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关键词： 对称双芯式移相变压器   数学模型   影响机理及特性   改进保护策略  

摘要： 移相变压器具有良好的潮流控制能力,可以有效解决当今区域大电网互联造成的潮流分布不均,重要断面输送能力受限等问题。目前国内外学者在移相变压器工作机理、对继电保护的影响及相关保护策略都开展了一定的研究,但也存在一定的不足之处。其一是现有模型适应性不足,现有模型要么是应用层面的简化建模,要么是复杂的时域动态模型;其二是对移相变压器影响距离保护的机理特性认识不足,导致相应的保护策略存在精度不够等问题。鉴于此,本文从移相变压器的电磁约束出发,构建了其电磁解耦的等值电路,并以此为理论基础,分析了其对距离保护测量阻抗的影响机理和特性,最后在特性分析的基础上提出了相应的距离保护改进方案,为移相变压器的工程运用提供了一定的理论支撑和技术指导。本文主要研究内容如下:针对现有移相变压器数学模型在内外部端口故障下不能适用的问题,基于相分量法建立其全相数学模型。以对称双芯式(Symmetrical two-core phase shift transformer,STPST)为例,根据其电磁约束和拓扑结构得到了其导纳矩阵和全相等效电路模型,并根据不同的故障类型对矩阵进行相应的修正。对比了模型与仿真计算结果,验证了模型计算的准确性和有效性,为后文工作提供了相应的理论保障。针对移相变压器对距离保护的影响机理研究不足的问题,首先分析了移相变压器在不同相序下的运行特性,然后根据不同故障类型,推导了含移相变压器线路的距离保护测量阻抗表达式,并分析了该阻抗表达式中相关项的物理意义,并进一步分析测量阻中附加阻抗表现的阻抗性质。针对不同因素对测量阻抗的影响特性不同的问题,基于本文所提数学模型的计算结果,梳理了档位、故障位置、系统强弱及线路阻抗大小对测量阻抗的影响特性,总结了其中的变化规律和特点。结果表明档位和故障距离对测量阻抗的影响不同,且由于移相角的存在还需考虑系统强弱对测量阻抗的影响。针对保护偏移圆附加移相变压器等效阻抗的方法无法适应含有移相变压器线路距离保护的问题,在上述理论分析和影响特性基础上,提出了由移相角存在所带来的附加阻抗的相位补偿方案和由等效漏阻抗所带来的附加阻抗的幅值补偿方案。阐述了该改进保护方案所对应的物理概念,且给出了详细的保护方案结构和流程图,最后验证了上述理论分析和改进策略的准确性和有效性。

关键词： 石灰   数学模型   煅烧温度   核收缩   分解率  

摘要： 为优化石灰窑的运行参数，建立了基于核收缩的单颗粒石灰石与石灰竖窑煅烧过程的数学模型并采用Matlab进行数值求解。研究了不同煅烧条件对单颗粒石灰石分解速率的影响及部分操作参数对石灰竖窑煅烧温度与分解率的影响规律。研究表明：影响石灰石颗粒分解速率的主要因素是煅烧温度，此外降低环境CO2浓度、减少颗粒粒径也能一定程度上促进颗粒分解。对于炉窑煅烧过程，改变产量对煅烧温度影响较大但对石灰石分解率影响有限，同时提高物料预热温度能使反应空间前移，促进煤粉燃尽与石灰石完全分解。

关键词： 必需安全时间   沉管隧道   人员疏散   增强学习   数学模型  

摘要： 火灾是海底特长沉管隧道运营阶段所面临的重大安全风险之一,其燃烧所产生的高温烟气和有害气体等会威胁隧道内疏散人员的生命健康,若不采取行之有效的疏散措施必然会导致人员伤亡情况的出现。火灾场景下的人员安全疏散问题已成为当今隧道运营过程中防灾减灾研究的核心。因此,本文以水下沉管隧道安全疏散问题为研究背景,通过理论推导、现场实测、数值计算等多种方法,对人员安全疏散必需时间及其影响因素等展开了重点探究。本文主要研究内容如下:1)制定了关于隧道人员安全疏散的基本假定,依据人员运动过程中周围环境的变化引起边界条件的改变,将人员在隧道内的疏散过程进行详细划分,提出安全疏散必需时间状态方程,构建了安全疏散时间离散模型,将人员疏散必需安全时间进行数学化处理分析。2)探究了人员在疏散过程中不同边界条件下的运动参数:通过对枢纽站旅客构成及其人员疏散准备时间边界条件调查,掌握公路交通旅客年龄和性别组成及符合我国公民体质的下车平均速率;构建还原真实隧道火灾边界条件,记录人员在模拟火灾场景中的运动速度理论值;开展不同坡率下的样本运动试验,以人员血压变化情况作为评价指标,分析坡度变化对个体运动行为产生的影响;测定不同宽疏散门人群通行情况,获得疏散门等候时间边界条件影响下的人员运动物理参数;实测狭长区域人员运动数据,类比分析横通道环境人员疏散影响规律。3)采用增强学习算法探究多出口下逃生人员对疏散路径的选择,结合必需时间离散模型获得沉管隧道人员疏散必需安全时间,并与Pathfinder软件仿真模拟下的沉管隧道人员疏散情况结果进行对比,分析仿真软件相较于真实疏散场景所存在的缺陷和不足,提出相应的修正系数,同时论证其人员疏散必需安全时间离散模型的有效性及可靠性。

