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关键词： 污染源识别   有机污染物   重金属污染   数学模型  

摘要： 面对工业废水的非法排放、污水管网系统的泄露、农业非点源污染以及生活排污等多种途径所释放的有机化合物与重金属离子,对水生生物以及对生态环境都产生负面影响。水中污染物以其隐蔽性、持久性和在水环境介质中的高流动性,加剧了污染物在空间上的广泛扩散与在时间上的长期累积效应,因此,对水体中污染物进行防治,是具有挑战性的。基于以上原因,实施精准的污染源追踪显得尤为迫切,旨在从根源上遏制污染发生,实现对生物多样性以及水环境的保护具有重要意义。本研究以厦门市翔安区九溪沙溪段为具体研究对象,运用GC×GC-TOFMS技术与ICP-MS技术,对水中复杂的有机物种类、结构以及Pb的精确质量数进行了深度解析与量化测定,并结合构建的溯源分析模型,对沙溪段地表水及工业园区的污水的有机物及地下水中的Pb来源进行了源解析探究。 （1）运用GC×GC-TOFMS技术,检测得到样本中有机物的TIC与NIST 17标准谱库进行对照,并结合FFT算法以及基于有效方差最小二乘法扩展的NNLS算法,构建的污染物溯源的相似度分析和贡献度算法,对水中的有机污染物进行溯源研究分析。并将该模型在实验室中进行验证,验证结果与预设结果一致。运用ICP-MS对地下水中Pb的质量数进行高精度检测,利用x-y图将地下水Pb同位素比值与各潜在来源Pb同位素比值进行对比,从而得到可能的来源,再利用贡献度算法对潜在来源量化计算,从而获得各潜在来源对地下水Pb的贡献度。 （2）将构建的相似度算法和贡献度算法应用到沙溪段的有机物污染物溯源研究,结果发现:5个点位分别检出88、110、123、64、103种有机物,主要包括烷烃类、醇类及其它氮氧化合物等化合物类型。4个上游支流点位（X1-X4）与干流水体（X5）之间的相似度分别为0.46、0.48、0.41、0.32。贡献度算法计算出的各支流点位对干流水体污染贡献度分别为1%、43.3%、30.1%、23.2%,综合相似度算法与贡献度算法两种算法结果,都表明主干水体的主要污染源为支流X2。 （3）在对沙溪段上游工业园区污水管道排污溯源中,同样应用了相似度算法和贡献度算法模型,结果发现:该园区6家企业与污集网处检测出的化合物分别为38、80、30、56、39、30、26种有机物。6个企业与污集网处的相似度分别为0.22、0.07、0.95、0.07、0.11、0,利用贡献度算法计算结果表明,各企业的污染贡献度分别为1.082%、0.62%、88.5%、0%、0%、0.12%。相似度算法与贡献度算法两种独立算法,都表明该工业园区的有机污染主要来源于企业3。 （4）将贡献度算法运用到九溪上游的固废处置工业园区,结果发现其工业园区5个采样点位的地下水中Pb浓度在10.4μg/L-29.5μg/L之间,利用x-y图将地下水Pb同位素中206Pb/207Pb-208Pb/206Pb的比率与潜在来源同位素中206Pb/207Pb-208Pb/206Pb的比率进行比较分析发现土壤、岩芯、渗滤液、土壤肥料与该地区地下水中Pb的来源相似,通过贡献度算法对土壤、岩芯、渗滤液、土壤肥料进行线性分析发现:土壤的贡献度为8.7%-21.5%,岩芯的贡献度为22%-58.2%,肥料的贡献度为3%-12.1%,其它的贡献度为15.5%-22.1%,渗滤液的贡献度为14.4%-22.2%。其分析结果表明该产业园区地下水的Pb来源主要来源于岩芯,说明该区域的Pb的主要成因为自然原因。 经过上述的实际应用,表明在本研究中建立的污染溯源方法具有可行性,可以为水体中有机物以及Pb的源解析工作提供技术支撑。

