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: 2974 Clicked: 3965 Cited: 2 Commented: 0(p.171-185) <Full Text>

Chinese summary <36> 论香港国际机场起飞着陆滑行区域气象回避路线的识别

概要：空中交通的安全和效率明显受恶劣天气的影响，在机场起飞着陆滑行区域（TMA）尤其如此。在此区域，除了受天气影响之外，潜在的气象回避路线还受到空中交通管制的严格限制。因此气象回避模型DIVMET被开发出来。该模型给出一条建议路线，可以通过正在形成雷暴但尚未在里面实施任何空中交通管制的场地。DIVMET被应用到香港国际机场的TMA区域，因为此处的空中交通管制（ATC）单位有兴趣通过模拟回避路线来提高管制员的工作量，尤其是用于管理进场飞机交通。ATC单位对模拟的回避路线进行目视检查，其结果令人满意，但是商定了用实际观察到的路线对模拟情况进行定量验证。本文选择了香港TMA区域内有雷暴且交通严重扭曲时的两种真实恶劣天气情况。但是，进行任何验证之前的主要目标是识别仅仅受到天气影响但并未显示任何管制标志的路线。在飞行位置数据的基础上完成路线选择，选择若干着陆航班，并分析与标准进场路线的偏差。结果显示，272架航班中大多数同时受到天气和管制的影响（60%），这突出表明空中交通管制员在恶劣天气下要安全有效地管理着陆交通是存在挑战的。只有少数受天气影响的航班（7%）未受到管制，可以用于验证。DIVMET 模拟路线被传给当地空中交通管制员，证明了这些路线是潜在切实的回避路线。在TMA区域内的DIVMET气象回避路线模拟有一定参考价值，但是进一步的模型开发必须将管制纳入考虑，至少要考虑停候、近道和减速。

关键词组：雷暴回避；机场起飞着陆滑行区域；香港；水平环行；协同决策

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: 3555 Clicked: 4519 Cited: 3 Commented: 0(p.186-201) <Full Text> <PPT> 1925

Chinese summary <28> 宽幅排量工况下轴向柱塞泵容积损失及效率变化特征

目的：宽幅排量工况下高效率性能对于作为变排量泵控节能系统动力源的柱塞泵至关重要，而现有研究对宽幅排量工况下泵效率及各容积损失变化特征的认识尚为不足。本研究探索并阐明泵效率、容积损失（泄漏损失及压缩流量损失）及各损失所占比重随排量工况的变化特征。
创新点：1. 提出更完整的滑靴副泄漏计算方程，建立显式容积损失仿真模型，发现由滑靴挤压微运动造成的挤压泄漏的不可忽略性；2. 揭示泵压缩流量、泄漏流量及其造成的能量损失随排量工况的变化特征。
方法：1. 基于纳维-斯托克斯方程及流体连续性方程，推导出更完整的滑靴副泄漏计算方程，基于此方程建立显式容积损失仿真模型；2. 在不同压力、转速及排量工况组合下对泵各损失进行224组大范围工况下的大量实验测试；3. 基于仿真结果及实验结果对宽幅排量工况下泵效率及各容积损失变化特征进行分析讨论。
结论：1. 泵总效率随排量减小显著下降；2. 在额定转速工况下，5~35 MPa压力等级及13%~100% 满排量变化范围内，泵容积损失在泵总损失中所占比重在13%~47% 幅度内变化；3. 额定转速下泵压缩流量损失在总容积损失中所占比重在30 MPa压力及88%满排量等级以上时最高可达41%，此后随着排量减小而逐渐减小，当排量降至低于38%满排量或压力降至低于5 MPa时，压缩流量损失在泵总容积损失中占比低于20%；4. 压缩流量随排量减小而减小，而在绝大部分工况下，泵泄漏流量的典型变化特征是随着排量减小而逐渐增大，或先随着排量减小而减小，但在当减小到某一极小值时随着排量进一步的减小而逐渐增大；5. 由滑靴挤压微运动造成的滑靴副挤压泄漏可以达到与由压差效应造成的滑靴副压差泄漏相当的数量级。

关键词组：轴向柱塞泵；效率；泄漏；压缩流量；排量工况

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: 3026 Clicked: 6108 Cited: 1 Commented: 0(p.202-214) <Full Text> <PPT> 2168

Chinese summary <173> 基于流构全耦合模型的柱塞泵斜盘振动和压力脉动的研究

目的：航空柱塞泵是飞机液压系统的核心元件，具有高压高转速的特点，其压力脉动是飞机液压系统振动的主要激励源，对飞机液压系统的安全性和可靠性具有重要影响。本文首次全面分析了压力脉动和斜盘振动之间的关系，对降低柱塞泵的压力脉动、提高其可靠性具有重要理论意义。
创新点：1. 将柱塞泵压力脉动和斜盘振动相结合，综合分析两者相互作用关系；2. 综合分析柱塞、斜盘控制阀、斜盘控制柱塞三者间的作用关系，建立全耦合模型。通过仿真分析和实验验证，指出普通模型的局限性以及全耦合模型在研究斜盘振动与压力脉动的真实内在关系的可靠性。
方法：1. 通过仿真和试验对比，分析全耦合模型和普通模型在压力脉动仿真结果上的差别及原因；2. 通过对比分析，确定全耦合模型在斜盘振动仿真方面具有的较高精度；3. 通过柱塞泵高压腔流量仿真结果，讨论柱塞泵压力脉动成因以及与斜盘的振动关系；4. 通过斜盘力矩仿真分析讨论斜盘振动成因以及与压力脉动的关系；5. 通过分析压力脉动、斜盘振动和转速三者间的关系，探讨减轻斜盘振动与减小压力脉动的有效途径。
结论： 1. 全耦合模型的精确度比普通模型高，能较好地预测斜盘振动和压力脉动状态。 2. 斜盘振动的基频部分主要取决于压力脉动的动态特性，同时还受控制阀机构（FSI-3）和变量柱塞机构（FSI-2）的动态特性影响。压力脉动主要由柱塞泵的柱塞运动关系（FSI-1）决定，不受斜盘高频振动影响。