关键词： 聚氨酯   复合涂层   模拟加速实验   数学模型   寿命预测  

摘要： 有机涂层保护作为最经济、最有效的防护措施,被广泛应用于金属防腐领域。目前,我国动车组多以铝合金等金属材料作为车身,并采用底漆、腻子、中涂漆、底色漆和清漆的配套体系作为车身防护涂层。然而车体外部涂层在实际服役环境中易受自然条件的作用发生变色、粉化、起泡或剥落导致性能下降,失去对车体的保护作用,致使车身发生腐蚀,严重时还会影响到高速动车组的运行安全。有机防护涂层本身耐受性能的强弱对高速动车组能否长期稳定运行有着非常大的影响,故在短期内实现涂层性能快速评价对高速动车组车体外部防护涂层的选择及使用来说意义重大。通过实验室方法对涂层性能进行快速评价以及使用寿命预测已成为一个重要的研究领域,具有很大的研究价值。 本论文通过实验研究结合自然环境数据调研并进行简化处理,建立自然暴露实验环境谱,将主要影响因素进行折合计算,并通过实验室紫外老化实验、盐雾老化实验、恒湿恒热实验等实验室加速老化实验方法,设计加速老化实验来模拟自然环境对涂层耐老化性能的影响。以光泽度、色差性能变化为主,将模拟加速实验结果和自然暴露实验数据进行比对,探究两者之间的关联性,并验证实验设计方法的合理性。实验结果表明,失光率性能指标的相关性系数ρ=0.970-0.993,加速系数在16-24之间,色差性能指标的相关性系数ρ=0.956-0.998,加速系数的取值范围为15-22,两者之间存在较好的关联性,在模拟加速实验条件下能够较好的再现涂层暴露于自然环境中的老化行为。 通过对瑞典国家气候条件进行调研,建立瑞典自然环境谱,以此设计模拟加速实验验证涂层在瑞典气候条件下的老化趋势。通过对涂层的光泽度、色差、附着力进行测试,研究涂层性能变化;通过扫描电子显微镜(SEM)、金相显微镜、原子力显微镜(AFM)测试,研究了涂层表面宏观及微观形貌的变化过程。采用傅里叶红外光谱(FT-IR)、X-射线衍射仪(XPS)表征了涂层在老化过程中的化学结构变化,并借助接触角测试仪研究涂层表面润湿情况的变化;通过电化学工作站进行交流阻抗测试(EIS),以交流阻抗模值为标准,探究了涂层表面阻隔性能的变化趋势。 以失光率、色差为主要参考性能指标,建立了相关性能变化的数学模型,失光率在瑞典条件下使用16.63年后会到达失效界限,色差变化预计到9.14年后达到明显变色程度;以涂层表面阻抗模值为依据,借助灰色预测理论模型建立了复合涂层使用寿命模型,实现了对涂层使用寿命的预测。

关键词： MSMA传感器   数学模型   实验研究   信号处理  

摘要： 磁控形状记忆合金(MSMA)是一种在应力和磁场作用下可以产生马氏体重新定向的智能材料,其具有优异的性能,应用领域十分广泛。本文主要开展MSMA传感器数学建模、感应电压信号处理和实验研究等工作,研究内容如下:本文首先对MSMA的特性进行详细介绍,从MSMA材料的微观角度研究其变形机理。采用等效磁路法,得到MSMA传感器的磁路模型,结合MSMA元件的应力-应变关系,推导出MSMA传感器的感应电压模型。利用PSO算法和改进的PSO算法分别对模型中存在的未知参数进行参数辨识。在输入参数相同的情况下,将基本粒子群算法识别模型的计算值、改进PSO算法识别模型的计算值和实验结果对比,算法改进后,提高了模型精度,验证了改进PSO算法的可行性。采用小波阈值去噪方法处理MSMA传感器的感应电压信号,从频谱分析的结果可以看出,该方法能有效减少感应电压信号中的干扰信号,可用于传感器输出感应电压信号的处理。搭建传感器的实验测试平台。采用ANSYS软件对传感器聚磁头之间的气隙处进行有限元分析,仿真结果表明,气隙从减小后,气隙磁密增大。通过实验来验证传感器气隙尺寸改变对传感器性能的影响,当气隙尺寸变小后,传感器输出的电压比气隙尺寸未变时增大,验证了设计的合理性。在传感器采用新型MSMA元件后,由观测到的感应电压波形可知,感应电压值比优化前增大,提升了传感器性能。利用实验数据分析不同输入参数(激振力频率、幅值、磁场)与输出感应电压之间的关系,并将模型值与实验值对比,对比结果吻合,进一步验证了识别模型的准确性。