关键词： 规整填料   波纹齿角   流体力学性能   数学模型   CFD模拟  

摘要： 随着医疗、食品等诸多领域的高端化发展,高纯化学品成为当前急需的关键材料,对于化工生产过程提出了更严格的要求。作为重要的分离设备,填料塔已成为传质与分离领域的研究焦点,高效规整填料的创新开发对工艺过程稳定性及产品纯度有重要影响,是研究的核心内容。本文将理论研究、实验测试、CFD模拟计算相结合,以提高流体力学性能及传质性能为目标,开发出一种低压降、高效率的新型规整填料—LLC填料,并建立具有指导意义的数学模型关联式,适应当前化学工业的转型与升级。主要工作和相关结果如下: 1.设计开发了LLC新型规整填料。以Larachi模型描述的压降成因为理论基础,LLC填料波纹片上下两端设置为竖直直线,减小了流体层间过渡方向突变产生的压降;同时将传统波纹齿角90°改进为150°,增大气体通道,使得部分气体逐渐倾向于径直向上流动,填料间流体流动对冲减小,涡流耗散降低,压降大幅降低。 2.以水-空气-氧气为介质在直径190 mm塔内进行了实验。测得两种不同比表面积的LLC填料(A型:500 m2·m-3;B型:250 m2·m-3),以及对照组C型常规填料的流体力学与传质性能。结果显示:在相同的实验条件下,干塔压降C型>A型>B型,且平均压降A型较C型下降45%左右;湿塔压降C型>A型>B型,表明填料结构改变导致湿塔压降降低;液泛气速B型>A型>C型,且A型填料的操作弹性平均值较C型提高了21%左右;等板高度B型>C型>A型,表明在整个F因子测试区间LLC填料结构具有更好的传质性能。 3.采用经典模型关联了实验填料的流体力学性能。结果表明,范宁公式对干塔压降的拟合偏差均在10%以内,但LLC填料的验证准确度与常规填料相比较低;Leva模型对湿塔压降的拟合偏差绝大部分不超过10%,;Bain-Haugen模型对液泛气速的拟合偏差均在10%以内,满足工艺设计的需求。 4.采用CFD进行了模拟计算并构建了新型干塔压降数学模型。模拟结果显示,模型M 250-90压降值与两种商用填料Montzpak B1-250.45和Mellapak 250Y实验值的相对偏差为分别为9.07%和7.83%,均在10%以内,表明基本周期性代表单元的选取具有可靠性;以量纲分析法为数学基础,建立了包含波纹齿角、比表面积和雷诺数等结构性能参数的数学模型关联式,并进行误差分析和内部流动验证,对于描述LLC填料的干塔压降变化具备更高精确度。

关键词： 水轮发电机   电压控制   数学模型   调节方法  

摘要： 现有的技术反馈电路不可避免地存在时间常数，大幅降低了电压控制系统的动态效率。因此，需开发消除反馈惯性的解决方案，进而提高水电站主要设备的稳定性和动态效率。根据水轮发电机电压控制的系统作用，即能源系统的移动电力储备，本文对水轮发电机自激电路现有的技术方案进行了分析，研究了如何提高其效率水平的问题。

关键词： 条件联想   数学模型   一题多解   通性通法  

摘要： 以一道矩形翻折题以及变式为例，借助数学模型从不同角度构图，揭示问题本质，找到解题“秘方”,凸显通性通法，有助于培养学生的发散思维、模型意识和结构化思想，让学生想得到、想得通、想的妙.

