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

2022 Vol.23 No.8 P.587-668

Cover:

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Contents:

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<<< CONTENTS >>>

Research Articles

Design and friction loss study of full-ocean depth oil-filled direct current motor

Hao WANG, Chen CAO, Jin GUO, Wei WANG, Peng ZHOU, Jia-wang CHEN

DOI: 10.1631/jzus.A2100375 Downloaded: 1063 Clicked: 3399 Cited: 0 Commented: 764(p.587-598) <Full Text> <PPT> 291

Chinese summary <126> 全海深充油電機設計及其摩擦損耗特性研究

作者：王豪，曹晨，郭進，王威，周朋，陳家旺
機構：浙江大(dà)學，海洋學院，中(zhōng)國舟山，316000
目的：設計一(yī)種壓力自平衡式充油電機以适應全海深工(gōng)作的需求，并探究輸出軸處旋轉密封件的摩擦阻以及四種不同類型油的粘性阻力，爲深海電動執行器的設計提供參考。
創新點：1.提出了旋轉密封用格萊圈對電機輸出軸旋轉阻力的影響。2.通過仿真與實驗相結合的方法探究了幾種不同的液壓油在不同溫度下(xià)電機的粘性阻力影響。
方法：1.在分(fēn)析對比磁耦合電機與充油電機的基礎上，設計充油電機的結構（圖1），并介紹其控制方式和工(gōng)作模式（圖2）。2.從兩個方面研究充油電機的摩擦損耗特性：首先，研究旋轉密封對電機的摩擦損耗，在有限元分(fēn)析軟件Abaqus中(zhōng)建立分(fēn)析模型（圖3），得到不同壓縮率下(xià)的旋轉密封接觸壓力分(fēn)布（圖4），并搭建旋轉密封測試平台以驗證分(fēn)析結果（圖5）；其次，研究充油類型在高壓和低溫情況下(xià)對充油電機工(gōng)作的影響。3.基于Fluent建立充油電機旋轉分(fēn)析模型，并得到其在不同溫度、不同油類型下(xià)的油粘損耗（圖8）。4.在高壓艙内進行測試，研究高壓對電機工(gōng)作性能的影響（圖10）。5.介紹所研制的電機在馬裏亞納海溝的應用（圖14）。
結論：1.旋轉密封格萊圈對于電機的摩擦阻力随着壓縮率的增大(dà)而增大(dà)，并且其啓動阻力約爲穩定運行時阻力的2.5倍。2.電機所受到的粘性阻力與油的動力粘度高度正相關。3.二甲基矽油是充油電機用油的合适選擇之一(yī)；其粘性阻力低且在低溫下(xià)的動力粘度變化不大(dà)。

關鍵詞組：充油電機；全海深；旋轉密封；摩擦損耗；粘性功率；海上試驗

Flow control characteristics of the digital and mechanical redundancy control electric modulation valve

He LIU, Bin ZHAO, Bo WANG, Long QUAN, Yun-xiao HAO, Yun-wei LI

DOI: 10.1631/jzus.A2100526 Downloaded: 795 Clicked: 905 Cited: 0 Commented: 1(p.599-609) <Full Text> <PPT> 270

Chinese summary <117> 數字機械冗餘控制電調制閥的流量控制特性

作者：劉赫¹，趙斌¹，王波¹，權龍¹，郝雲曉¹，李運帷^1,2
機構：¹太原理工(gōng)大(dà)學，新型傳感器與智能控制教育部重點實驗室，中(zhōng)國太原，030024；²阿爾伯塔大(dà)學，電氣與計算機工(gōng)程系，加拿大(dà)埃德蒙頓，ABT6G1H9
目的：電調制閥可根據連續變化的輸入電信号提供成比例輸出的閥芯位移、流量或壓力，是電液比例控制技術的核心元件。本文旨在消除壓差變化對閥輸出流量的影響，實現對電調制閥流量的高精度控制和安全冗餘控制。
創新點：1.提出了一(yī)種數字機械冗餘控制電調制閥輸出流量的方法，實現了對流量的高精度控制和安全冗餘控制。2.建立了聯合仿真模型和試驗測試平台，并通過仿真和試驗證明了創新方案的可行性，且系統動靜态特性良好。
方法：1.通過理論推導和數學模型分(fēn)析，得到壓差變化時閥芯位移和輸出流量的關系。2.在仿真軟件中(zhōng)建立電調制閥的機電液聯合仿真模型，并進行聯合仿真研究，驗證所提方案的可行性。3.建立電調制閥試驗測試平台進行試驗測試，驗證所提方案的正确性和可行性。
結論：1.數字補償流量方案可以在壓差變化時保持通過閥的流量恒定，流量控制精度高；根據不同的流量要求，可在控制器中(zhōng)設置參數，靈活調整設定壓差。2.數字補償流量方案可以在機械壓力補償閥的作用下(xià)控制流量，達到冗餘控制的目的，提高系統的安全性。

