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

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郵　　箱：xuebaozr@ustb.edu.cn

單　　價：40元/期，全年480元

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2016年第38卷第10期

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全尾砂膏體攪拌剪切過程的觸變性

楊柳華, 王洪江, 吳愛祥, 邢鵬, 高維鴻

2016, 38(10): 1343-1349. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2016.10.001

[摘要](314)

[PDF 706KB](16) [施引文獻] ()

摘要:
膏體觸變性是一種復雜的流變現象,涉及到膏體的攪拌制備、管道輸送、采場流動等多方面,但是對膏體的觸變性機理目前還缺乏統一的認識,對全尾砂膏體處置技術中出現的各種與觸變性相關現象還難以解釋.針對全尾砂膏體攪拌剪切過程中的觸變行為,對某尾礦全尾砂膏體在不同條件下進行流變測試,研究全尾砂粒級、膏體中固相質量分數、水泥添加量、靜置時間等因素對膏體觸變的影響規律,分析全尾砂膏體觸變行為及其對全尾砂膏體穩定性能的影響.研究結果表明,全尾砂顆粒以三維網狀結構彌散于漿體空間,其觸變性與屈服應力及膏體料漿穩定性相關,受到料漿中超細成分、灰砂比、固相質量分數等影響,膏體觸變特征可劃分為剪切破壞及靜置恢復兩個過程,其流變特性具有隨時間而變化的特點.

非均質孔隙率采空區氧化升溫規律四維動態模擬

周佩玲, 張英華, 黃志安, 袁飛, 高玉坤, 王輝, 孫倩

2016, 38(10): 1350-1358. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2016.10.002

[摘要](278)

[PDF 719KB](12) [施引文獻] ()

摘要:

運用Fluent動網格模型實現采空區的四維動態變化,并用用戶自定義函數將煤低溫氧化動力學機理及非均質孔隙率函數編入Fluent中,結合時間和空間,對U+L型通風系統采空區升溫規律進行四維動態模擬研究.研究表明:非均質孔隙率四維動態模型能更真實地反應孔隙率的空間與時間變化,空間某一位置的孔隙率隨時間呈負指數遞減;工作面推進速度越大,采空區升溫速率越小,推進速度為3.6 m·d^-1時平均升溫速率僅為推進速度為1.2 m·d^-1時的1/5;然而,推進速度越大,高溫點的深度越大,不利于自燃的預防;尾巷的存在使得溫度場范圍擴大,溫度升高,CO主要從尾巷流出,尾巷釋放的CO量是回風巷CO釋放量的10倍.最后利用現場實測的數據對結果進行驗證,表明模擬結果是正確可信的.

十二烷基磺酸鈉在赤鐵礦表面吸附動力學

寇玨, 楊葆華, 徐世紅, 孫體昌

2016, 38(10): 1359-1368. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2016.10.003

[摘要](269)

[PDF 702KB](12) [施引文獻] ()

摘要:
利用帶耗散功能的石英晶體微天平研究十二烷基磺酸鈉在Fe₂O₃石英晶體諧振器表面的吸附動力學及吸附層構象.結果表明：十二烷基磺酸鈉在赤鐵礦表面的吸附是一個快速達到吸附平衡的過程,pH值對十二烷基磺酸鈉的吸附影響較為明顯,pH值在3~9的范圍內,隨著pH值增加,藥劑吸附層黏彈性逐漸增大,吸附層穩定性減弱,赤鐵礦回收率逐漸下降,十二烷基磺酸鈉的吸附過程只有一個吸附階段,且吸附過程符合準一級動力學模型,吸附層不發生明顯構象變化;當pH值為10和11時,十二烷基磺酸鈉吸附量明顯增加,赤鐵礦回收率也開始回升,吸附過程存在多個吸附階段,吸附的第一階段符合準二級動力學模型,吸附的第二階段符合Elovich方程,并且隨著吸附的進行,吸附層發生明顯構象變化.