关键词： 冻融循环   裂隙砂岩   物理特性   力学特性   破坏模式  

摘要： 自然状态下岩石内部普遍存在着不同产状的裂隙结构面,工程岩体受环境及季节影响易发生冻融损伤现象,引发崩落和滑坡等不良地质灾害的概率增加。本文为探究含走向非一致结构面砂岩在冻融循环下的物理力学劣化特征和破坏模式,以灰白砂岩为研究对象,设置了0°、30°、60°、90°、120°、150°和180°七种不同结构面差异角。通过冻融循环试验探究试样在冻融循环下表观劣化特征、质量损失率、饱和含水率和孔隙率的变化情况;通过常规单轴和三轴力学试验研究砂岩的应力-应变曲线、抗压强度、抗剪强度、弹性模量和变形模量等力学劣化特征,并总结砂岩在受压破坏后的破坏模式。论文主要研究内容及成果如下: (1)砂岩在冻融循环试验后的表面特征、质量损失量、饱和含水率和孔隙率均发生变化。在30次冻融循环后试样的端部和预制裂隙附近出现剥落掉块现象,随冻融循环次数的增加劣化现象愈发明显。砂岩的质量损失率随冻融循环次数的增加而增加,饱和含水率和孔隙率变化曲线随冻融循环次数的增加在0～30次冻融阶段缓慢增长,在30～45次冻融阶段快速增长,在45～60次冻融阶段再次平缓增长。 (2)含走向非一致结构面砂岩在单轴压缩和三轴压缩下的应力-应变曲线的变化规律相似,曲线变化大致可分为微裂隙压密阶段、弹性变形阶段、塑性变形阶段和破坏阶段,与三轴压缩下的应力-应变曲线相比,砂岩在单轴压缩下塑性变形阶段和破坏阶段分别出现了由应力重分布引起的应力跌落和应力回弹。整体上峰值强度随围压的增大而增大,随结构面差异角的增大先增大后减小再增大,随冻融循环次数的增加而减小。 (3)砂岩在单轴压缩下的峰值强度小于三轴压缩下的峰值强度。通过对比分析砂岩峰值强度变化量在冻融循环次数、结构面差异角和围压影响下的变化规律可知,围压和结构面差异角对峰值强度的影响程度大于冻融循环次数对峰值强度的影响程度。冻融循环次数对粘聚力的劣化效应较小且整体规律较差,结构面差异角对抗剪强度的影响作用较大,整体上砂岩的粘聚力与内摩擦角随结构面差异角变化呈现出相反的变化规律,粘聚力随结构面差异角的增大而增大。 (4)整体上砂岩的弹性模量在单轴压缩和三轴压缩下随冻融循环次数变化的增加而降低,随结构面差异角的增加而增加,随围压的增大而增大,单轴压缩下的弹性模量小于三轴压缩下的弹性模量。砂岩的变形模量在冻融循环次数和结构面差异角下的变化规律离散性较大,在围压的影响下变化规律明显,围压增大,变形模量也随之增大。 (5)砂岩在单轴压缩和三轴压缩作用下的主要破坏模式为拉-剪混合破坏,裂纹的发育受控于预制结构面。通过对单轴压缩作用下的破坏过程进行观察分析发现砂岩首先在裂隙尖端起裂,裂纹和损伤区域随应力增大不断扩展贯通,试样最终整体破坏。含不同结构面差异角试样在压缩破坏后表现出不同的裂隙发育特征,含相同结构面差异角试样在单轴压缩和三轴压缩下具有一定共同特征,但同时也存在着一些差异,围压的存在会影响裂隙的发育情况和岩石的破坏特征。

关键词： 数学阅读   数学模型   圆  

摘要： 数学模型思想的建立是学生理解和体会数学与外部世界联系的基本途径。义务教育阶段，数学语言主要表现为数据意识或数据观念、模型意识或模型观念、应用意识，通过让学生经历用数学语言表达现实世界中的简单数量关系与空间形式的过程，初步感悟数学与现实世界的交流方式，能够有意识地运用数学语言表达现实生活与其他学科中事物的性质、关系和规律，并能解释表达的合理性。而数学阅读是学生学习数学知识，发展数学思维，理解数学语言的重要途径，文章以一节公开课“圆中的最值问题”教学实录为例，从数学阅读的视角，感受数学模型的发现美、语言美、图形美、应用美。

