摘要：因为便携、低成本、集成化等优势,微型光谱仪已经成为光谱仪技术发展的重要趋势,其中工作波段在近红外的微型光谱仪,在光纤传感和解调、光纤通信等领域有着非常广泛的应用。但目前的近红外微型光谱仪普遍存在分辨率低、成本高、体积大不便于携带等问题,为此,提出了一种独特的基于双光栅和柱透镜的微型光谱仪结构,开展了理论和实验研究。相对于传统的微型光谱仪结构,新的设计主要有三个特征:使用光纤代替入射狭缝,以减少光能损失;采用双光栅将光束进行二次衍射;使用柱透镜以改变线阵CCD阵列表面的成像尺寸。首先,利用Zemax软件进行了光学设计和仿真分析,光谱范围为1525~1570 nm,光学系统结构在66 mm×40 mm×24 mm的体积范围内,光谱分辨率理论上达到0.2 nm,比未加柱透镜的结构提升了2.5倍。然后,根据理论分析,选购了合适的光电器件进行了系统封装,与匹配的电路模块结合,实现了微型光谱仪的光谱检测功能。光谱仪的光学系统安装在66 mm×40 mm×30 mm的体积范围内,实际测量的光谱分辨率为0.215 nm,与理论结果较为吻合。进一步地,搭建了一套基于该微型光谱仪的光纤光栅温度传感测量系统,该微型光谱仪作为信号解调仪,选择了四个中心波长分别为1534、1538、1542和1545 nm的光纤光栅作为传感器,温度在0~50℃范围内以1℃为间隔连续变化,最终实现了温度实时测量和信号解调,系统温度灵敏度分别达到9.58、9.68、9.69和9.6 pm·℃^(-1),验证了该微型光谱仪的高分辨率和高可靠性。研制的微型光谱仪的子组件可以固定在外壳上,系统内部无可移动元器件,体积小、分辨率高、稳定性好,可应用于其他诸如物质浓度分析、传感信号测量等需要高分辨光谱分析的场合。

摘要：高炉采用高比例球团矿冶炼,可以显著提高熟料率和入炉品位,降低高炉渣量和燃料消耗,同时还可以大幅度降低炼铁工序CO_(2)排放,是实现高炉炼铁绿色低碳的重要技术途径。研究了高炉采用高比例球团矿、炉料结构发生较大变化的条件下,炉料分布及运动行为的变化及其规律,通过炉料运动过程的离散元仿真模拟计算,分析得出球团矿比例提高时,炉料分布和下降运动的特征。根据球团矿还原过程的反应特性,解析了球团矿还原过程中发生还原膨胀的机理及控制机制。从理论上计算并讨论了球团矿入炉比例提高以后,高炉透气性的变化及其规律。为适应高比例球团矿冶炼工艺条件,设计优化了高炉内型参数,以适应高比例球团矿冶炼的工艺特性。试验测定并研究了不同球团矿入炉比例条件下,炉料综合的软化、熔滴等物性参数的变化及其规律。采用高碱度烧结矿、碱性球团矿、酸性球团矿、块矿四元炉料结构时,综合炉料的高温软熔性能参数得到优化,软熔带区域的阻力损失下降,为高炉冶炼稳定顺行创造了有利条件。结合特大型高炉生产实践,研究开发了适用于高比例球团矿冶炼的关键工艺技术。采用炉料精准分布控制技术、富氧喷煤、提高顶压等综合技术措施,使首钢京唐高炉在球团矿入炉比例达到55%条件下,获得了显著的高效低碳生产运行实绩。

摘要：针对仅通过单轴拉伸试验无法准确表征材料在弯曲过程中力学性能变化的问题,设计了基于模糊比例积分微分(PID)控制的金属板材弯曲测试装置控制系统.首先,给出了控制系统的总体设计;然后,为了确保装置运动过程的稳定性,建立了装置的机电耦合仿真模型,并提出基于模糊PID的自适应控制方法,以实现装置工作过程中PID控制器参数的自适应在线整定;最后,搭建金属板材弯曲测试装置控制平台并对高强钢DP980进行弯曲测试试验.结果表明:采用基于模糊PID自适应控制方法的平台定位误差测试结果为±0.005°,降低了轴向力对板材弯曲过程的干扰;弯曲试验获得的高强钢DP980的力学性能参数与拉伸试验得到的参数存在明显差别,利用弯曲数据进行有限元仿真可以更好地描述板材在弯曲过程中的力学性能变化.