關鍵詞組：電調制閥；控制特性；聯合仿真；冗餘控制

Effects of moisture content and dry bulk density on the thermal conductivity of compacted backfill soil

Yu-hao WU, Yan-hao FENG, Li-wu FAN, Qing WANG, Xin SONG, Zi-tao YU

DOI: 10.1631/jzus.A2100673 Downloaded: 1024 Clicked: 889 Cited: 0 Commented: 470(p.610-620) <Full Text> <PPT> 258

Chinese summary <115> 含水率和幹容積密度對壓實回填土熱導率的影響

作者：吳宇豪¹，馮彥皓¹，範利武^1,2，王晴³，宋昕³，俞自濤^1,2
機構：¹浙江大(dà)學，熱工(gōng)與動力系統研究所，中(zhōng)國杭州，310027；²浙江大(dà)學，能源清潔利用國家重點實驗室，中(zhōng)國杭州，310027；³中(zhōng)國科學院，南(nán)京土壤研究所，中(zhōng)國南(nán)京，210008
目的：本文旨在探究多種物(wù)性參數（含水率、幹容積密度、粒徑分(fēn)布和化學組成）對充分(fēn)壓實（相對壓實度接近100%，絕對壓實度大(dà)于85%）的回填土熱導率的影響規律，并提出便于工(gōng)程上使用的壓實回填土熱導率的預測公式。
創新點：通過普氏擊實試驗（落錘法）使各土壤試樣的相對壓實度均接近100%，以模拟壓實回填土的實際工(gōng)況，從而使測得的熱導率數據和預測模型能夠爲工(gōng)程提供可靠的參考。
方法：1.通過實驗測試，探究含水率、幹容積密度、粒徑分(fēn)布和化學組成于充分(fēn)壓實回填土熱導率的影響規律。2.通過回歸分(fēn)析，提出基于質地分(fēn)類的壓實回填土熱導率的預測公式。3.預測首先通過相關性分(fēn)析确定的對土壤熱導率影響程度最大(dà)的兩個參數。
結論：1.壓實回填土熱導率的最大(dà)值比其他文獻所報道的自然狀态或非壓實土壤熱導率的最大(dà)值大(dà)20%~50%。2.與容積幹密度類似，壓實回填土的熱導率随含水率的升高并非一(yī)直單調增大(dà)；當含水率超過某臨界值時，熱導率會基本保持不變或緩慢(màn)減小(xiǎo)，且熱導率的峰值點對應的臨界含水率一(yī)般略大(dà)于容積幹密度的峰值點對應的臨界含水率。3.總體(tǐ)而言，随含水率的升高、幹容積密度的增大(dà)、粒徑的增大(dà)、石英含量的升高和有機質含量的降低，壓實回填土的熱導率均增大(dà)，且含水率和幹容積密度對熱導率的影響較其他因素更顯著。4.基于含水率和幹容積密度的1/2次方的二元線性回歸得到的壓實回填土熱導率的預測公式具有較高的置信度（各項回歸系數的P值均小(xiǎo)于0.05）和拟合精度（複相關系數R²大(dà)于0.9）。

關鍵詞組：回填土；壓實；熱導率；含水率；幹容積密度

How fast is it to city centers? The average travel speed as an indicator of road traffic accessibility potential

Xiao-guang RUAN

DOI: 10.1631/jzus.A2100435 Downloaded: 1231 Clicked: 1154 Cited: 0 Commented: 900(p.621-638) <Full Text> <PPT> 280

