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关键词： 磨损机制   数学模型   表面剥层   体相断裂  

摘要： 流化床系统通过将颗粒悬浮于流体介质中从而改变颗粒之间的接触形式,具有传热性能优异、气固混合均匀、接触面积大、节能高效等优点,已被广泛应用于燃烧、干燥、催化、气化、和光催化氧化等工业过程。然而,颗粒的流化磨损现象非常常见,目前对于颗粒流化磨损的研究认识仍不足,相关机理研究还很薄弱,大多数实验研究对于表面剥层和体相断裂机制没有加以区别。本研究基于对表面剥层和体相断裂两种机制的认识,开展冷态和热态石英砂颗粒流化磨损实验并基于实验数据建立流化磨损数学模型。 开展了石英砂颗粒冷态流化磨损实验。首先对石英砂颗粒代表性过程和特性进行分析,并将细粉累积质量分数与流化时间进行Gwyn方程拟合,通过方程参数对颗粒流化磨损机制进一步分析。探究操作参数和颗粒性质等因素对颗粒流化磨损的影响规律。结果表明:在快速磨损阶段,体相断裂和表面剥层均对石英砂颗粒磨损有明显影响,粒度变化速率大且产生大量细粉,体相断裂产生颗粒的质量分数明显小于表面剥层产生细粉的质量分数,因而表面剥层在快速磨损阶段是主导机制;粒度变化速率随表观气速增加而增大,与初始粒径的关系不存在单一趋势。进入稳态磨损阶段后,石英砂磨损的主导机制仍为表面剥层,体相断裂机制对颗粒流化磨损几乎没有贡献,粒度变化速率不再随表观气速和初始粒径发生变化。 基于石英砂颗粒冷态流化磨损实验数据结果提出了适用于预测石英砂颗粒流化磨损数学模型。本文得到的关于流化时间、表观气速、初始粒径等参数与流化磨损产生细粉累积质量分数的关联式,具有较好的预测效果,可用于描述和预测颗粒的流态化磨损状态。此外,利用非稳态磨损阶段和稳态磨损阶段的实验数据,得到用于表征细粉累积质量分数变化速率r的预测关联式,可以较好地预测非稳态磨损阶段的磨损速率。 开展了石英砂颗粒热态流化磨损实验。相比于冷态流化磨损实验,增加了床体加热和空气预热过程,着重探究床温和初始粒径对颗粒流化磨损的影响。研究表明:在热态流化磨损初期,热应力加剧了颗粒裂纹的产生和延展,颗粒产生大量子颗粒,体相断裂机制占主导。进入稳态磨损阶段后,表面剥层机制占主导。在非稳态磨损阶段,流化温度在200℃～400℃时,随着流化温度升高,热应力增强,表面剥层作用增强,体相断裂现象加剧。在流化温度为25℃～200℃范围内,温度对颗粒磨损的影响可以忽略。流化温度为400℃时,粒径对颗粒流化磨损的影响不明显。在稳态磨损阶段,随着流化温度的升高,颗粒磨损逐渐由体相断裂机制占主导过渡到表面剥层机制占主导。