摘要：针对现有的污水处理过程存在碳排放机理不清且难以评估,无法通过有效的调控方式降低碳排放总量的问题,设计了一种数据驱动的污水处理曝气过程低碳优化控制方法。首先,通过深入分析碳排放影响因素及其与水质指标的相互关系,获得了曝气过程各水质指标和碳排放之间的关联关系;其次,采用数据驱动的方法,设计了曝气过程能耗与碳排放的优化模型,以获取曝气过程最优化的控制策略;最后,将获取的曝气过程低碳优化控制方法应用于基准仿真模型。测试结果说明该方法能够有效地跟踪控制曝气过程,降低能耗与碳排放量总量。

摘要：随着我国地铁建设的飞速发展和城市用地日益紧缺,建筑物与地铁线路的距离越来越近。对于临近地铁的新建建筑,在设计阶段对于建筑结构开展抑制地铁振动的优化设计渐趋必要。以某临近地铁的待建建筑物为研究对象,采用数值仿真方法,对不同基础形式(桩筏基础和筏板基础)及不同地基类型(非挤土地基和挤土地基)建筑物的地铁振动响应进行对比分析,结果表明:桩筏基础抑制地铁振动的能力略优于筏板基础,基础形式变化对建筑物室外振动的影响不显著,且不会改变建筑物室内振动水平随楼层升高的变化规律,基础形式不同使建筑室内振动分布发生变化,但变化的规律性不显著;非挤土地基抑制地铁振动的能力明显优于挤土地基,地基类型变化亦不会改变建筑物室内振动水平随楼层升高的变化规律,但对建筑室外和室内振动响应的影响都较为显著。

摘要：我国煤层气资源丰富,但煤储层多为低渗致密储层,单井产量和采出率普遍较低,现有的技术手段难以支撑我国煤层气产业的快速发展,需要探索提高单井产量和采出率的手段。除了水力压裂、裸眼洞穴完井的物理改造方式,采用化学法改造原始煤储层物性也是近年研究的热点。煤储层酸化氧化技术可以避免物理增产方式造成的储层伤害,并可以促进解吸并改善渗流能力,但对于不同煤阶煤储层,适宜不同煤阶煤储层的酸化氧化试剂需要优化,以及其酸化氧化的作用效果需要评价。通过室内实验,对比分析了保德、沐爱、新疆区块煤样物性特征,包括煤阶、煤体结构、煤的宏观特征、煤质特征、孔渗参数、元素分析、矿物组成方面的区别;通过煤粉酸液前置溶蚀实验,优选出了盐酸最佳浓度,并通过Design-Expert软件设计并开展了五因素三水平的酸液优选正交实验,找出了影响溶蚀效果的敏感因素,优选出了最优的氧化剂类型,并对保德、沐爱、新疆区块煤样,分别优选出了适用于各区块煤储层的酸化氧化试剂体系;应用优选出的各区块酸化氧化试剂体系,对保德、沐爱、新疆区块煤样,分别对比分析了酸化氧化前后的孔隙度、渗透率和润湿性;最后基于沐爱区块一个典型井组,通过数值模拟预测了酸化氧化改造后的产气效果。实验表明:盐酸浓度在3~4 mol/L内,酸液溶蚀效果最好;5个实验因素的影响效果从大到小依次是浸泡时间、酸液种类、浸泡温度、煤样种类、酸液浓度;最优的氧化剂为质量分数3%的过氧化氢溶液;保德区块混合酸化氧化剂配方为10%HCl+2%CH_(3)COOH+2%HF+3%H_(2)O_(2),沐爱区块的最佳混合酸化氧化剂配方为8%HCl+2%CH_(3)COOH+4%HF+3%H_(2)O_(2),新疆区块的最佳混合酸化氧化剂配方为12%HCl+1%CH_(3)COOH+1%HF+3%H_(2)O_(2),煤阶越高,最优酸化氧化试剂体系中HF含量越高。酸化和氧化对煤样的孔隙度和渗透率有提升作用,2者增大规律一致,低阶煤提升效果优于高阶煤。酸化作用使煤的亲水性增强,而氧化作用使煤的亲水性大幅减弱,经优选的酸化氧化体系处理的煤样亲水性减弱。数值模拟预测表明酸化氧化方案生产10 a达到废弃条件时采出率达到了64.64%,与同一时间未进行酸化氧化方案的采出程度相比增加19.72%,增产效果显著;与未进行酸化氧化方案生产18 a达到废弃条件时采出率相比增加0.97%,但酸化氧化措施节省了8 a生产时间达到最终采出率,降低了矿场运营成本。优选出的适宜于低、中、高不同煤阶煤层气藏的酸化氧化体系,改善了目标煤储层的解吸和渗流能力,提高了单井产量和采出率。

