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

2016 Vol.17 No.3 P.171-252

<<< CONTENTS >>>

Articles

On the identification of weather avoidance routes in the terminal maneuvering area of Hong Kong International Airport

Manuela Sauer, Thomas Hauf, Ludmila Sakiew, Pak Wai Chan, Shuk-Mei Tse, Patrick Hupe

DOI: 10.1631/jzus.A1500186 Downloaded: 3038 Clicked: 4003 Cited: 2 Commented: 0(p.171-185) <Full Text>

Chinese summary <36> 論香港國際機場起飛着陸滑行區域氣象回避路線的識别

概要：空中(zhōng)交通的安全和效率明顯受惡劣天氣的影響，在機場起飛着陸滑行區域（TMA）尤其如此。在此區域，除了受天氣影響之外(wài)，潛在的氣象回避路線還受到空中(zhōng)交通管制的嚴格限制。因此氣象回避模型DIVMET被開(kāi)發出來。該模型給出一(yī)條建議路線，可以通過正在形成雷暴但尚未在裏面實施任何空中(zhōng)交通管制的場地。DIVMET被應用到香港國際機場的TMA區域，因爲此處的空中(zhōng)交通管制（ATC）單位有興趣通過模拟回避路線來提高管制員(yuán)的工(gōng)作量，尤其是用于管理進場飛機交通。ATC單位對模拟的回避路線進行目視檢查，其結果令人滿意，但是商(shāng)定了用實際觀察到的路線對模拟情況進行定量驗證。本文選擇了香港TMA區域内有雷暴且交通嚴重扭曲時的兩種真實惡劣天氣情況。但是，進行任何驗證之前的主要目标是識别僅僅受到天氣影響但并未顯示任何管制标志(zhì)的路線。在飛行位置數據的基礎上完成路線選擇，選擇若幹着陸航班，并分(fēn)析與标準進場路線的偏差。結果顯示，272架航班中(zhōng)大(dà)多數同時受到天氣和管制的影響（60%），這突出表明空中(zhōng)交通管制員(yuán)在惡劣天氣下(xià)要安全有效地管理着陸交通是存在挑戰的。隻有少數受天氣影響的航班（7%）未受到管制，可以用于驗證。DIVMET 模拟路線被傳給當地空中(zhōng)交通管制員(yuán)，證明了這些路線是潛在切實的回避路線。在TMA區域内的DIVMET氣象回避路線模拟有一(yī)定參考價值，但是進一(yī)步的模型開(kāi)發必須将管制納入考慮，至少要考慮停候、近道和減速。

關鍵詞組：雷暴回避；機場起飛着陸滑行區域；香港；水平環行；協同決策

Characteristics of volumetric losses and efficiency of axial piston pump with respect to displacement conditions

Bing Xu, Min Hu, Jun-hui Zhang, Qi Su

DOI: 10.1631/jzus.A1500197 Downloaded: 3598 Clicked: 4574 Cited: 3 Commented: 0(p.186-201) <Full Text> <PPT> 1941