关键词： 除氟   组合工艺   数学模型   优化  

摘要： 对高氟废水的除氟工艺来说,只通过化学沉淀法处理后很难达标,故本文考虑将化学沉淀法与吸附法结合起来对高氟废水进行深度处理。同时又因为化学沉淀法与吸附法组合时的工况条件较为复杂,通过实验来寻找最优工况的方法所花费的时间和成本是难以承担的,所以本文建立了化学沉淀+吸附除氟组合工艺的数学模型,在计算机上对不同工况的除氟过程进行模拟,以此来获取最佳的工况条件,这对高氟废水的除氟工艺设计来说具有极大的参考价值。本文分别建立了化学沉淀法除氟工艺数学模型和吸附法除氟工艺数学模型,并对模型进行了求解。以氯化钙为沉淀剂、活性氧化铝为吸附剂,氟化钠溶液为模拟进水,使用Matlab软件对除氟过程进行了模拟计算,将计算结果与实验数据进行对比并计算误差,发现模型整体的误差在10%以内,说明建立的模型可以用来模拟除氟的过程。利用建立的模型分别模拟了化学沉淀+吸附除氟组合工艺中的反应池、沉淀池和吸附柱部分。计算了进水氟离子浓度为250 mg/L、500 mg/L、750mg/L、1000 mg/L,钙氟比为0.2至1.0,停留时间为1 h时反应池出水中氟离子浓度动态变化;进水氟离子浓度为1000 mg/L,流行时间为0.5 h至2 h时,氟离子及固体颗粒在沉淀池内的浓度分布及出水中的浓度变化;进水氟离子浓度为2.0 mg/L至10.0 mg/L,空速为1 h-1至5 h-1时,氟离子在吸附柱固相和液相中的浓度分布及出水中氟离子浓度的变化。对处理量为1000 m3/d,氟离子浓度为750 mg/L的含氟水进行组合工艺的除氟模拟,讨论了不同工况下的年处理费用,确定了最佳的工况条件。结果表明:当钙氟比为0.6、停留时间为60 min、流行时间为2.5 h、空速为1.0 h-1时,组合工艺的年处理费用最低。