关键词： 电路-概率理论   数学模型   Simulink仿真   神经电刺激  

摘要： 脊髓损伤是一种严重的中枢神经系统损伤,其以高发病率、高致残率和高死亡率等特点,引起了医疗界的广泛关注,也是全球面临的医疗难题。近二十年以来,手术、药物、细胞移植以及康复治疗等方面虽然有了许多进步,但肢体的肌肉功能、感觉和自主神经功能丧失的问题始终没有得到解决。因此,通过工程学方法能够有效地恢复患者肢体的正常功能。本文主要关注外周神经进行功能性电刺激中出现的稳定性变差的问题。这种稳定性变差会导致患者常常无法完成一个稳定的动作,如举手,拿取物品等。因此,揭示外周神经功能性电刺激响应的稳定性变差的原因,对优化设计电刺激方案以及电极的设计具有指导性意义。外周神经功能性电刺激响应的稳定性变差的内在机制以及来源仍存在争议。目前,针对这种稳定性变差的现象,一种较为常见的假设则认为,外周神经功能性电刺激会在局部对神经元细胞膜电位产生扰动,使得其阈值电压产生波动,从而使得机械响应强度不稳定。为探究外周神经电刺激的稳定性变化,首先进行了外周神经功能性电刺激实验的准备工作,包括电刺激平台的搭建、动物手术准备和植入式电极的设计制作与测试。在坐骨神经电刺激实验中,发现同样电刺激参数下重复电刺激会导致机械响应的稳定性变差。因此,定义和计算了实验不稳定性,并观察到在改变刺激电流幅值的情况下不稳定性曲线出现“正峰值”,称之为不稳定性峰。试图解释和避开不稳定性峰,采用电路-概率理论对稳定性变差的现象做出解释,并给出积极的解决方案。本研究发现,一方面,神经电刺激实验的结果能够在仿真中很好地再现。这说明构建的仿真模型能够较好地解释神经电刺激实验现象。其中,本文认为电刺激中的不稳定性确实是由于阈值电压波动导致的,而不稳定性峰的来源是亚阈值刺激下跨膜电场产生的亚阈值振荡。另一方面,依据不同电刺激参数下不稳定性的仿真结果,提出了动态调整电刺激参数的指导性方案,以改善外周神经功能性电刺激响应的稳定性。

关键词： 天然气净化厂   公用工程   系统节能   数学模型   集成优化  

摘要： 高含硫天然气的净化是国产天然气开发的重要环节,整个净化过程产生的能耗约占天然气开发总能耗的30%,具有很大的节能潜力。而公用工程系统作为天然气净化厂能源生产环节,它的综合优化可以有效降低全局生产成本、提高热电联产效率。公用工程包括电力系统、水系统以及蒸汽动力系统等系统,其内部物流与能流情况复杂多变,在进行集成优化研究时应充分考虑各子系统间的相互联系。目前,净化厂在不同工况下的生产方案缺少理论指导,节能空间广阔,因此开展高含硫天然气净化厂公用工程系统集成优化迫在眉睫。 本文通过实际调研、数据采集以及相关资料整理得到普光高含硫天然气净化厂工艺流程以及操作参数,并在此基础上开展公用工程系统的集成优化研究。首先从设备的角度出发建立系统主要耗能设备燃气锅炉的数学模型以提高锅炉运行决策水平。为保证建模数据的可靠性,基于格拉布斯(Grubbs)准则对数据进行预处理,并引入平均影响值(MIV)算法得到影响锅炉燃气消耗的5个关键运行参数。建立了燃气锅炉单位能耗与关键运行参数相互关系的神经网络模型,模型的平均相对误差为1.52%,满足工程应用。最后引入麻雀搜索算法(SSA)进一步提高模型的计算精度和泛化能力;其次从系统角度出发利用数学规划法建立公用工程系统混合整数非线性(MINLP)模型以降低全局用能费用。以系统总用能费用最低为目标,并结合遗传(GA)算法实现优化模型求解。以工况1为例,求解得到公用工程最佳设备运行方案,该方案下的公用工程总操作费用为5069.4元/h,相比未优化前费用下降了5.3%,且优化后的蒸汽与电力供给更加合理;最后考虑到公用工程界区蒸汽管网散热损失影响,建立管网的水力、热力计算模型,通过迭代逼近和分步计算方法实现任意工况下的热流密度和沿途温降计算。以某时刻下的实际工况为例分析供热管网的散热损失,并参考国家标准对管网的保温性能进行评价,结果显示在该工况下中压热网的22个管道中仅有2个管段合格,保温性能合格率仅为9.1%。

关键词： 连铸   板坯   尾坯   切割优化   数学模型  

摘要： 针对连铸机多流单定尺板坯的生产，介绍了已有的尾坯优化模型并建立了新的尾坯优化模型。此外，使用两种方法对新模型进行优化，以提高新模型的生产效率。利用C++计算机高级语言，通过Visual Studio 2019编译软件开发程序，分别计算未使用模型、使用模型和两种优化方法时在浇流各流能够生产的铸坯数量和各流距离水口关闭剩余时间。计算结果表明，在使用模型和两种优化方法时，在浇流总共可以生产50块铸坯，相比于未使用模型时的48块多生产2块铸坯，提高了金属收得率。此外，在使用两种优化方法时，在浇流中距离水口关闭剩余时间的最大值与最小值的差值分别为7.89 s和4.24 s,相比于使用模型时的11.50 s都有所减小，起到了优化作用，提高了生产效率。

