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期刊信息/Journal information
清华大学学报（自然科学版）
清华大学学报（自然科学版）

梁恩忠

月刊

1000-0054

xuebaost@tsinghua.edn.cn

010-62788108,62792976

100084

北京市海淀区清华园清华大学

清华大学学报（自然科学版）/Journal Journal of Tsinghua University(Science and Technology)CSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊为科学技术综合性学术刊物。反映清华大学自然科学与技术领域基础研究和实验研究方面的科研成果，推动国内外学术交流。主要栏目有工程力学、电机工程、机械工程、能源技术、信息科学、材料科学、基础理论等。主要读者对象是高等学校和科研单位的科研工作者、教师和研究生。
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    注塑成型过程的多尺度光滑粒子流体动力学模拟

    许晓阳田凌云
    1401-1413页
    查看更多>>摘要：注塑成型是聚合物成型加工领域中的一类重要方法.传统的注塑成型数值模拟大多局限于宏观模型求解,然而塑料制品的性能与其微观分子结构密切相关,建立注塑成型模拟的微宏观耦合计算方法具有重要的学术和应用价值.该文基于珠-簧链模型,提出多尺度光滑粒子流体动力学(SPH)方法,对黏弹性注塑成型过程进行了数值模拟研究.该方法在宏观尺度上采用SPH方法求解质量和动量守恒方程,在微观尺度上采用Brown构型场方法求解弹性应力.通过将黏弹性Couette流的模拟结果与解析解对比,验证了该多尺度方法的有效性.模拟了 C形腔和N形腔注塑成型问题,展示了成型过程中的微宏观物理信息变化情况,研究了不同流变参数对成型过程的影响.研究结果表明:提出的多尺度SPH方法可稳定、准确地模拟注塑成型过程,并能计算得到传统宏观方法无法获得的一些微观分子信息.

    光滑粒子流体动力学(SPH)珠-簧链模型注塑成型黏弹性流体多尺度建模

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    多因素下迷宫密封泄漏分析及实验验证

    孙巍伟刘跃李永健蒋杰...
    1414-1423页
    查看更多>>摘要：迷宫密封作为转轴密封的主要形式,被广泛应用于离心式压缩机、航空发动机和膨胀透平机等旋转机械.为提高迷宫密封的密封性能和满足现代旋转机械需求,需要从多角度开展迷宫密封的结构优化研究.该文基于FLUENT软件进行迷宫密封流场仿真,采用计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)方法,分析了迷宫密封几何参数及齿形结构对泄漏量的影响规律;提出了占空比、深宽比2种参数定义,通过调整参数设置,可以消除空腔高度、空腔宽度、齿厚和齿距4种参数间的耦合影响,可为参数优化设计提供重要参考;建立了高转速迷宫密封实验系统,通过实验验证,仿真结果最大误差仅为3％.结果表明:在工况参数中,压差对泄漏量具有显著影响,而转速基本不会影响泄漏量;在几何参数中,密封间隙对泄漏量具有显著影响,而占空比、深宽比和齿距对泄漏量的影响较小;在齿形结构中,斜齿具有更小的泄漏量,并且减小前齿与后齿倾斜角将有益于降低泄漏量.

    迷宫密封占空比深宽比齿形结构泄漏量

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    动静叶间距对气液固混输叶片泵性能及流动特性的影响分析

    胡丽伟李慧闯杨佳杭梁澳...
    1424-1434页
    查看更多>>摘要：混输叶片泵是多相混输过程中的关键设备,其综合性能的提高对系统的输运能力至关重要.为揭示动静叶间距对混输叶片泵气液固三相流动特性的影响,基于Euler多流体模型,对某气液固混输叶片泵动静叶间距分别为8、10、12、14、16mm时的内部流体流动进行了数值模拟.结果表明,当动静叶间距由8mm增加到16mm,混输叶片泵的扬程和效率分别下降了 0.47 m和1.38％,且下降趋势可分为骤降区Ⅰ、缓变区和骤降区Ⅱ.不同动静叶间距下,气液固混输叶片泵内压强、固体体积分数、气体体积分数等分布规律相似,但随着动静叶间距增加,气液固混输叶片泵叶轮和导叶进出口压强差降低,气体和固体的聚集程度增大,且液体撞击导叶叶片压力面最剧烈的位置逐渐前移,导叶内涡量增强,涡结构更加明显,从而导致混输叶片泵输运性能降低.研究成果可为气液固混输叶片泵设计过程中动静叶间距的选取提供参考.