摘要：为分析地铁运行引起的环境振动变化特征及其主要成因,对北京某地铁沿线地表振动、隧道壁源强展开现场测试,统计全天所有列车的振动样本数据,对比分析不同车次、不同断面的振动变化规律,总结引起环境振动值离散变化的主要原因。结果表明:(1)列车通过时地表测点的振级差异最大可达到14.6 dB,离散程度大,虽然所采集20趟车的振级平均值满足了标准限值要求,但仍有30%~50%的振动值超过了标准限值;(2)隧道壁源强的差异达到22.1 dB,其原因为当天所有列车中存在5辆车的车辆状态存在异常,主要表现为车轮不圆顺,引起的隧道壁最大Z振级平均值达到了90.6 dB;(3)同一列车通过不同断面时,隧道壁振级变化显著,且与车辆状态存在显著关联,当车轮存在显著不圆顺时,不同断面的隧道壁振级差变化更为显著,最大可达到10.7 dB,是“普通车辆”的2倍,表明车轮及轨道状态的变化进一步改变了轮轨耦合作用,加剧了地铁运行引起的环境振动水平;(4)对“异常车辆”的进行车轮镟修后,地表的振动水平得到了有效降低,振级均降到了70 dB以下。

摘要：针对车辆纵向运动时内部和外部扰动导致的预期功能稳定性问题,基于模型预测控制(Model Predictive Control, MPC)及改进自抗扰控制(Active Disturbance Rejection Control, ADRC),设计了一种车辆自适应巡航控制(Adaptive Cruise Control, ACC)策略。首先,建立车辆运动学模型以及考虑前车速度的安全车间距离模型;然后,设计模型预测控制器和改进自抗扰控制器,利用MPC算法实现对前车的跟踪,并将状态误差作为改进自抗扰控制器的输入,实现车辆在扰动环境下的稳定巡航控制;最后,进行仿真对比实验。结果表明,基于MPC及改进ADRC的车辆自适应巡航控制策略能够有效抑制由于距离误差引起的系统内部扰动和外部扰动,提高车辆在自适应巡航过程中的跟踪性能以及系统的稳定性。

摘要：为提高建筑垃圾再生骨料对实际微污染水的净化能力,采用再生砖骨料(RBA)和再生混凝土骨料(RCA)混合物作为基质构建垂直流人工湿地系统,设置2种配比:CW1(80%RBA+20%RCA)和CW2(50%RBA+50%RCA),并设置以天然骨料(沸石、火山岩、石灰石)为基质的对照组。结果表明:稳定运行期内,CW1和CW2对TP去除率分别为57.5%和42.7%,相比对照组分别提高38.9%和24.1%;提高再生混凝土骨料比例的CW2对NH_(3)-N、TN、COD的去除效果与天然骨料系统接近,去除率分别为70.2%、16.9%和63.5%,达到了以废治污的效果。内梅罗污染指数计算进一步证明,提高再生混凝土骨料的比例有利于提升再生骨料系统的综合控污效能,优于传统天然骨料系统。环境风险评价表明,再生骨料系统在稳定运行阶段出水各污染物的环境风险等级均为理想级,对受纳水体影响较小。经济性分析表明,CW2系统的成本最低,效益显著。采用50%再生砖骨料与50%再生混凝土骨料混合基质的垂直流人工湿地系统成功在温榆河湿地公园进行了示范应用,当进水水质超过GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅳ类水质标准限值时,各出水点出水NH_(3)-N、TP、COD均达到Ⅲ类水质标准。

摘要：【目的】环焊缝是高压力输送管道的薄弱环节,极易在内外部载荷、缺陷、应力集中的综合作用下发生开裂事故。高钢级管道环焊缝根焊部位安全隐患问题尤为突出,探究环焊缝失效规律对保障管道安全运行具有重大意义。【方法】为测试管道环焊缝根焊部位不同区域的材料力学性能,开展了根焊部位微区的小尺寸试样冲击试验、拉伸试验;针对高钢级管道环焊缝开裂失效多发生于焊缝根焊部位的实际情况,分别从焊缝根焊部位微区力学性能特点、焊缝全壁厚应变集中规律以及微区塑性应变时效特性等方面,对环焊缝根焊部位裂纹产生与扩展的原因进行了剖析;基于数字图像相关(Digital Image Correlation,DIC)的光学全场应变测试,对3种强度匹配接头在拉伸过程中的局部应变集中程度进行了定量化分析。【结果】不同焊接工艺和强度匹配的环焊缝根焊部位微区力学性能差异性大,当管道环焊缝全壁厚受拉时,根焊部位会发生较大的局部应变集中,特别是根焊部位存在未熔合、夹渣、气孔等缺陷及成形不良等问题,为根焊部位开裂提供了失效条件;在后期的应变时效过程中,根焊部位韧性将会显著降低,降幅甚至可达42.6%~52.1%,脆性开裂的风险增大。【结论】在管道设计与建设施工中,应适当控制母材强度上限,确保焊缝为等强或高强匹配,减小焊缝开裂风险,提升高钢级管道的本质安全。