关键词： 电缆贯通供电系统   数学模型   供电方案   模态法   并联谐振  

摘要： 新型电缆贯通供电系统能够有效避免交流供电系统电分相、直流供电系统杂散电流等问题,其供电能力与既有供电系统相比较强,再生能量利用率较高。在针对新型电缆贯通供电系统谐波问题的既有研究工作中,未考虑系统的单边供电情况,故本文在建立精确的数学计算模型基础上,对新型电缆贯通供电系统的供电方案以及谐波谐振特性进行深入研究。 首先,通过端口特性方程与二端口网络理论,将电缆牵引网的牵引电缆、架空接触网和单相牵引变压器的T传输参数统一转化π型等值电路。按照各自位置关系连接封装,构成了整个系统π型等值电路模型。 其次,根据实际铁路数据,结合新型电缆贯通供电系统供电能力,提出了三种供电方案并建立了不同供电方案通用的等值模型。对电缆牵引网进行了阻抗和电压损失计算。建立系统节点导纳矩阵,结合节点电压分裂法,给出了迭代潮流算法流程。以电压损失为约束条件,确定了各供电方案的供电距离以及牵引变压器位置。分别计算不同供电方案的牵引变压器容量,并进行了对比分析。 最后,总结了新型电缆贯通供电系统串联谐振与并联谐振的原理,从集中参数模型角度定性的分析了从机车端口逐步节点看进去所发生的串、并联谐振特性。利用模态法定量对比分析了三种供电方案的谐振规律,得出了系统谐振特性的影响因素以及机车数量、电缆牵引网长度对系统谐振特性的影响。通过搭建系统Simulink仿真模型,对理论模型与模态法结合的谐波谐振算法准确性进行了验证。 研究结果表明,考虑紧密运行情况下,各供电方案的所有机车端电压均大于22.5k V,具有良好的电压水平。供电方案3牵引变压器总安装容量最小。从牵引电缆和牵引变压器的安装及维护成本来看,供电方案3经济性更好。供电方案3谐波谐振点数目最少。系统高次谐波谐振频率随电缆牵引网长度增大而降低。中心变电所只有并联谐振点及附近处谐波电压含量最高。

关键词： 卫星导航系统   低成本接收机   定位算法   数学模型   误差处理   质量控制  

摘要： 随着GPS现代化、北斗三号卫星导航系统正式开通，卫星导航技术在位置分享、消防减灾、医疗救援、精密农业、电子围栏等方面得到了广泛应用，同时人们对定位精度也要求越来越高。目前，高精度定位技术通常采用昂贵的大地测量型接收机和测量天线，限制了大众在高精度定位的应用。利用低成本接收机实现高精度定位具有重要的实际意义，已成为近年来GNSS导航与定位领域的研究热点。　　本文旨在深入地研究低成本接收机GPS/BDS-RTK高精度定位算法，涉及建立定位数学模型、误差源的处理与分析、整周模糊度求解与质量控制等，在已有的算法的基础上，针对低成本接收机的特性，提出相应的质量控制策略，以满足低成本接收机在高精度RTK定位需求。基于此，本文主要开展了以下工作和结果如下：　　1.采用TI公司推出的双核异构芯片OMAP-L138作为低成本接收机核心处理器，该平台同时拥有传统DSP平台的强大高速运算能力与ARM嵌入式平台的特点，提出以G PS/BDS组合的实时RTK高精度定位系统硬件平台的设计解决方案，该设计方案具有集成度高、成本低等特点。　　2.梳理了GPS/BDS组合的常规RTK高精度定位基础理论知识，从卫星导航基础理论入手，其中包括函数模型、随机模型、最小二乘与卡尔曼滤波参数估计方法和多频组合观测理论。针对低成本接收机的特性，采用三阈值法进行周跳探测，同时提出了针对低成本接收机可靠性控制策略以及采用SVD-RAIM算法。　　3.在上述GPS/BDS-RTK定位理论和技术方法的研究基础上，设计对比实验，通过实测验证了基于嵌入式硬件平台的低成本接收机的定位算法程序，该程序实现了实时单历元GPS/BDS-RTK定位解算，其RTK定位精度可以服务于准厘米级的定位与导航的应用，同时实现通过串口通信方式将实时定位结果输出给使用者。

