工程科學學報

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期刊信息

月刊，1955年創刊

ISSN 2095-9389

CN 10-1297/TF

主管單位：教育部

主辦單位：北京科技大學

編　　輯：《工程科學學報》編輯部

出　　版：科學出版社

主任委員：楊仁樹

副主任委員(主編)：吳愛祥

地　　址：北京市海淀區學院路30號

電　　話：(010)62333436

傳　　真：(010)62333436

郵發代碼：82-303

國內發行：北京報刊發行局

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2009年第31卷第11期

欄目

礦業與環境
冶金與材料
設備與能源
控制與決策

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礦業與環境

氣-液-固變相態復雜滲流微觀實驗研究

朱維耀, 孫玉凱, 燕良東, 宋洪慶, 胡永樂

2009, 31(11): 1351-1356. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.11.037

[摘要](153)

[PDF 1422KB](12) [施引文獻] ()

摘要:
利用微觀可視化滲流實驗對凝析氣藏衰竭開發過程的反凝析過程中氣-液-固復雜流動的滲流規律進行研究,通過高溫、高壓條件仿真微觀可視化模型模擬地層凝析氣-液-固流動,直接觀測凝析氣、液、固(蠟)相的滲流特征和運移機理.給出蠟沉積吸附和運移規律,孔隙介質中氣-液-固(蠟)流動規律,氣、液、固(蠟)相變化和分布特征.歸納凝析油流動方式為攜帶、貼壁爬行、界面流、脈沖流、段塞流、溪狀流、連續流、小液滴隨大液滴和液流匯聚的運移規律.提出蠟沉積吸附在多孔介質表面.一種從氣相中析出,直接以片狀吸附在多孔介質表面.另一種是蠟在液相中以絮狀物析出并影響液相流動.固相蠟析出使孔隙結構發生變化,孔隙半徑變小,出現氣、液、固多相流動,流動阻力增大.

隧洞巖體質量分級的支持向量機方法

王云飛, 李長洪, 蔡美峰

2009, 31(11): 1357-1362. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.11.043

[摘要](110)

[PDF 472KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
將支持向量機應用于巖體質量等級分類中,采用工程中適用性強的指標如巖石質量指標、完整性系數、單軸飽和抗壓強度及結構面摩擦因數,作為判別因素.選用徑向基核函數進行訓練,通過交叉驗證確定最佳模型參數,建立了巖體質量分級模型.該模型采用成對分類方法構建多類分類模型,與已有文獻采用一對多分類法構建支持向量機多類分類模型相比,不可分區域減少很多,即模型分類精度提高顯著.將該模型應用于工程實例,結果表明預測結果與工程勘測結果完全吻合,證明了支持向量機巖體質量分級方法的有效性.

基于模糊多目標優化算法的礦山配礦優化

徐鐵軍, 楊鵬

2009, 31(11): 1363-1367. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.11.025

[摘要](156)

[PDF 374KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
從多目標配礦的復雜性出發,提出具有模糊性的多目標配礦問題,并設計出了基于管理者語言偏好和決策者滿意度的模糊優化算法,該算法從最優性模型和重要性模型兩方面進行改進.最后通過具體礦山實例對算法進行實現研究,根據實際配礦目標的各種要求,從算法的有效性、靈活性和靈敏性等特性進行分析.

采空區地表建筑地基穩定性模糊綜合評價方法

張俊英

2009, 31(11): 1368-1372. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.11.026

[摘要](130)

[PDF 396KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
應用模糊數學理論提出了采空區地表建筑地基穩定性綜合評價方法,分析了采空區地表新建建筑地基穩定性的諸多影響因素,確定了評價因子,給出了主要因素的隸屬度確定方法,采用層次分析法構造了評價目標的判斷矩陣,合理地分配了各因素的權重,建立了模糊綜合評價模型,給出了綜合評價指數與采空區地基穩定性級別的對應關系.應用三個實例對該方法進行了驗證.