鉻鐵礦球團焙燒固結特性

甘敏, 高露, 范曉慧, 陳許玲, 田志遠, 周訓偉

2016, 38(10): 1369-1376. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2016.10.004

[摘要](367)

[PDF 1365KB](11) [施引文獻] ()

摘要:
本文系統研究鉻鐵礦球團的焙燒固結特性.結果表明:預熱時間對于預熱球強度影響不大,在預熱時間為10 min時,隨著預熱溫度的提高,預熱球強度和氧化率呈直線型增加,適宜溫度為1050℃,此時預熱球強度可達每個400 N以上;與傳統鐵礦球團相比,鉻鐵礦球團焙燒所需的溫度高,焙燒時間為10 min時,焙燒溫度從1250℃提高到1350℃,球團強度從每個1078 N提高到1973 N.在鉻鐵礦球團預熱和焙燒過程中,鉻尖晶石(Fe,Mg)(Cr,Fe,Al)₂O₄氧化生成富鎂的(Fe,Mg)(Cr,Fe,Al)₂O₄和鉻鐵鋁復合氧化物(Cr,Fe,Al)₂O₃,當溫度高于1000℃時,(Cr,Fe,Al)₂O₃新相生成,其主要以環狀分布在顆粒外層,顆粒內部為針狀與(Fe,Mg)(Cr,Fe,Al)₂O₄形成交織結構,降低Cr/Fe比或升高焙燒溫度均有助于(Cr,Fe,Al)₂O₃向顆粒外層富集和再結晶長大,有利于球團的固結,提高球團強度.

基于原子和分子共存理論的Al-Ti熔體反應能力表征

段生朝, 陳虎兵, 郭漢杰, 連云飛

2016, 38(10): 1377-1385. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2016.10.005

[摘要](376)

[PDF 586KB](12) [施引文獻] ()

摘要:
基于原子和分子共存理論建立計算Al-Ti二元合金系結構單元質量作用濃度的熱力學模型.利用文獻報道的2073、2173和2273 K下Al-Ti二元系的活度計算了生成Al₃Ti、AlTi和Al₁₁Ti₅反應的平衡常數,并進一步得到其標準摩爾吉布斯自由能的表達式.使用文獻報道的不同溫度下Al-Ti二元合金系全濃度范圍內組元Al和Ti的活度a_Al和a_Ti與原子和分子共存理論定義的質量作用濃度N_Al和N_Ti進行比較.結果表明:在Al-Ti二元合金熔體全濃度范圍內計算得到的質量作用濃度N_Al和N_Ti與文獻報道的活度符合很好.同時,計算得到的Al-Ti二元合金系中結構單元Al₃Ti和Al₁₁Ti₅的平衡物質的量與其質量作用濃度的關系呈"棒狀",而結構單元AlTi的平衡物質的量與其質量作用濃度的關系呈"紡錘"形.

利用顯熱對熔渣進行直接改質的熱平衡分析及試驗驗證

盧翔, 李宇, 馬帥, 代文彬, 蒼大強

2016, 38(10): 1386-1392. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2016.10.006

[摘要](302)

[PDF 604KB](21) [施引文獻] ()

摘要:
采用熱態改質方法可直接將冶金熔渣制備成高附加值材料,從而實現熔渣的"熱""渣"雙利用,因此這一方法在熔渣資源化利用領域中已成為研究熱點.本文選取熔融鋼渣和河沙分別為典型熔渣和改質劑,模擬計算分析在1600℃熔渣內摻入改質劑的過程中改質劑摻量對改質熔渣顯熱的影響,并對研究結果進行工業試驗驗證.研究表明：隨著改質劑摻入,改質熔渣顯熱呈現先增加后減小的趨勢;隨改質劑摻量由5%增加到11%時改質熔渣顯熱反而增加,當改質劑摻量為11%時改質熔渣顯熱達到最大.從熔渣顯熱利用和改質效果綜合考慮,改質劑摻量的理論最佳區間為11%~19%.現場試驗表明,摻入12%左右的河沙后,改質熔渣流動性好,冷卻渣安定性等性能改善顯著.

基于PIV技術的板坯連鑄結晶器內鋼水流動行為研究

任磊, 張立峰, 王強強, 趙星

2016, 38(10): 1393-1403. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2016.10.007

[摘要](288)

[PDF 1728KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
利用粒子圖像測速技術,以200 mm×2040 mm板坯連鑄結晶器為原型,建立1∶4水模型進行實驗,對結晶器內鋼液流動形態、流速及各流態所占比例、液面波動、以水口為中心結晶器兩側對稱點速度隨時間的變化、水口兩側液面水平流速、水口兩側對稱位置液面至結晶器底部垂直方向速度和鋼液對兩側窄面的沖擊深度進行系統地研究和分析,并對比拉速的影響.研究表明,粒子圖像測速技術不僅可以測量結晶器內流場流速,還可以對流場對稱性進行全方位、多角度定量分析,為研究連鑄參數變化,比如拉速、水口結構和水口浸入深度,對板坯連鑄結晶器內鋼液流動及對稱性的影響提供一種較為精確的方法和思路.通過分析得出,在本實驗條件下拉速0.5 m·min^-1優于0.6 m·min^-1.