关键词： 抗黑胫病红花大金元   栽培措施   数学模型   成熟度   代谢组学   品质  

摘要： 抗黑胫病红花大金元（以下简称抗性红大）品种是云南省烟草农业科学研究院以红花大金元为受体、抗黑胫病种质RBST为供体,经分子标记选择技术,选育出来的新品种。抗性红大作为新品种,既保持了原品种的生物学特性和烟叶质量风格,又显著提高烟叶的稳产性,具有较大的推广前景。然而新品种在烟株群体结构、耐肥性、耐熟性等方面有一定变化,充分认识这些特点,积极研发与之相配套的栽培技术,对充分发挥品种潜力、提升烟叶质量水平有重要意义。以抗性红大为试验材料,于2021-2023年在云南省大理白族自治州设置田间试验,系统研究了种植密度、留叶数、施氮量等烟株个体与群体栽培技术及采收成熟度对烟叶化学成分、感官质量及代谢组学的影响,对抗性红大个体发育和成熟采收进行了优化。主要研究结果如下: （1）为明确不同种植密度和留叶数对抗性红大产质量和香气成分的影响,以抗性红大为材料,设计21930株/hm2（A1）、19845株/hm2（A2）、18120株/hm2（A3）、16665株/hm2（A4）4个种植密度和16片/株（B1）、18片/株（B2）、20片/株（B3）3个留叶数水平,研究不同种植密度和留叶数对抗性红大农艺性状、经济性状、化学成分、香气成分及烟叶感官质量的影响。结果表明,种植密度和留叶数对抗性红大的产质量和香气成分均有显著影响。种植密度对产值产量影响较大,留叶数对农艺性状、上等烟比例和均价影响更大。烟叶内在品质方面,种植密度对淀粉、烟碱和糖碱比影响较大,留叶数主要影响总糖含量;随着留叶数增加,烟叶中性致香成分总量明显下降,芳香族氨基酸降解产物、棕色化反应产物含量先下降再上升,类胡萝卜素降解产物含量上升,类西柏烷类降解产物、叶绿素降解产物含量下降。综合分析,种植密度18120株/hm2（1.2m×0.46 m）,单株留叶20片时,抗性红大烟株农艺性状、经济性状和物理性状较好,化学成分协调,中性致香物质总量较高,香气量足、香气质好、杂气和刺激性较小、烟气浓度大、余味舒适,感官质量评分最高,为本研究最佳栽培组合。 （2）为研究施氮量与留叶数对抗性红大产值和质量的影响,建立抗性红大优化栽培技术指标体系,采用双因素裂区试验,主区设4个施氮量水平,67.5 kg/hm2（N1）、75.0 kg/hm2（N2）、82.5 kg/hm2（N3）、90.0 kg/hm2（N4）,副区设4个留叶数水平,16片（L1）、18片（L2）、20片（L3）、22片（L4）,建立施氮量和留叶数对产值、中性致香成分含量及感官评价的数学模型,并进行模拟寻优。单因素数学模型分析表明,施氮量和留叶数与产值、中性致香成分含量及感官评价的单因素数学模型均呈凸抛物线型变化,随着施氮量和留叶数的增加,产值、中性致香成分含量和感官评价呈现先增加后降低趋势。双因素数学模型分析表明,施氮量和留叶数对产值、中性致香成分含量和感官评价存在显著影响,施氮量对产值和感官质量的影响较大,留叶数对中性致香成分总量的影响较大,在本试验区间存在最大值。通过对模型解析和模拟寻优表明,施氮量82.3-90.0 kg/hm2,单株留叶数20-21片,烟叶产值最大,中性香气成分含量最多,感官品质最佳,为抗性红大烟叶的优化栽培组合。 （3）为探究抗性红大与常规红花大金元耐肥性差异及配施氮素增效剂对烟叶产质量影响效应,在云南省大理白族自治州弥渡县密祉镇采用大田实验,以红花大金元和抗性红大为材料,设置4个施氮量,分别为67.5 kg/hm2、75.0 kg/hm2、82.5 kg/hm2、90.0 kg/hm2,每个处理在团棵期与旺长期喷施氮素增效剂和喷施清水,并用红花大金元喷施清水做对照。结果表明,随着施氮量的增加,烟叶的农艺性状和物理性状呈增加的趋势;烟叶产量增加,产值、上等烟比例和均价先增加后下降;烟叶总糖和还原糖含量下降,烟碱、钾、氯和总氮含量上升;烟叶感官质量提高,但施氮量过高,烟叶感官质量下降;抗性红大与红大相比表现出较强的耐肥性,氮肥稍过量时,红大大田期易黑爆,烤后烟品质明显下降。综合分析,抗性红大最佳施氮量为82.5 kg/hm2,红大最佳施氮量为75.0 kg/hm2;配施氮素增效剂可以减少施氮量,减少量为7.5 kg/hm2,即配施氮素增效剂后抗性红大最佳施氮量为75.0 kg/hm2。 （4）为明确抗性红大适宜采收成熟度,以抗性红大为材料,设置ST1（提前4d采收）、ST2（当地正常采收）、ST3（延迟4d采收）、ST4（延迟8d采收）4个成熟度处理,研究研究不同采收成熟度对烟叶田间鲜烟外观特征、SPAD值、化学成分、感官质量及代谢组学的影响。结果表明:随着采收期的延迟,烟叶外观由绿变黄,成熟斑增多,SPAD值逐渐降低,在烟叶开始成熟落黄时,富集在植物激素信号转导代谢通路的代谢物脱落酸含量显著上调;烟