考慮大變形影響的大型脫硝反應器結構數值分析

宋波, 李春霞, 孫北東, 王利, 徐明磊

2009, 31(11): 1373-1379. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.11.027

[摘要](126)

[PDF 1038KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
針對我國目前對于大型脫硝反應器的設計無規范可循的狀況,利用數值方法分析脫硝反應器結構,得到反應器整體變形與應力分布情況,以及反應器結構設計時應注意的構件與位置.通過對比大、小變形時加勁板的應力與變形發現,考慮大變形影響后其應力值水平有所緩和,分布較均勻.研究表明,在保證安全和滿足反應器使用功能前提下,反應器的合理化設計尚有一定的空間.

基于流體力學理論的全尾砂漿管道輸送流變性能

鄧代強, 高永濤, 楊耀亮, 吳順川

2009, 31(11): 1380-1384. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.11.042

[摘要](127)

[PDF 581KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
為研究充填料漿流變性能,利用流體力學原理,通過L型管道自流輸送實驗對其在管道中流動的力學特性進行了分析.結果表明:料漿濃度、流量和管徑對料漿管輸阻力和充填倍線大小的作用程度不同,其中料漿濃度影響尤為顯著.在能夠實現自流輸送的充填倍線合理條件下,采場充填時,當結合充填能力確定流量和管徑后,可通過充填站調節制漿濃度以使充填材料在管道輸送、采場中沉降、抗離析、脫排水、固結硬化和力學性能等方面表現良好.

超聲波處理焦化廢水影響因素

成澤偉, 蒼大強

2009, 31(11): 1385-1389. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.11.038

[摘要](126)

[PDF 651KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
利用超聲波處理焦化廢水,系統考察了作用時間、超聲功率、焦化廢水初始pH值、化學需氧量(COD_Cr)和氨氮(NH₄⁺N)初始質量濃度、溶解氣體等因素對去除廢水中COD_Cr和NH₄⁺-N的影響,并對超聲復合氧化劑處理焦化廢水進行了對比分析.結果表明,超聲復合H₂O₂和Fenton試劑可發生協同作用,使COD_Cr和NH₄⁺N去除率顯著提高,其去除率由大到小依次為:超聲+Fenton>超聲+H₂O₂>Fenton>超聲>H₂O₂.結合GC-MS分析結果,對COD_Cr和NH₄⁺N的去除過程進行了初步探討.發現處理后的焦化廢水中萘類、蒽類和喹啉類等生物降解難的有機物的比例明顯降低.

冶金與材料

1873K下鋼液中Ti-Al復合脫氧熱力學分析及夾雜物生成

楊成威, 呂迺冰, 王新華, 王萬軍

2009, 31(11): 1390-1393. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.11.028

[摘要](134)

[PDF 450KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
對1873K下鋼液中Ti-Al-O系復合夾雜物的形成進行了理論和實驗研究.理論計算和實驗結果表明,鋼液中Ti-Al-O系的Al-O基本趨于平衡,鋼液中自由氧由Al含量控制.Ti-Al-O系復合夾雜物的形成主要由a_Ti/a_Al值確定.根據熱力學數據計算得出了Ti-Al-O系復合夾雜物(Al₂O₃-Ti₃O₅-Ti₂O₃)的穩定區域;隨著a_Ti/a_Al的增加,夾雜物逐步由Al₂O₃轉變為Ti₃O₅夾雜物.當鋼液中自由氧含量較高時容易生成Ti₃O₅夾雜物.計算結果和觀察到的實驗結果一致.

