水利水电工程

  • 分布式河网水环境高分辨率数值模型研究

    栾广学;王添;侯精明;潘占鹏;吕佳豪;高徐军;韩占涛;

    为了更好地理解流域水环境机理过程,基于高效高精度水动力水质耦合模型,通过优化模型内、外边界以及耦合沉积物模块,提出了一个可用于模拟大区域复杂地形洪水演进及其伴随污染物输移转化过程的分布式河网水环境高分辨率数值模型,即基于图形处理器(graphics processing unit, GPU)加速的水动力及污染物输移数值模型(GPU accelerated surface water flow and associated transport, GAST)。模型充分考虑了复杂地形河道本底特征及沉积物对污染物的吸附解吸过程,区分了不同本底特征的参数异质性;多点位时变流量和时变浓度模拟功能为多模型耦合模拟水环境过程提供了接口,并引入GPU加速并行计算。最后基于复杂地形河网的多点位监测数据对模型进行了检验。结果表明:模型运行速度快且模拟精度高,为复杂地形河网水环境更深层次机理过程研究、水环境精准溯源、水质规划和管理政策制定提供一个高效、可靠的工具。

    2024年05期 v.57;No.326 535-544页 [查看摘要][在线阅读][下载 1472K]
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  • 原地浸矿诱发离子型稀土矿山边坡变形机制及其稳定性研究

    蒋舒;路瑞利;位伟;王观石;

    为了揭示原地浸矿过程诱发边坡变形及失稳破坏机制,基于流固耦合理论,结合现场监测资料,对赣南某稀土矿原地浸矿过程的渗流场、变形场及边坡稳定性的演化规律进行了研究。结果表明:注液初期的渗流场影响范围主要分布在矿山顶部注液区内,导致山顶形成较大塑性区。随着注液强度不断提高,浸矿液浸润面快速抬升,矿山顶部塑性区向下沿着基岩朝两侧发展,诱发矿山边坡朝坡外向加速变形,导致边坡安全系数明显下降。当注液和收液强度大致平衡后,矿山内部形成稳定渗流场,边坡变形趋于稳定。总体来说,原地浸矿注液强度及浸润面高度是影响矿山边坡变形及稳定性的主要因素,相关研究成果为原地浸矿诱发滑坡的治理提供理论依据和工程参考。

    2024年05期 v.57;No.326 545-553页 [查看摘要][在线阅读][下载 1697K]
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  • 基于SDSM的兰江流域未来气候情景预估

    杨国丽;唐中楠;李军;

    在第2代加拿大地球系统模型(the second generation Canadian earth system model, CanESM2)中的3种典型浓度路径(representative concentration pathways, RCPs)情景(RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5)下,基于统计降尺度模型(statistical down scaling model, SDSM)研究兰江流域未来年份温度和降水量的变化趋势。结果表明:1)SDSM在兰江流域具有较好的适用性,各站点最高温度、最低温度、降水量的解释方差分别为70.62%~79.74%、69.61%~78.76%、28.56%~41.45%;2)3种RCPs情景下温度均呈上升趋势,且上升幅度随辐射强迫度上升而同步增大,至21世纪末,RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5情景下的最高温度分别较基准期上升0.06℃、1.22℃、2.76℃,最低温度分别较基准期上升0.35℃、1.15℃、3.01℃;3)RCP2.6情景下的降水量总体呈下降趋势,至2080—2100年下降0.98%,RCP4.5情景下的降水量呈先上升后下降趋势,至2050—2079年达到峰值,较基准期上升12.03%,RCP8.5情景下的降水量呈先下降后快速上升趋势,至2080—2100年上升38.08%。研究结果可为兰江流域内水资源管理、生态文明建设及社会经济可持续发展提供依据和理论支持。

    2024年05期 v.57;No.326 554-561页 [查看摘要][在线阅读][下载 1528K]
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  • ITA法在极端气候趋势分析中的适用性研究

