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关键词： 硫自养反硝化   协同反硝化   微生物群落结构   数学模型  

摘要： 随着国民经济的发展及环保要求的提升,污水处理厂出水排放标准日益严苛,污水厂升级改造成为了当前环境保护工作的重要内容。而污水处理厂深度脱氮则是这一个工作的重点和难点。普遍应用于污水处理厂的异养反硝化深度脱氮技术在当前依旧存在运营成本高昂以及易于引发二次环境污染的局限性,新型的自养反硝化深度处理工艺逐渐被重视和开发。本研究对比常用的异养反硝化、自养反硝化与新型混养协同反硝化,探究异养反硝化、自养反硝化与协同反硝化工艺的工艺条件与脱氮效能及运行效能,并利用分子生物学技术分析不同反应系统中微生物群落和功能基因的相对表达量变化。本研究主要内容与结论如下: （1）异养反硝化最佳电子供体（乙酸钠）投加量为理论投加量1.5倍,最佳HRT=1.5 h,NO3--N去除率接近99%,当电子供体投加量低于1.5倍时,出现不同程度的NO2--N累积。硫自养反硝化最佳电子投（硫代硫酸钠）加量为理论投加量的1.5倍,最佳HRT=2 h、pH=7.5,NO3--N去除率达到97%。协同反硝化最佳碳源投加量为理论投加量的0.9倍,最佳HRT=1.5 h,出水中NO3--N去除率为97.8%,碳源投加量达到理论投加量的1.2倍时,系统发生硝酸盐异化还原成铵（DRNA）反应,出水最大NH4+-N浓度可达8.5 mg/L。 （2）协同反硝化系统中,自养反硝化和异养反硝化脱氮能力均得到不同程度的增强。以SO42-计算不同碳源投加量脱氮比例时自养反硝化占比（86.93%、84.37%和59.16%）比以COD计算不同碳源投加量脱氮比例（65.13%、57.65%和47.18%）时比例更重。分析污泥中的Alpha多样性,ACE与Shannonn指数大小顺序排序分别为异养反硝化>协同反硝化>自养反硝化。硫自养反硝化中投加碳源后,微生物生物丰度普遍高于投加前,物种数量增多。 （3）基于Monod方程和ASM1模型,建立了异养反硝化、自养硫还原反硝化和协同反硝化的动力学数学模型。敏感性分析显示,最大脱氮硫杆菌增殖速率显著下降,推动系统内异养微生物的生长。随着碳源增加,脱氮硫杆菌活性下降,表现出向异养反硝化的转变。

关键词： 骨折愈合   生物力学   免疫调节   动态载荷   数学模型  

摘要： 骨折愈合过程是一种复杂的组织修复过程，其受到多个方面因素的影响。已搭建的骨折愈合数学模型只考虑了力学调控对骨折愈合的影响，并未考虑炎症阶段免疫系统的作用，不能准确地描述出骨折愈合的实际过程。为探究骨折的实际愈合机理，本文基于免疫调节和动态载荷调节这两个方面对骨折愈合过程中的生物学和力学特性进行建模。本文研究具体分为以下几个内容。　　首先，对于免疫功能衰退的骨折患者，由于免疫系统功能性衰退，骨折后容易发生延迟愈合。这一部分建立了基于免疫的骨折愈合模型。它包括经典和交替激活的巨噬细胞、间充质干细胞、成骨细胞以及促炎和抗炎细胞因子之间的相互作用。考虑了38个具体参数，包括那些坏死的细胞碎片、免疫系统和骨细胞之间相互作用的参数。模型的一个重要假设将骨折损伤的具体情况抽象为骨折部位坏死细胞种群数量的变化。然后基于骨折愈合的生理过程以及实验数据建立了数学模型并进行了参数灵敏性分析。　　其次，基于超弹性模型的力学特性与骨痂材料分析，选用neo-Hookean模型作为骨折部位的超弹性模型，根据大鼠股骨部位横向骨折实验建立骨折部位几何模型。在动态载荷作用下骨痂结构也会发生变化，根据结构变化产生的应力变化和流体流速变化确定机械影响指数，结合机械指数对骨折愈合中各细胞和组织生成的影响，建立了基于动态载荷下的力学与生物学共同作用的骨折愈合模型。在COMSOL仿真软件中求解动态载荷作用下的骨折愈合生物模型，并对模型进行了灵敏性分析。　　最后，对整体模型进行仿真验证，应用了1Hz应变频率，结合5％应变、10％应变和15％应变的动态载荷加载方法，以及10％应变下，0.1H频率、1Hz频率和10Hz频率的动态载荷加载方法，探究应变和频率对老年患者骨折愈合过程产生的影响。这对于免疫衰弱骨折患者的治疗有着指导意义。