磷酸鹽分解鉬酸鈣的熱力學

張剛, 趙中偉, 曹才放, 黃少波

2009, 31(11): 1394-1399. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.11.029

[摘要](147)

[PDF 688KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
針對磷酸鹽分解鉬酸鈣的過程,根據同時平衡原理和質量守恒定律,繪制了25℃時Ca-Mo-P-H₂O體系溶解組分的lg_C-pH圖,以及不同總磷濃度條件下溶液中總鈣、總鉬的lg_C-pH圖和鉬酸鈣穩定區.結果表明,在溶液中總磷濃度一定的條件下,隨著pH的增大體系中會依次出現H₂MoO₄(s)、CaMoO₄(s)、Ca₅(OH)(PO₄)₃(s)和Ca(OH)₂(s)穩定存在的區域.總磷濃度直接影響到鉬酸鈣的分解過程,隨著總磷濃度的增加,鉬酸鈣的穩定區域不斷減小甚至消失,使得鉬酸鈣更加易于分解,因此溶液中總鉬濃度不斷增大,而總鈣濃度不斷降低;但總磷濃度過高會導致溶液中殘留游離含磷離子過高.從熱力學角度來看,在鉬酸鈣分解過程中,添加磷酸鹽比碳酸鹽更加有利于鉬酸鈣的分解.

氧化鋁熟料溶出二次反應過程SiO₂進入鋁酸鈉溶液的動力學機理

陳濱, 何世文, 唐嫻敏

2009, 31(11): 1400-1405. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.11.030

[摘要](173)

[PDF 827KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
基于采用較高液固比(20:1)的實驗條件,避免了因硅酸鈉與鋁酸鈉反應形成水合鋁硅酸鈉(鈉硅渣),可將氧化鋁熟料溶出二次反應動力學過程分為SiO₂進入鋁酸鈉溶液和Al₂O₃損失兩個動力學過程,詳細研究了SiO₂進入鋁酸鈉溶液過程的動力學行為.通過選擇合適的動力學模型對實驗數據進行處理,獲得了該過程的動力學方程.方程表明,該過程的表觀活化能較小,僅為24.86kJ·mol^-1,說明其過程發生需要突破的活化能能壘較小,相應反應較易發生,其動力學機理與表面化學反應有關,也與擴散有關.鋁酸鈉溶液中Al₂O₃質量濃度對過程的影響遠遠大于鋁酸鈉溶液中Na₂CO₃質量濃度和NaOH質量濃度的影響,因此認為熟料溶出過程中,導致SiO₂進入鋁酸鈉溶液的原因主要是熟料中的硅酸鈣與NaAl(OH)₄相互作用.

鈰對Cr12鐵素體不銹鋼抗高溫氧化性能的影響

李亞波, 王福明, 李長榮, 宋波

2009, 31(11): 1406-1412,1419. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.11.040

[摘要](117)

[PDF 1374KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
參照標準HB5258-2000中的增重法對不同鈰含量的Cr12鐵素體不銹鋼的抗高溫氧化性能進行測試,利用掃描電鏡(SEM)、X射線衍射(XRD)技術等實驗手段進行氧化形貌觀察和氧化物物相分析,并對氧化物的生成熱力學進行了計算.實驗結果表明:氧化物的分析結果與熱力學計算結果相吻合.在600℃、700℃及800℃較低溫度時生成的氧化產物為具有尖晶石結構的M₃O₄型氧化物,具有良好的保護性,鈰的添加可促進這種氧化膜的形成,降低氧化速率;在900℃時生成的氧化產物類型主要為M₂O₃型,保護性差,晶粒細的含鈰鋼初期氧化速率快,但是鈰可改善氧化膜與基體的黏附性,在氧化后期阻止實驗鋼進一步的劇烈氧化.利用反應元素效應和晶粒尺寸效應可以較好地解釋該氧化動力學機制.

D32海洋平臺用鋼在浪濺區腐蝕行為

劉建國, 李言濤, 文世鵬, 侯保榮

2009, 31(11): 1413-1419. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.11.031

[摘要](116)

[PDF 775KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
通過極化實驗和阻抗實驗研究了D32海洋平臺用鋼在浪濺區的腐蝕規律,并利用掃描電鏡和能量色散譜儀分析了各鋼樣的腐蝕產物.結果表明,腐蝕產物的形貌成分和覆蓋度的不同導致了模擬全浸區腐蝕速率稍大于鋼樣在海水中的腐蝕速率,模擬浪濺區腐蝕速率遠大于模擬全浸區鋼樣腐蝕速率.鋼樣在青島海水、埕島海水的全浸區和浪濺區的Nyquist圖中出現的韋伯阻抗是由于表面形成的銹層及鈣鎂層所致.

