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关键词： 模块化多电平换流器   多类型控制策略   小信号模型   全功率范围   潮流有解域   短路比适应范围  

摘要： 随着新型电力系统的发展，模块化多电平换流器（Modular Multilevel Converter， MMC）面临着更为复杂的电网环境，基于锁相环（PLL，Phase-Locked Loop）与功率同步环（PSL，Power Synchronization Loop）两类主流控制架构的研究已较为成熟，但在全功率运行范围内，不同控制方式的短路比运行范围受到潮流约束的机理需进一步明晰。为此，本文首先建立了PLL-PQ、PLL-PV、PLL-UdcQ、PSL-PQ、PSL-PV共五种MMC控制策略的系统小扰动模型。其次，通过全功率运行范围的潮流求解得到系统有解域及边界，并在整个有解域范围内的功率运行条件下求解状态空间矩阵的特征根判断稳定，得到单机系统的稳定域及边界。最后，比较五种控制方式有解域和稳定域的差异，并通过根轨迹对稳定域的影响因素进行分析。结果表明，在合理的参数整定下，PLL型MMC小扰动稳定域和潮流有解域的边界高度重合，潮流有解条件下PLL通常可以保证锁相成功；PSL型MMC始终存在高短路比时潮流有解但小扰动不稳定的区域。研究结果为不同电网强度下的控制策略选择提供了理论依据。

关键词： 安全工程   加气加氢站   正断层   松散层组成   采动损害   地表移动变形  

摘要： 为了研究正断层下盘煤层开采对加气加氢站建设的影响，以焦作中马村矿区拟建加气加氢站项目为背景，理论分析在断层影响下的采动覆岩与地表变形特征。在此基础上，建立了研究区域数值模型，分析了断层与松散层组成对开采沉陷规律的影响，并根据有关标准评估了拟建加气加氢站的场地稳定性与建设适宜性。结果显示：煤层开采导致松散层在基岩断层露头处发生剪切，当剪切力低于松散层抗剪强度时，断层上盘侧地表移动变形范围减小，当剪切力超过松散层抗剪强度时，地表变形特征与松散层组成有关。其中，当煤层开采为极不充分采动时，分析地表沉陷规律无需考虑松散层组成成分的影响；当采动程度达到非充分采动及以上时，分析地表沉陷规律必须考虑松散层组成情况。结论：中马村矿正断层下盘3908、3910工作面开采不会引起松散层整体的滑移破坏，拟建加气加氢站场地稳定性为基本稳定，建设适宜性为中等，断层的存在减小了上盘侧地表移动变形范围，有利于加气加氢站的建设。

关键词： 敞开式TBM   数值模拟   破坏机制   滞后支护   支护优化  

摘要： 针对敞开式TBM掘进巷道滞后支护阶段顶板易垮塌失稳、围岩控制难度大的工程难题，以陕西王峰煤矿底抽巷道TBM掘进工程为依托，通过数值模拟分析了水平应力作用下TBM 掘进巷道围岩塑性区、位移场与应力场的演化规律，系统对比并量化了不同滞后支护距离下全锚杆支护、锚杆—锚索联合支护对巷道顶板变形、塑性区范围及围岩应力的控制效果，据此提出了适配该工程的TBM巷道滞后锚杆—锚索联合支护优化方案，并开展了现场工程应用，通过现场监测数据验证了该优化方案的工程可靠性。结果表明：① 水平构造应力作用下，TBM开挖巷道围岩形成由剪切塑性主导破坏的“扁圆”形塑性破坏区，塑性破坏会导致大面积的顶板破碎、两帮收敛破坏。② 全锚杆滞后支护锚固段无法穿透顶板塑性区，支护效果难以满足工程安全要求；锚杆—锚索联合支护效果随滞后距离增加逐渐衰减，其合理滞后支护距离应控制在4 m范围内。③ 相同滞后距离下，与全锚杆支护相比，锚杆—锚索联合支护效果最好，顶板位移量降低了41.71%，相较于无支护方案剪切塑性区面积减少46.25%，锚杆—锚索联合支护下巷道围岩所受压应力显著增加，表明该滞后支护方案提高了围岩的承载能力。现场实测结果表明：锚杆—锚索联合滞后支护体系能有效控制顶板位移，解决了工程现场顶板易垮塌的难题，可为同类工程滞后支护方案的设计与优化提供重要参考。

