• 2023年第0卷第5期文章目次
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    • >机械、电子与信息科学
    • 基于二阶锥规划的无功补偿器选址定容策略

      2023, 44(5):431-439. DOI: 10.7535/hbkd.2023yx05001

      摘要 (281) HTML (0) PDF 1.07 M (1619) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对动态无功补偿装置选址和定容策略存在求解速度慢、参数选择困难等问题,提出了基于混合整数二阶锥规划(mixed integer second order cone programming,MISOCP)的动态无功补偿器选址和定容策略。首先,以配电网优化周期内的有功功率损耗最小和节点电压偏差最小为目标函数建立混合整数非线性规划(mixed integer nonlinear programming,MINLP)优化模型;其次,通过相角松弛和二阶锥松弛两步松弛法,将MINLP模型转化为MISOCP模型;然后,通过ε-松弛的方法将MISOCP模型转化为混合整数线性规划(mixed integer linear programming,MILP)模型,调用商业求解器求解;最后,在IEEE 33节点和IEEE 69节点的配电系统中进行测试,将模型求解时间、有功功率损耗量和节点电压偏差值作为评价指标,与运用求解器求解MISOCP模型、粒子群算法(PSO)和模拟退火粒子群算法(SA-PSO)求解MINLP模型的方法进行比较。结果表明,所提方法的模型求解时间和求解效果明显优于其他方法,验证了所提方法的可行性和有效性。所提出的多部松弛方法在保证得到最优解的同时简化了模型求解难度,缩短了模型求解时间,为配电系统的无功补偿提供了有效依据。

    • 一种频域多路径电磁干扰对消方法

      2023, 44(5):440-449. DOI: 10.7535/hbkd.2023yx05002

      摘要 (254) HTML (0) PDF 2.45 M (1637) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对实际环境中背景干扰相关性差导致干扰对消误差较大的问题,提出一种频域多路径电磁干扰对消方法。利用变分模态分解(VMD)的分频特性将两通道信号分解为多个具有相同中心频率和分解带宽的模态信号,利用分解后的模态信号构造多路径干扰对消系统。然后利用反向传播(back propagation,BP)神经网络对每一路径上的信号进行非线性拟合并对消,从而获得真实的被测设备(EUT)辐射发射信号。结果表明,与真实EUT辐射发射信号相比,所提方法得到的EUT辐射发射信号功率误差低于1 dB且信号相关性高于96%;与变步长LMS算法、EMD-LMS算法相比,功率误差至少降低3.6 dB,信号相关性至少提高15%。所提方法对在开阔场中大型、可移动的EUT电磁辐射发射原位测试研究具有参考价值。

    • Z字形折叠无人机气动优化设计

      2023, 44(5):450-458. DOI: 10.7535/hbkd.2023yx05003

      摘要 (247) HTML (0) PDF 1.85 M (1701) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对Z字形无人机存在滚转力矩和偏航力矩的问题,提出一种基于混合翼型参数化的整机多目标优化方法,以非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)为核心与混合翼型参数化、SCDM流场建模、Fluent Meshing网格划分以及Fluent Solution流场计算相结合,建立优化模型,进而开发出基于Isight平台的整机自动优化流程,实现Z字形无人机的气动优化设计。结果表明,基于混合翼型参数化的优化平台,增加了翼型优化的搜索空间,实现了多目标预定数值的优化,减小了Z字形无人机的滚转力矩和偏航力矩,提高了其整体的气动性能。所提方法能消除有限翼展无人机的力矩,为解决不对称无人机滚转和偏航问题提供了技术参考。

    • 基于优化YOLOv5s的老人跌倒检测算法

      2023, 44(5):459-467. DOI: 10.7535/hbkd.2023yx05004

      摘要 (302) HTML (0) PDF 2.44 M (1759) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对跌倒对老年人安全性问题造成的影响,以及现有目标检测模型在人物跌倒时易漏检、鲁棒性和泛化能力差等问题,对YOLOv5s算法进行优化,提出一种老人跌倒检测算法。使用改进的RepVGG模块代替YOLOv5s算法中的3×3卷积模块,优化损失函数,选择K-means++算法对所用数据集进行聚类优化。结果表明,所提算法的鲁棒性好、泛化能力强,平均准确率比YOLOv3,YOLOv4,YOLOv5s,CBAM-YOLOv5s模型分别提高了9%,8%,3%和1.2%。所提出的算法能够满足现实中不同场景对老人跌倒行为的检测需求,可以应用于移动设备或者监控设备中,在老年人安全保障领域发挥重要作用。

