2026年 02期
气象条件驱动下山火火线形态特性实验研究
刘畅;姬昆鹏;周义棋;李鹏;汉京善;李军辉;大尺度山火火线形态是评估山火蔓延与输电通道安全距离的关键参数，研究其动态演化规律对山火实时监测与防控具有重要意义。研究构建了50 m×40 m真型山火燃烧实验平台，结合无人机热红外、杆塔可视化及多源气象感测系统，针对麦草秸秆和松针凋落物两种典型地表可燃物，系统开展了气象条件驱动下的山火蔓延大尺度实验，重点分析了火线前锋形态、稳定火线长度时序变化、火线推进角度等关键特征量的演化规律。研究结果表明：火线前锋夹角随燃烧进行持续增大，麦草秸秆火线前锋平滑而松针火线前锋尖锐且易分叉；稳定火线长度受燃料种类与风向稳定性主导，风向最值差越大，火线长度波动越剧烈；相同风向下，平均风速越高，火线长度变化极值越大，风向不稳定导致火线长度变化较大；火线推进角度随蔓延进程逐渐减小，风向稳定性和平均风速越高，推进角度平均值越小。文章揭示了气象条件与燃料特性对火线形态的综合影响机制，可为输电通道山火蔓延预测模型构建与山火防控提供大尺度实验依据与关键参数支撑。
电力充油设备火灾动力学实验平台
孙瑞邦;张新伟;尚峰举;刘畅;电力充油设备广泛应用于变电站/换流站和水电工程，是保障电力供应的关键设施。与此同时，充油设备火灾事故频发，常造成重大人员伤亡和财产损失。本质上，充油设备火灾是底部油池火、侧壁流淌火及顶部射流火等多种火灾模式组合燃烧现象。前人研究多集中于单一模式的火灾动力学实验，很少关注多种火灾模式组合燃烧下火灾典型特征参量演化规律、预测模型等关键科学问题，给电力充油设备火灾防控及消防救援任务带来巨大挑战。鉴于此，该研究设计搭建了电力充油设备火灾动力学实验平台，复现了充油设备火灾场景，利用质量损失速率测量系统、温度测量系统、辐射热流测量系统及图像采集系统，明确了充油设备火灾基本燃烧现象、典型阶段及形态特征，揭示了火焰高度、火焰温度、火焰辐射等典型特征参量的演化规律。该研究成果进一步丰富了液体可燃物燃烧理论，为充油设备火灾防治提供了有力的科技支撑。
高压电耦合荷电液滴控制细颗粒物实验平台设计
滕辰姊;张芸;任思达;我国细颗粒物浓度平均水平远超世界卫生组织推荐标准，大幅削弱了生态环境改善带来的保护效益。传统颗粒超低排放在颗粒控制方法协同、多变量参数耦合等方面研究不足，与实际烟气控制目标存在一定差距。文章以高效低耗控制细颗粒为导向，基于电流体动力学、气溶胶力学、通风控制等理论设计并搭建了多参数耦合实验平台，以开展运行控制参数、气流特性参数和电动力雾化参数耦合捕集颗粒研究，揭示多相混合流动模式下颗粒控制特征与脱除规律，为细颗粒物增效捕集设计和优化提供实践经验和技术方法参考，对于发展和完善气溶胶协同控制具有重要意义。
地表火灾蔓延速度大尺度实验研究
刘畅;姬昆鹏;张思航;李鹏;汉京善;杨知;地表火蔓延速度是表征地表火蔓延行为的关键参数，研究其变化规律对于掌握地表火蔓延行为特性和山火防治具有重要意义。文章利用电网山火大尺度实验平台，开展了2 000 m2燃烧规模的不同植被类型与堆积层密度下的地表火蔓延实验，系统分析了火焰前锋蔓延速度、火线扩展蔓延速度及温度响应特性的演变规律。研究结果表明：火焰前锋蔓延速度受可燃物类型、堆积层密度综合调控，灌木丛地表凋落物火焰前锋蔓延加速期早于针叶林地表凋落物，增大堆积层密度会降低火焰前锋蔓延速度峰值；火线扩展蔓延速度呈现波动特征，可燃物类型决定其峰值，堆积层密度增加对灌木丛地表凋落物火线扩展起促进作用，对针叶林地表凋落物起抑制作用；可燃物类型与堆积层密度共同决定了温度响应快慢与空间分布。文章可为实际山火场景火蔓延速度预测模型构建提供大尺度实验数据支撑，对输电线路山火防治工作具有参考价值。
基于机理与数据融合的带钢冷轧轧制力预测模型研究
孙友昭;汪相辰;李京栋;王晓晨;孙亚敏;杨荃;针对传统冷连轧轧制力机理模型忽略热轧工艺参数遗传效应及复杂非线性关系的问题，该研究提出一种基于贝叶斯优化改进轻梯度提升机（BO-LightGBM）的预测模型。通过融合热轧与冷轧生产过程数据，构建包含7维热轧参数、11维冷轧参数及机理模型计算值的多源特征体系。采用贝叶斯优化算法动态优化BO-Light GBM超参数，并建立分机架精细化预测模型以捕捉跨机架工艺关联性。实验结果表明，引入热轧工艺参数后，模型在各机架上的MAE（平均绝对误差）平均降低了1.803 t,RMSE（均方根误差）平均降低了2.573 t。应用该轧制力预测模型后，MR T-4CA和MR T-5CA钢种的冷轧轧制力设定精度分别平均提升了2.024%和1.962%。结果表明，该文建立的冷轧轧制力预测模型能够更有效地捕捉热轧过程的遗传效应影响，显著提升预测精度与稳定性，克服了传统机理模型在处理跨工序影响因素方面的局限性。
