Journal of Zhejiang University

Current Issue: <JZUS-A>

Journal of Zhejiang University-SCIENCE A (Applied Physics & Engineering)

ISSNs 1673-565X (Print); 1862-1775 (Online); CN 33-1236/O4; started in 2000,Monthly.

JZUS-A is a peer-reviewed physical and engineering journal, indexed by SCI-E, Ei Compendex, INSPEC, CA, SA, JST, AJ, ZM, CABI, ZR, CSA, etc. It mainly covers research in Applied Physics, Mechanical and Civil Engineering, Environmental Science and Energy, Materials Science and Chemical Engineering, etc.

Impact factor: 0.408 (2011), 0.527 (2012), 0.608 (2013), 0.882 (2014), 0.941 (2015), 1.214 (2016), 1.215 (2017), 1.369 (2018).

Journal of Zhejiang University SCIENCE A

ISSN 1673-565X(Print), 1862-1775(Online), Monthly

2014 Vol.15 No.5 P.309-384

<<< CONTENTS >>>

Energy Engineering

Review: Research and development of large-scale cryogenic air separation in China

Xiao-bin Zhang, Jian-ye Chen, Lei Yao, Yong-hua Huang, Xue-jun Zhang, Li-min Qiu

DOI: 10.1631/jzus.A1400063 Downloaded: 7077 Clicked: 11623 Cited: 4 Commented: 0(p.309-322) <Full Text> <PPT> 2692

Chinese summary <1062> 中(zhōng)國大(dà)規模空分(fēn)研究進展

本文概要：中(zhōng)國鋼鐵、化工(gōng)等行業對工(gōng)業氣體(tǐ)需求的快速增長，極大(dà)地促進了大(dà)規模空分(fēn)技術的發展。目前，中(zhōng)國生(shēng)産的單套空分(fēn)設備最大(dà)氧産量達到了120 000 Nm³/h，單位能耗爲0.38 kWh/m³。本文介紹了中(zhōng)國大(dà)規模空分(fēn)技術發展水平，回顧了中(zhōng)國大(dà)規模空分(fēn)工(gōng)業的發展曆史。以成熟的60 000 Nm³/h空分(fēn)系統爲例，詳細介紹了分(fēn)子篩吸附器、空壓機、闆翅換熱器、透平膨脹機和精餾塔等主要設備的技術參數。然後介紹了中(zhōng)國正在發展中(zhōng)的80 000~120 000 Nm³/h空分(fēn)工(gōng)藝和裝備。最後讨論了中(zhōng)國大(dà)規模空分(fēn)技術存在的主要問題及未來發展方向。

關鍵詞組：空分(fēn)；深低溫；大(dà)規模裝置；技術發展

Measurement of thermal expansion at low temperatures using the strain gage method

Ke Tang, Long Sha, Yi-jian Li, Tao Jin, Shu-juan Liu

DOI: 10.1631/jzus.A1400051 Downloaded: 4192 Clicked: 6783 Cited: 4 Commented: 0(p.323-330) <Full Text> <PPT> 2206

Chinese summary <76> 基于應變片法的低溫條件下(xià)熱膨脹特征參數的測量方法與裝置

研究目的：爲了滿足低溫系統的材料選擇和結構設計對于材料熱膨脹特征參數的需求，研發低溫條件下(xià)精确、快速、方便操作、低成本的熱膨脹特征參數測量方法和系統裝置。
創新要點：完成了卡瑪合金箔應變片在77-293 K低溫溫區敏感系數的修正，保證了基于應變片技術的低溫條件材料熱膨脹特征參數測量的精度；所研制裝置合理的熱設計和等速率式溫度控制模式使得材料熱膨脹特征參數在77-293 K溫區的測量可在14小(xiǎo)時内快速完成。
研究方法：針對77-293 K溫區，基于應變片測量方法，研制了采用比例-積分(fēn)-微分(fēn)（PID）溫控系統的固體(tǐ)材料熱膨脹特征參數測量裝置（見圖2和3）。通過将304不鏽鋼的測量數據與美國國家标準與技術研究院（NIST）公布數據進行比較，完成了卡瑪合金箔應變片在77-293 K低溫溫區的敏感系數修正（見圖7和8）。采用修正後的敏感系數進行無氧銅線性收縮率測量，并與NIST公布數據比較（見圖9和表2），驗證了該裝置在77-293 K低溫溫區的測量精度。
重要結論：獲得了77-293 K低溫溫區卡瑪合金箔應變片敏感系數的修正結果；基于修正敏感系數的應變片法測量裝置，采用0.3 K/min的等速率式溫度控制模式，可實現77-293 K低溫溫區固體(tǐ)材料熱膨脹特征參數的精确、快速測量。

