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

2017 Vol.18 No.2 P.83-162

<<< CONTENTS >>>

Articles

Stationary response of stochastically excited nonlinear systems with continuous-time Markov jump

Shan-shan Pan, Wei-qiu Zhu, Rong-chun Hu, Rong-hua Huan

DOI: 10.1631/jzus.A1600176 Downloaded: 2753 Clicked: 5591 Cited: 0 Commented: 0(p.83-91) <Full Text> <PPT> 2087

Chinese summary <60> 随机激励下连续时间马尔科夫跳变非线性系统的平稳响应研究

目的：提出一种预测随机激励下连续时间马尔科夫跳变非线性系统的平稳响应的近似方法。
创新点：1. 得到了含有马尔科夫跳变参数的关于能量的平均Itô方程；2. 建立了含有马尔科夫跳变参数的平均Itô方程相应的FPK方程。
方法：1. 将一个随机激励的马尔科夫跳变非线性系统由状态方程转化为等价的Itô方程，并根据Itô微分法则给出哈密顿量（系统总能量）的Itô方程；2. 通过随机平均法，得到关于系统能量的平均Itô方程；3. 推导并求解相应的FPK方程。
结论：1. 跳变规律对马尔科夫跳变非线性系统随机响应具有重要影响；2. 理论结果与数字模拟结果吻合验证了理论方法的准确性。

关键词组：非线性系统；连续时间马尔科夫跳变；随机激励；随机平均

Assessment of the phase synchronization effect in modal testing during operation

Zhi Chao Ong, Hong Cheet Lim, Shin Yee Khoo, Zubaidah Ismail, Keen Kuan Kong, Abdul Ghaffar Abdul Rahman

DOI: 10.1631/jzus.A1600003 Downloaded: 2703 Clicked: 4061 Cited: 1 Commented: 0(p.92-105) <Full Text> <PPT> 2099

Chinese summary <50> 相位同步对工况下模态测试的影响评估分析

目的：通过研究证明激励信号的相位信息对同步激励模态分析的重要性：当各激励信号的相位信息非一致时，采用较少次数的时间平均即可实现对非激励-响应信号的滤除。
创新点：通过对比采用一致相位激励信号和非一致相位激励信号下的频率响应函数，证明了当各激励信号的相位信息非一致时，采用较少次数的时间平均足以实现对非激励-响应信号的滤除。
方法：基于非一致相位信号的同步激励模态分析法。
结论：基于同步激励时间平均技术，通过对比采用一致相位激励信号和非一致相位激励信号下的频率响应函数，证明了当各激励信号的相位信息非一致时，采用较少次数的时间平均足以实现对非激励-响应信号的滤除。在仿真试验中，非同步信号成分的滤除效果提升了98.48%；模态分析试验中，滤除效果提升了95.22%。

关键词组：实验模态分析；振动；同步激励模态分析；同步激励时间平均；模态试验；相位同步

Preliminary experimental study on solid-fuel rocket scramjet combustor

Zhong Lv, Zhi-xun Xia, Bing Liu, Li-ya Huang

DOI: 10.1631/jzus.A1600489 Downloaded: 3040 Clicked: 4493 Cited: 0 Commented: 0(p.106-112) <Full Text> <PPT> 2005

Chinese summary <50> 固体火箭超燃冲压发动机燃烧室初步实验研究

目的：通过发动机直连式实验，验证燃气发生器产生的富燃燃气可以在超声速气流中二次燃烧，进而证明固体火箭超燃冲压发动机方案的可行性，并初步评估固体火箭超燃冲压发动机燃烧室的工作性能。
创新点： 1. 提出固体火箭超燃冲压发动机构型方案，并开展固体火箭超燃冲压发动机燃烧室直连式实验研究；2. 验证了固体火箭超燃冲压发动机构型可行；3. 初步评估了固体火箭超燃冲压发动机燃烧室的工作性能。
方法：1. 通过直连式实验测定固体火箭超燃冲压发动机燃烧室的工作参数（图2、3和4）；2. 通过实验现象（图8）和数据处理，确定燃气发生器产生的富燃燃气可以在超声速燃烧室中燃烧，进而确定固体火箭超燃冲压发动机方案的可行性；3. 初步确定发动机燃烧室的工作性能（公式（6）和（7））。
结论： 1. 燃气发生器中产生的富燃燃气可以在超声速燃烧室中燃烧，固体火箭超燃冲压发动机构型方案可行；2. 初步评估了固体火箭超燃冲压发动机燃烧室的工作性能，总压恢复系数约为0.6，燃烧效率约为90%；3.燃气发生器产生的部分一次燃气沉积于燃气发生器喉部，使燃气发生器的工作压力增加，进而引起富燃燃气质量流量的增加；4. 燃烧室中的总压损失主要集中在富燃燃气入口处，总压损失主要由射流引起的激波和燃气二次燃烧引起。