关键词： 地下水文   地质影响   农业活动   长期观测   数学模型  

摘要： 本研究旨在通过长期观测与分析来探究农业活动对地下水文及地质构造的影响。文章首先探讨了灌溉、化肥及农药使用等农业活动对地下水文及地质构造的具体影响,其次以中国某农业重点区域为例,通过对其过去十年的地下水监测数据与地质变化记录,利用简化的数学模型分析了这些活动对地下水系统和地质稳定性的潜在影响,最后提出了相关的管理建议,旨在为制定有效的环境保护措施提供科学依据。

关键词： 新课标   物理课堂   合作学习  

摘要： 合作学习作为一种创新的教学策略，强调学生之间的互动与协作，旨在通过小组讨论、团队探究的方式，让学生在合作中共同解决问题、构建知识体系。合作学习不仅有助于培养学生的团队协作精神，而且能提高学生的参与度，激发学生的学习兴趣，促进学生全面发展。物理是一门基础学科，具有一定的探究和应用价值，将合作学习应用于物理课堂，能让学生在实践中探索物理规律，进而提升其科学探究能力。文章阐述了新课标背景下物理课堂中合作学习的策略，以期为初中物理教学提供有价值的参考。

关键词： 月季切花   微孔气调   数学模型   贮藏品质  

摘要： 月季（Rosa hybrida）属于蔷薇科蔷薇属,常被用作切花,在切花花卉市场上占有不可或缺的地位。随着月季切花的销售渠道和市场需求迅速增长,传统月季切花的包装方法亟需优化,以适应现代物流贮藏和市场需求。本研究以‘卡罗拉’月季切花为实验材料,深入探讨微孔气调包装对月季切花在低温下贮藏品质的影响,并在此基础上结合1-MCP、SO2保鲜纸,研究其保鲜效果。研究结果如下: （1）月季切花气调包装袋适宜厚度筛选。为研究月季切花的适宜气调包装袋厚度,对比40μm（P1处理）和60μm（P2处理）两种不同厚度的包装袋对月季切花的影响,同时设立未采用气调包装的对照组。结果表明:相比对照组,P1和P2组两组处理均能够显著地维持贮藏品质,延长瓶插寿命,延缓失重率、MDA含量和相对电导率的升高。在贮藏24 d时P2处理组的月季切花的MDA含量为0.671μmol/g,相较于P1处理组低34.02%,同时瓶插寿命和失重率均显著优于P1处理组（P<0.05）。因此,使用厚度为60μm的PE气调袋包装月季切花在贮藏24 d时具有更好的贮藏品质和瓶插效果。 （2）月季切花气调包装袋适宜开孔数量筛选。为了得到月季切花微孔气调包装的微孔参数,对厚度为60μm的气调包装袋分别均匀打0、2、6、20、30个孔径600μm微孔并进行月季切花包装,并将这些处理分别标记为CK、M2、M6、M20、M30,研究不同微孔数量对月季切花低温贮藏品质和抗氧化性的影响。结果显示在贮藏24 d时,M20处理组月季切花的呼吸强度和乙烯生成速率分别是52.99 mg CO2·kg-1·h-1和21.46μL·kg-1·h-1,均低于其他各处理组,同时可以抑制过氧化氢（H2O2）含量的积累和腐烂指数的上升,延缓过氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）和抗超氧阴离子的下降,能更好地抑制月季切花贮藏品质的劣变。 （3）月季切花气调包装数学模型的建立。