    刘利轲;赵超;沈凯琦;李铠峰;刘涵;李文彧;

    基于厦门市1980—2019年极端气温指数及1980—2015年极端降水指数,将创新趋势分析(innovative trend analysis, ITA)法引入极端指数趋势分析中,并将结果与Mann-Kendall(M-K)检验、线性回归法的结果对比,评估方法的有效性和独特性。结果表明:ITA法在极端指数序列总体趋势评估方面与M-K检验和线性回归法具有很强的一致性,均评估出厦门市气温呈显著性上升趋势,降水量呈上升趋势但趋势不明显。ITA法还可评估出极端指数序列中低、中、高值的次级趋势,从而预测出未来高温事件和极端暴雨事件出现概率增大的趋势。ITA法作为一种图像方法,计算简便,它既能表示数据序列总体趋势,还可评估子趋势的变化,适用于极端气候事件变化趋势的评估。

    2024年05期 v.57;No.326 562-570页 [查看摘要][在线阅读][下载 1619K]
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  • 基于循环神经网络的水沙过程预测方法及其应用——以黄河下游为例

    徐睿霖;夏军强;李志威;缪驰远;周美蓉;陈翠霞;鲁俊;

    精准快速地预测水沙过程对于高效制订防汛应急方案具有重要意义。选取可记忆时段信息的循环神经网络算法,针对黄河下游游荡河段,按照进口花园口站来水量及来沙量对各年份数据进行分类,分别构建了适用于不同来水来沙类型的循环神经网络水沙预测模型用以预测高村站的水沙过程。模型训练完成后,输入花园口站的水沙数据即可输出对应时段内高村站的水沙数据预测值。预测结果表明:1)数据集预处理时,按照河段进口来水来沙类型进行划分可以提高预测精度,相较不划分方式,洪峰与沙峰的预测精度最高可提升50%以上;2)预测的水沙过程与实测数据符合良好,纳什效率系数(Nash-Sutcliffe efficiency coefficient,NSE)最优分别可达到0.99与0.92,年内汛期与非汛期流量过程的预测效果相近,NSE为0.97左右,而含沙量过程汛期预测结果的NSE为0.88左右,优于非汛期;3)循环神经网络模型对流量过程的预测精度能够达到甚至超过马斯京根法,并且可以弥补马斯京根法不能预报含沙量过程的不足。总体来看,循环神经网络水沙预测方法的精度较高,适用于黄河下游游荡段不同类型水沙过程的预测。

    2024年05期 v.57;No.326 571-581页 [查看摘要][在线阅读][下载 1875K]
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土木建筑工程

  • 河西走廊地区盐渍土路基换填层水盐迁移试验研究

    李萍;杨熙;王英;

    我国河西走廊地区大量分布以粉砂质土为主的盐渍土,其毛细水作用现象明显,对公路路基造成了严重的破坏。为了明确路基换填层的水盐迁移特性,采用自主设计的水盐迁移试验装置开展室内试验研究,并结合扫描电镜从微观层面解析盐渍土破坏机理。试验结果表明:在掺入风积沙的黄土与盐渍土换填层中,水盐迁移主要集中在试验前期,随着风积沙掺量增加,换填层水盐迁移速率先增大后减小,最快迁移速率出现在掺沙率为30%的土样。电镜结果表明:盐渍土土样在水盐迁移试验结束后会析出盐分晶体填充于土颗粒之间,形成胶结体和团聚物,从而导致土体开裂;在盐渍土中掺加50%的风积沙可以减少土体由盐胀引起的裂隙与孔隙,能有效降低水盐迁移引起的破坏。

    2024年05期 v.57;No.326 582-592页 [查看摘要][在线阅读][下载 2254K]
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  • 浅埋土洞加筋路基变形的双梁模型解

    吴方宇;陈志波;邓煜晨;