Chinese summary <28> 寬幅排量工(gōng)況下(xià)軸向柱塞泵容積損失及效率變化特征

目的：寬幅排量工(gōng)況下(xià)高效率性能對于作爲變排量泵控節能系統動力源的柱塞泵至關重要，而現有研究對寬幅排量工(gōng)況下(xià)泵效率及各容積損失變化特征的認識尚爲不足。本研究探索并闡明泵效率、容積損失（洩漏損失及壓縮流量損失）及各損失所占比重随排量工(gōng)況的變化特征。
創新點：1. 提出更完整的滑靴副洩漏計算方程，建立顯式容積損失仿真模型，發現由滑靴擠壓微運動造成的擠壓洩漏的不可忽略性；2. 揭示泵壓縮流量、洩漏流量及其造成的能量損失随排量工(gōng)況的變化特征。
方法：1. 基于納維-斯托克斯方程及流體(tǐ)連續性方程，推導出更完整的滑靴副洩漏計算方程，基于此方程建立顯式容積損失仿真模型；2. 在不同壓力、轉速及排量工(gōng)況組合下(xià)對泵各損失進行224組大(dà)範圍工(gōng)況下(xià)的大(dà)量實驗測試；3. 基于仿真結果及實驗結果對寬幅排量工(gōng)況下(xià)泵效率及各容積損失變化特征進行分(fēn)析讨論。
結論：1. 泵總效率随排量減小(xiǎo)顯著下(xià)降；2. 在額定轉速工(gōng)況下(xià)，5~35 MPa壓力等級及13%~100% 滿排量變化範圍内，泵容積損失在泵總損失中(zhōng)所占比重在13%~47% 幅度内變化；3. 額定轉速下(xià)泵壓縮流量損失在總容積損失中(zhōng)所占比重在30 MPa壓力及88%滿排量等級以上時最高可達41%，此後随着排量減小(xiǎo)而逐漸減小(xiǎo)，當排量降至低于38%滿排量或壓力降至低于5 MPa時，壓縮流量損失在泵總容積損失中(zhōng)占比低于20%；4. 壓縮流量随排量減小(xiǎo)而減小(xiǎo)，而在絕大(dà)部分(fēn)工(gōng)況下(xià)，泵洩漏流量的典型變化特征是随着排量減小(xiǎo)而逐漸增大(dà)，或先随着排量減小(xiǎo)而減小(xiǎo)，但在當減小(xiǎo)到某一(yī)極小(xiǎo)值時随着排量進一(yī)步的減小(xiǎo)而逐漸增大(dà)；5. 由滑靴擠壓微運動造成的滑靴副擠壓洩漏可以達到與由壓差效應造成的滑靴副壓差洩漏相當的數量級。

關鍵詞組：軸向柱塞泵；效率；洩漏；壓縮流量；排量工(gōng)況

An investigation into the swash plate vibration and pressure pulsation of piston pumps based on full fluid-structure interactions

Xiao-ping Ouyang, Xu Fang, Hua-yong Yang

DOI: 10.1631/jzus.A1500286 Downloaded: 3064 Clicked: 6186 Cited: 1 Commented: 0(p.202-214) <Full Text> <PPT> 2184

Chinese summary <173> 基于流構全耦合模型的柱塞泵斜盤振動和壓力脈動的研究

目的：航空柱塞泵是飛機液壓系統的核心元件，具有高壓高轉速的特點，其壓力脈動是飛機液壓系統振動的主要激勵源，對飛機液壓系統的安全性和可靠性具有重要影響。本文首次全面分(fēn)析了壓力脈動和斜盤振動之間的關系，對降低柱塞泵的壓力脈動、提高其可靠性具有重要理論意義。
創新點：1. 将柱塞泵壓力脈動和斜盤振動相結合，綜合分(fēn)析兩者相互作用關系；2. 綜合分(fēn)析柱塞、斜盤控制閥、斜盤控制柱塞三者間的作用關系，建立全耦合模型。通過仿真分(fēn)析和實驗驗證，指出普通模型的局限性以及全耦合模型在研究斜盤振動與壓力脈動的真實内在關系的可靠性。
方法：1. 通過仿真和試驗對比，分(fēn)析全耦合模型和普通模型在壓力脈動仿真結果上的差别及原因；2. 通過對比分(fēn)析，确定全耦合模型在斜盤振動仿真方面具有的較高精度；3. 通過柱塞泵高壓腔流量仿真結果，讨論柱塞泵壓力脈動成因以及與斜盤的振動關系；4. 通過斜盤力矩仿真分(fēn)析讨論斜盤振動成因以及與壓力脈動的關系；5. 通過分(fēn)析壓力脈動、斜盤振動和轉速三者間的關系，探讨減輕斜盤振動與減小(xiǎo)壓力脈動的有效途徑。
結論： 1. 全耦合模型的精确度比普通模型高，能較好地預測斜盤振動和壓力脈動狀态。 2. 斜盤振動的基頻(pín)部分(fēn)主要取決于壓力脈動的動态特性，同時還受控制閥機構（FSI-3）和變量柱塞機構（FSI-2）的動态特性影響。壓力脈動主要由柱塞泵的柱塞運動關系（FSI-1）決定，不受斜盤高頻(pín)振動影響。