基于YOLO-BSNM的复杂背景下交通标志识别实验设计
宋军;储志韩;范梓灏;邹奔;焦万果;针对自动驾驶场景中小尺度交通标志检测精度不足的问题，文章提出了一种基于YOLO v11n架构的改进检测算法YOLO-BSNM，引入了多维协同注意力机制、归一化Wasserstein距离损失函数、160×160像素高分辨率小目标检测头和双向特征金字塔网络特征融合模块，构建了面向复杂场景的优化检测框架。实验结果表明，改进后的YOLO-BSNM模型在自建数据集上取得了81.7%的精确率(P)、75.4%的召回率(R)和83.4%的m AP50指标，较原始算法有显著提升。通过轻量化优化和树莓派4B平台移植的验证，模型参数量减少了6.2×105个，在保持实时检测帧率的同时，以更少的计算资源实现了检测精度与模型规模的平衡优化，有效达成了提升性能与控制参数量的双重目标。
基于时空图卷积网络的离子束刻蚀设备剩余使用寿命预测
郑礼洋;徐建;吴嘉;龙浩;朱翠涛;针对现有离子束刻蚀设备的剩余使用寿命预测方法难以捕捉设备退化中的物理耦合关系与跨时空状态演变规律，缺乏可解释性且预测精度受限等问题，该文提出了一种融合时序卷积网络与图卷积网络的时空联合建模方法，旨在多尺度地解析设备的动态退化规律。该方法基于传感器的物理拓扑，构建了可学习的图卷积网络，实现了设备关联层次化特征提取；采用时域卷积网络的分层膨胀卷积架构，提取设备退化过程中的长期趋势特征与局部波动模式；通过时空交互模块深度融合特征数据，进行剩余使用寿命的回归预测。在工业离子束刻蚀系统数据集上的实验表明，该方法较LSTM、CNN、MLP等传统模型的均方根误差分别降低了20.6%、23.3%、29.9%，较单一时空卷积模型、Transformer网络则分别降低了11.0%、13.7%。该研究为设备剩余使用寿命预测提供了有效的新思路，可推广应用于半导体实验室的设备状态监测与维护决策。
亚波长介质光栅理论和实验研究
许灿华;毛梦瑶;薛孔松;邓永生;徐中炜;文章首先采用有限元方法对亚波长介质光栅的性能进行了数值模拟和实验研究，分析了光栅的材料、占空比和光栅脊高度等参数对光栅引入的相位延迟量的影响；同时借助紫外纳米压印技术制作了光栅脊高度约为1 280 nm、光栅周期约为826 nm的石英光栅，并搭建了光路测量光栅在入射光波长λ=1 550 nm，入射角度θi=0°时的相位延迟量，实验结果与理论模拟的误差约为2.3%。该研究表明，亚波长介质光栅引入的相位延迟量是可以设计的，并且具备大入射角、波带宽等特点，而采用亚波长介质光栅引入特定相位延迟量是实现二维光场调控的有效方法。
基于原位制样—压裂一体化装置的疏松砂岩压裂实验研究
李舒倩;刘伟;邓金根;谭强;徐凯凯;近年来，水力压裂在疏松砂岩油气藏中应用广泛，形成了“增产-防砂”一体化的压裂充填工艺。疏松砂岩具有孔渗性好、强度低的特点，裂缝起裂延伸机理复杂，涉及拉伸、剪切及塑性压实等多种机制，故优化设计压裂液与工艺参数、调控裂缝形态较难。文章研发了一套大型真三轴“原位制样—水力压裂”一体化物理模拟实验装置，实现了制样至压裂全应力连续，克服了传统方法中固井与围压操作引起的应力扰动，为疏松砂岩储层的水力压裂优化设计提供了一定的依据。除此之外，还开展了系列压裂物模实验，揭示了不同渗透率的均质储层、近井污染储层及含泥质隔层非均质储层下的裂缝扩展规律，结果表明，压裂液滤失是影响疏松砂岩压裂效果的核心因素，而有效的控滤能避免复杂剪切裂缝并促进拉伸裂缝形成；在应力差较小时，裂缝更易向低渗泥质隔层扩展，实现穿层延伸。
层理控制下的红页岩拉伸破坏声发射演化特征与巷道稳定性控制
朱远坤;马振乾;张吉民;为解决贵州磷矿红页岩巷道变形严重、支护成本高的问题，文章通过制备层理角度为0°、30°、45°、60°、90°的试件，采用加载速率0.1 mm/min的巴西劈裂实验，结合声发射RA(rise angle)-AF(average frequency)值的破裂判据，研究其抗拉强度与破裂模式的各向异性特征。实验发现红页岩抗拉强度随层理角增大呈递减趋势，从0°时的6.20 MPa降至90°时的3.17 MPa，降幅达48.9%;0°与90°的试件以张拉破裂（RA<3μs/d B）为主，层理角度为30°～60°的试件剪切破裂占比递增，至层理角度为45°时达75%；声发射振铃计数呈现“稳定累积—突增释放—耗散平稳”三阶段演化特征，且与应力曲线高度耦合。据此，文章提出了层理导向支护方案：层理角度为0°的巷道采用Φ22 mm的高强锚索（预应力≥150 kN），而层理角度为30°～60°的巷道则采用注浆加固层理面。该研究成果可为深部红页岩巷道控制提供依据。