爐卷軋機生產X100管線鋼的組織特征與強韌性

牛濤, 康永林, 顧宏偉, 尹雨群, 譙明亮, 姜金星

2009, 31(11): 1420-1424. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.11.041

[摘要](128)

[PDF 645KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
利用掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)對爐卷軋機生產X100管線鋼的顯微組織特點進行了觀察與分析,通過背散射電子衍射技術(EBSD)探討了X100管線鋼的有效晶粒尺寸與低溫韌性的關系,并利用物理化學相分析的方法對X100管線鋼的析出粒子尺寸分布和強化作用進行了定量分析.結果表明:X100管線鋼的顯微組織以粒狀貝氏體為主,晶粒內部和晶界上彌散分布著大量細小的馬氏體/奧氏體(M/A)島;X100管線鋼的有效晶粒尺寸較小,僅為2μm左右,細化有效晶粒尺寸和降低組織方向性有利于提高管線鋼的低溫韌性;X100管線鋼中的析出粒子尺寸較小,平均尺寸為45.4nm,但由于其總體質量分數只有0.062%,經計算,其析出強化作用約為52MPa,析出強化對屈服強度貢獻較小.

超聲波熔體處理過程中的聲流現象

謝恩華, 李曉謙

2009, 31(11): 1425-1429. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.11.039

[摘要](184)

[PDF 559KB](16) [施引文獻] ()

摘要:
應用CFD軟件Fluent對坩堝中進行超聲處理的鋁合金熔體流場進行模擬計算.計算結果表明,在由于黏滯衰減產生聲壓梯度而形成的超聲輻射力的作用下,工具桿端面下液相區域內的熔體形成大規模的Eckart聲流現象,熔體的最大軸向速度幅值出現在工具桿端面中心軸線下液相區域的中心點附近,其值并不隨著驅動力值的增大呈線性增大.鑄造實驗結果表明,聲流作用使鑄錠在工具桿端面至鑄錠壁面之間形成一條作用區域分界線,分界線兩端凝固組織呈現完全不同的樣貌,工具桿端面下一側組織在空化和聲流的雙重作用下得到細化,呈等軸晶狀,而上端組織則呈枝狀晶形態.

工作條件對銅包鋁扁排導電性能的影響

羅奕兵, 劉新華, 謝建新

2009, 31(11): 1430-1435. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.11.044

[摘要](140)

[PDF 617KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
采用數值分析方法,分析工作溫度、扁排與環境的換熱量、載流量等工作條件對銅包鋁扁排導電性能的影響.結果表明:當扁排工作溫度升高時,交流功率損耗增加的比值小于直流電阻增大的比例;當包覆層斷面結構相同時,扁排可承載的平均電流密度隨斷面面積的增大而減小;采用單位長度直流電阻相同的銅包鋁導電扁排替代銅扁排,在節省銅資源和原材料成本的同時,銅包鋁扁排可承載的最大載流量增加,功率損耗和工作溫度降低.