關鍵詞組：熱膨脹；線性收縮率；應變片；低溫

Civil Engineering

A vector-form hybrid particle-element method for modeling and nonlinear shell analysis of thin membranes exhibiting wrinkling

Yao-zhi Luo, Chao Yang

DOI: 10.1631/jzus.A1300248 Downloaded: 2765 Clicked: 5870 Cited: 3 Commented: 0(p.331-350) <Full Text> <PPT> 2209

Chinese summary <197> 向量式混合質點單元薄殼非線性分(fēn)析方法的膜材褶皺形變模拟研究

研究目的：建立一(yī)種适用于理想膜結構可進行高精度褶皺形變模拟的穩定可靠的數值分(fēn)析技術及方法。
創新要點：根據薄殼理論，在向量式混合質點單元方法（VFPEM）薄膜計算理論的基礎上，引入彎曲内力分(fēn)析模型并與其進行組合，發展了一(yī)種能夠描述膜材面外(wài)變形的新型非線性薄殼計算理論，同時給出了将其應用于褶皺形變模拟的關鍵求解技術。
研究方法：1.針對薄殼計算模型中(zhōng)的彎曲内力，利用移動基礎架構和逆向剛體(tǐ)運動的概念扣除剛體(tǐ)轉動，在隻含有節點獨立轉動自由度的單元變形坐标系下(xià)根據虛功原理和平衡條件進行計算； 2.借助于薄殼非線性屈曲模拟方法，引入合理的初始擾動作爲誘發理想平面膜材中(zhōng)形成褶皺的有效機制；3.采用拟動力顯式數值積分(fēn)技術求解質點運動方程，通過追蹤質點平衡位置來獲得穩态的褶皺構形。
重要結論：采用本文模型和方法可以模拟薄膜結構在面内荷載作用下(xià)褶皺的分(fēn)布模式、具體(tǐ)構形信息及應力狀态，計算過程不存在收斂性困難，結果準确。

關鍵詞組：薄膜褶皺；向量式混合質點單元法；薄殼模型；拟靜力策略；顯式時間積分(fēn)；膜結構

Seismic response study on a multi-span cable-stayed bridge scale model under multi-support excitations. Part I: shaking table tests

Zhou-hong Zong, Rui Zhou, Xue-yang Huang, Zhang-hua Xia

DOI: 10.1631/jzus.A1300339 Downloaded: 3930 Clicked: 10829 Cited: 0 Commented: 0(p.351-363) <Full Text> <PPT> 2534

Chinese summary <59> 多點激勵下(xià)多跨斜拉橋縮尺模型的地震響應研究．部分(fēn)1：振動台試驗

研究目的：爲多塔斜拉橋在一(yī)緻激勵和非一(yī)緻激勵下(xià)地震響應的研究提供地震模拟振動台全橋試驗方法，并有助于加強多塔斜拉橋抗震性能和抗震設計的認識。
創新要點：1.建立了地震模拟振動台多台陣試驗方法，并首次将其應用于多塔斜拉橋全橋比例縮尺模型的地震響應分(fēn)析之中(zhōng)；2.通過地震模拟振動台試驗，揭示了多塔斜拉橋在多點一(yī)緻激勵和多點非一(yī)緻激勵的地震響應特性并提出了多塔斜拉橋在強震下(xià)的破壞模式。
研究方法：1.基于動力相似理論，設計與制作了多塔斜拉橋的全橋比例縮尺模型（圖2）；2.利用地震模拟振動台多台陣試驗，根據在不同地震波作用下(xià)和考慮行波效應後多塔斜拉橋模型的主梁和主塔響應，分(fēn)析了多塔斜拉橋在多點一(yī)緻激勵和多點非一(yī)緻激勵的地震響應特性（圖5~圖8）；3.根據在地震波不同強度作用下(xià)多塔斜拉橋模型的主梁和主塔響應，分(fēn)析了多塔斜拉橋在強震下(xià)的破壞模式和地震響應（圖9）。
重要結論：1.江心波作用下(xià)該多塔斜拉橋的地震響應大(dà)于其他三種地震波；2.多塔斜拉橋在抗震設計時需要考慮行波效應的影響；3.在El-Centro波的加速度峰值高達4.0 m/s²時，多塔斜拉橋模型出現了支座破壞。