    • >数学
    • 不动点集为Dold流形P(2,15)的对合

      2023, 44(5):468-475. DOI: 10.7535/hbkd.2023yx05005

      摘要 (194) HTML (0) PDF 868.34 K (1349) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究不动点集为Dold流形的对合的等变协边分类,针对一个特定的Dold流形F=P(2,15),确定了以F为不动点集的所有带对合的流形(M,T)的等变协边分类。首先,给出了P(2,15)上切丛和法丛的[WT]Stiefel-Whitney示性类。其次,根据Kosniowski-Stong定理,构造合适的对称多项式函数,出现矛盾,证明假设错误,对合不存在;或者证明对任意对称多项式函数都满足Kosniowski-Stong定理,说明对合的存在性。最后,得到以P(2,15)为不动点集的对合(M,T)协边。结果表明,存在以F=P(2,15)不动点集的对合,且能够确定对合的等变协边分类。研究结果推广了不动点集为F=P(2,n)(n=1,3,5)[WT]的对合的研究结论,丰富了不动点集为Dold流形的对合的等变协边分类问题,也为研究不动点集其他特殊流形的对合提供了借鉴和参考。

    • >化学与化工
    • 超临界CO2热泵蛇形管气冷器传热特性研究

      2023, 44(5):476-484. DOI: 10.7535/hbkd.2023yx05006

      摘要 (230) HTML (0) PDF 2.40 M (1545) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了减少能源消耗、提高CO2热泵的效率,基于Fluent软件,采用数值模拟方法对超临界CO2在蛇形管气冷器中的传热特性进行研究。主要探究蛇形管内超临界CO2的流动特性,通过改变操作压力、CO2和冷却水的质量流量,分析蛇形管的传热性能。结果表明,蛇形管中离心力周期反向,会使温度和速度梯度呈周期性的内侧和外侧交互扩散的趋势;超临界CO2压力越靠近临界点,平均传热系数越高,压力为8 MPa下的平均传热系数相较于9 MPa和10 MPa分别提高了24.37%和42.53%;超临界CO2的平均传热系数随着CO2质量流量的增加而增大,随着冷却水质量流量的增加而降低,冷却水质量流量的增加不会对峰值点的传热系数产生影响,但会使峰值点出现的位置提前。研究结果为超临界CO2热泵蛇形管气冷器的设计、运行及热效率的提升提供了理论依据。

    • >食品与生物科学
    • 嵌合信号肽提高α-淀粉酶在枯草芽孢杆菌中的分泌

      2023, 44(5):485-492. DOI: 10.7535/hbkd.2023yx05007

      摘要 (212) HTML (0) PDF 1.33 M (1581) 评论 (0) 收藏

      摘要:为提高α-淀粉酶的分泌效率,将不同天然信号肽的N,H和C区进行组合,以期筛选出优于天然信号肽的嵌合信号肽。首先从天然信号肽库中筛选了适合解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)α-淀粉酶在枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)中分泌的天然信号肽,以其中4种天然信号肽(SPyvcE,SPyoqM,SPBglS和SPyobB)的H区替换信号肽SPsacB的H区,构建4种嵌合信号肽RSP1—RSP4指导α-淀粉酶的基因工程菌株。结果表明,适合α-淀粉酶的最适天然信号肽和嵌合信号肽分别为SPyoqM和RSP1,且RSP1指导α-淀粉酶在枯草芽孢杆菌的分泌效率较SPyoqM提高27%,较具有相同H区的SPyvcE提高了3.6倍,较仅H区不同的SPsacB提高了2.07倍。嵌合信号肽构建策略是一种有效提高α-淀粉酶分泌效率的方法,可为其他蛋白质的高效分泌提供参考。

    • >数据分析与计算
    • 基于密度Canopy的评论文本主题识别方法

      2023, 44(5):493-501. DOI: 10.7535/hbkd.2023yx05008

      摘要 (1387) HTML (0) PDF 1.17 M (1586) 评论 (0) 收藏

      摘要:融合Sentence-BERT和LDA的评论文本主题识别(SBERT-LDA)方法,将LDA的主题数作为K-means算法中的k值,导致算法可解释性较差、主题一致性较低。为了解决上述问题,提出基于密度Canopy的SBERT-LDA优化方法(SBERT-LDA-DC),利用密度Canopy改进K-means算法。实验结果表明,提出的方法在一致性指标上要优于使用K-means以及K-means++对特征向量聚类的同类方法;与SBERT-LDA方法相比,在1 852条戏剧评论数据集上,一致性指标值提高了22.9%。因此,所提出的SBERT-LDA-DC方法是有效的,对产品或服务提供者更好地了解用户意见、完善自身产品或提升服务水平提供了新方法,具有较强的实际应用价值。

