)光谱图像作为输入数据.机器学习网络包括两部分:首先,利用一个MLP网络实现三维光谱图像到二维光强图像的转化;其次,采用传统针对二维图像的SRCNN网络获取一幅高分辨率图像,对位移前后图像处理后计算得到新的高分辨率图像的位移场,并将位移场方差作为目标函数,再通过机器学习算法,优化网络中的成像参数,实现太赫兹光谱图像的分辨率增强.典型验证性实验最终得到的峰值信噪比为42.65 dB,结构相似度为0.816,均比其他现有方法高,表明本文算法能获得良好的图像增强.
  • 吴昭, 李江帆, 卢杰, 杨斌, 郑龙席
    燃烧科学与技术. 2024, 30(04): 411-418.
    针对脉冲爆震发动机(pulse detonation engine,PDE)燃气温度参数在线测量,基于可调谐半导体激光器吸收光谱(tunable diode laser absorption spectroscopy,TDLAS)技术,采用扫描波长直接吸收-时分复用策略,以H2O分子为目标组分,设计了燃气温度测量系统,并将该系统应用于PDE燃气温度测量,获得了PDE燃气H2O分子(7 444.352+7 444.371)-(7 185.587+7 185.597)cm-1谱线对吸收光谱,并基于双线测温原理实现了5 Hz、10 Hz、15 Hz、20 Hz、25 Hz、30 Hz工作频率燃气温度的在线测量,详细讨论了PDE在不同工作频率下的燃气温度测量结果.结果表明:基于TDLAS技术可以实现PDE燃气温度在线测量.PDE在5 Hz工作频率时,爆震波燃气峰值温度为1 868 K,爆震波通过后,燃气温度存在618 K和424 K两个台阶;不同工作频率下,PDE的燃气温度变化规律较为相似,但随着工作频率的提高,燃气温度升高,这为PDE燃烧优化以及性能评估提供数据支撑.
  • 赵峥, 苏胜, 宋亚伟, 陈逸峰, 刘舆帅, 许凯, 汪一, 胡松, 向军
    燃烧科学与技术. 2024, 30(04): 359-369.
    针对生物质挥发分燃烧过程,采用平面激光诱导荧光技术对火焰中1~2环、3~5环多环芳烃(PAHs)的二维分布进行了研究,分析对比了升温速率(1 000 K/min和1 500 K/min)、O2体积分数(21%~50%)等关键因素对木屑、核桃壳颗粒挥发分燃烧过程中PAHs生成与转化特性的影响.结果表明:提高升温速率,生物质挥发分燃烧过程中1~2环和3~5环PAHs信号强度峰值显著增加,同时升温速率提高促进了1~2环和3~5环PAHs向小分子碳氢化合物转化;1~2环和3~5环PAHs信号强度峰值随O2体积分数提高而增加,这是由于增加的O2体积分数促进了PAHs的释放.但是由于O2体积分数的提高同样增加了OH自由基浓度,导致PAHs消耗加快,使得1~2环和3~5环PAHs信号强度持续时间随O2体积分数提高先增加后减少.木屑和核桃壳颗粒挥发分燃烧过程中生成的3~5环PAHs信号强度峰值和信号强度持续时间较为一致,但木屑颗粒生成的1~2环PAHs信号强度峰值更高,这可能是由于木屑颗粒脂肪烃和芳香环含量更高,同时燃烧过程中生成的OH自由基较多,有利于多环PAHs向1~2环PAHs的转化.
  • 罗茂芸, 王长安, 赵林, 聂影超, 车得福
    燃烧科学与技术. 2024, 30(04): 347-358.
    采用分子动力学模拟方法对碱金属Na和碱土金属Mg对准东煤灰熔渣微观体系结构的影响开展了研究工作.结果表明,碱金属及碱土金属含量变化对体系中Al—O和Si—O键结合能影响不大,而当碱土金属含量增加,体系内桥氧含量降低,当碱土金属由22%增加至53%,桥氧含量减少了36.37%,体系网络结构的聚合程度随之降低.熔渣微观体系中存在三配位氧,且数量随碱金属和碱土金属含量的增大而减少;准东煤熔渣体系中Al、Si原子的扩散能力总体上随碱金属含量增加而降低,随碱土金属含量增加而提高.
  • 禹进, 樊崇政, 周航
    燃烧科学与技术. 2024, 30(04): 329-338.
    为了开发适用于计算流体动力学(CFD)模拟的紧凑和高精度的反应机理,提出了一种新的简化机理构建方法为HRD-76模型燃料构建了含89种组分和471个基元反应的简化反应机理,并验证了各个基础组分和燃料的着火延迟、物质组分浓度、层流火焰速度等基础燃烧特性.并将该机理耦合到三维CFD喷雾模型中,来模拟定容喷雾燃烧室(CVSCC)中的喷雾燃烧过程.结果表明,喷雾燃烧特性模拟值能与实验值较好地吻合,证明了所构建机理在燃烧CFD模拟中的有效性.本文提出的新方法为高碳燃料的机理构建提供了新思路.
  • 张培红, 孙玲
    燃烧科学与技术. 2024, 30(04): 323-328.