關鍵詞組：多塔斜拉橋；地震模拟振動台台陣試驗；多點激勵；行波效應；破壞模式

A new triaxial apparatus for testing soil water retention curves of unsaturated soils under different temperatures

Guo-qing Cai, Cheng-gang Zhao, Jian Li, Yan Liu

DOI: 10.1631/jzus.A1300358 Downloaded: 2868 Clicked: 7327 Cited: 0 Commented: 0(p.364-373) <Full Text> <PPT> 1965

Chinese summary <59> 一(yī)種測試不同溫度下(xià)非飽和土土-水特征曲線的試驗裝置

研究目的：研制一(yī)種試驗裝置，以實現對非飽和土土-水特征曲線溫度效應的有效測試。
創新要點：1.研制了一(yī)種溫控非飽和土三軸試驗裝置，包括加載系統、吸力控制系統和溫度控制系統；2.利用研制的溫控非飽和土三軸試驗裝置，對不同溫度（25，40和60 °C）以及不同應力（40，100和200 kPa）條件下(xià)的非飽和土土-水特征曲線進行了試驗測定。
研究方法：1.總結分(fēn)析已有的溫控三軸儀所采用的加熱方式的優缺點，提出環向加熱壓力室内水體(tǐ)的方法；2.基于GDS非飽和土三軸儀，研制可實現溫度控制功能的溫控非飽和土三軸儀（圖1、2）；3.開(kāi)展不同溫度及不同應力條件下(xià)非飽和土土-水特征曲線的試驗研究。
重要結論：1.所研制的溫控非飽和土三軸儀的實用效果得到驗證；2.溫度的升高将引起非飽和土持水性能的降低。

關鍵詞組：非飽和土；溫度控制；三軸儀；體(tǐ)變；土-水特征曲線

Chemical Engineering

Applying process analytical technology framework to optimize multiple responses in wastewater treatment process

Abbas Al-Refaie

DOI: 10.1631/jzus.A1300262 Downloaded: 3194 Clicked: 6186 Cited: 3 Commented: 0(p.374-384) <Full Text> <PPT> 1815

Chinese summary <51> 在廢水處理過程中(zhōng)基于過程分(fēn)析技術的多重響應優化

研究目的：基于過程分(fēn)析技術框架，優化家禽業的廢水處理工(gōng)藝的性能。
研究方法：生(shēng)産商(shāng)主要關注濁度和污泥容積指數（SVI）這兩個響應。首先爲每個響應建立移動平均（MA）和移動範圍（MR）控制圖，并在實驗工(gōng)作中(zhōng)重複兩次3³全因子設計。基于模糊目标規劃建立加權相加模型，并用于确定最佳的因子設置組合。最後，在最佳的因子設置組合條件下(xià)，對實驗結果進行跟蹤确認。
重要結論：在絮凝劑爲18 mg/L、凝結劑爲40.0 mg/L和pH=4.0的最佳工(gōng)藝條件下(xià)，得到的濁度和污泥體(tǐ)積指數的最佳值分(fēn)别爲6.184 NTU和73.21 ml/g。在此條件下(xià)得到的濁度和污泥沉降指數能夠滿足設計要求，它們的過程變異性分(fēn)别顯著下(xià)降了41.22%和77.75%，且多重能力指數從1.95顯著增加至10.6。這表明此過程可行性很高。總之，加權相加模型是一(yī)種用于優化多個響應流程性能的有效技術，并且可以考慮工(gōng)程師的首選設置流程。

關鍵詞組：模糊目标優化；多反應；廢水；過程分(fēn)析技術（PAT）