工藝參數對玻璃包覆鐵基合金微絲尺寸、結構和力學性能的影響

王成鐸, 王鳳美, 張志豪, 謝建新

2009, 31(11): 1436-1441. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.11.032

[摘要](115)

[PDF 1104KB](6) [施引文獻] ()

摘要:

以玻璃包覆Fe₆₉Co₁₀Si₈B₁₃合金微絲為研究對象,研究了拉絲速率及冷卻條件對微絲尺寸、結構及力學性能的影響;分析了不同冷卻條件下微絲的拉伸斷裂機制.結果表明:當拉絲速率由5m·min^-1增加到400m·min^-1時,微絲及芯絲直徑分別由95.2μm和26.9μm減小到14.5μm和7.2μm;拉絲速率由50m·min^-1增加到400m·min^-1時,芯絲抗拉強度由1305MPa增大到5842MPa;冷卻距離小于20mm時,微絲尺寸和抗拉強度均隨冷卻距離的增大而顯著減小;冷卻距離大于20mm時,冷卻距離對微絲尺寸和抗拉強度的影響很小;采用水冷方式且拉絲速率大于5m·min^-1時所獲得的微絲均為非晶態結構,而采用空冷方式制備的非晶態微絲的拉絲速率應大于或等于20m·min^-1;芯絲的斷裂方式為伴隨不均勻塑性流變的脆性斷裂,且脆性斷裂傾向隨冷卻距離的增加而增大.

碳納米管對扭曲向列相液晶顯示模式電-光性能的影響

曹暉, 馬征, 李克軒, 朱思泉, 楊槐

2009, 31(11): 1442-1446. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.11.046

[摘要](160)

[PDF 498KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
選用單壁及多壁碳納米管摻雜在液晶中制備了扭曲向列相液晶顯示模式液晶盒,采用液晶綜合參數測試儀研究了單壁及多壁碳納米管對扭曲向列相液晶顯示模式液晶盒的驅動電壓、對比度及響應時間的影響.結果表明:單壁及多壁碳納米管的加入均能顯著降低扭曲向列相液晶顯示模式液晶盒的驅動電壓,但對比度也有較大幅度的降低.摻雜單壁碳納米管的液晶盒的開態及關態響應時間均有一定程度的增加,而摻雜多壁碳納米管的液晶盒關態響應時間基本上有所降低,開態響應時間沒有明顯的變化規律.

設備與能源

基于屈曲失穩判據的冷連軋斷面形狀可變域求解

王曉晨, 楊荃, 彭鵬, 孫文權, 劉天武

2009, 31(11): 1447-1451. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.11.033

[摘要](142)

[PDF 473KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
由于冷軋過程的大張力軋制特點以及金屬橫向流動性與熱軋有很大區別,因此在熱軋中廣泛應用的Shohet判別式不能很好應用于冷軋.在對冷軋大張力條件下的板形生成機理進行分析的基礎上,提出能夠更好適用于冷軋的基于屈曲失穩判據的斷面形狀可變域求解方法,該方法可以求解得到針對不同屈曲模態的產品斷面形狀可變域與來料斷面形狀允許范圍.將該方法應用于國內某連軋機生產,給出其來料斷面形狀允許范圍,比原有允許范圍更符合現場實際且內容更為完善.

熱帶鋼軋機輥系縱向剛度在線計算模型

董立杰, 何安瑞, 宋勇, 荊豐偉, 王連生

2009, 31(11): 1452-1456. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.11.034

[摘要](137)

[PDF 500KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
為了提高輥縫在線預報精度,在傳統影響函數法基礎上,建立可以進行在線計算的快速輥系變形計算模型.該模型綜合考慮了各種因素對輥系縱向剛度的影響,省去了繁瑣的補償模型實驗過程,在提高計算精度的同時大大提高了計算速度.應用日鋼1580熱連軋數據進行了離線計算,分析了軋件寬度對輥系縱向剛度的影響,并與傳統寬度補償模型計算結果進行了比較.模型計算精度有所提高,每個工況耗時20ms,模型可以在線應用.