Chinese summary <112> 到市中(zhōng)心有多快？道路交通通達性潛力的指标--平均行駛速度

作者：阮曉光
機構：浙江水利水電學院，測繪與市政工(gōng)程學院，中(zhōng)國杭州，310018
目的：對于道路交通通達性的研究，可獲得的地理數據有限。一(yī)般以多個節點來分(fēn)析它們的通達性與區域社會經濟的耦合關系，即缺少整個城市的精細栅格數據。爲解決地理數據不易獲得的問題，本研究利用網絡位置數據，計算更加接近實際情況的出行速度，以評估全球80個主要城市内部的通達性潛力。
創新點：基于路徑時間和距離(lí)，計算起點抵達市中(zhōng)心的出行速度，分(fēn)析城市内部道路的通達潛力，并對目标城市進行通達潛力排名。該方法爲利用網絡數據和地理空間方法分(fēn)析交通通達性提供了新的可能性。
方法：1.數據預處理：NPP-VIIRS和Landsat-8 OLI/TIRS遙感影像進行輻射和幾何校正、圖像拼接、圖像配準、圖像增強等；所有栅格數據、矢量數據（行政區數據）統一(yī)坐标系。2.起點和終點确定：基于阈值法提取建成區；行政區和建成區的500 m×500 m格網數據作爲路徑起點；基于局部輪廓樹(shù)法确定城市中(zhōng)心位置，并作爲路徑終點。3.路徑爬取：借助Google MapDirections API爬取起點到達城市中(zhōng)心的若幹最佳駕車(chē)路徑數據，包括時間和距離(lí)。4.速度計算：基于路徑時間和距離(lí)，計算起點抵達市中(zhōng)心的出行速度，分(fēn)析城市内部道路的通達性潛力（圖1）；以平均出行速度對研究城市進行通達性潛力排名。
結論：1.所研究城市行政區平均出行速度爲37.56 km/h，城市建成區平均出行速度爲34.30 km/h，速度與道路基礎設施水平、車(chē)流和區域發展水平一(yī)緻。2.所選指标可以有效地确定道路通達性潛力的空間分(fēn)異；通過該方法獲得的行程時間和行程距離(lí)可作爲城市道路分(fēn)析的地理數據，即高出行速度的地區通達性潛力好，而低出行速度的地區通達性潛力差。3.該方法爲利用互聯網數據和地理空間方法分(fēn)析交通通達性提供了新的可能性，且能夠定量分(fēn)析交通地理學中(zhōng)的問題；城市出行速度結果和排名可以作爲一(yī)個國際數據集。

關鍵詞組：交通通達性；谷歌地圖API；行駛速度；道路交通網絡；地理信息系統

Experimental study of the bearing capacity of a drainage pipe pile under vacuum consolidation

Xiao-wu TANG, Wei-kang LIN, Yuan ZOU, Jia-xin LIANG, Wen-fang ZHAO

DOI: 10.1631/jzus.A2100585 Downloaded: 767 Clicked: 806 Cited: 0 Commented: 462(p.639-651) <Full Text> <PPT> 288

Chinese summary <114> 真空固結排水管樁承載力試驗研究

作者：唐曉武^1,2，林維康^1,2，鄒淵^1,2，梁家馨^1,2，趙文芳^1,2
機構：¹浙江大(dà)學，濱海與城市岩土工(gōng)程研究中(zhōng)心，中(zhōng)國杭州，310058；²浙江省城市地下(xià)空間開(kāi)發工(gōng)程研究中(zhōng)心，中(zhōng)國杭州，310058
目的：爲進一(yī)步促進地基處理與樁基工(gōng)程的結合，本文提出真空固結排水管樁。通過與普通樁與開(kāi)孔樁對比，研究真空固結排水管樁的承載力增長趨勢、樁側摩阻力分(fēn)布、樁周土抗剪強度與含水量的變化規律等，爲真空固結排水管樁應用與實際工(gōng)程提供理論依據。
創新點：1.提出了一(yī)種能加快軟土固結且不會發生(shēng)淤堵的地基處理與樁基工(gōng)程相結合的真空固結排水管樁；2.通過承載力、含水量、十字闆剪切等試驗定義了真空固結排水管樁對樁周土的強（弱）增強區，并利用該定義修正規範，提出了一(yī)種單樁極限承載力估算方法。
方法：1.對靜壓和真空預壓條件下(xià)的管樁、鑽孔樁和排水管樁進行單樁靜載試驗、十字闆剪切試驗和含水量試驗；2.根據試驗結果，對比分(fēn)析不同樁型在不同工(gōng)況下(xià)單樁承載力、樁身軸力和樁側摩阻力的變化規律（圖7~9）；3.對樁周土體(tǐ)不同位置的抗剪強度和含水量分(fēn)布進行試驗（圖11~15）。
結論：1.真空固結排水管樁無淤塞現象；根據單樁靜載試驗，真空固結排水管樁承載力從普通管樁的89.5N提高到271.5N，提升約3倍（考慮到樁頂密封對真空度的影響以及樁間距對排水固結的影響，實際工(gōng)程中(zhōng)增長幅度可能會下(xià)降）；一(yī)方面，孔隙水在負壓作用下(xià)加速排洩，提高了土體(tǐ)的抗剪強度；另一(yī)方面，土壤中(zhōng)的細顆粒逐漸聚集到樁壁上，形成一(yī)個密實的土層，從而擴大(dà)樁徑。2.真空固結排水管樁最大(dà)樁摩阻力是普通樁的3~4倍，且真空固結改變了摩擦阻力的分(fēn)布形式；樁側摩阻力在樁的中(zhōng)下(xià)部得到了更好的發揮。3.加固區半徑與排水量呈正相關；利用兩個區域交界處的抗剪強度來估算單樁的極限承載力可以取得良好的效果。