含鉛廢渣料還原造锍熔煉回收鉛和銀工藝

葉龍剛, 林文榮, 陳永明, 李云, 唐朝波

2016, 38(10): 1404-1409. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2016.10.008

[摘要](268)

[PDF 533KB](16) [施引文獻] ()

摘要:
針對鉛鋅冶煉企業產出大量含鉛固體廢棄物難以環保經濟回收的難題,提出從多種含鉛廢料中回收二次鉛的還原造锍熔煉新工藝.在熱力學計算的基礎上,進行以鉛膏、鉛渣、鉛煙灰和黃鐵礦燒渣的設計混合料為熔煉對象,以氧化鐵為固硫劑,焦粉為還原劑,蘇打和芒硝作為添加劑的工藝實驗,研究熔煉過程中各影響因素對鉛和銀直收率的影響.得到優化的工藝條件:FeO/SiO₂質量比為1.10,CaO/SiO₂質量比為0.30,添加劑組成中Na₂CO₃/Na₂SO₄質量比為7∶3,焦粉用量為含鉛物料質量的15%,熔煉時間為2 h,熔煉溫度為1200℃.在此條件下綜合實驗中鉛直收率為85.95%,銀直收率為83.15%.新工藝具有固硫、綜合利用和一步煉鉛的優點.

釩冶煉廠周邊陸生植物對重金屬的富集特征

林海, 田野, 董穎博, 張海麗, 劉璐璐, 陳思

2016, 38(10): 1410-1416. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2016.10.009

[摘要](292)

[PDF 461KB](11) [施引文獻] ()

摘要:
對某釩冶煉廠周邊土壤和植被進行現場采樣,共采集到高等植物20科29種,土壤樣品7個,采用ICP-MS和ICPOES分析本土植物和土壤中重金屬含量.結果表明,冶煉廠周邊土壤普遍存在V、Cr和Cd污染現象,重金屬V和Cr的污染問題突出.29種植物體內均檢測到V、Cr、Cd和Pb,其中V含量相對較高.本土植物蜈蚣草體內重金屬V含量最高,其地上部分V積累量為86.51 mg·kg^-1,地下部分為814.25 mg·kg^-1;野胡蘿卜對Cd的富集和轉運能力顯著高于其他植物,地上部分和地下部分Cd含量分別為18.56 mg·kg^-1和5.66 mg·kg^-1.兩種植物表現出對釩冶煉導致周邊復合重金屬污染極高的耐性,可作為釩冶煉廠周邊土壤重金屬污染植物修復的先鋒物種.

工業生產條件下連續熱鍍鋅鍋中鋅渣擴散的數值模擬

冒飛飛, 董安平, 疏達, 王俊, 孫寶德

2016, 38(10): 1417-1422. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2016.10.010

[摘要](193)

[PDF 623KB](14) [施引文獻] ()

摘要:
基于歐拉-拉格朗日方法的離散相模型,針對鋅液體外循環系統下連續熱鍍鋅鍋中三種不同類型的鋅渣,利用數值模擬的方法計算鋅鍋中鋅渣的濃度差分布.分析鋅渣擴散得到了鋅渣在帶鋼表面及鋅鍋中的運動軌跡和分布規律.結果表明:鋅渣在帶鋼上的沉積率隨著鋅渣粒度的減小而升高;由于鋅渣密度的差異,當鋅渣直徑小于80μm時,沉積率從高到低依次為懸浮渣、面渣和底渣.面渣在帶鋼出口后側區域的平均停留時間最長,在該位置設置抽鋅管將有利于面渣的去除;在V形區內側區域帶鋼上的懸浮渣質量濃度最高,對帶鋼影響最大;底渣主要運動區域為鋅鍋底部,基本不會黏附于帶鋼表面,對帶鋼質量影響最小.

