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: 7037 Clicked: 11561 Cited: 4 Commented: 0(p.309-322) <Full Text> <PPT> 2678

Chinese summary <1062> 中国大规模空分研究进展

本文概要：中国钢铁、化工等行业对工业气体需求的快速增长，极大地促进了大规模空分技术的发展。目前，中国生产的单套空分设备最大氧产量达到了120 000 Nm³/h，单位能耗为0.38 kWh/m³。本文介绍了中国大规模空分技术发展水平，回顾了中国大规模空分工业的发展历史。以成熟的60 000 Nm³/h空分系统为例，详细介绍了分子筛吸附器、空压机、板翅换热器、透平膨胀机和精馏塔等主要设备的技术参数。然后介绍了中国正在发展中的80 000~120 000 Nm³/h空分工艺和装备。最后讨论了中国大规模空分技术存在的主要问题及未来发展方向。

关键词组：空分；深低温；大规模装置；技术发展

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: 4174 Clicked: 6758 Cited: 4 Commented: 0(p.323-330) <Full Text> <PPT> 2186

Chinese summary <76> 基于应变片法的低温条件下热膨胀特征参数的测量方法与装置

研究目的：为了满足低温系统的材料选择和结构设计对于材料热膨胀特征参数的需求，研发低温条件下精确、快速、方便操作、低成本的热膨胀特征参数测量方法和系统装置。
创新要点：完成了卡玛合金箔应变片在77-293 K低温温区敏感系数的修正，保证了基于应变片技术的低温条件材料热膨胀特征参数测量的精度；所研制装置合理的热设计和等速率式温度控制模式使得材料热膨胀特征参数在77-293 K温区的测量可在14小时内快速完成。
研究方法：针对77-293 K温区，基于应变片测量方法，研制了采用比例-积分-微分（PID）温控系统的固体材料热膨胀特征参数测量装置（见图2和3）。通过将304不锈钢的测量数据与美国国家标准与技术研究院（NIST）公布数据进行比较，完成了卡玛合金箔应变片在77-293 K低温温区的敏感系数修正（见图7和8）。采用修正后的敏感系数进行无氧铜线性收缩率测量，并与NIST公布数据比较（见图9和表2），验证了该装置在77-293 K低温温区的测量精度。
重要结论：获得了77-293 K低温温区卡玛合金箔应变片敏感系数的修正结果；基于修正敏感系数的应变片法测量装置，采用0.3 K/min的等速率式温度控制模式，可实现77-293 K低温温区固体材料热膨胀特征参数的精确、快速测量。

关键词组：热膨胀；线性收缩率；应变片；低温

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: 2735 Clicked: 5844 Cited: 3 Commented: 0(p.331-350) <Full Text> <PPT> 2194

Chinese summary <197> 向量式混合质点单元薄壳非线性分析方法的膜材褶皱形变模拟研究

研究目的：建立一种适用于理想膜结构可进行高精度褶皱形变模拟的稳定可靠的数值分析技术及方法。
创新要点：根据薄壳理论，在向量式混合质点单元方法（VFPEM）薄膜计算理论的基础上，引入弯曲内力分析模型并与其进行组合，发展了一种能够描述膜材面外变形的新型非线性薄壳计算理论，同时给出了将其应用于褶皱形变模拟的关键求解技术。
研究方法：1.针对薄壳计算模型中的弯曲内力，利用移动基础架构和逆向刚体运动的概念扣除刚体转动，在只含有节点独立转动自由度的单元变形坐标系下根据虚功原理和平衡条件进行计算； 2.借助于薄壳非线性屈曲模拟方法，引入合理的初始扰动作为诱发理想平面膜材中形成褶皱的有效机制；3.采用拟动力显式数值积分技术求解质点运动方程，通过追踪质点平衡位置来获得稳态的褶皱构形。
重要结论：采用本文模型和方法可以模拟薄膜结构在面内荷载作用下褶皱的分布模式、具体构形信息及应力状态，计算过程不存在收敛性困难，结果准确。

关键词组：薄膜褶皱；向量式混合质点单元法；薄壳模型；拟静力策略；显式时间积分；膜结构

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: 3893 Clicked: 10749 Cited: 0 Commented: 0(p.351-363) <Full Text> <PPT> 2524

