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.4 P.245-328

<<< CONTENTS >>>

New technology

From noise to information: a new technology of olefin polymerization fluidized bed reactor based on acoustic emission

Hao-tong Wang, Zheng-liang Huang, Zu-wei Liao, Bin-bo Jiang, Jing-dai Wang, Yong-rong Yang, Guo-dong Han, Bao-zhu Yang

DOI: 10.1631/jzus.A1700082 Downloaded: 2756 Clicked: 4575 Cited: 0 Commented: 0(p.245-255) <Full Text> <PPT> 2253

Chinese summary <35> 从噪声到信息：基于声发射监控的聚烯烃流化床反应器新技术

目的：在全球所有的合成树脂中，聚烯烃的产能位居榜首，在国民经济建设和社会发展中发挥着重要作用。但流化床聚合反应器内的高静电会引起颗粒团聚，一旦传热受阻，颗粒极易熔融结块，甚至导致装置爆聚停车。本研究旨在针对流化床聚合反应过程具有强放热、高静电、变粒径的特点，提出基于声发射技术的多种检测手段和信息提取方法。
创新点：针对聚合过程的爆聚结块问题，本研究主要解决了以下难题：（1）流化床内颗粒和结块的原位表征技术缺失，难以检测；（2）颗粒熔融结块过程的在线干预机制不清楚，难以调控；（3）流动传热过程强耦合，反应器放大规律不明，导致反应器难放大等问题。
方法：创立声发射信号的多尺度解析方法，通过小波分解和重标极差分析法分类重构将声发射信号分解为微尺度、介尺度和宏尺度信号；提出基于声发射检测的反应器操作优化技术，并通过建模确立流化床聚合反应器的时空产率数学模型。
成果：新技术成功应用于"十一五"国家重点建设项目--天津百万吨乙烯工程相配套的年产30万吨气相法聚乙烯流化床反应器的设计建设。并且，新技术已成功应用于14套大型聚烯烃装置的设计或改造，所涉及的聚乙烯产能达263万吨。作者所在团队也因该技术发明获得了2016年度国家技术发明奖二等奖。

关键词组：流化床；声发射；聚团；介尺度；放大

Articles

Lithium-ion battery state-of-charge estimation based on deconstructed equivalent circuit at different open-circuit voltage relaxation times

Xi-ming Cheng, Li-guang Yao, Michael Pecht

DOI: 10.1631/jzus.A1600251 Downloaded: 3238 Clicked: 5632 Cited: 0 Commented: 0(p.256-267) <Full Text> <PPT> 2926

Chinese summary <26> 不同开路电压松弛时间下基于等效电路解构的锂离子电池荷电状态估计

目的：开路电压是基于模型的电池荷电状态估计的必要参数，其测试耗时大、效率低。本文旨在测试各种电压松弛时间的荷电状态-开路电压关系，研究其对开路电压法和等效电路模型的荷电状态估计准确度的影响，提高开路电压测试效率。
创新点：1. 通过电路解构方法，将二阶阻容电路分解为简单路，运用二阶段递推最小二乘法辨识电路模型的参数；2. 基于递推最小二乘法和卡尔曼滤波算法，建立电路参数辨识和荷电状态估计的的联合自适应算法，研究电池电压松弛时间对基于等效电路模型的荷电状态估计的影响。
方法：1. 通过电路解构技术和理论推导，构建辨识二阶阻容等效电路参数的二阶段递推最小二乘法辨识方法（图2和公式（4）~（9））；2. 将二阶段递推最小二乘法和扩展卡尔曼滤波器集成，建立适应工况变化的电池模型参数辨识和状态估计的联合算法（图3）；3. 通过电池测试，建立多温度和多电压松弛时间的荷电状态与开路电压的关系，驱动自适应联合算法，获得既保证荷电状态估计准确度，又缩短开路电压测试时间的电压松弛时间。
结论：1. 二阶段递推最小二乘法既能简化矩阵计算，又能够保证电路参数的辨识非负性；2. 联合自适应算法能够适应工况变化辨识模型参数和估计荷电状态；3. 联合自适应算法的结果表明， 5 min的电压松弛时间既能保证荷电状态估计性能，又能极大地提高开路电压测试效率。