開軋溫度對鈮微合金化熱成型鋼氫致延遲開裂性能的影響

程亞杰, 孫斌堂, 廖慶亮, 范光龍, 張躍

2016, 38(10): 1423-1428. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2016.10.011

[摘要](145)

[PDF 754KB](13) [施引文獻] ()

摘要:
通過動態充氫恒載荷、氫滲透等實驗研究軋制工藝對鈮合金化熱成型鋼的氫致延遲開裂性能的影響.隨著開軋溫度從1000℃降低到950℃,熱成型鋼的氫擴散系數降低,氫致延遲開裂性能提高,耐腐蝕性能下降.透射電鏡觀察發現開軋溫度為1000℃時MX型析出相尺寸為30 nm;開軋溫度為950℃時熱成型鋼的MX型析出相尺寸為5 nm左右,可以觀察到直徑為50 nm Cr₂C₃析出相.作為氫陷阱的納米析出相是提高實驗鋼氫致延遲開裂性能的主要因素.析出相不同的原因是開軋溫度為1000℃時MX型析出相發生熟化現象,進一步抑制Cr₂C₃的析出.

增壓渦輪用K424高溫合金組織特征及熱裂傾向性

趙展, 董建新, 張麥倉, 鄭磊, 姚志浩

2016, 38(10): 1429-1437. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2016.10.012

[摘要](166)

[PDF 1038KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
針對K424精密鑄造增壓渦輪葉片出現的熱裂問題,采用組織觀察和計算模擬的方法,分析增壓渦輪用K424合金特性以及渦輪葉片鑄造中出現熱裂的原因,并對比K418合金提出合金熱裂傾向性的影響因素以及減少熱裂的建議.結果表明,鑄造增壓渦輪熱裂傾向性與合金特性及鑄件特性等有關.K424合金中Al和Ti元素含量較高,導致合金中共晶組織含量多且尺寸大,與K418合金相比,熱裂傾向性較大;另一方面,由于鑄件葉片位置厚度小且曲率變化大,易形成應力集中,導致熱裂.為減小熱裂傾向性,需控制K424合金中Al和Ti元素含量并選擇合理的工藝參數.

三元乙丙橡膠老化與氣候關聯性及老化程度全國分布預測

吳德權, 高瑾, 盧琳, 李文倩, 李曉剛

2016, 38(10): 1438-1446. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2016.10.013

[摘要](190)

[PDF 697KB](10) [施引文獻] ()

摘要:
利用三元乙丙橡膠(EPDM)在我國11個典型大氣站點暴曬3年的老化數據及氣候環境數據,基于對EPDM老化行為分析以及氣候環境對EPDM作用機制,探究EPDM老化與氣候因子之間的關聯性.通過因子分析與逼近理想解排序法,將多個老化指標轉化為綜合老化值;由灰色關聯度分析,得到影響EPDM老化的關鍵氣候因子為輻照度、濕度、溫度和降雨;通過BP人工神經網絡,建立EPDM綜合老化值與氣候因子間關聯模型.利用我國97個地市級城市氣象數據,預測EPDM在未試驗地區綜合老化值,可視化得到EPDM在我國的老化分布圖.圖形表明,EPDM在我國西部地區,新疆南部、云南南端、廣東南部、海南、臺灣等地區老化程度較嚴重.

基于修正網重寫系統的制造系統動態重構

李杰林, 陳明

2016, 38(10): 1447-1457. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2016.10.014

[摘要](169)

[PDF 669KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
智能制造模式要求制造系統能夠快速動態重構以及時響應多品種、小批量產品的客戶化、個性化定制的需求.本文從生產制造流程出發,針對不同輸入輸出函數下非托肯守恒復雜制造系統一般PN模型,在網重寫系統的基礎上提出修正網重寫系統.修正網重寫系統依據產品制造流程聚類對規則類庫中重構單元子類進行系統的模塊化封裝,并制定相應的重構區域邊界耦合約束與內部結構使能規則.構建的修正網重寫系統重構單元類庫具有行為特性繼承的特點,保證局部區域重構后制造系統的活性、有界性及可逆性,根據制造系統修正網重寫系統重寫規則與重構步序可實現制造系統自主快速的動態重構.仿真結果與應用實例驗證了修正網重寫系統的可用性.

基于模糊綜合決策的直齒圓柱齒輪齒廓最佳修形

羅彪, 李威, 于靜

2016, 38(10): 1458-1466. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2016.10.015

[摘要](163)

[PDF 767KB](11) [施引文獻] ()

摘要:
在時變嚙合剛度和Blok閃溫理論的基礎之上,系統地分析齒廓修形參數對齒間載荷分配、傳動誤差和齒面閃溫的影響,并確定在單目標條件下齒廓修形的最佳修形參數.基于模糊綜合決策理論,確定了綜合考慮多目標條件下齒廓修形最佳修形參數.引入多目標條件下修形量的修正系數X_c,確定修正系數X_c的值,并給出多目標條件下修形量的計算公式.綜合最佳修形參數的最大修形量,取單雙齒嚙合區交替點B和D的變形量乘以修正系數X_c,修形指數取1.43,修形方式為長修形.

