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期刊信息/Journal information
科学技术与工程
科学技术与工程

明廷华

旬刊

1671-1815

ste@periodicals.net.cn

010-62103284

100081

北京市海淀区学院南路86号

科学技术与工程/Journal Science Technology and Engineering北大核心CSTPCD
查看更多>>本刊向社会介绍科技界、工程界进展情况和为科学家、工程技术专家开展学术交流服务的一份学术性、知识性和动态性杂志。主要内容包括科学技术发展前景和重大建设工程进展情况，科学技术与工程方面的新成果、新知识、科技界和工程界的热点问题等。适合科技工作者、工程技术专家、领导同志、管理干部和图书资料馆（室）订阅。
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    低温输送管道稠油的黏附机理

    吕杨黑树楠吕永伟王峥嵘...
    11225-11237页
    查看更多>>摘要：为从微观角度揭示高含水稠油低温输送黏附机理,以分子动力学模拟为主要方法,从稠油/水/管壁体系的界面特性、扩散性能、组分与特征结构分布以及胶质沥青质协同作用等角度出发,研究了该体系的黏附作用机理.结果表明,体系的界面特性显著影响稠油黏附作用,且与沥青质含量之间存在正相关关系,同时体系中的范德华引力相互作用是影响稠油黏附的主要作用之一.结果发现沥青质和胶质分子主要分布在油水界面和油/管壁界面附近,而正庚烷和甲苯分子分布在油滴的疏水内部,这是由于胶质沥青质分子存在强极性所导致的.沥青质分子中含有O原子的官能团优先分布在油水界面,通过与水分子结成氢键防止水分子向管壁运动并与烃类混合物分子产生竞争黏附;含有N原子和S原子的官能团在油滴和管壁之间的黏附作用中出现优先接触黏附的现象,对稠油黏附层起到"衔接与桥梁"的作用;C5长侧链会抑制胶质和沥青质分子向油水和油/壁界面的运移,削弱稠油的黏附强度.在胶质沥青质协同作用中,沥青质含量超过8wt％时,胶质分子的增溶效应被抑制,体系中逐渐形成沥青质多聚体,促进稠油黏附现象的发生,危害集输管道安全平稳运行.可见高含水稠油低温输送黏附机理是由低温下的范德华引力为主导,胶质沥青质等极性大分子的杂原子宫能团优先与管壁接触黏附现象为桥梁,沥青质聚集效应和胶质增溶效应为协同作用的复杂相互作用机理.

    高含水稠油低温输送黏附机理分子动力学模拟分子间相互作用胶质和沥青质

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    基于DPM模型的变径管冲蚀磨损分析与结构改进

    华剑闫冲冲董小庆
    11238-11245页
    查看更多>>摘要：针对变径管冲蚀失效的问题,基于DPM模型、Realizeble k-e模型和颗粒磨损方程对变径管进行数值模拟计算,分析流速、颗粒直径、质量流量、过渡倾角、改进后过渡圆角对变径管的冲蚀磨损规律和改进后变径管的性能.结果表明:过渡段与小径管相贯处冲蚀磨损最为严重;随流速、质量流量的增大和颗粒直径的减小,最大冲蚀速率逐渐增大,其中受流速的影响最大.过渡倾角由5°增加至35°,最大冲蚀速率在9.32 × 10-5 kg/(m2·s)上下波动;由35°增加至85°,最大冲蚀速率整体上升、后大幅度下降;80°～85°时,最大冲蚀速率较小且受各因素的影响很小,尤其等于85°时,其最大冲蚀速率降低了 23.5倍.结构改进后过渡圆角7.5～15 mm变径管的最大冲蚀速率小于改进前变径管,且冲蚀分布比较均匀;随过渡倾角的增大,结构改进后过渡圆角2.5～15 mm变径管与改进前变径管相比,管内最大压力相差逐渐减小,且改进后管内最大压力及应力均低于改进前变径管,管内压力最大降低了 2.25倍.该结果可为实际作业中变径管的选用及结构设计与优化提供参考.

    变径管数值模拟冲蚀磨损结构改进

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    基于PSO-CNN算法的齿轮故障诊断方法

    谷娜吴胜利邢文婷
    11246-11252页
    查看更多>>摘要：齿轮故障振动信号具有非线性和非平稳性的特性,以及样本不均衡问题和运行工况复杂多变的情况,造成齿轮故障特征诊断的准确度和稳定性偏低,因此,通过研究提高样本集质量和改进深度学习模型的综合方法,以此来提高模型的诊断精度.首先采用变分模态分解(variational mode decomposition,VMD)对信号进行处理,提取每个本征模态函数(intrinsic mode function,IMF)分量的能量熵无量纲指标作为样本集,克服样本不均衡和工况变化带来的不利影响.然后,利用粒子群优化(particle swarm optimization,PSO)算法自主优化卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)的学习率(PSO-CNN),降低模型出现过拟合问题的可能性,并利用Inception模块的概念,设计一个多分支全局平均池化网络用于特征融合,进一步提高模型的故障诊断精度.最后,通过试验数据对所提方法进行了验证,结果表明,本文方法的故障诊断准确率可达0.99,并于其他方法进行对比,凸显该方法的有效性和稳定性.