Chinese summary <59> 多点激励下多跨斜拉桥缩尺模型的地震响应研究．部分1：振动台试验

研究目的：为多塔斜拉桥在一致激励和非一致激励下地震响应的研究提供地震模拟振动台全桥试验方法，并有助于加强多塔斜拉桥抗震性能和抗震设计的认识。
创新要点：1.建立了地震模拟振动台多台阵试验方法，并首次将其应用于多塔斜拉桥全桥比例缩尺模型的地震响应分析之中；2.通过地震模拟振动台试验，揭示了多塔斜拉桥在多点一致激励和多点非一致激励的地震响应特性并提出了多塔斜拉桥在强震下的破坏模式。
研究方法：1.基于动力相似理论，设计与制作了多塔斜拉桥的全桥比例缩尺模型（图2）；2.利用地震模拟振动台多台阵试验，根据在不同地震波作用下和考虑行波效应后多塔斜拉桥模型的主梁和主塔响应，分析了多塔斜拉桥在多点一致激励和多点非一致激励的地震响应特性（图5~图8）；3.根据在地震波不同强度作用下多塔斜拉桥模型的主梁和主塔响应，分析了多塔斜拉桥在强震下的破坏模式和地震响应（图9）。
重要结论：1.江心波作用下该多塔斜拉桥的地震响应大于其他三种地震波；2.多塔斜拉桥在抗震设计时需要考虑行波效应的影响；3.在El-Centro波的加速度峰值高达4.0 m/s²时，多塔斜拉桥模型出现了支座破坏。

关键词组：多塔斜拉桥；地震模拟振动台台阵试验；多点激励；行波效应；破坏模式

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: 2845 Clicked: 7297 Cited: 0 Commented: 0(p.364-373) <Full Text> <PPT> 1955

Chinese summary <59> 一种测试不同温度下非饱和土土-水特征曲线的试验装置

研究目的：研制一种试验装置，以实现对非饱和土土-水特征曲线温度效应的有效测试。
创新要点：1.研制了一种温控非饱和土三轴试验装置，包括加载系统、吸力控制系统和温度控制系统；2.利用研制的温控非饱和土三轴试验装置，对不同温度（25，40和60 °C）以及不同应力（40，100和200 kPa）条件下的非饱和土土-水特征曲线进行了试验测定。
研究方法：1.总结分析已有的温控三轴仪所采用的加热方式的优缺点，提出环向加热压力室内水体的方法；2.基于GDS非饱和土三轴仪，研制可实现温度控制功能的温控非饱和土三轴仪（图1、2）；3.开展不同温度及不同应力条件下非饱和土土-水特征曲线的试验研究。
重要结论：1.所研制的温控非饱和土三轴仪的实用效果得到验证；2.温度的升高将引起非饱和土持水性能的降低。

关键词组：非饱和土；温度控制；三轴仪；体变；土-水特征曲线

Chemical Engineering

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

Abbas Al-Refaie

DOI: 10.1631/jzus.A1300262 Downloaded: 3179 Clicked: 6135 Cited: 3 Commented: 0(p.374-384) <Full Text> <PPT> 1800

Chinese summary <51> 在废水处理过程中基于过程分析技术的多重响应优化

研究目的：基于过程分析技术框架，优化家禽业的废水处理工艺的性能。
研究方法：生产商主要关注浊度和污泥容积指数（SVI）这两个响应。首先为每个响应建立移动平均（MA）和移动范围（MR）控制图，并在实验工作中重复两次3³全因子设计。基于模糊目标规划建立加权相加模型，并用于确定最佳的因子设置组合。最后，在最佳的因子设置组合条件下，对实验结果进行跟踪确认。
重要结论：在絮凝剂为18 mg/L、凝结剂为40.0 mg/L和pH=4.0的最佳工艺条件下，得到的浊度和污泥体积指数的最佳值分别为6.184 NTU和73.21 ml/g。在此条件下得到的浊度和污泥沉降指数能够满足设计要求，它们的过程变异性分别显著下降了41.22%和77.75%，且多重能力指数从1.95显著增加至10.6。这表明此过程可行性很高。总之，加权相加模型是一种用于优化多个响应流程性能的有效技术，并且可以考虑工程师的首选设置流程。

关键词组：模糊目标优化；多反应；废水；过程分析技术（PAT）