关键词： 高精度仪器仪表   测量误差   补偿算法   数学模型   数据分析  

摘要： 本文旨在研究高精度仪器仪表的测量误差补偿算法及其在实际应用中的效果。高精度仪器仪表在科学研究、工程控制和制造过程中起着关键作用，然而，由于各种因素的影响，其测量结果往往存在一定的误差。因此，本研究针对这一问题，提出了一种基于数学模型和数据分析的误差补偿方法，通过对测量数据进行实时监测和分析，自动校正测量误差。该算法利用先进的数据处理技术，结合传感器校准和误差模型建立，能够准确识别和补偿测量误差，提高仪器仪表的测量精度，并通过实验验证了其有效性。研究结果表明，该算法能够显著提高仪器仪表的测量精度，为各领域的精密测量提供了有力支持。

关键词： 输血治疗   冷冻保存   红细胞   冷冻保护剂   数学模型  

摘要： 目的:输注红细胞是治疗缺血性贫血、应急性失血和白血病等疾病的有效治疗方案。通过常规方案,红细胞最多只能储存42天,这导致了大量红细胞失效弃用。在深低温下,红细胞的代谢速率会大大降低。因此,将红细胞置于液氮中冷冻保存是延长其有效期的有力方法。在冷冻的过程中,形成的冰晶会对红细胞造成不可逆转的伤害。目前,通常在红细胞冷冻前加入高浓度的甘油作为冷冻保护剂(Cryoprotectant,CPA),以此来降低损伤。然而,甘油会严重诱导红细胞形变和溶血,使得其冷冻保存效率大打折扣。基于上述挑战,我们希望找出一种无毒、安全、高效的CPA,从而推动红细胞冷冻保存的发展。方法:本研究以绵羊红细胞为实验模型,从甘氨酸(一种经典CPA)的衍生物出发,选择N-三(羟甲基)甲基甘氨酸(N-tris(hydroxymethyl)methylglycine,Tricine)作为目标CPA。将Tricine与红细胞共培养,以红细胞存活率为指标验证其生物相容性。在梯度浓度的Tricine溶液中冷冻保存红细胞,确定其最佳使用浓度。从三种冷冻损伤(机械损伤,渗透损伤和氧化损伤)入手,探究Tricine在冷冻保存中的作用机理。用高浓度的Na Cl溶液来模拟红细胞在冷冻过程中经历的高渗状态,检测Tricine在调节渗透平衡中的作用。通过Splat assay检测Tricine的冰重结晶抑制(Ice Recrystallization Inhibition,IRI)活性,并用差示扫描量热法(Differential Scanning Calorimetry,DSC)检测Tricine中结合水比例,以此来验证其抵抗冰晶机械损伤的能力。通过DPPH法(2,2-Diphenyl-1-picrylhydrazyl assay)测定Tricine总抗氧化能力,并以冷冻保存后红细胞超氧化物歧化酶(Superoxide Dismutase,SOD)活性和丙二醛(Malondialdehyde,MDA)含量为指标,检测Tricine抵抗氧化损伤的能力。以红细胞形态、红细胞沉降率(Erythrocyte Sedimentation Rate,ESR)、ATP酶活性和血红蛋白含量为指标,测定冷冻保存后红细胞的功能;最后,使用数学模型定量分析Tricine在冷冻保存中的优势。结果:Tricine与红细胞共同培养48h后,红细胞基本没有发生溶血,表明Tricine具有优秀的生物相容性;冷冻保存实验证明了Tricine能在低温下有效地保护红细胞,在最佳浓度下红细胞的存活率高达80%以上。渗透实验显示,在高浓度的Na Cl溶液中,红细胞会严重地渗透脱水,表现出荆棘型的外观以及低的存活率;而Tricine的加入大大缓解了红细胞的脱水和死亡,这表明在冷冻过程中Tricine可以有效地降低由溶剂结冰而导致的渗透损伤。Splat assay实验表明,Tricine具有很强的IRI活性,可以显著抑制复温过程中的冰晶生长,降低大尺寸冰晶对红细胞的机械损伤。DSC实验进一步表明,Tricine具有强大的结合水能力,可以打破水分子间的氢键网络,从而抑制冰重结晶。DPPH清除能力实验和SOD酶活性测试分别证明,Tricine既可以直接清除活性氧(Reactive Oxygen Species,ROS),也可以通过维持内源性抗氧化酶活性来抵御氧化损伤;冷冻后红细胞的MDA含量直接表明,Tricine可以减轻冷冻过程中脂质过氧化。在Tricine中冷冻后,红细胞形态、ESR、ATP酶活性和血红蛋白含量均与未冷冻的新鲜红细胞无显著差异,证明其具有正常的性质和功能。优劣解距离法(Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution,TOPSIS)、层次分析法(Analytic Hierarchy Process,AHP)以及秩和比法(Rank Sum Ratio,RSR)三种数学模型用于对比Tricine与其他CPA。结果表明,Tricine在冷冻保存中具有优秀的性能。结论:Tricine具有优秀的生物相容性。在最佳浓度下,Tricine可以有效降低冷冻过程中红细胞受到的渗透损伤、机械损伤和氧化损伤,获得令人满意的存活率。此外,红细胞的性质和功能保持正常。通过数学建模分析进一步证明了Tricine在冷冻保存中的优越性能。此研究为红细胞冷冻保存和新型冷冻保护剂的研发提供了新的思路,有望促进输血医学的发展。图23幅,表17个,参考文献86篇