關鍵詞組：排水管樁；軟土；固結；承載力；地基處理

Active flow control of S-duct by plasma synthetic jet

Ru-bing LIU, Xiao-yin MEI, Sheng-hui XUE, Yu-wen LU, Zhe-zhe SU, Qi LIN

DOI: 10.1631/jzus.A2100618 Downloaded: 866 Clicked: 935 Cited: 0 Commented: 462(p.652-668) <Full Text> <PPT> 277

Chinese summary <114> 基于等離(lí)子體(tǐ)合成射流的S形進氣道主動流動控制研究

作者：劉汝兵^1,2，梅笑隐^1,2，薛生(shēng)輝^1,2，盧钰文¹，蘇哲哲¹，林麒^1,2
機構：1.廈門大(dà)學，航空航天學院，中(zhōng)國廈門，361102；2.福建省等離(lí)子體(tǐ)與磁共振研究重點實驗室，中(zhōng)國廈門，361102
目的：S形進氣道内的流動分(fēn)離(lí)和二次流造成進氣道出口壓力損失和氣流畸變較爲嚴重，嚴重影響發動機的工(gōng)作性能。爲改善其流場特性，本文采用串聯式等離(lí)子體(tǐ)合成射流主動控制進氣道内的流場，抑制進氣道内流動分(fēn)離(lí)和出口壓力畸變，提高進氣道氣動性能。
創新點：1.系統探究等離(lí)子體(tǐ)合成射流控制位置、布局形式、動量系數和激勵頻(pín)率對控制效果的作用規律，并采用正交實驗法确定上述參數的主次和最優組合。2.從流向和出口截面流場及壓力分(fēn)布出發，厘清等離(lí)子體(tǐ)合成射流主動控制S型進氣道流動的機理。
方法：1.在低速風洞試驗中(zhōng)（圖2），利用壓力掃描閥采集進氣道壁面靜壓分(fēn)布和出口總壓分(fēn)布，并通過粒子圖像測速（PIV）技術測量進氣道壁面沿程和出口流場（圖5）。2.在壁面布置等離(lí)子體(tǐ)合成射流陣列對進氣道内的流動分(fēn)離(lí)進行主動控制，改變等離(lí)子體(tǐ)合成射流相關參數（圖7和9），探究其作用規律，并利用正交實驗法确定各參數的影響主次。3.通過對比分(fēn)析沿程、出口的流場和壓力分(fēn)布（圖13），探究等離(lí)子體(tǐ)合成射流控制流動分(fēn)離(lí)的機理（圖16）。
結論：1.等離(lí)子體(tǐ)合成射流能夠顯著提高靜壓恢複系數，抑制流動分(fēn)離(lí)并改善出口壓力畸變；射流控制位置在分(fēn)離(lí)點附近最佳，而“Λ”型布局形式是最優的。2.本實驗中(zhōng)，壁面靜壓系數提高最大(dà)可達127.8%，而出口穩态畸變指數降低了9.15%。3.控制機理是高速射流的直接能量注入及其産生(shēng)的流向渦間接控制效應；一(yī)方面，可提高邊界層抵抗逆壓梯度的能力，抑制流動分(fēn)離(lí)；另一(yī)方面，可有效降低二次流的強度，減弱出口截面回流，降低壓力畸變。

關鍵詞組：S形進氣道；流動控制；等離(lí)子體(tǐ)合成射流；流動分(fēn)離(lí)；總壓畸變