基于正交試驗的雙P型輻射管三級燃燒器低NO_x仿真

馮俊小, 陳艷梅, 劉興杰, 吳啟明

2016, 38(10): 1467-1474. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2016.10.016

[摘要](147)

[PDF 541KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
為降低雙P型輻射管NO_x排放,運用擴散式分段燃燒的低NO_x均勻化燃燒技術,設計一種輻射管三級燃燒器,對其進行數值模擬,經過驗證模型可靠.對燃燒器結構及運行參數進行正交試驗和單因素研究.研究表明:空氣預熱溫度、空氣分級配比和空氣過剩系數對出口NO_x排放濃度有顯著的影響,相互無交互作用;一次風量由10%增大到20%時NO_x生成量由65.2×1^0-6增加到108.2×10^-6,一次風量增加到30%以上時出口NO_x體積分數增加速率趨緩;空氣預熱溫度每增加100℃,最高燃燒溫度增加約50℃,排放氣體中NO_x體積分數由50.9×10^-6以22%、23.2%、25.3%、27.2%、27.3%和29.5%的速率增加;隨空氣過剩系數增加,出口NO_x體積分數由82×10^-6呈22.1%、1.9%、2.1%、24%和2.5%的波動增長趨勢.

基于激光遙測方法的某在役風電塔現場實測分析

戴靠山, 王英, 黃益超

2016, 38(10): 1475-1481. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2016.10.017

[摘要](156)

[PDF 734KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
風力發電塔作為一類特殊的高柔結構,頂部支撐的風機在工作狀態下對塔身產生動態激勵,目前的風電塔振動實測通常采用接觸式傳感器.為發展風電塔現場非接觸測試技術,本文對激光遙測方法進行闡述,利用加速度計和激光遙測設備對某1.5 MW風電塔進行環境脈動激勵下的動力實測,對兩種儀器的現場使用及測試結果進行對比,分析遙測方法的優勢.利用得到的多組實測信號,分別采用峰值拾取法和隨機子空間識別法進行分析處理,獲得該風電塔的自振頻率.

基于模糊綜合評判的移動電源火災風險分析

黃國忠, 丁潔, 謝志利, 謝婷, 楊曉

2016, 38(10): 1482-1488. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2016.10.018

[摘要](108)

[PDF 415KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
針對移動電源火災事故頻發的安全現狀,本文采用能量轉換和模糊綜合評判的方法構建移動電源火災風險評價模型,并對移動電源火災風險進行評價.為增加評判過程的客觀性,分別采用事故樹基本事件結構重要度和相對差異函數對評判模型中評價因子的權重和隸屬度進行分析和計算.評判結果表明移動電源火災事故風險等級處于一般安全與比較危險之間,與實際情況相符合.

間斷連接無線網絡中能量有效的數據轉發策略

甄巖, 許穩, 王汝言, 歐清海

2016, 38(10): 1489-1498. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2016.10.019

[摘要](157)

[PDF 428KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
針對間斷連接無線網絡中節點能量有限、節點間相遇持續時間較短和網絡資源無法得到充分利用的問題,提出一種帶有自適應異步喚醒的數據轉發策略,綜合考慮節點能耗和休眠機制,并結合灰色模型預測節點間相遇持續時間,優化節點探測階段和數據轉發階段的能耗,進而實現高效數據轉發的目的.結果表明:所提出的數據轉發策略能夠有效利用節點剩余能量和通信機會.與現有的轉發策略相比,該策略能夠在低能耗下有效改善網絡的探測成功率和通信時延.

一種形式化上下無關文法關系驅動的設計模式檢測方法

肖卓宇, 何锫, 余波, 黎妍, 楊鑫維

2016, 38(10): 1499-1508. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2016.10.020

[摘要](187)

[PDF 398KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
針對設計模式識別結果的假陰性問題與重疊問題,為提高設計模式實例恢復的精確性,提出一種形式化上下無關文法關系驅動的設計模式檢測方法.依據設計模式實例中的參與者屬性及其關系,以形式化可視化語言描述模式實例的識別文法.在此基礎上,改進該文法檢測設計模式實例參與者間的附加關系,并識別共享實例的模式.實驗結果表明,新方法不僅減少了模式實例的假陰性結果,還解決了模式實例識別的重疊問題,與其他檢測方法的精確度、召回率及F-score指標比較,新方法取得了較好的效果.