關鍵詞組：振動；脈動；斜盤；航空；柱塞泵；流構耦合

Excitation of axisymmetric and non-axisymmetric guided waves in elastic hollow cylinders by magnetostrictive transducers

Xiao-wei Zhang, Zhi-feng Tang, Fu-zai Lv, Xiao-hong Pan

DOI: 10.1631/jzus.A1500184 Downloaded: 3306 Clicked: 4154 Cited: 1 Commented: 0(p.215-229) <Full Text> <PPT> 1759

Chinese summary <29> 彈性空心圓柱體(tǐ)中(zhōng)對稱與非對稱導波的磁緻伸縮換能器激勵

目的：超聲導波是一(yī)種有潛力的無損檢測方法，磁緻伸縮換能器是一(yī)種重要的導波換能器。利用經典的簡正模态展開(kāi)法分(fēn)析彈性空心圓柱體(tǐ)在磁緻伸縮載荷下(xià)的激勵響應，包括磁緻伸縮局部載荷、軸向陣列載荷和圓周陣列載荷。空心圓柱體(tǐ)在磁緻伸縮載荷作用下(xià)的擾動分(fēn)析将爲磁緻伸縮換能器以及換能器陣的進一(yī)步發展提供理論依據。
創新點：1. 利用簡正模态展開(kāi)方法，讨論彈性空心圓柱體(tǐ)在磁緻伸縮載荷作用下(xià)的擾動分(fēn)析和激勵響應；2. 通過數值仿真和試驗研究，驗證空心圓柱體(tǐ)在磁緻伸縮局部載荷、軸向陣列載荷和圓周陣列載荷作用下(xià)不同的激勵響應，得到有效的結論。
方法：1. 通過理論推導，構建典型磁緻伸縮換能器數學模型（公式（15）和（17））；2. 通過理論推導，建立彈性空心圓柱體(tǐ)在磁緻伸縮局部載荷、軸向陣列載荷和圓周陣列載荷作用下(xià)的波源分(fēn)析模型（公式（25~26）、（30~31）和（34~35）），求解得到典型載荷形式下(xià)的激勵響應（圖6~8和11~13）；3. 通過仿真模拟和試驗研究，對空心圓柱體(tǐ)在不同磁緻伸縮載荷作用下(xià)的激勵響應進行驗證（圖14~21）。
結論：1. 磁緻伸縮局部載荷能夠激勵産生(shēng)同一(yī)族的導波模态，但是不具有良好的頻(pín)率選擇性和相速度選擇性，軸對稱載荷僅能激勵軸對稱模态；2. 磁緻伸縮軸向陣列載荷具有良好的頻(pín)率選擇性和相速度選擇性，中(zhōng)心頻(pín)率和中(zhōng)心相速度取決于陣列單元間距，對導波模态控制非常有益；3. 磁緻伸縮圓周陣列載荷能夠激勵周向階次爲陣列單元數整數倍的導波模态。

關鍵詞組：導波；空心圓柱體(tǐ)；簡正模态展開(kāi)；磁緻伸縮

Numerical study on performance of perforated plate applied to cryogenic fluid flowmeter

Hai-fei Liu, Hong Tian , Hong Chen , Tao Jin , Ke Tang

DOI: 10.1631/jzus.A1500082 Downloaded: 5265 Clicked: 4739 Cited: 1 Commented: 0(p.230-239) <Full Text> <PPT> 1969