    VMD能量熵PSO-CNN学习率多分支全局平均池化网络

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    基于内置式声发射装置的金刚滚轮磨损在线监测方法

    于光宁史慧楠迟杰迟玉伦...
    11253-11262页
    查看更多>>摘要：为解决金刚滚轮修整磨损情况难以准确在线判断难题.设计开发了一套内置式声发射在线监测金刚滚轮磨损装置.基于Shannon信息熵理论与小波包模型,提出了一种对金刚滚轮修整声发射信号处理方法.该方法计算每一层小波包系数的信息熵,并根据信息熵变化规律可确定小波包最佳分解层数.然后,利用主成分分析对该小波包分解特征参数进行降维,提取出最能表征金刚滚轮磨损的特征参数.最后,基于该特征参数建立粒子群优化算法支持向量机(particle swarm optimi-zation-support vector machin,PSO-SVM),对金刚滚轮磨损状态进行实验监测研究.结果表明PSO-SVM模型分类精度最高,平均正确率高达95.24％以上,并通过大量实验验证了 PSO-SVM的有效性.

    金刚滚轮信息熵小波包分解PSO-SVM

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    基于近似模型的蓄电池工程车电池布局优化

    申阳朱浩许广泰熊新...
    11263-11270页
    查看更多>>摘要：蓄电池工程车中蓄电池的重量大、数量多,其布局对车辆的整体性能影响较大.为优化车架的电池布局以及解决优化过程中频繁调用有限元仿真的问题,提出了一种响应面近似模型与多岛遗传算法相结合的蓄电池布局优化设计方法.首先建立了蓄电池工程车车架的参数优化模型、设计变量与目标函数的二阶响应面近似模型,然后采用多岛遗传算法对优化模型进行求解,使用动力学指标评定解的优劣,并选择一个最优解作为最优电池布局方案,最后使用缩尺车架模型对优化结果进行了试验验证.结果表明:蓄电池优化后的车架最大变形减小50.9％,最大等效应力减小37.9％,最大垂向振动加速度减小了 14.6％,仿真与试验结果的误差为7.1％,达到了优化设计的目的.

    蓄电池工程车响应面近似模型布局优化多岛遗传算法

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    大型风电场实地测风数据精细化分析方法

    韩毅刘玮张丽辉彭怀午...
    11271-11282页
    查看更多>>摘要："双碳"战略目标下,基地化、规模化开发已成为中国风电发展的主力和特色模式,研究大型风电场大气边界层流动的区域性风况变化与热力状态特征,对风能资源的精准评估与风电机组优化选址具有重要意义.提出了一种适用于大型风电场多点位测风条件下的实测数据精细化分析方法,通过对优选参考测风塔的条件性风况筛选,结合局地大气稳定度的判别,构建了中性、稳定、不稳定状态驱动下多点位测风数据集,探究了条件性风况下中性大气稳定度的湍流强度临界值,研究了不同大气稳定度下实地测风的空间变化特点.结果表明:在条件性风况的驱动下,参考测风塔处的风切变和湍流强度水平随着大气稳定度的提高,分别呈增大和降低趋势,中性状态下的风速与湍流强度廓线并不等同于包含所有热力状态数据的系综平均;不稳定大气驱动下,各测风塔处的风统计特征较中性大气下的变化幅度与趋势,相比于稳定大气驱动下的结果更为明显和一致.该方法得到的多点位测风数据集,可为特定风况下湍流模型与数值计算方法的适应性开发和修正,提供定量的数据验证支撑.