在4℃条件下,分别对月季切花的花头和花茎进行呼吸速率测定,并用非竞争型酶动力学模型拟合。通过整合花头与花茎的呼吸速率数据,建立一个用以描述月季切花整体呼吸速率的数学模型,并通过实验数据验证,结果表明模型与实验数据高度一致,R2均高于0.98。考虑微孔形状和材料特性对气体传输的影响,通过使用不同孔径的微孔膜进行透气实验确立孔有效长度与孔径的经验方程,得到边际效应系数K为0.65。最后结合月季切花呼吸模型和微孔膜透气理论,建立月季切花气调包装内部气体交换的数学模型,验证实验数据显示与模型预测值高度一致。此外,研究通过微孔气调包装内部气体交换模型,成功计算出了适用于10枝、18枝和25枝不同数量月季切花的微孔面积参数,分别为3.8955×10-7m2、3.1275×10-6 m2、5.5266×10-6 m2,据此设计了1孔、11孔和20孔的微孔数量方案。实验结果表明,在达到稳定时,三种不同数量的月季切花均获得了适宜的气体环境。这证实了该模型能够根据切花数量调整微孔数量,确保包装内气体浓度符合月季切花的适宜气调条件。 （4）月季切花气调包装效果研究。为探究微孔气调包装结合保鲜剂对月季切花在低温下的保鲜效果,对月季切花分别进行20孔气调包装处理（M20）、20孔气调包装结合1-MCP处理（M20+1-MCP）、20孔气调包装结合1-MCP和SO2保鲜纸处理（M20+1-MCP+SO2）。结果表明:与M20相比,M20+1-MCP和M20+1-MCP+SO2处理组在月季切花的贮藏期间能够更好地保持感官品质,有效地维持关键营养成分含量,抑制呼吸作用和乙烯的产生,减缓氧化损伤标志物丙二醛（MDA）的积累,并维持活性氧（ROS）的氧化还原平衡。在贮藏30 d时,M20+1-MCP+SO2处理的苯丙氨酸解氨酶（PAL）、几丁质酶和β-1,3-葡聚糖酶活性分别为68.87、18.64和14.87 U/g,显著高于其他处理组,同时,维持着较高的POD和SOD活性,保持月季切花的抗病性和抗逆性。通过主成分分析和指标相关性分析结果表明,微孔气调包装结合1-MCP和SO2保鲜纸对月季切花的处理效果最佳,使月季切花在贮藏30 d后仍具有较好的抗病抗逆能力以及良好的感官品质。

关键词： 费马点   旋转变换   最小值   数学模型  

摘要： 几何最值问题种类多、变换形式多样,是近几年全国中考比较热的模型考点.中考题目涉及的线段最值模型中,含有“将军饮马、阿氏圆、胡不归、费马点”等不同类型.通过“费马点”模型的由来追溯与其基本模型、重要结论的呈现与证明,探寻不同题目中不同模型之间的内在联系.

关键词： 高强钢   U型冷却   卷取温度   温度补偿   数学模型  

摘要： 热轧高强双相钢卷取成卷后，带钢头尾位于钢卷内外圈，冷却速率大于带钢中部，头尾性能不满足工艺要求，产品切损率较高。为提高高强钢产品成材率，多采用U型冷却控制策略。U型冷却研发初期，数学模型不具备高强钢生产中多品种、多工艺的U冷设定需要及卷取温度控制不精确。结合生产中存在的难题，对卷取温度控制模型(coiling temperature control, CTC)进行升级，增加单钢种的设定功能，开发过渡段温度补偿功能，由此解决了高强钢头尾性能不合格等问题，实现了热轧高强双相钢高效、低成本生产。