关键词： CO   水合物   纳米SiO   生成速率   稳定性  

摘要： CO2水合物技术在碳捕集与封存（CCS）领域具有广阔的应用前景。然而，在工业应用中该技术仍存在水合物成核与生长过程缓慢、稳定性差、易受环境温压波动影响而分解等问题。为探究纳米SiO2对CO2水合物生成的促进作用及其稳定性的影响机制，通过实验对纳米SiO2分散液和纯水体系中CO2水合物的成核诱导时间、生成速率以及分解行为等进行了研究。结果表明，加入粒径为60 nm、质量分数为0.5%的SiO2后，CO2水合物的成核诱导时间从纯水体系中的36 min显著缩短至24 min，平均生成速率则由0.198 mmol/min提高至0.288 mmol/min，增幅达45%。并且在293.15 K和101.325 kPa条件下，水合物的分解时间由39 min延长至90 min，稳定性显著增强。研究发现，纳米SiO2在一定程度上可以通过其大的比表面积和表面活性降低CO2水合物的成核能垒，促进非均相成核和反应热散逸；同时也可以在CO2水合物表面形成包裹层，减缓环境热传递，进而提高CO2水合物的生成速率与稳定性。本研究可为纳米材料强化水合物技术在CCS领域的应用提供参考。

关键词： 桥梁工程   钢管混凝土拱桥   非对称斜拉扣挂体系   索力求解   变刚度影响矩阵法   倒拆法  

摘要： 对于采用斜拉扣挂法进行钢拱肋节段悬拼施工的钢管混凝土拱桥,其悬拼阶段各节段扣索初始安装索力的求解至关重要。为节约工期,降低安装过程中的调索风险,研究提出采用“倒拆分析+改进的变刚度影响矩阵法”求解一次成拱扣索初始安装索力的方法。该方法以倒拆分析模型第1阶段为基础,利用改进的变刚度影响矩阵对该阶段扣索索力进行求解,确保以该阶段索力进行松索后钢拱各节段的控制点位移、内力与一次落架时一致。在确定合理的倒拆索力后,开始逐步倒拆进而得到各节段初始安装索力及扣点坐标,然后利用正装模型进行验证。在根据现场实际条件调整正装模型后,即可用于指导现场施工。研究以积石峡黄河特大桥的钢拱肋悬拼施工为例,通过将该方法计算索力与现场实测扣索索力进行对比分析,验证该方法的可行性与普遍适用性。

关键词： 混杂层合板   弹击损伤   剩余强度   强度预测  

摘要： 本文系统研究三种具有代表性铺层结构的混杂层合板，借助特制夹具对混杂层合板施加预定预应力，采用12.5 mm子弹以垂直入射的方式模拟实际弹击工况。弹击前后的拉伸试验表明，弹击导致层合板剩余强度显著降低，且板厚越大，强度下降越明显。基于点应力准则，并通过引入材料主方向弹性常数对传统各向同性Kirsch解进行修正，以考虑层合板的各向异性特性，构建了用于预测含弹孔混杂层合板剩余强度的理论模型。该模型充分考虑了层合板应力-应变关系、弹孔边缘应力分布特征以及材料极限强度等因素。对比预测结果与试验实测数据，模型对不同铺层结构的剩余强度预测误差均在15%以内。通过CT扫描量化分析了弹孔尺寸与损伤形貌的关系，发现板厚增加导致弹孔不规则度和内部损伤程度加剧。本研究为混杂层合板在冲击载荷下的强度评估提供了可靠的理论工具和试验依据。