关键词组：锂离子电池；开路电压；荷电状态；递推最小二乘法；扩展卡尔曼滤波器

Dynamic behavior of a hydraulic crane operating a freely suspended payload

Bozhidar Grigorov, Rosen Mitrev

DOI: 10.1631/jzus.A1600292 Downloaded: 3338 Clicked: 5545 Cited: 2 Commented: 0(p.268-281) <Full Text> <PPT> 3132

Chinese summary <27> 液压起重机操作自由悬浮载荷的动态特性

目的：对载有自由悬浮载荷的液压驱动起重机的动态特性分别在升降运动和回转运动两种工况下进行研究，建立动力学模型并验证其正确性。
创新点：1. 为了简化任务，将两种运动分开讨论。一次只考虑一种运动，把起重机看作具有三个转动关节连接的运动链；2. 为起重臂的运动问题构造微分方程，使用了通用的牛顿-欧拉算法；3. 对运动和动力模型进行仿真，得到摆动角度、液压压强和连接作用力随时间的变化曲线，并通过实验进行了验证。
方法：1. 建立系统的运动和动力模型，分别对回转运动和升降运动两种工况下的液压缸压强进行推导；2. 在两种工况下，对起重臂转角、液压缸压力和最大行程前臂液压缸反作用力进行仿真计算；3. 将实验获得的有关参数的曲线与仿真得到的曲线进行对比，验证模型的正确性。
结论：1. 在液压起重机运动期间悬浮载荷的摆动对起重机的机械系统和液压驱动系统本身具有强烈的影响，所以在系统设计中不能忽视；2. 系统性能提升的主要方向是安装控制系统以减小载荷摆动（特别是在起重机回转运动时）；3. 本文建立的考虑了负载的大角度摆动和液压驱动系统的动力学模型得到了验证，表明其对起重机运动仿真的适用性。尽管分开考虑了两种典型运动，但所用的建模方法还是适合对起重机一般运动的研究。

关键词组：液压起重机；载荷摆动；牛顿欧拉方法；液压驱动

Buckling design of large steel silos with various slendernesses

Qing-shuai Cao, Yang Zhao

DOI: 10.1631/jzus.A1600369 Downloaded: 4734 Clicked: 4918 Cited: 0 Commented: 0(p.282-305) <Full Text> <PPT> 2093

Chinese summary <28> 多种长细比的大型钢筒仓结构的屈曲设计

目的：大型钢筒仓结构在正常装卸料过程中极易发生各种失稳破坏。本文旨在分析多种长细比的大型钢筒仓结构在散料荷载作用下的屈曲性能，为结构的稳定设计提供理论依据及技术支持。
创新点：1. 提出散料荷载作用下大型钢筒仓结构屈曲分析的4种典型工况：轴对称卸料荷载工况、小偏心卸料荷载工况、大偏心卸料荷载工况和大偏心装料荷载工况；2. 建立了适用于不同屈曲分析类型的多种数值模型，研究了结构的稳定性能，并分析了各种非线性、初始几何缺陷、仓壁厚度的分布和基底嵌固刚度等对结构稳定性能的影响。
方法：1. 根据不同工况下散料荷载分布的特点和屈曲分析类型的差异，通过非线性有限元方法，研究结构在四种散料荷载工况下的稳定性能；2. 通过研究结构在各种非线性屈曲分析下的荷载-位移全过程响应，确定结构的屈曲临界荷载和结构的稳定承载力；3. 比较各种荷载工况下结构的屈曲临界荷载、屈曲模态及仓壁厚度分布特点，分析结构用钢量指标的变化。
结论：1. 非线性屈曲分析的荷载-位移曲线是高度非线性的，不同长细比钢筒仓的屈曲平衡路径之间有较大差异。2. 钢筒仓结构的屈曲延性随长细比的减小而显著增大。3. 材料非线性对结构的稳定性极为不利；几何非线性和初始几何缺陷对结构稳定性能的影响与结构的长细比密切相关。4. 壁厚的分布对钢筒仓的稳定承载力和屈曲模态影响很大；设计时应考虑仓壁壁厚的不同组合形式，并确定使结构取得最大稳定承载力的仓壁最优分布形式。5. 装料或卸料过程中的偏心使结构的储存效率（容耗比指标）显著降低。