    • 坠物撞击海底管道损伤的BP神经网络预测模型

      2023, 44(5):502-512. DOI: 10.7535/hbkd.2023yx05009

      摘要 (1420) HTML (0) PDF 3.31 M (1615) 评论 (0) 收藏

      摘要:为预测坠物撞击饱和黏土海床上海底管道的损伤,建立了坠物撞击下饱和黏土海床与海底管道相互作用的动力有限元模型,结合海底管道实际工作条件的变化范围,分析坠物撞击能量、管道直径、壁厚、钢材等级、内压、海床土不排水抗剪强度6个参数对海底管道损伤的影响规律,将6个参数作为输入层参数,以管道损伤作为输出参数,将数值模拟结果作为训练样本,通过学习和训练构建形成了海底管道损伤预测的BP神经网络模型。研究结果表明:坠物撞击能量越大,管道损伤越大,管道损伤增长速率随坠物撞击能量的增大而趋缓;管道直径、壁厚、内压、管道屈服强度增加,管道损伤减小;饱和黏土海床不排水抗剪强度越大,管道损伤越大。建立的海底管道损伤BP神经网络预测模型,仅需要坠物撞击能量、管道直径、壁厚、钢材等级、内压和海床土不排水抗剪强度6个参数,模型简单、便捷,能够较好地预测饱和黏土海床海底管道受坠物撞击的损伤,数值算例涵盖了常见饱和黏土海床海底管道的工作条件,具有很好的适用性,为海底管道损伤预测提供了新思路。

    • >新能源与节能环保
    • 堆叠碳纤维电极在膜电容去离子脱盐中的应用

      2023, 44(5):513-522. DOI: 10.7535/hbkd.2023yx05010

      摘要 (1412) HTML (0) PDF 3.66 M (1511) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了提高电化学脱盐装置中电极总吸附容量及脱盐性能,提出一种将堆叠碳纤维作为电极,且在电极之间加入钛网提升电极片层间导电性的方法。采用控制变量法设计脱盐实验,考察进水盐质量浓度、堆叠碳纤维电极厚度、增加钛网导体对脱盐性能的影响,并从吸附热力学和动力学角度分析吸附过程。结果表明:堆叠碳纤维电极会导致脱盐效率有所下降,其每层吸附容量由9.74 mg/g下降到2.86 mg/g。但通过增加多层钛网作为导电体可以有效提升脱盐速度,当增加至3层时,装置的脱盐速度较单层提高了2.1倍。堆叠碳纤维电极可解决单层电极吸附容量有限和无法长时间处理高浓度含盐水的问题,加入钛网可有效提升多层电极的导电性,从而提升脱盐性能。所提方法可为多层电极的设计及提升电极导电性提供新思路,对于电容去离子的工程化应用具有指导意义。

    • 等离子体技术资源化转化CO2研究进展

      2023, 44(5):523-533. DOI: 10.7535/hbkd.2023yx05011

      摘要 (1063) HTML (0) PDF 2.42 M (1485) 评论 (0) 收藏

      摘要:以CO2为代表的温室气体导致的气候效应日益凸显,全球碳减排迫在眉睫。等离子体技术转化CO2具有独特优势,在实现CO2资源化转化方面展现出良好前景。对近几年等离子体资源化CO2的研究成果进行综述,重点介绍了等离子体转化CO2的主要工艺参数和评价指标,归纳了工艺参数、活性物种、背景气体对CO2转化的影响,重点分析了介质阻挡放电(DBD)等离子体协同催化转化CO2的协同效应。最后,针对等离子体协同催化转化CO2面临的问题与挑战,提出了今后的几个重点研究方向:1)进一步揭示等离子体转化CO2的反应机制;2)系统探究等离子体和催化剂协同作用机制;3)实际工程应用中,应关注反应器的工程放大、使用安全风险以及经济效益等问题。

    • >雄安绿色创新
    • 芦苇水解液发酵生产γ-聚谷氨酸工艺优化

      2023, 44(5):534-540. DOI: 10.7535/hbkd.2023yx05012

      摘要 (220) HTML (0) PDF 1.01 M (824) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了降低γ-聚谷氨酸(γ-PGA)的生产成本,实现芦苇等可再生资源的高值化利用,探索建立以芦苇水解液为碳源制备γ-PGA的新型发酵过程控制策略的可行性。首先,研究纤维素酶用量和底物浓度对芦苇水解的影响;其次,采用分段式培养及溶氧反馈补料调控策略,对芦苇水解液发酵生产γ-PGA进行工艺优化。结果表明,芦苇经预处理后在10 FPU/g(底物)酶用量和10%底物添加量的条件下水解,总糖质量浓度可达(76.64±1.74)g/L;以分段式溶氧反馈-分批补料发酵培养方式,利用芦苇水解液生产γ-PGA,最终产量可达(46.72±1.18)g/L,生产效率较分批发酵提高了46.06%。因此,将芦苇水解液用于γ-PGA的分批补料发酵具有产业化可行性,有助于降低商业化生产的原料成本。

主编:李铁军

创刊:1980

国际标准刊号:ISSN 1008-1542

国内统一刊号:CN 13-1225/TS

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