关键词： 矿井水水质   生物地球化学作用   水化学场   微生物场   数学模型  

摘要： 矿井水的水质形成及演化过程非常复杂，受水动力场、水化学场和微生物场等多场控制.建立水化学场-微生物场耦合作用数学模型是构建多场耦合模型的重要内容.本文在构建矿井水水质形成及演化的水动力场数学模型基础上，选取以高盐（SO4-Na型）为主要矿井水水质特征的华北典型矿井作为模式研究区，开展室内微宇宙模拟试验.利用水文地球化学测试、微生物高通量测序等手段，探究水化学场与微生物场耦合作用下的水质演化过程.全封闭、前期半封闭和高煤3组对比试验结果表明：全封闭试验组体系中特征污染物为SO42-,浓度整体先增加后降低，截止365 d时相较于浓度最高点降低了14.3%;前期半封闭时SO42-浓度低于封闭试验体系，而后期封闭后又高于全封闭试验组，说明氧气对SO42-的来源与去路存在明显影响；试验前期明显的H2S气味证明发生了硫酸盐还原反应；参与硫循环的相关菌属（主要包括硫氧化菌和硫酸盐还原菌）丰度与SO42-的浓度变化密切相关.反应体系中对SO42-浓度产生影响的主要作用包括吸附/解吸、溶解/沉淀、硫氧化菌参与的黄铁矿氧化作用以及硫酸盐还原菌参与的硫酸盐还原作用.在此基础上分别建立影响SO42-浓度4个作用的数学模型，并与微生物场耦合构建了煤矿矿井水水质形成及演化的水化学-微生物场数学模型.该模型反映了水化学与微生物作用下的水质演化内在机制，并为后续构建煤矿区地下水污染的多场耦合数值模型奠定基础.

