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 an international "Applied Physics & Engineering" reviewed-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).


Journal of Zhejiang University SCIENCE A

ISSN 1673-565X(Print), 1862-1775(Online), Monthly

CONTENTS

Review

Review: A review of key parameters for effective electrophoretic deposition in the fabrication of solid oxide fuel cells

Isyraf Aznam, Joelle Chia Wen Mah, Andanastuti Muchtar, Mahendra Rao Somalu, Mariyam Jameelah Ghazali

DOI: 10.1631/jzus.A1700604 Downloaded: 250 Clicked: 200 Cited: 0 Commented: 0(p.811-823) <Full Text>   <PPT >  22

Chinese summary   <2>  电泳沉积固体氧化物燃料电池关键参数研究综述

目的:电泳沉积是一种简单且具有成本效益的涂层技术. 其出色的形态特征控制,适用于制造需要每个组件层都具有其独特属性的固体氧化物燃料电池. 本文旨在综述电泳沉积的最新进展、制备稳定悬浮液所需的关键因素以及通过电泳沉积技术制造固体氧化物燃料电池所涉及的相关参数.
创新点:1. 分析了维持悬浮液稳定性的关键参数,包括粒径和固体载荷等胶体相关参数以及介电常数和电导率等悬浮介质相关参数. 2. 讨论了这些参数对粒子流动性、电动电位和电泳沉积技术于固体氧化物燃料电池应用的综合效应.
方法:对以往的研究进行综述,并总结电泳沉积技术制造固体氧化物燃料电池组件层的发展(表1),包括稳定悬浮液的制备以及电泳沉积工艺关键参数的优化.
结论:鉴于每个固体氧化物燃料电池组件层都涉及不同类型的材料,且每种材料都需要特定的参数来实现有效沉积,因此,为了获得各组件层所需要的性能,制备悬浮液配方的正确性和电泳沉积工艺的优化显得至关重要.

关键词组:固体氧化物燃料电池;电泳沉积;悬浮稳定性;电动电位;胶体

Articles

Simulation of the effects of non-Newtonian fluid on the behavior of a step hydraulic rod seal based on a power law fluid model

Bing-qing Wang, Xu-dong Peng, Xiang-kai Meng

DOI: 10.1631/jzus.A1800096 Downloaded: 25 Clicked: 53 Cited: 0 Commented: 0(p.824-842) <Full Text>   <PPT >  20

Chinese summary   <12>  基于幂律流体模型的非牛顿流体对斯特封密封行为影响的仿真研究

目的:研究润滑油的非牛顿流体行为对液压往复活塞杆的斯特封密封性能的影响,为密封设计提供理论参考.
创新点:1. 基于幂律流体模型和JFO空化理论,推导出同时考虑粗糙度、流体空化和非牛顿流体效应的修正雷诺方程; 2. 建立非牛顿流体的混合润滑软弹流模型,探究流体流变属性对斯特封密封行为及性能的影响.
方法:1. 通过理论推导,建立混合润滑条件下非牛顿流体的软弹流仿真模型; 2. 对比分析不同工况条件下假塑性(n<1)、膨胀型(n>1)两种典型非牛顿流体和牛顿流体(n=1)对斯特封密封行为影响的区别,揭示假塑性和膨胀型两种非牛顿流体的密封机理.
结论:1. 非牛顿流体效应对液压往复斯特封密封性能具有重要影响:幂律指数越大,流体的动压效应越强,密封性能越好. 2. 相比于牛顿流体,膨胀型流体润滑条件较好,密封具有低摩擦低泄漏的优点;假塑性流体润滑条件较差,密封摩擦力较大,不易实现零泄漏.

关键词组:非牛顿流体;幂律流体;斯特封;软弹流

A structural morphogenesis method based on a linkage mechanism system

Gui-gang Tu, Chang-yu Cui, Guang-chun Zhou

DOI: 10.1631/jzus.A1700545 Downloaded: 173 Clicked: 1921 Cited: 0 Commented: 0(p.843-863) <Full Text>

Chinese summary   <5>  基于联动机构的结构形态创构方法

目的:寻找以轴力为主要传递荷载方式的单层网壳结构的多种合理形态,改善结构的受力性能,为建筑设计提供多种合理的结构形状方案.
创新点:1. 建立控制单元组长度的移形方程,并在移形方程的基础上推导基于联动机构势能最小化的结构形态创构方法. 2. 将分组方式应用于网壳结构形态创构,并通过改变分组形式获得不同的合理结构形状;临时单元与临时力的引入拓展了方法的适用范围,也为形态创构提供了新的途径.
方法:1. 将机构的单元进行分组,以单元组总长度不变作为条件建立机构移形方程;根据机构势能下降 最快的方向调整机构形状,使机构逐步达到势能最低. 2. 在同一初始模型中,通过改变临时单元、临时力以及单元组的设置来获得多种合理结构形状;通过多个数值算例说明该方法的特性. 3. 对该方法所生成的结构进行受力性能分析,验证所提方法的可行性和有效性.
结论:提出了一种适用于网壳结构的形态创构方法.该方法简单、灵活,可以通过调整临时单元、临时力以及单元组的设置,得出多种以轴力为主要传递荷载方式的合理结构形状. 可以为设计者在建筑方案设计阶段提供多种结构形状方案.