关键词组：固体燃料；火箭超燃冲压发动机；双燃烧室；直连式实验

Coal type identification based on the emission spectra of a furnace flame

Feng Yin, Zhi-hao Luo, Yuan Li, Ming-xi Zhou, Hao Zhou

DOI: 10.1631/jzus.A1500306 Downloaded: 3272 Clicked: 4898 Cited: 0 Commented: 0(p.113-123) <Full Text> <PPT> 2056

Chinese summary <35> 基于炉膛火焰发射光谱的煤种识别

目的：为解决煤种频繁变化造成的燃烧闭环优化难题，研究在燃烧器出口实时辨识锅炉入炉燃烧煤种的方法。
创新点：1. 通过火焰发射光谱机理研究获取可排除燃烧工况与测量采样等干扰因素的算法规则；2. 提出基于煤粉火焰光谱中Na和K元素原子发射光谱相对强度特征的煤种辨识方法。
方法：1. 通过光纤光谱仪获取锅炉各层燃烧器入口火焰光谱信号；2. 利用同波长下原子光谱与连续辐射光谱的相对关系，消去火焰温度、工况与环境的影响；3. 以补偿后Na和K元素原子发射光谱强度的特征比值表征不同煤种在火焰中的元素含量特征，实现煤种的在线辨识。
结论：1. 利用煤粉火焰光谱特征实现入炉煤种的实时辨识具有良好的工况稳定性与可复现性；2. 从算法机理中消除环境影响，降低了测量系统校验的复杂性。

关键词组：在线辨识；火焰发射光谱；碱金属；谱线强度

A numerical method for analyzing the permeability of heterogeneous geomaterials based on digital image processing

Long Yan, Qing-xiang Meng, Wei-ya Xu, Huan-ling Wang, Qiang Zhang, Jiu-chang Zhang, Ru-bin Wang

DOI: 10.1631/jzus.A1500335 Downloaded: 3243 Clicked: 5862 Cited: 0 Commented: 0(p.124-137) <Full Text> <PPT> 2144

Chinese summary <36> 基于数字图像的非均匀岩土材料渗透系数研究

目的：建立一种较为快速和快速确定非均匀岩土材料渗透系数的方法。
创新点：建立了一种可以从图像到数值模型的数字图像方法：通过拍照、CT等手段获取岩土材料的图像，进而通过数值分析确定等效参数。
方法：1. 将采集到彩色图像从RGB空间转化到HSI空间，选取识别度较高的空间进行二值化处理；2. 获取二值化图像后采用邻域标记算法标记，结合本文提出的算法提取边界（图9和10）；3. 结合边界修正算法对锯齿状边界进行修正（图11）；4. 确定表征细观几何模型（图12和表1）；5. 绘制网格开展数值分析，确定宏观参数。
结论：1. 基于数值图像的非均匀岩土材料渗透系数确定方法可以较为准确地估算渗透系数，可以为工程设计提供初步依据。2. 非均匀岩土材料具有明显的尺寸效应，随着尺寸增加，渗透率的变化逐渐趋于稳定；当材料视为岩石和土体的二元介质时，两种性质差异在10倍以内对宏观特性的影响较大，大于10倍之后影响减弱。3. 岩土材料渗透率随着内部块石含量的增加而减小，但是内部块石的形态对渗透率也有一定的影响。