    浅埋土洞加筋路基受力机理十分复杂,为探究其变形和受力情况,将路面结构和土工格室简化为考虑抗弯刚度的有限长梁,路堤填土和路基土分别采用Kerr模型和Pasternak模型模拟,构建双梁模型,求解双梁竖向变形解析解。分别采用浅埋土洞加筋路基数值模拟结果与无土洞加筋路基室内试验结果验证双梁模型解析结果的有效性,并基于解析结果分析了深宽比、土工格室抗弯刚度和路基土弹性模量对双梁竖向变形、弯矩和剪力的影响。结果表明:深宽比和路基弹性模量对浅埋土洞加筋路基土洞区域的受力与变形有显著影响,而土工格室抗弯刚度的影响能力与路基弹性模量有关,土洞宽度决定路面结构和土工格室的剪力分布特点。

    2024年05期 v.57;No.326 593-600页 [查看摘要][在线阅读][下载 1394K]
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  • 大跨度连续曲线箱梁桥地震反应计算分析

    吴明杰;颜燕祥;蔡恒;

    为研究多跨连续曲线箱梁桥在地震作用下的动力响应,基于虚功原理和动力有限元理论,推导了曲线箱梁桥的振动方程。采用ANSYS建立全桥空间有限元模型,验证了理论数值模型求解振动方程方法的有效性。针对El-centro波作用下的某3跨连续曲线箱梁桥,考虑了4种地震激励工况,在MATLAB上采用Newmark-β法直接积分,对该梁桥的地震时程反应进行了计算分析。结果表明:墩柱动力响应表现出明显的空间性;结构在双向耦联水平地震作用下的位移和加速度峰值响应比在单向水平地震作用下的响应分别增大72.7%和145.7%;最大地震反应不一定沿着地震波输入方向,该结构地震波的最不利输入方向约为50°;大跨度连续曲线弯梁桥横向桥地震反应较大,容易在首尾处发生横桥向落梁破坏。

    2024年05期 v.57;No.326 601-607页 [查看摘要][在线阅读][下载 1286K]
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电气工程

  • 基于行波理论和改进Hausdorff距离的多端混合直流输电线路保护方案

    武一鸣;樊友平;王子江;许洵;黄宗武;李东杰;

    多端混合直流输电系统输电容量大、拓扑结构复杂,具有“多送点、多受端”的特征,线路容易发生故障且故障后的影响范围广,因此对保护的可靠性要求极高。为保证多端混合直流输电系统安全稳定运行,提出了一种基于行波理论和改进Hausdorff距离的保护方案。根据行波理论测算线模分量与地模分量,并应用输电线路的贝瑞隆模型,由线路一侧的线模分量推演线路对侧线模电流;引入改进的Hausdorff距离算法来量化推演值与真实值的差异并构造判据以识别故障线路,同时根据地模波的大小与变化率确定故障极、根据行波检测时间计算故障位置,实现故障精准定位。采用乌东德三端混合直流输电工程模型,通过PSCAD/EMTDC进行仿真验证,结果表明该保护方案能在5 ms内识别全线范围的故障且能够耐受过渡电阻与噪声干扰,兼具可靠性、选择性、速动性与灵敏性。

    2024年05期 v.57;No.326 608-618页 [查看摘要][在线阅读][下载 1643K]
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  • 同塔四回线断线故障分析方法

    陆政君;范春菊;韦昌伟;庞泽;覃正红;唐纬;

    当同塔四回线遇上极端情况,发生断线故障,甚至跨线间断线,复杂的线路耦合给故障分析带来困难,研究断线故障分析方法,有利于完善继电保护配置。根据四回线阻抗分布情况,利用12序分量法解耦,基于断线故障特点,重新定义故障序网图和综合电动势。化简断线故障边界条件方程组后得到简化的序分量关系,当电压或电流约束方程只有1个时,可通过修正序阻抗系数,构建复合序网图。通过复合序网图,可以巧妙地将复杂的方程组转化为简单的图形网络,快速计算故障量。而如果电压或电流约束方程不止1个时,复合序网图无法统一,可通过解方程组的方法计算各序分量。PSCAD(power systems computer aided design)仿真结果表明,复合序网图应用于单回线断线故障分析具有可行性,而复杂断线情况下,利用解方程组法可实现故障分析。