关键词： MSMA   自感知执行器   数学模型   消振  

摘要： 磁控形状记忆合金(Magnetic Shape Memory Alloy,简称MSMA)因为其具有输出位移大,频率响应高以及易于控制等特点成为了近些年兴起的一类智能材料。本文基于MSMA的可逆特性对MSMA自感知执行器展开研究,推导MSMA自感知执行器的输入输出模型,设计有效的消振控制算法实现振动的主动控制。具体内容如下:采用改进的MSMA自感知执行器结构,基于等效磁路法建立磁场强度模型;根据前人经验,将MSMA磁化曲线理想化推导出MSMA感生应力模型;基于动力学原理推导出MSMA自感知执行器的动力学模型,分析其动态特性;研究时分复用方法用于传感信号与执行信号解耦,将MSMA自感知执行器工作过程分为传感与执行两个阶段,分别建立传感模型与执行模型,并通过两个阶段的中间量关系,推导出MSMA自感知执行器感应电压-执行电流模型,为控制算法奠定理论基础。根据MSMA自感知执行器的消振原理与实验特点,提出前馈-PID反馈控制算法。实验以外部激振力的控制信号为参考信号,基于频率测量原理,学习两个周期后掌握外部激振力信号频率等信息后配置输出控制信号。以MSMA初始位移为参考位移,实际位移与参考位移的差值作为被控量进行反馈控制。通过反馈作用以减小误差实现振动主动控制。基于时分复用原理,以DSP为核心控制芯片。通过控制传感信号与执行信号通道上开关的通断,使信号处于不同的时隙进行传输从而达到传感信号与执行信号解耦的目的。采用控制变量法,分别设置三组不同数值的励磁电流与执行电流进行实验,将感应电压和输出位移计算值与实测值进行比较,以此验证模型的精确性。最后,通过设置不同的激振频率,以及控制算法的PID控制参数进行实验,以位移传感器与压力传感器检测波形为消振效果的依据,在PID控制参数一定时,外部激振力频率升高消振效果降低,保持外部激振力幅值与频率不变,选择合适的PID控制参数能提高控制算法的消振效果。

关键词： BP神经网络   数学模型   售电量预测  

摘要： 阐述BP神经网络与X12、ARIMA数学结合算法，提高不同维度售电量预报精度。探讨影响售电量预报参数，对历史售电量数据分解为趋势分量、季节周期分量和随机分量，且各分量随时间的变化规律不一样，针对各分量序列不同特征分别分析，其结果选用乘法模型进行叠加处理。在保证计算精度和运算时间满足实际应用的前提下，合理计算BP网络隐层数量，以及输入层参数。通过大量实际数据与预报数据的误差分析，确定传统数学模型与BP神经网络相结合的方法预报精度误差小于5%。