    城镇埋地中低压燃气管道周围人口密集,一旦发生全管径破裂,凹坑条件将加剧水平喷射火行为的复杂及危险性.利用Fluent模拟分析了不同凹坑尺寸及管压下火焰长度、等效宽度及长宽比变化规律,得到了火焰长度及等效宽度与无量纲热释放速率关系式.结果表明:火焰长度随着热释放速率增加与凹坑尺寸减小而增大,坑口尺寸较小时,火焰长度大于开放空间;坑口尺寸增大到一定程度时,火焰长度小于开放空间火焰长度.等效宽度随热释放速率的增大而增大,且当等效宽度增长到凹坑开口尺寸后,增长速率变缓并趋于稳定,同时火焰长度有明显增长.火焰长宽比呈现先减小后增大趋势,随着凹坑尺寸增大,长宽比减小且均小于开放空间.
  • 屈海俊, 苟小龙
    燃烧科学与技术. 2024, 30(01): 32-42.
    为了掌握燃气轮机两级浓淡燃烧室内氨-氢-空气预混旋流火焰的NO_x排放特性和影响NO_x生成的动力学机制,对氨-氢-空气预混旋流燃烧过程进行了三维反应流数值模拟并开展了燃烧反应动力学特性研究.结果表明:在掺氢比为35%、压力为0.5 MPa且当量比为1.20的绝热燃烧工况下,NO_x排放可降至54×10~(-6)(15%O_2).H+O_2(+M)=HO_2(+M)是燃烧压力影响氨-氢燃料燃烧过程中NO_x排放的关键反应.燃烧压力的升高会促进NO与HO_2反应并转化为NO_2.对于氨-氢混合燃料而言,过高的掺氢比(60%~80%)会导致NO_x排放显著升高,而根据壁面热损失程度的不同,适当的掺氢比(35%~55%)则有利于实现较低的NO_x排放(54×10~(-6)~86×10~(-6 )(15%O_2)).
  • 熊世文, 王强, 吕将, 胡隆华
    燃烧科学与技术. 2024, 30(02): 179-186.
    为了安全高效地利用低污染燃烧技术,使用丙烷作为燃料,通过改变稀释气体种类(He/N2/CO2)、燃料摩尔分数(0.5~1.0)和射流速度(1.5~55 m/s),采用实验方法研究了不同稀释气体下湍流扩散射流火焰推举高度和吹熄极限.研究表明,对于完全湍流推举火焰,当燃料摩尔分数由1.0下降至0.5时,射流速度每增加1 m/s,火焰推举高度由增加0.18 cm上升至增加0.34 cm(氦气)、0.45 cm(氮气)和0.59 cm(二氧化碳).通过在预混火焰模型中加入燃料摩尔分数这一表征稀释程度的项,修正了Kalghatgi提出的预混火焰预测推举高度模型.同时,当燃料摩尔分数从1.0下降至0.5时,火焰吹熄速度从55 m/s下降至26 m/s(氦气)、16 m/s(氮气)和10.5 m/s(二氧化碳),验证了Kalghatgi提出的预混火焰模型在预测不同稀释气体和稀释度条件下预测吹熄极限的适用性.
  • 徐祖伟, 高富昌, 龙周禾, 赵海波
    燃烧科学与技术. 2024, 30(02): 103-110.
    采用火焰喷雾热解方法(FSP)合成了一系列不同Pt负载量的Pt/TiO_2催化剂,通过XPS、ICP-OES、AC-HAADF-STEM、H_2-TPR等表征手段分析了催化剂的成分结构和金属-载体相互作用,在固定床催化反应系统上评估了这些催化剂对CO和CH_4的催化燃烧性能.结果表明,FSP合成的Pt/Ti O_2催化剂具有较大的比表面积、Pt组分富集于Ti O_2表面,能够显著降低CO和CH_4催化燃烧的反应温度,同时也具有较好的高温热稳定性.Pt组分的多种价态对CO和CH_4的催化表现出不同的特性,氧化态的单原子Pt对CO具有很好的低温催化活性,而金属态的颗粒Pt对CH_4的转化更有利.因此FSP能够在一定范围内调控贵金属催化剂的负载状态和配位环境以适应不同催化反应的需求,提高催化剂设计的灵活性和针对性.
  • 余鹏, 赵婷, 李剑锐, 施伟, 吴凌峰
    燃烧科学与技术. 2024, 30(03): 302-310.
    基于层级结构思路构建了包含24组分和25步基元反应的自燃MMH-NTO简化燃烧反应机理Mech25.Mech25机理中MMH-NTO燃烧反应过程包括冷反应(积累热量和自由基)、着火反应(快速放热)、高温燃烧反应(反应平衡)3个阶段.反应机理包含了CH_3NHNH_2逐步脱氢反应、HONO分解反应、小分子及自由基反应与高温分解反应等.温度敏感性分析表明燃烧温度对CH_3NHNH_2与CH_3NNH脱氢反应最为敏感;热释放速率分析表明CH_3NNH与HCO的氧化反应对热释放贡献最大,而HONO分解反应吸热效应最显著,H2_O分解反应促使反应由快速放热转为平衡反应;着火延迟敏感性分析表明其对R2反应最为敏感,反应(R2)活化能值对能否发生自着火至关重要;氧燃比影响分析表明,终产物H_2O与N_2非同步达峰在近当量燃烧区域产生了温度对氧燃比变化不敏感的平台区.与已有简化机理相比,Mech25机理对MMH-NTO反应终态温度预测最为准确,其值与详细机理偏差仅为0.2%.