关键词组：钢筒仓；壳体；偏心卸料；屈曲稳定；非线性

Syntheses and characterizations of alloyed Co_xNi₁₋_xO nanocrystals

Xin Wang, Zhi-zhen Ye, Yi-zheng Jin

DOI: 10.1631/jzus.A1600399 Downloaded: 2527 Clicked: 4118 Cited: 0 Commented: 0(p.306-312) <Full Text> <PPT> 1850

Chinese summary <29> Co_xNi_1-_xO合金纳米晶的合成与表征

目的:合成成分连续可调的Co_xNi_1-_xO合金纳米晶,揭示Co_xNi_1-_xO合金纳米晶的形貌和晶体结构随纳米晶中钴离子含量的变化规律以及考察金属离子在合金纳米晶的分布情况.
创新点:1. 利用金属羧酸盐在有机体系中的醇解反应制备Co_xNi_1-_xO合金纳米晶,其反应温度仅为270 °C,显著低于文献报道中所使用的温度;2. 成功实现Co_xNi_1-_xO纳米晶成分的调节,发现纳米晶形貌随成分的变化规律;3. 揭示了金属离子在合金纳米晶中的均匀分布.
方法:1. 在硬脂酸锂的"配体保护"作用下,利用金属羧酸盐的醇解反应制备Co_xNi_1-_xO合金纳米晶;2. 利用透射电子显微镜、X射线衍射、原子发射光谱和X射线光电子等手段研究Co_xNi_1-_xO合金纳米晶的形貌、晶体结构、成分和金属离子价态等信息.
结论:1. 成功地制备出高质量的Co_xNi_1-_xO (x∈[0, 1])合金纳米晶;2. 发现Co_xNi_1-_xO合金纳米晶的形貌和晶体结构随纳米晶中钴离子浓度的提高呈现出由NiO特征过渡到CoO特征的趋势;3. 对单颗Co_xNi_1-_xO合金纳米晶的元素扫描揭示了金属离子在纳米晶中的均匀分布.

关键词组：合金化;氧化镍;氧化钴;胶体纳米晶

Effect of flushing on the detachment of biofilms attached to the walls of metal pipes in water distribution systems

Jing-qing Liu, Zhi-feng Luo, Ke Liu, Yi-fu Zhang, Hong-xi Peng, Bao-lan Hu, Hong-xing Ren, Xiao-yan Zhou, Shang-de Qiu, Xiao-fang He, Ping Ye, Hamid Bastani, Li-ping Lou

DOI: 10.1631/jzus.A1600316 Downloaded: 3449 Clicked: 4568 Cited: 0 Commented: 0(p.313-328) <Full Text> <PPT> 2079

Chinese summary <32> 供水系统中冲刷对金属管道内壁生物膜脱落的影响作用

目的：在市政供水管网系统中，由冲刷引起的管道内壁生物膜脱落可能造成饮用水二次污染。本文旨在通过研究冲刷前后生物膜理化特性和微生物种群结构的变化，探讨不同金属管材管道和不同冲刷流速对生物膜脱落的影响，从而为管道生物安全的风险评估提供科学依据。
创新点：不同菌属的细菌对水力冲刷的敏感程度不同；各菌属对水力变化的敏感程度既与菌属本身的性质有关，也与其附着生长的管材有关。
方法：1. 采用R2A培养基平板计数、16S rDNA检测、荧光定量聚合酶链式反应及454焦磷酸测序技术。2. 通过理化指标检测与测序相结合的方式进行分析，并以丰度图和热度图的形式呈现结果。
结论：1. 球墨铸铁管内壁生物膜的抗水力剪切能力较强，能够抵抗低剪切冲刷，在高剪切力冲刷后才会明显脱落，而灰口铸铁管和不锈钢复合管内壁生物膜的抗水力剪切能力较弱，低剪切力冲刷工况便会导致生物膜的明显脱落。2. 生物膜对冲刷的抵抗作用在其群落的属水平和纲水平上有显著变化，这与群落本身和管材特性均有关联。