关键词： 复合油脂凝胶   蜡凝胶剂   乙基纤维素   白藜芦醇   消化特性   物理特性   氧化稳定性  

摘要： 传统塑性脂肪中含有反式脂肪酸和饱和脂肪酸等物质，过度摄入会对人体产生不良影响。目前，油脂凝胶技术是一种新型替代传统塑性脂肪的方法，具有低饱和脂肪和零反式脂肪的优点。低分子量蜡凝胶剂因价格低廉且凝胶性能强受到了广泛的关注，但蜡质口感限制了其在食品中的应用。乙基纤维素是唯一一种可以直接溶解于油相中的聚合物凝胶剂。白藜芦醇具有抗氧化、抗炎、抗癌及心血管保护等作用，但是水溶性差、生物利用率低等问题限制了它的应用。本研究选用蜂蜡、小烛树蜡、巴西棕榈蜡分别与乙基纤维素进行复配，开发不同的新型复合油脂凝胶，并且通过荷载白藜芦醇测试三元复合油脂凝胶体系的体外模拟消化及物理特性，最后探究其结构对氧化稳定性的影响，为兼具安全性和营养性复合油脂凝胶的制备与应用提供理论支持。主要研究内容如下:　　(1)研究了凝胶剂比例对复合油脂凝胶成胶机制的影响。研究发现在三种油脂凝胶体系中，内部结构稳定程度依次为:CLEOs＞BEOs＞CWEOs;三种复合油脂凝胶具有不同的凝胶机制，即“针尖”纤维网络结构和“树突状”晶体网络结构;复合油脂凝胶中分子层的横向堆积程度较高，表现出氢键与范德华力作用，后者占主导作用;随着凝胶剂中蜡用量的增加，复合油脂凝胶的L*值、油结合能力、熔融温度、硬度和流变行为均有所提高，同时促进了体系中更致密的网络结构和更小的结晶颗粒的产生。　　(2)研究了荷载白藜芦醇复合油脂凝胶的体外模拟消化及物理特性。研究发现内部结构稳定性程度分别为:3CLEOs＞3BEOs＞3CWEOs,荷载白藜芦醇存在去晶体化现象，且促进了各油脂凝胶体系结构和强度;3CLO的荷载量和包埋率最高，分别为4.84 mg/g和96.84％，脂解程度和生物利用度最低，分别为22.35％和42.63％。与3CLEOs相比，3BEOs和3CWEOs在2 h内更容易被消化，3CLEOs最适合作为白藜芦醇的荷载系统。　　(3)研究了不同二、三元复合油脂凝胶的热氧化特性。研究发现荷载白藜芦醇可有效减少复合油脂凝胶的氧化，复合油脂凝胶对氮氧化物和甲烷物种敏感;利用1H NMR核磁共振技术追踪油脂凝胶氧化产物的演化过程，CWEOs比CLEOs和BEOs具有更高的营养特性(微量元素酰基含量)和水解能力(1-单甘油酯和2-单甘油酯含量)。氧化质子信号的峰值含量为EO＞BEOs＞CWEOs＞CLEOs,二元油脂凝胶体系＞三元油脂凝胶体系。荷载白藜芦醇有效地稳定了复合油脂凝胶的不饱和脂肪酸酰基含量，降低了环氧化物等有毒物质的产生。　　综上，通过对复合油脂凝胶体系宏观及微观性能的研究，初步探讨了凝胶因子在油脂凝胶中的成胶机制，并且通过氧化稳定性和释放试验检验了荷载白藜芦醇复合油脂凝胶体系的功能性，为该体系在生产实践中的应用提供了方法借鉴和理论支持。

关键词： 桥式天车   抓斗消摆控制算法   数学模型  

摘要： 在当今的社会，天车被广泛应用在建筑业、冶金业、制造业中，其主要工作内容是将目标物体快而准地搬运至指定地点，并在搬运的工程中使目标物体的摆动幅度尽可能降低。目前在实际冶金中天车大多都是由天车司机在现场进行手动操作，这种方式会呈现出消摆效果差，即矿料到达投放位置时需等待一段时间来减缓摆动幅度后才可在矿车投放矿料。正因天车工作时抓斗的摆动难以消除，导致车间的工作效率降低。如果不等抓斗停止摆动就投放矿料，会使矿料洒出导致浪费，严重的话还会造成安全事故。因此如何能降低或抑制抓斗处的摆动是现在天车研究面临的一大难题。　　本文先对天车所包含机构进行分析，给出天车控制系统的总体框架图并对研究对象简要介绍，然后对天车工作过程中的物理模型进行受力分析，使用分析力学中的拉格朗日方程来建立天车系统的二维和三维数学模型。针对消除天车抓斗的摆动、实现小车精准定位提出了一种基于线性二次型最优控制算法（LQR）和粒子群优化算法（PSO）的天车定位消摆控制策略。具体是通该系统基于样机的简化数学模型导出天车系统的状态方程，应用LQR控制策略对天车系统进行控制以实现期望效果，由于LQR控制器的参数设定需要不停的凑试以求获得最好的效果故需要耗费一定的时间，故提出粒子群算法对控制器的参数进行优化。之后通过仿真来验证改进后的天车LQR控制器具有更好的控制效果。由于LQR控制器比较依赖于研究对象的精确数学模型，而在实际中由于外界环境的不确定性和天车系统内部复杂的构造和耦合的特点使得所建立的数学模型较难达到实际性能的要求，所以本文从变绳长的角度出发，应用荡秋千原理通过控制抓斗绳子伸长和收缩量来影响摆动过程中产生的科氏力和通过沿绳长方向拉力F2做负功来消耗抓斗中的能量来消除摆动。最后用相关模拟实验来验证该控制理论的可行性。