    2024年05期 v.57;No.326 619-627页 [查看摘要][在线阅读][下载 1122K]
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  • 电弧炉间谐波在配电网中的谐振评估与传播分析

    林焱;刘开培;彭雅洁;黄道姗;林芳;秦亮;

    电弧炉类非线性负荷常常会在0.1~5次频段范围内产生间谐波,给配电网带来并联谐振风险,严重威胁配电网的电能质量和安全稳定运行。建立了适用于非平稳间谐波研究的电弧炉负荷数学模型,基于模态分析法确定了配电网发生并联谐振的频率和中心节点,结合模态阻抗灵敏度分析法评估配电网线路元件对谐振的影响,采用电压传递系数量化间谐波源接入不同位置后在其他网络节点上的放大程度,并基于Sobol全局灵敏度分析方法评估了负荷变化对电压放大强度的影响,最后在Matlab2021a中建立了9节点配电网模型,研究验证了电弧炉间谐波在配电网中的谐振与传播情况。

    2024年05期 v.57;No.326 628-636页 [查看摘要][在线阅读][下载 1343K]
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  • 考虑电力系统运行风险的火电灵活性改造规划

    赵璐;范黎;余赛尔;龚青;吴云龙;罗毅;

    因新能源出力具有较强的随机性且可控性差,大规模并网必将对电力系统的安全运行带来风险与挑战。基于火电灵活性改造技术建立了灵活性火电技术经济模型,并基于条件风险价值理论对含新能源的电力系统运行风险进行量化表征,最后构建了计及系统运行风险成本的火电机组灵活性改造规划模型。基于算例系统的仿真验证表明,火电机组的灵活性改造能够降低系统的运行风险,并且该模型能够兼顾各方面成本,保证规划结果的有效性和合理性。

    2024年05期 v.57;No.326 637-645页 [查看摘要][在线阅读][下载 1202K]
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动力与机械工程

  • 洁净手术室多类送风模式及其通风换气特征

    赵福云;许航;史敦科;杨国彪;孙佳韵;章伟晨;

    对不同送风形式下的某Ⅱ级单向流洁净手术室内的静态气流组织进行数值研究,主要研究了局部水平送风、垂直送风及换气次数对手术室内气流组织及相应关键评价指标的影响。利用基于RANS(Reynolds-averaged Navier-Stokes equations)的标准k-ε(湍动能-耗散率)湍流模型开展数值模拟,比较不同送风模式与换气次数对静态手术洁净室下工作区域内流动特征、风速不均匀度、速度衰减度以及空气龄的作用规律。结果表明,垂直单向流应谨慎增加换气次数,在工作面z=7/16H(H为高度)附近能取得该模型最优风速不均匀性;局部水平单向流相较局部垂直单向流能更好地抵抗由于无影灯等设备带来的气流阻隔,但其气流参数易受送风口前障碍物或医护人员位置变动所带来的扰动而急剧下降,因此在工程中应保障水平送风口的通畅性。

    2024年05期 v.57;No.326 646-653页 [查看摘要][在线阅读][下载 1594K]
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  • 基于节能优化的电动汽车跟随控制研究

    专祥涛;刘文豪;

    以电动汽车为研究对象,在完成汽车跟随任务的前提下,对跟随过程中的汽车能耗进行优化。通过分析行驶中的电动汽车的受力情况,建立电动汽车能耗模型,并提出了基于遗传算法和最大转矩电流比方法的分层控制策略。该策略上层基于能耗模型采用遗传算法在不同场景下求解使电动汽车能耗最小的速度曲线;下层使用模型预测控制对该速度曲线进行跟踪,并采用最大转矩电流比方法对电机能耗进行优化。设计了多种不同跟随场景对所提策略与传统控制策略进行仿真对比,仿真结果表明:相比于传统控制策略,在各种场景下该分层控制策略均能有效减少电动汽车在行驶过程中的能耗,降低行驶成本。