    混输叶片泵动静叶间距气液固三相流动涡量数值模拟

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    机匣类工件五轴铣削工艺系统的刚度建模技术

    赵彤卞鹏锡王永飞张毅博...
    1435-1444页
    查看更多>>摘要：为了探究机匣类工件五轴铣削工艺系统因刚度不足引起的加工振动问题,该文针对KMC600SU机床、刀具、薄壁类零件及其夹具组成的整体工艺系统进行了建模分析.首先通过有限元分析和锤击实验,确定了工件和刀具部分的动刚度特征和测量方式;然后基于悬挂式电磁激振器的机床动刚度测量装置和XGBoost模型,建立了包含五轴数控机床位姿信息的机床动刚度模型,并通过有限元仿真建立了刀具、零件及夹具的动刚度模型;接着利用刚度串联理论和坐标变换完成对整体工艺系统的动刚度建模.在此基础上,建立一种可以通过铣削实验测量工艺系统动刚度的XGBoost模型,以获取新的工艺系统动刚度数据;最后采用自适应等弦高欠采样算法对已有的工艺系统动刚度模型进行校准和迭代.结果表明该文建立的工艺系统动刚度模型的误差率满足3a原则.

    工艺系统机床动刚度建模机器学习

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    基于半车模型的轮毂驱动车辆簧下质量影响研究

    吴佩宝罗荣康俞志豪侯之超...
    1445-1455页
    查看更多>>摘要：轮毂电机驱动作为一种新型的电动汽车构型,其簧下质量过大对车辆动力学性能的影响是一个备受关注的问题.该文基于半车模型,推导了车辆平顺性典型评价指标的幅频特性和均方根值.在传统车辆模型的前后车轮上附加质量,构建轮毂电机驱动车辆模型,考虑车速、车身位置、电机质量及轮毂电机驱动方式等因素分别开展仿真计算.通过对比,系统分析了簧下质量增加对车辆平顺性的影响规律,并在频域中对影响机理进行了解释.结果表明,在1～50m/s(3.6～180 km/h)的车速范围内,簧下质量增加同时恶化了车轮相对动载荷和悬架动挠度指标.然而,由于轴距滤波效应,簧下质量增加对车身加速度的影响则随位置改变而呈现不同的特征:前后车身加速度指标在所有车速下均被恶化,而质心加速度和俯仰角加速度指标则均随车速呈现交替恶化和改善的特点,且两个指标的变化趋势正好相反.此外,相比轮毂电机前驱和四驱布置,轮毂电机后驱布置在常用车速下引起的车辆舒适性恶化程度较小.

    簧下质量车辆平顺性轴距滤波效应轮毂电机驱动方式

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    面向进出站强制换道过程的智能网联公交车两车协同换道策略

    任晗啸罗禹贡关书睿于杰...
    1456-1468页
    查看更多>>摘要：目前针对智能网联公交车换道策略的研究多基于单车智能实现,缺少对周围车辆的考虑,难以处理车间冲突,无法同时保障公交车进出站强制换道的安全性和成功率,且容易对上游交通造成影响.该文旨在面向公交车进出站强制换道过程,提出一种基于云控系统的两车协同换道策略.针对进站过程,建立了基于换道收益准则的换道决策模型,制定了包含纵向调整、协同换道的两段式滚动时域轨迹规划方法,并基于分层二次规划改善算法实时性;针对出站过程,采用基于规则的决策方法和提前减速策略,制定了考虑港湾式车站特点的轨迹规划方法,以适应车站形状和公交车机动性的要求.仿真和硬件在环实验表明:该策略能够有效提升公交车进出站强制换道的成功率,并在保障换道安全的同时降低对上游交通的影响,且在真实云平台的运算、通信环境下具备可用性.

    智能网联汽车公交车强制换道协同换道

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    专车服务的多模式随机共乘用户均衡模型

    王牵莲马捷王炜陈景旭...
    1469-1481页
    查看更多>>摘要：共乘出行是城市共享交通的重要出行方式之一.共乘出行可以减少道路上的机动车数量,也常被认为是缓解交通拥堵的有效方式.相比于传统的共乘出行,专车共乘出行能进一步提升出行体验的舒适程度,提高出行者的共乘积极性,促进城市共享交通的良性发展.研究共乘出行的交通分配问题对于预测交通流量和制定管理政策具有重要意义.该文以专车共乘出行为研究对象,提出了多模式随机共乘用户均衡(stochastic ridesharing user equilibrium,SRUE)问题;基于Logit模型建立了该问题的变分不等式(variational inequality,VI)模型,并验证了解的等价性、存在性和唯一性;通过并行自适应投影算法(parallel self-adaptive projection,PSAP)获得模型的解,通过数值实验对模型和算法的有效性进行评估.实验结果表明:专车共乘出行能有效减少路面行驶的车辆、降低出行时间;乘客在专车共乘出行市场中占据主导地位;制定的合理公交票价能协同常规公交与专车共乘出行从而缓解交通拥堵.