Chinese summary <24> 應用于低溫流體(tǐ)流量計的多孔闆性能數值研究

目的：相較于常溫流體(tǐ)，低溫流體(tǐ)的物(wù)性存在顯著不同，因而對流量計的工(gōng)作特性也會帶來相應的影響。本文旨在探讨多孔闆應用于低溫流體(tǐ)流量測量時的性能（即流出系數與壓力損失系數）特征。
創新點：基于數值研究結果，發現多孔闆流量計應用于低溫流體(tǐ)流量測量時，其穩定測量區間上限雷諾數顯著增大(dà)，并基于物(wù)性特點從空化特性的角度探讨上限雷諾數顯著增大(dà)的原因。
方法：采用數值模拟的方法，經網格獨立性驗證（表1和圖5）和模型驗證（圖6和圖8）後，結合Realizable κ-ε湍流模型與Schnerr-Sauer空化模型，研究同一(yī)種結構的多孔闆應用于液氮、液氧、液氫三種低溫流體(tǐ)和水流量測量時其流出系數與壓力損失系數變化的異同（圖11、圖12和表5）；并基于低溫流體(tǐ)的物(wù)性特點（表3），對其具有較大(dà)上限雷諾數的計算結果進行原因分(fēn)析。
結論：對于同一(yī)種多孔闆結構，與水相比，低溫流體(tǐ)具有較寬的穩定雷諾數測量範圍，其中(zhōng)，與多孔闆結構相關的下(xià)限雷諾數差異較小(xiǎo)，而受空化影響的上限雷諾數差别較大(dà)；低溫流體(tǐ)具有較大(dà)的上限雷諾數，其原因在于，與水相比較，低溫流體(tǐ)的密度與運動粘度平方的乘積ρv²明顯較小(xiǎo)。

關鍵詞組：多孔闆；流量計；低溫流體(tǐ)；流出系數；壓力損失系數

Study on a calibration equation for soil water content in field tests using time domain reflectometry

Yun Zhao, Dao-sheng Ling, Yun-long Wang, Bo Huang, Han-lin Wang

DOI: 10.1631/jzus.A1500065 Downloaded: 2658 Clicked: 4702 Cited: 1 Commented: 0(p.240-252) <Full Text> <PPT> 1806

Chinese summary <25> 土體(tǐ)含水率時域反射法現場測試經驗模型研究

目的：建立含水率與介電常數間的經驗關系模型是利用時域反射（TDR）技術測試土體(tǐ)含水率的關鍵。通過收集并建立包含45種土樣418個試驗數據點的數據庫，提出一(yī)個土體(tǐ)質量含水率與表觀介電常數間的經驗公式，分(fēn)析經驗公式誤差随土體(tǐ)類型、幹密度、擊實功、孔隙水電導率和溫度等因素的變化規律，并提出考慮幹密度影響的修正方法。
創新點：1. 基于電磁波相互作用理論，直接建立土體(tǐ)質量含水率和介電常數間的關系模型；2. 通過數據拟合得到通用型經驗公式，可在現場無标定快速高效地實現含水率測試。
方法：1. 通過理論分(fēn)析，直接建立土體(tǐ)質量含水率和介電常數間的關系模型（公式（9））；2. 通過試驗數據收集和回歸分(fēn)析得到通用型經驗公式（圖2和公式（10））；3. 通過影響因素分(fēn)析，對公式的适用性和有效性進行分(fēn)析（圖3~7）。
結論：1. 該經驗公式對常見的土體(tǐ)類型均能給出誤差在±0.05 g/g以内的結果；2. 在1.3~2.3 g/cm³的幹密度範圍内，該經驗公式具有較好的适用性；在工(gōng)程中(zhōng)常見的擊實功和孔隙水電導率變化範圍内，含水率測試精度可滿足工(gōng)程要求；4~30 °C溫度變化範圍對本經驗公式的計算結果無明顯影響；3. 利用該經驗公式，對于特殊場地，可以不通過标定實現TDR現場測試，具有較好的實用性。

關鍵詞組：土體(tǐ)；質量含水率；時域反射法；經驗公式