关键词组：振动；脉动；斜盘；航空；柱塞泵；流构耦合

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: 3294 Clicked: 4129 Cited: 1 Commented: 0(p.215-229) <Full Text> <PPT> 1746

Chinese summary <29> 弹性空心圆柱体中对称与非对称导波的磁致伸缩换能器激励

目的：超声导波是一种有潜力的无损检测方法，磁致伸缩换能器是一种重要的导波换能器。利用经典的简正模态展开法分析弹性空心圆柱体在磁致伸缩载荷下的激励响应，包括磁致伸缩局部载荷、轴向阵列载荷和圆周阵列载荷。空心圆柱体在磁致伸缩载荷作用下的扰动分析将为磁致伸缩换能器以及换能器阵的进一步发展提供理论依据。
创新点：1. 利用简正模态展开方法，讨论弹性空心圆柱体在磁致伸缩载荷作用下的扰动分析和激励响应；2. 通过数值仿真和试验研究，验证空心圆柱体在磁致伸缩局部载荷、轴向阵列载荷和圆周阵列载荷作用下不同的激励响应，得到有效的结论。
方法：1. 通过理论推导，构建典型磁致伸缩换能器数学模型（公式（15）和（17））；2. 通过理论推导，建立弹性空心圆柱体在磁致伸缩局部载荷、轴向阵列载荷和圆周阵列载荷作用下的波源分析模型（公式（25~26）、（30~31）和（34~35）），求解得到典型载荷形式下的激励响应（图6~8和11~13）；3. 通过仿真模拟和试验研究，对空心圆柱体在不同磁致伸缩载荷作用下的激励响应进行验证（图14~21）。
结论：1. 磁致伸缩局部载荷能够激励产生同一族的导波模态，但是不具有良好的频率选择性和相速度选择性，轴对称载荷仅能激励轴对称模态；2. 磁致伸缩轴向阵列载荷具有良好的频率选择性和相速度选择性，中心频率和中心相速度取决于阵列单元间距，对导波模态控制非常有益；3. 磁致伸缩圆周阵列载荷能够激励周向阶次为阵列单元数整数倍的导波模态。

关键词组：导波；空心圆柱体；简正模态展开；磁致伸缩

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: 5234 Clicked: 4687 Cited: 1 Commented: 0(p.230-239) <Full Text> <PPT> 1945

Chinese summary <24> 应用于低温流体流量计的多孔板性能数值研究

目的：相较于常温流体，低温流体的物性存在显著不同，因而对流量计的工作特性也会带来相应的影响。本文旨在探讨多孔板应用于低温流体流量测量时的性能（即流出系数与压力损失系数）特征。
创新点：基于数值研究结果，发现多孔板流量计应用于低温流体流量测量时，其稳定测量区间上限雷诺数显著增大，并基于物性特点从空化特性的角度探讨上限雷诺数显著增大的原因。
方法：采用数值模拟的方法，经网格独立性验证（表1和图5）和模型验证（图6和图8）后，结合Realizable κ-ε湍流模型与Schnerr-Sauer空化模型，研究同一种结构的多孔板应用于液氮、液氧、液氢三种低温流体和水流量测量时其流出系数与压力损失系数变化的异同（图11、图12和表5）；并基于低温流体的物性特点（表3），对其具有较大上限雷诺数的计算结果进行原因分析。
结论：对于同一种多孔板结构，与水相比，低温流体具有较宽的稳定雷诺数测量范围，其中，与多孔板结构相关的下限雷诺数差异较小，而受空化影响的上限雷诺数差别较大；低温流体具有较大的上限雷诺数，其原因在于，与水相比较，低温流体的密度与运动粘度平方的乘积ρv²明显较小。

关键词组：多孔板；流量计；低温流体；流出系数；压力损失系数

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: 2647 Clicked: 4354 Cited: 1 Commented: 0(p.240-252) <Full Text> <PPT> 1795

Chinese summary <25> 土体含水率时域反射法现场测试经验模型研究

目的：建立含水率与介电常数间的经验关系模型是利用时域反射（TDR）技术测试土体含水率的关键。通过收集并建立包含45种土样418个试验数据点的数据库，提出一个土体质量含水率与表观介电常数间的经验公式，分析经验公式误差随土体类型、干密度、击实功、孔隙水电导率和温度等因素的变化规律，并提出考虑干密度影响的修正方法。
创新点：1. 基于电磁波相互作用理论，直接建立土体质量含水率和介电常数间的关系模型；2. 通过数据拟合得到通用型经验公式，可在现场无标定快速高效地实现含水率测试。
方法：1. 通过理论分析，直接建立土体质量含水率和介电常数间的关系模型（公式（9））；2. 通过试验数据收集和回归分析得到通用型经验公式（图2和公式（10））；3. 通过影响因素分析，对公式的适用性和有效性进行分析（图3~7）。
结论：1. 该经验公式对常见的土体类型均能给出误差在±0.05 g/g以内的结果；2. 在1.3~2.3 g/cm³的干密度范围内，该经验公式具有较好的适用性；在工程中常见的击实功和孔隙水电导率变化范围内，含水率测试精度可满足工程要求；4~30 °C温度变化范围对本经验公式的计算结果无明显影响；3. 利用该经验公式，对于特殊场地，可以不通过标定实现TDR现场测试，具有较好的实用性。

关键词组：土体；质量含水率；时域反射法；经验公式