关键词： 空气弹簧   数学模型   弹簧刚度   对比分析   非线性刚度  

摘要： 自空气弹簧面世,空气悬架诞生以来,空气弹簧作为主要的弹性元件,其设计与控制技术日趋成熟。空气弹簧作为弹性元件,与传统螺旋弹簧与钢板弹簧相比具有更良好的隔振、降噪特性。目前空气弹簧的研究集中在刚度的影响因素方面,缺少计算模型对正向设计的指导,本文主要从研究空气弹簧的刚度特性入手,阐述了空气弹簧的设计过程,并建立数学模型以达到精准匹配空气弹簧刚度的目的,结合ABAQUS有限元仿真与空气弹簧实验测试分析优化数学模型,并完成空气弹簧的正向设计。文章主要研究内容如下: 对空气弹簧的结构和工作原理进行阐述,对比分析金属弹簧与空气弹簧的弹性特性,突出空气弹簧的特点及优势。从控制悬架横向和纵向的车体运动入手,参考车辆技术和性能的评价指标,分析并列举空气弹簧与悬架性能之间的关系,对空气弹簧的性能参数进行初设计,并计算出空气弹簧除活塞型线以外的结构参数。 基于气囊卷耳最低点点处(窝折点)所在圆的直径即为有效直径这一理论,从空气弹簧平面结构的角度出发,综合空气弹簧的力学特性和运动规律等因素,构建了一套逆向计算的数学模型,表述了任意活塞外型与刚度之间的数学关系,并在此基础上对表达式进行转化,使其适应空气弹簧的正向设计,由给定的刚度曲线计算得活塞外轮廓。 在ABAQUS中构建有限元分析模型,以三种不同活塞外型的空气弹簧模型作为实验对象,对比仿真与计算所得到的载荷与刚度曲线,验证数学模型的准确性,分析仿真与计算结果之间的差距,以及产生误差的原因。 以A型空气弹簧作为研究对象,通过实验获得其载荷和刚度曲线,测绘其结构参数,将复杂的结构等效为轴对称结构,并建立有限元分析模型。对比实验与仿真结果,验证仿真方法的准确性,支撑后续正向设计空气弹簧能够以仿真结果为参考。 观察仿真过程中囊皮在活塞上的卷曲情况,得出囊皮窝折点偏移是产生误差的主要原因,引入偏移量参数γ作为补偿值并给出导致偏移量变化的四种因素的假设。控制相关变量在ABAQUS中进行分析并总结规律,对比各种因素对偏移量产生影响的大小,得出气压与压缩高度为主要影响因素。修正原数学模型并获得优化后的计算结果,再次与仿真进行对比分析。结果表明:修正后的数学模型计算所得结果与仿真及实验结果误差小于5%。 获取目标刚度,基于所搭建的数学模型计算出活塞型线,完成空气弹簧整体的正向设计。建立有限元模型,将有限元分析结果与预设目标值进行对比。当仿真结果满足设计要求时,制作样机,获取实验结果并与仿真结果、预设目标值进行对比验证,完成空气弹簧的检验工作。 本文最终通过所建立的数学模型完成了空气弹簧的正向设计,所制作的样机在全行程内载荷和刚度曲线均与目标值高度重合,证明了插入偏移量来优化原模型方法的可行性,有助于提高空气弹簧设计的效率以及精度。