关键词组：非均质岩土材料；数字图像；宏观渗透系数；尺寸效应

Fabrication of composite nanofiltration membranes by dopamine-assisted poly(ethylene imine) deposition and cross-linking

Pei-bin Zhang, Cui-jing Liu, Jian Sun, Bao-ku Zhu, Li-ping Zhu

DOI: 10.1631/jzus.A1600308 Downloaded: 3717 Clicked: 4374 Cited: 0 Commented: 0(p.138-150) <Full Text> <PPT> 1904

Chinese summary <34> 多巴胺辅助聚乙烯亚胺沉积交联的复合纳滤膜制备

目的：利用多巴胺改性构建一种简单制备荷正电复合纳滤膜，解决多巴胺类改性材料耐碱性差的问题。
创新点：1. 利用共沉积技术与交联反应成功制备了荷正电复合纳滤膜；相较于传统多巴胺改性膜，该复合膜的稳定性大大提高。2. 经过测试表征，制备得到的纳滤膜的分离尺寸属于疏松纳滤膜范围，可用于相应尺度的分离领域。
方法：1. 通过多巴胺与聚乙烯亚胺共沉积，首先实现二者的表面沉积，随后通过交联剂交联制备复合膜（图1）；2. 对改性膜前后表面理化性质进行相应表征（表2和图3~6）；3. 通过测试通量和截留等性能及分析相关纳滤模型，表征该复合膜分离性能（图7和8，公式（5）和（7））；4. 通过长期分离测试及碱性溶液清洗，测试复合膜的稳定性和耐碱性。
结论：1. 成功制备了具有荷正电性的复合纳滤膜；2. 通过通量和截留数据拟合分析得出该膜截留尺寸在1.5 nm和2 nm之间，属于疏松纳滤膜，可用于相应尺度分离；3. 该复合膜具有良好的稳定性及耐碱性，应用范围更广。

关键词组：多巴胺；共沉积；纳滤膜；耐碱性

Characteristics and origins of a typical heavy haze episode in Baotou, China: implications for the spatial distribution of industrial sources

Bi-xin Chen, Si Wang, Wei-dong Yang, Ren-chang Yan, Xuan Chen, Qing-yu Zhang

DOI: 10.1631/jzus.A1500284 Downloaded: 2772 Clicked: 4399 Cited: 1 Commented: 0(p.151-162) <Full Text> <PPT> 1946

Chinese summary <37> 包头市重灰霾特征分析及对重工业布局的启示

目的：工业排放是大气中PM2.5的重要来源，是灰霾形成的主要贡献者之一。通过分析包头市一次典型灰霾时段的污染来源及特征，研究本地工业布局在此次灰霾时段对灰霾形成的影响，并讨论城市工业布局的合理性。
创新点：针对我国典型重工业城市包头市进行案例分析，研究本地城区灰霾形成的原因及重工业布局对灰霾形成的影响，并为合理布局工业提供了新的启示。
方法：1. 结合污染物观测数据、卫星遥感数据及后向轨迹模式的结果，揭示此次重灰霾发生时段的污染特征，找出此次重灰霾的主要来源。2. 采用风向条件概率函数研究城区高浓度PM2.5与本地重工业布局间的关系。
结论：1. 在此次重灰霾时段，PM2.5浓度的变化趋势与其他污染物相似，说明污染主要来自人为源，且在同样发生重灰霾的情况下，PM2.5占PM10的比例较其他沿海城市低，说明粗颗粒物对包头PM10污染的贡献较其他城市大。2. 结合卫星遥感数据与后向轨迹模式的结果，可以排除外来污染物的输入，并断定形成此次重灰霾的主要原因为本地人为源。3. 风向条件概率函数分析结果显示本地重工业分布以及低风速的西南风（非盛行风）是造成此次重灰霾发生的主要原因。4. 揭示了包头市在布局重工业或进行高强度的工业活动时不能只考虑避开盛行风，因为出现次数不多的低风速非盛行风同样会引起重灰霾的爆发；这可为包头市乃至其他工业城市在进一步调整工业布局时提供参考。

关键词组：空气污染；灰霾；工业布局；后向轨迹；风向条件概率函数