关键词组:形态创构;单元分组;联动机构;长度约束;长度自调整

Modelling of flood risks to people and property in a flood diversion zone

Jun-qiang Xia, Peng Guo, Mei-rong Zhou, Roger A. Falconer, Zeng-hui Wang, Qian Chen

DOI: 10.1631/jzus.A1800124 Downloaded: 28 Clicked: 50 Cited: 0 Commented: 0(p.864-877) <Full Text>   <PPT >  25

Chinese summary   <2>  分洪区群众生命与财产的洪水风险模拟

目的:分洪工程的启用具有非常重要的防洪效益,但同时也将严重威胁分洪区群众的生命财产安全. 为定量计算洪水中人体(成人与儿童)、车辆、房屋、农作物(水稻和棉花)的洪水风险与洪灾损失,考虑受淹对象的失稳机理,提出分洪区群众生命与财产的洪水风险模拟模型.
创新点:1. 基于力学过程中的洪水中人体与车辆失稳的计算公式,建立相应洪水风险等级评定的新方法,并提出4类受淹对象平均损失率的计算方法; 2. 结合二维水动力学模型的计算结果,分析4类受淹对象洪水风险的时空变化情况,同时讨论根据不同下垫面类型取不同糙率值以模拟洪水演进过程的必要性,并比较文献中提出的洪水中人体风险等级计算结果的差异.
方法:1. 分析现有洪水中人体、车辆、房屋和农作物风险或损失的计算方法,提出相应洪水风险计算关系或计算曲线(公式(3)~(6),图1和2); 2. 参考1954年荆江分洪工程北闸第一次的分洪情况,通过计算分洪区140 h的洪水演进过程和4类受淹对象洪水风险的时空分布(图8),同时得到4类受淹对象平均损失率随时间的变化情况(图10); 3. 在荆江分洪区洪水演进过程模拟中,讨论根据不同下垫面类型确定相应糙率值的方法与计算区域糙率统一取值0.04、0.05或0.06的3种工况下洪水要素变化的差异(图11和12),并采用文献中提出的洪水中人体风险等级计算方法,比较洪水中人体风险等级变化的异同(图13).
结论:1. 一旦荆江分洪工程启用,截止至北闸开启140 h时,洪水中人体、车辆、房屋、农作物的平均损失率达到75%以上,即分洪工程的启用将造成重大的生命财产损失; 2. 糙率取值方法的不同,导致洪水演进过程不同,进而影响各类受淹对象的洪水风险评估,因此需要根据不同下垫面类型确定相应的糙率值; 3. 文献中提出的洪水中人体风险等级计算方法考虑了人体失稳的力学过程,综合考虑了水深和流速的影响,可以更安全可靠地应用于实际洪水中人体的风险等级评价.

关键词组:人体;财产;洪水风险评估;数学模型;荆江分洪区

Thermal optimization of a totally enclosed forced ventilated permanent magnet traction motor using lumped parameter and partial computational fluid dynamics modeling

Wei Chen, Gui-chu Wu, You-tong Fang, Ji-en Ma

DOI: 10.1631/jzus.A1700649 Downloaded: 25 Clicked: 38 Cited: 0 Commented: 0(p.878-888) <Full Text>   <PPT >  20

Chinese summary   <2>  基于全局热网络和局部流体动力学建模的全封闭永磁牵引电机热性能优化

目的:提出一种适用于全封闭冷却结构的电机热性能优化模型,设计一台600 kW的高速列车用永磁牵引电机.
创新点:1. 通过耦合局部流体动力学模型的方法求解电机复杂冷却风道内的对流传热系数,并在全局热网络模型的框架内得到快速、准确的电机温升结果以用于结构优化; 2. 在冷却风道中引入栅格结构,采用热性能分析模型优化冷却结构,提升电机热性能; 3. 通过三维流体动力学模型计算电机局部温升最大值,并提出一种预测特定结构下电机铁损工作阈值的工程方法.
方法:1. 采用热网络法建立全局热网络模型(图3),并通过耦合局部流体动力学模型计算风道内的热网络参数(图4和6); 2. 应用田口设计法对电机风道结构进行优化,并研制样机进行验证(计算与试验结果见表5); 3. 假设铁损的谐波附加值与磁密值成正比,通过三维流体动力学模型计算给出端部绕组、永磁体温升值与铁损的预测曲线,并用样机试验进行验证.
结论:1. 采用全局热网络和局部流体动力学建模的方法可以快速、正确地计算复杂冷却结构下的电机温升分布,且优化后的冷却结构至少可以提升文中电机15%的热性能; 2. 本文提出的优化模型适用于全封闭风冷或者水冷等冷却结构相对独立且尚无经验公式可参考的电机热性能优化设计; 3. 铁损工作阈值的预测方法可以为电磁和控制系统设计提供参考.

关键词组:热网络模型;流体动力学;永磁电机;全封闭强制风冷



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