关键词： 直流微电网   数学模型   故障检测   故障定位   改进遗传算法  

摘要： 随着全球能源危机日益加剧和环境污染问题的不断凸显,新能源技术的开发和利用成为了世界各国的共同关注焦点。在此背景下,直流微电网作为一种高效、可靠、环保的新型电力系统应运而生,不仅能够有效整合分布式能源,提高能源利用效率,还能够提升电力系统的灵活性和可靠性。本文针对直流微电网的建模、故障检测与定位问题进行了系统性的研究,旨在提出具体的解决方案以保障直流微电网运行的安全性与稳定性。 首先,文章详细介绍了直流微电网的组成和工作原理,分析其优势和应用前景。随后,文章重点对直流微电网中的分布式电源、换流器和输电线路等关键部分进行了数学建模。通过建立光伏发电系统、风力发电机、储能单元以及电压源型换流器(Voltage Source Converter,VSC)和DC/DC变换器的数学模型,能够准确的计算线路正常及故障状态下的电流。为后续的故障检测与定位分析提供了坚实的理论基础。 在故障检测方面,考虑到直流微电网中短路故障的发生对系统稳定性和安全性构成的严重威胁,本文提出了一种基于斯皮尔曼相关系数的故障检测方法。该方法利用电流的变化特性,通过计算电流信号之间的相关系数,快速准确地检测系统中是否发生故障,并判断故障的类型。此外,通过引入电流积分之比的概念,进一步识别故障极,提高故障检测精确度。仿真结果表明,该故障检测方法能够有效识别直流微电网中的短路故障,为故障定位提供了重要信息。 针对故障定位问题,文章探讨了直流微电网中故障定位的难点和挑战,提出了一种结合电流相似性分析和改进遗传算法的定位方法。通过直流微电网数学模型计算出线路故障电流,并结合计算电流与实际电流的相似性分析,利用改进的遗传算法对故障点进行精确定位。该方法不仅考虑了直流微电网的复杂性和多变性,还有效克服了传统故障定位方法在高过渡电阻故障情况下的局限性。通过大量的仿真实验验证了该故障定位方法的有效性和准确性。 最后,文章搭建了一个四端口网状直流微电网MATLAB/Simulink仿真模型,分别对提出的建模方法、故障检测方案和故障定位方案进行了全面的验证。并基于RTLAB半实物仿真平台对直流微电网模型以及故障定位方案进行了实验验证。仿真及实验结果显示,本文提出的故障检测与定位方法能够在保障直流微电网安全稳定运行的同时,显著提高系统对故障的响应速度和处理能力。

关键词： 风力发电机   偏航轴承   数学模型   动力学特性   瞬态动力学分析   模态分析  

摘要： 在各国对风力发电研究的大力支持下,风电已成为当前开发速度最快的可再生能源之一。我国风能资源丰富,在“十四五”规划中,可再生清洁能源发电成为中国未来发展的重点领域和主要布局点,根据国家的具体规划,预计到2030年,风能与太阳能的累计发电装机容量将突破12亿千瓦。在空间布局上,应将重点放在沙漠、戈壁等地区,加速建设大型风力发电基地,同时逐步推进海上风电基地的建设。 偏航轴承作为风电机组重要的偏航部件,所面临的工作条件较为恶劣,包括其大尺寸及复杂的受载情况,外载荷的变化可能会使风电机组在短时间内受到极大的冲击载荷,因此,针对其动态特性进行深入分析对于提升偏航轴承的性能和可靠性具有重要意义。本文聚焦于外齿式单排四点接触式偏航轴承,在风力机进行电力生产(DLC 1.1-1.5)过程中,依据偏航轴承的实际工作状况构建其数学模型,并使用动力学方法进行针对性求解,旨在探究变载荷条件下轴承力学性能的变化情况。此外,通过建立偏航轴承的三维模型并应用ANSYS软件进行有限元分析,验证了模型的正确性,确保研究结果准确,具体研究内容如下: (1)基于Hertz接触理论等,构建了轴承整体及其各部件的坐标系统,并推导得到了其动力学方程。通过采用Runge-Kutta方法求解该数学模型,探讨了变载荷条件对偏航轴承内部承载能力的影响。研究结果表明:外载荷发生瞬时变化时,会使滚动体与内外圈之间的接触载荷产生剧烈波动,接触载荷波动的幅度与外载荷变化的幅度紧密相关;轴承所受载荷变化幅度越大,变化频率越快,轴承的动态反应就越剧烈。 (2)使用Solidworks构建了偏航轴承的三维实体模型,使用Space Claim对模型进行简单处理并截取了部分模型,导入ANSYS进行瞬态动力学分析,进而获得滚动体与套圈之间接触区域随时间变化的应力分布图。分析结果显示:由于偏航轴承受到的载荷主要作用在外圈上,因此其外圈受到的接触应力和变形都明显大于内圈,有限元所得结果与数学模型分析结果相近,误差较小,从而验证了动力学模型的准确性。 (3)通过两组包含预应力的模态分析,得到偏航轴承前10阶固有频率和振型,结果表明:在前5阶模态中,变形与振动主要产生在滚动体上,自第6阶模态开始,轴承的主要变形和振动扩展至滚动体及其与套圈接触区域。对于未偏航和偏航过程中的轴承,偏航时的轴承频率比未偏航时更低,说明外圈的转动会对轴承系统施加额外的约束和载荷,会改变轴承系统整体的动力学特性。