    实地测风条件性风况大气稳定度风速廓线湍流强度精细化分析

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    考虑时空耦合特性的非侵入式综合能源系统多能设备负荷辨识方法

    李亦非王芳张雅静张宝群...
    11283-11293页
    查看更多>>摘要：为了提升非侵入式综合能源系统多能设备负荷辨识的准确性,在充分考虑多能负荷时空耦合特性的基础上,提出了一种基于改进滑动窗口双边累计和(cumlative sum,CUSUM)、图半监督学习(graph semi supervised learning,GBSSL)和改进胶囊网络(improve capsule network,ICapsNet)的非侵入式综合能源系统多能设备负荷辨识方法.首先,引入自适应噪声值选取方法对滑动窗口双边CUSUM算法进行改进,并利用改进后的算法进行事件检测,之后通过GBSSL标记未标记的样本;其次,在CapsNet的基础上,改进相似度和加权求和计算方法,利用残差块结构卷积网络替代原卷积模块,并将极化自注意块引入主胶囊模块,构建ICapsNet;最后,利用不同的非侵入负荷辨识方法对采集的10 150个综合能源负荷数据进行负荷辨识,验证所提方法的优越性.实验结果表明:所提方法相较于BI-GRU、Bagging EL和DNN等主流非侵入负荷辨识方法,Precision、Recall、Fmacro和BA指标分别平均提高了 1.77％、2.14％、11.94％和1.26％.由此可知所提方法对能够精准地辨识非侵入式综合能源系统多能设备负荷,且具有良好的运算效率和通用性.

    综合能源系统多能负荷时空耦合非侵入式负荷图半监督学习改进胶囊网络残差块结构卷积网络极化自注意块

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    基于改进鲸鱼算法的分布式电源双层规划

    王金凤许梦雪
    11294-11302页
    查看更多>>摘要：为了改善分布式电源接入配电网对电网安全、经济运行的影响,需要对分布式电源进行优化规划.充分考虑了风光出力不确定性及相关性,选择风电、光伏、微型燃气轮机作为待规划的分布式电源,建立双层规划模型.以分布式电源投资费用、运维费用、主动配电网购电费用、微型燃气轮机燃料费、污染治理费用、网络损耗费用综合最小为目标函数,建立了上层规划模型.以每个场景下年综合运行费用最小为目标,考虑功率平衡、节点电压、支路容量、分布式电源渗透率等约束条件,构建下层运行模型.针对鲸鱼算法收敛速度慢、不能及时跳出局部解等问题,采用tent映射、引入惯性权重、非线性收缩因子三种措施改进鲸鱼算法.最后通过算例仿真进行验证.结果表明:本文所提改进方法可以提高鲸鱼算法性能,可以更有效地求解所提模型.

    双层规划模型配电网分布式电源鲸鱼算法不确定性

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    基于小波熵特征融合和ISSA-BiTCN的直流输电故障定位

    李瑞灵高学军王灿余波...
    11303-11313页
    查看更多>>摘要：特高压三端混合直流输电系统作为直流输电的一种重要形式,存在传输距离较长而导致的线路故障率较高的问题,对其进行准确的故障定位是系统稳定运行的基础.针对现有故障定位方法应用于输电线路单极接地故障时存在的高阻接地故障下定位模糊、精度较低的问题,提出了 一种基于小波包熵特征融合提取故障特征,再由改进麻雀搜索算法(improved spar-row search algorithm,ISSA)优化的双向时域卷积网络(bidirectional time-domain convolution network,BiTCN)模型的故障定位方法.首先,利用小波包变换提取线模电压行波信号,利用信息熵刻画电压波形中的深层故障特征,形成熵特征融合特征向量构成的特征矩阵作为BiTCN模型的输入;其次,搭建并训练BiTCN模型,并利用ISSA的迭代寻优对其进行优化,最终实现三端混合直流输电线路故障的精确定位;最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台中搭建系统模型,验证所提方法的可实施性.结果表明该方法定位精度较高,具有较好的泛化能力和鲁棒性,对高阻故障耐受能力较好.

    三端混合直流输电系统小波包熵特征融合改进麻雀搜索算法双向时域卷积网络

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    基于改进萤火虫算法的贝叶斯网络结构学习

    宋楠邸若海王鹏李晓艳...
    11314-11322页
    查看更多>>摘要：贝叶斯网络是目前不确定知识表达和推理领域最有效的理论模型之一,利用贝叶斯网络进行分析和推理前首先需要通过结构学习和参数学习获取其网络模型,其中结构学习是参数学习的基础.针对现有萤火虫算法不符合生物学规则以及学习贝叶斯网络结构存在效率低、容易陷入局部最优等问题,设计了 一种基于互信息与性别机制的萤火虫算法(firefly algo-rithm based on mutual information and gender mechanism,MGM-FA).首先,通过计算节点互信息得到贝叶斯网络骨架图,基于骨架图驱动MGM-FA算法生成初始种群;其次,引入基于性别机制的个性化贝叶斯网络种群更新策略,以保障贝叶斯网络个体的多样性;最后,引入局部优化器和扰动操作符,增强算法的寻优能力.分别在不同规模的标准网络上进行仿真实验,与现有同类型算法相比,该算法精度和效率均有所提升.

    贝叶斯网络结构学习结构先验萤火虫算法MGM-FA算法

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