    专车共乘出行随机共乘用户均衡变分不等式投影算法并行计算交通分配问题

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    城镇住宅家庭用能画像构建——以京津冀地区为例

    刘心男宋来昊纪颖波
    1482-1491页
    查看更多>>摘要：为精准引导城镇住宅家庭节能,该文基于用户画像理论从多维度视角构建了城镇住宅家庭用能画像模型.以京津冀地区城镇住宅家庭为研究对象,基于文献研究从家庭属性、建筑特征、家电设备、用能行为、能源消耗以及可再生能源使用6个维度构建了家庭用能画像标签体系,采用调查问卷及半结构化访谈方法获取351份家庭用能数据.基于标签平均轮廓系数,采用向后特征选择法确定画像标签最优子集,采用k-means算法对城镇住宅家庭聚类分析.结果表明:城镇住宅家庭用能画像标签最优子集包括家庭人口、建筑面积、房屋使用方式、家电设备数量、空调行为、年用电量、年用气量和太阳能设备8个标签;可将京津冀地区城镇住宅家庭划分为用能品质型、节能潜力型、用能规律型和节能环保型4类.该研究结果可为制定家庭节能精准引导策略提供理论参考.

    城镇住宅家庭家庭用能画像k-means聚类特征选择

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    欧盟碳边境调节机制与国际产业格局:基于全球可计算一般均衡模型的影响评估

    罗必雄顾阿伦陈向东左鹏...
    1492-1501页
    查看更多>>摘要：欧盟碳边境调节机制已成为欧盟的正式法律,开展其对全球经济、贸易和产业格局的深度影响评估确有必要.该文采用全球多区域递归动态可计算一般均衡模型,对欧盟碳边境调节机制进行了情景模拟和分析,评估了其对主要经济体国内生产总值(gross domestic product,GDP)、出口和产业的影响,讨论了该机制下国际产业格局的发展趋势.结果表明:由于俄罗斯对欧盟出口钢铁等产品较多,因此其GDP将受到较大负面冲击,预计2025年和2030年俄罗斯GDP变化率分别达-0.12％和-0.32％,而欧盟通过本土替代生产将增加自身GDP;俄罗斯的出口总额下降最多,预计2025年和2030年出口总额变化率分别达-0.86％和-2.48％,而欧盟具体行业中,与碳边境调节机制相关行业的出口均会明显受益;俄罗斯、土耳其和中国等经济体的钢铁、非金属、有色金属和化工行业产出均将出现不同程度下降,中国有色金属行业的国际市场份额反而呈上升趋势,反映了竞争力优势.全球重点行业产出呈现从高碳产品出口依赖度高的发展中经济体向发达经济体或国际竞争力较强的发展中经济体转移的趋势.建议加强多边合作,优化产业与贸易结构,加快全国碳排放权交易市场建设,积极参与应对气候变化和贸易等领域国际标准和规则制定.

    碳边境调节机制国际产业格局可计算一般均衡模型碳减排气候变化

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    异戊烷喷淋塔内凝华碳捕集的一维模拟

    靳鑫王兵
    1502-1508页
    查看更多>>摘要：二氧化碳(CO2)捕集是碳减排技术的研究热点,其中低温凝华碳捕集技术具有碳捕集率高、绿色环保和二氧化碳捕集纯度高等优势,应用前景广阔.但目前凝华碳捕集的研究相对不足,且基于固体媒介凝华二氧化碳的技术途径具有显著的局限性.该文采用基于喷淋低温液滴的凝华方法改进二氧化碳捕集技术,建立了一维异戊烷喷淋塔模型并模拟计算了稳态工作特性,通过分析喷淋塔内的温度场和浓度场,探究了喷淋塔的碳捕集率变化规律及其影响因素.结果表明:越小的液滴直径、越低的液滴初始温度和较长的气液相互作用时间对提升喷淋塔的碳捕集率具有重要作用.此外,该文还揭示了喷淋塔内二氧化碳的浓度场是凝华过程的主控因素,而塔内凝华的发展程度及碳捕集率则取决于液滴初始温度和气液相互作用时间.

    异戊烷喷淋塔低温碳捕集技术气固凝华数值模拟

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