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  • 基于卡车行驶数据的驾驶行为分析及评价模型研究

    张鑫;谢辉;

    采集了重型卡车6万km的运行数据,提出了一种基于机理分析和数据特征融合的驾驶经济性和安全性的评价方法。首先对实际运行数据进行处理,通过控制变量选择6次外界环境相同的车辆驾驶过程,通过机理模型分析提取了3个与瞬时油耗密切关联的特征参数,将其聚类成3个油耗等级,然后建立了一个以瞬时油耗预测为主要目标的经济性评估模型,经过训练、测试后得到该模型的预测准确率达96.3%。从纵向控制角度分析,计算得出3个车辆驾驶安全性指标,对各个车辆的驾驶安全等级进行分类,利用多维度的层次分析法计算得出各自的权重,从而针对车辆驾驶行为进行安全性评价,最后对其所评价的模型结果进行案例验证。

    2024年05期 v.57;No.326 662-672页 [查看摘要][在线阅读][下载 1910K]
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  • 无静态泄漏共轨喷油器方案对比及结构优化

    胥奇;汪洋;田智;董翔宇;王明博;甄旭东;

    通过仿真对比研究无静态泄漏喷油器方案与传统喷油器方案,并对前者进行结构参数优化。目的在于了解并优化其喷油规律,实现一定喷油持续期内更大的喷油量。利用一维仿真软件AMESim搭建传统喷油器和无静态泄漏喷油器模型,并进行仿真计算对比,相较之下无静态泄漏方案针阀开启时间更短、关闭时间更长。参数优化过程中发现随着控制柱塞直径减小,针阀开启时间及关闭时间均呈现缩短的趋势,同时也会减少控制柱塞下端高压燃油对控制柱塞的作用力,导致针阀开启时刻延后。存在最优值使得针阀在能打开的前提下针阀运动时间最短。通过对进回油节流孔、控制柱塞直径进行参数优化,总针阀运动时间缩短了34.88%,同时解决了无静态泄漏方案针阀落座缓慢的问题。

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信息技术

  • 基于区块链的电网工程造价数据可靠性评估及差异化管理

    王正;白杨;任建峰;邢晓霞;赵佳妍;方华亮;

    提出基于区块链的电网工程造价可靠性评估和管理方式,区块链可有效解决造价数据不完整、可靠性低、过程管控不严、事后无法追溯等问题。分析了区块链在电网工程数据可靠性管理中应用的可行性,研究了电网工程造价数据链结构。根据电网工程造价数据的变动性特点,建立造价数据可靠性分析的灵敏度模型,可确定哪些随机因素对造价变化产生影响以及影响程度。提出基于区块链的电网工程造价数据的可靠性差异化管理流程,通过改进差分进化算法可提高造价数据可靠性水平及管理效率。计算结果表明,电网造价数据的可靠性评估及差异化管理方式可提高整个电网工程的经济性。

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  • 基于MFCC特征与卷积神经网络的托辊故障诊断方法

    李羽蒙;樊红;

    针对现有托辊诊断方法诊断装置安装复杂且分析过程复杂等问题,提出一种基于Mel频率倒谱系数(Mel frequency cepstrum coefficient,MFCC)和卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)的故障诊断方法。首先对托辊运行声音信号的时频特征进行提取,通过Mel变换构造MFCC特征参数;然后建立卷积神经网络模型,对构造的MFCC特征向量进行训练,利用多层特征提取网络将MFCC特征向量逐层变换形成抽象的深层特征;最后使用训练好的卷积神经网络进行分类,输出故障识别结果,从而实现托辊故障诊断。实验结果表明:该算法对托辊故障声音诊断的准确率达到99.64%,检测性能较好且具有较好的鲁棒性,验证了所提方法的可行性和有效性。

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