油膜軸承傾斜承載對冷連軋機啟動的影響

張曉峰, 張清東, 吳彬, 王康健

2009, 31(11): 1457-1462. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.11.035

[摘要](107)

[PDF 617KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
針對某CVC帶鋼冷連軋機啟動階段支持輥油膜軸承靜壓承載能力不足的問題,應用流體潤滑理論,建立了軸承傾斜工作下靜壓承載能力的全潤滑系計算模型,分析了軋機壓下傾斜、油泵功率和節流器液阻對軸承靜壓承載性能的影響.計算結果表明,壓下傾斜過大會造成軸套與襯套的軸線出現傾斜,進而導致軸承的靜壓承載能力急劇下降,是造成軸承壽命縮短、連軋機啟動頻繁失敗的根本原因.在實際生產中,限定了軋機壓下傾斜設定值上限,增大了潤滑油黏度,從而有效提高了軸承的承載能力,機組啟動成功率顯著提高.

大吸附雷諾數下脹-縮壁面管道非穩態流動漸近求解

司新輝, 鄭連存, 張欣欣, 晁瑩

2009, 31(11): 1463-1466. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.11.036

[摘要](134)

[PDF 416KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
研究了大吸附雷諾數下,可滲透、膨脹或收縮的半無限長管道中的層流流動.采用自相似理論,把描述該模型的Navier-Stokes方程轉化成一個四階的非線性微分方程.應用奇異攝動方法,對該方程進行漸近求解.分析了不同的膨脹系數、吸附雷諾數對管道流動的影響.壁面收縮時,邊界層變薄;壁面膨脹時,邊界層變厚;當膨脹率與雷諾數之比大于1時,管道流動出現回流.

高原低氣壓環境室內富氧的安全氧氣體積分數上限

楊雄, 劉應書, 沈民, 劉文海, 張輝, 李永玲, 孟宇

2009, 31(11): 1467-1471. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.11.045

[摘要](160)

[PDF 582KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
為了解決高海拔地區的富氧安全問題,通過實驗模擬高原低氣壓環境,研究了濾紙、棉布和滌卡在富氧環境下燃燒速度的變化情況.由實驗可得,氧分壓不變時,隨著海拔的升高,材料的燃燒速度顯著加快.結果表明,在高海拔地區,富氧到與一個標準大氣壓中氧分壓一致,會產生火災危險.通過對實驗數據的分析,得出了高原低氣壓環境下室內富氧的安全氧濃度上限.

控制與決策

多個執行機構的系數無界Lurie系統和Lurie大系統的絕對穩定性

廖福成, 李安貴, 孫鳳彬

2009, 31(11): 1472-1479. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.11.048

[摘要](119)

[PDF 475KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
研究了多個執行機構的系數無界Lurie間接控制系統零解的絕對穩定性.首先,把研究對象看作大系統,利用大系統分解技術,把系統分解為一些孤立子系統,通過子系統的Lyapunov函數構造出Lurie間接控制系統的Lyapunov函數,進而得到系統絕對穩定性的多個判別準則.這些判別準則既適用于多個執行機構的系數無界Lurie間接控制系統,又適用于系數有界的這類系統,還適用于常系數的這類系統.同時,將有關結果成功推廣應用于多個執行機構的系數無界Lurie間接控制大系統.

基于模型分析的城市環境下車載移動Ad hoc網絡路由協議改進策略

米振強, 楊揚, 郭勛, 安建偉

2009, 31(11): 1480-1486. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.11.047

[摘要](120)

[PDF 664KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
在Manhattan移動模型的基礎上,深入分析了車載移動Ad hoc網絡路由協議的性能問題.結合AODV路由協議,提出了一種可以量化分析車載Ad hoc網絡路由斷鏈率和路由負載的模型.模型分析指出,傳統的移動Ad hoc網絡路由協議應用于車載Ad hoc網絡時性能會嚴重下降.針對這一問題,提出了一種基于車輛運動方向信息的類AODV路由協議DBAP,將車輛的運動方向信息作為其路由發現過程中的輔助參數,從而顯著地增強了路由穩定性.仿真結果驗證了模型的正確性,同時證明了本文所提出的DBAP路由協議在城市車載環境中具有較低的路由負載和路由斷鏈率,在協議性能等方面相對于AODV協議具有顯著提高.