关键词： 弹性跳变   超材料   负刚度圆柱壳   涡脱落调控   圆柱绕流  

摘要： 为应对亚临界雷诺数下圆柱绕流中周期性涡脱落引起的气动力脉动问题,提出一种在二维数值模型中研究的负刚度圆柱壳(Negative Stiffness Cylindrical Shell, NSCS)结构,以探索基于负刚度可变形单元的圆柱尾流调控方法及其作用机制.通过ABAQUS有限元分析验证拱形单胞存在负刚度区间,并基于数值模拟建立Re=20000条件下NSCS的二维绕流数值模型,结合文献对比完成模型验证.进一步利用用户自定义函数(User Defined Function, UDF)动网格技术实现单胞区域“凹陷-恢复”的周期变形,系统研究1 Hz、涡脱落主频(33Hz)及其倍频(66 Hz)三种变形频率下NSCS的气动力响应与涡脱落动力学特征,并结合升力系数相图分析升力响应的周期、调制及锁定/非线性交互行为.结果表明:相较于光滑圆柱,静态NSCS会增强升/阻力脉动幅值,并显著降低斯特劳哈尔数(Strouhal number, S t),说明单纯表面几何结构变化并未削弱尾流非定常性.相较于静态NSCS,动态边界跳变行为能够进一步对尾流响应进行频率相关的主动调控,其中1 Hz工况主要表现为对升力响应的低频包络调制及一定抑制作用, 33 Hz工况在与天然涡脱落主频匹配时呈现更明显的锁频同步特征,66 Hz工况则引发更强的非线性交互,表现为相图轨迹发散并伴随鞍点增多.本文表明,负刚度界面的主要优势不在于静态几何变化本身,而在于通过动态跳变行为实现对圆柱尾流动力学模式的可编程调控,并为可重构流动控制界面的阵列化设计提供理论依据.

关键词： 驻涡燃烧室   双涡控   径向分级   流场   温度场  

摘要： 基于驻涡燃烧室提出一种径向分级主流耦合旋流的新型双涡控径向分级燃烧室，为探究旋流强度对燃烧室流场及温度场特性的影响，针对配装二级旋流数Sn分别为0.49、0.85、1.22共3种方案双级异向旋流器的双涡控径向分级燃烧室，开展相同进口条件下不同Sn方案的试验与数值研究。研究结果表明：燃烧室典型流场结构呈现凹腔值班区、内/外环耦合区、主流旋流区、掺混出流区四区特征。旋流数Sn改变，燃烧室整体流态保持不变，凹腔内存在充满整个凹腔的展向涡结构，旋流器下游存在中心回流区，旋转气流与凹腔气流相向运动耦合。旋流数Sn过大或过小，均导致凹腔射流增大，内/外凹腔核心高温区降低，燃烧室下游速度分布差异增大，燃烧室出口的温度分布变差。相比较，燃烧室二级旋流数Sn为0.85与凹腔进行耦合，可以更好地组织燃烧。

关键词： 甲烷干重整   高熵合金催化剂   溶胶-凝胶法   金属-载体相互作用   稳定性  

摘要： 针对甲烷干重整（DRM）反应的易积碳、活性衰减等问题,对热溶剂法、共沉淀法、球磨法、溶胶-凝胶法合成的高熵合金Ni基催化剂（Ni3MoCoZn）Al12O24的结构进行了表征,并比较了其对DRM反应的催化性能。结果表明,溶胶-凝胶法合成的（Ni3MoCoZn）Al12O24催化剂具有更大的比表面积(约118 m2·g-1)与更有利的介孔结构（3～4 nm）;溶胶-凝胶法合成的催化剂高温还原峰占比更大,具有更强的金属-载体相互作用;溶胶-凝胶法合成的催化剂在800℃、GHSV为36 000 mL·h-1·gcat-1条件下表现出最高且最稳定的CH4、CO2转化率,而共沉淀法与球磨法合成的催化剂在20 h后出现明显失活。为DRM催化剂的设计、合成与元素调控提供了实验依据。

关键词： 孤岛微电网   系统惯性   虚拟惯性环节   负荷频率控制   时滞系统  

摘要： 针对孤岛微电网因可再生能源高渗透引发的惯性欠缺，以及负荷频率控制里的时滞现象，引入了虚拟惯性环节，并构建了带虚拟惯性环节的孤岛微电网负荷频率控制模型。其次，依据构建的模型，着重探究了通信时滞给孤岛微电网系统带来的影响，并且采用了一种新型的时滞乘积型增广Lyapunov-Krasovskii泛函（LKF）。以该泛函为基础，借助广义自由权积分不等式对导数积分项予以界定，进而得出基于线性矩阵不等式的时滞相关稳定性判据。最后通过仿真实验和数据分析表明所提方法有着更低的保守性，并且验证了引入虚拟惯性控制环节能有效地提升孤岛微电网的动态性能。