关键词： 无油涡旋压缩机   数学模型   摩擦损失   单参数   混合参数  

摘要： “双碳目标”对于我国新能源汽车的发展指出新的发展思路和要求,其中作为新能源汽车中重要组成系统——压缩机的研究也需新思路和新技术。目前,无油涡旋压缩机凭借重量轻、空间紧凑,高效率、高可靠性和无油润滑等优势,被广泛地应用于新能源汽车中。然而,由于无油涡旋压缩机中无油润滑,致使其摩擦损失很大程度上影响着压缩机整机性能。本文通过构建完整的无油涡旋压缩机摩擦损失模型,重点对动、静涡旋盘间的摩擦损失、主轴曲柄销、主、副轴承以及小曲拐处轴承的摩擦损失进行了定量化研究,同时分析单参数和混合参数对摩擦损失的影响,提出了降低摩擦损失和提升整机稳定性的改进方案。主要研究内容包含以下几方面:（1）无油涡旋压缩机数学模型的建立,在满足动、静涡旋齿啮合的条件下利用弧长标架获得了圆渐开线的涡旋型线和涡旋型线的基本参数,分别构建了吸气、压缩和排气过程工作腔内气体容积随转角的变化公式,然后探究得到吸气、压缩和排气全过程中容积随主轴转角的变化规律。分析了无油涡旋压缩机工作过程中的泄漏与传热,进一步分析了涡旋压缩机内气体压力随主轴转角的变化规律。（2）摩擦损失特性对无油涡旋压缩机性能的影响。在静力学的基础上,计算和分析涡旋压缩机所受的各气体力和非气体力,得到轴向力和切向力随主轴转角变化趋势相同,径向力基本保持不变。进一步分析动涡旋盘所受离心力、倾覆力矩、自转力矩、小曲拐以及曲轴的受力随主轴转角的变化趋势。建立了动、静涡旋盘之间摩擦损失、动涡旋盘与曲柄销之间、小曲拐以及主轴上主、副轴承的摩擦损失模型,分析得到摩擦损失随主轴转角增加而增加,当主轴转角达到排气角时摩擦损失达到最大,随着主轴转角继续增加,摩擦损失减小。（3）分析单参数—基圆半径、回转半径和转速变化对动、静涡旋盘、动涡旋盘与曲柄销、小曲拐轴承以及曲轴主、副轴承摩擦损失的影响。得到转速对动、静涡旋盘等处摩擦损失的影响最大,在曲轴上主轴承位置处的摩擦损失最大,其次是曲柄销,副轴承处的摩擦最小的结论。将单一参数混合,进一步分析混合参数对摩擦损失的影响。研究回转半径和主轴转速变化对动、静涡旋盘之间、动涡旋盘与曲柄销之间、主轴主、副轴承处摩擦损失的影响;分析基圆半径与主轴速度变化对动、静涡旋盘之间、动涡旋盘与曲柄销之间以及主轴主、副轴承处摩擦损失的影响;最后综合分析了回转半径与基圆半径变化对动、静涡旋盘之间摩擦损失的影响。（4）搭建试验平台,对排量为0.6m3/min的无油涡旋压缩机样机进行性能测试,得到在不同排气压力下排气量、排气温度和电机功率随主轴转速的变化规律。利用电机效率、压缩机效率得到试验摩擦损失功率,并通过与仿真模拟分析数据进行对比分析,验证了本文所建摩擦损失模型的准确性。并且进一步给出在无油涡旋压缩机工作时减小摩擦损失的改进措施。

关键词： 转子断条   闭环控制   数学模型  

摘要： 电机是一种经典且常见的机电设备,不论是高精尖的航天器还是日常生活中的玩具车,这些都离不开电机的参与。尤其在工业领域,电机更是极其重要的能源转换装置。但是由于种种原因,比如自然老化、制造缺陷或者工作环境恶劣,或是其他因素的影响,导致电机发生故障。这就会导致许多问题,轻则损耗过多电能,重则造成巨大的安全隐患。故针对电机的故障诊断问题具有非常高的实际意义。转子断条故障是一种在工业生产运行中常见的电机故障问题。由于电机的转子断条故障是具有潜伏性。所以在断条故障发生后的相当长的时间里,电机仍然是继续运行甚至说是一种正常运行。这就是一种潜在的安全隐患,非常可能造成严重的二次影响。闭环控制是在工业实际中重要的控制方式,而且也是工业系统运行的现实需求。所以本文在闭环结构下的电机转子断条故障诊断的研究具有重要的理论意义。本文主要研究闭环控制结构下转子断条故障的故障诊断问题。以矢量控制为代表的闭环控制系统,本文主要工作内容如下。首先构建了相应的闭环控制系统数学模型和转子断条数学模型,并且详细分析了不同的电气变量的物理机理和频谱特性,研究异步电机矢量系统在转子故障存在下的行为。通过仿真实例的引入,分析了在闭环控制系统中不同的电气物理量。通过不同比例增益、不同故障程度和不同负载水平三种情况下,对比研究了定子电流i、i和i电流、i和i、v和v七种物理量中的故障特征。研究了反馈控制结构、PI控制器参数和系统设定参数对异步电机转子断条故障诊断的影响,进而选择合适的物理量i和i作为故障诊断指标。然后,在此基础上,研究无速度传感器的矢量控制系统,简化了数学模型。进而研究了闭环系统下异步转子断条的故障诊断方法。提出了电流解耦后的传统快速傅里叶变换频谱方法和无功功率诊断法两种方法。研究发现在转子故障的情况下,解耦后的i在频率2sf处的频谱分量完全独立于控制参数和故障程度。而i与转矩有关,这就导致转矩的变化会对诊断造成一定的影响。所以对i的测量应该注意减小负载波动对其产生的不良影响。通过系统仿真实验,得出了i、i和i在有故障和无故障情况下的频谱特征验证结论。最后,提出基于无功功率诊断方法可以解决基波频率淹没的问题。转子断条故障发生时,通过对瞬时无功功率进行频谱分析,使得转子断条故障特征频率转换成2sf的频谱分量,从而消除了基波频率影响,并且设置了不同的故障程度,突出故障特征频率,验证方法的优越性。

关键词： 泌乳曲线   新疆驴   校正系数   产奶量   数学模型  

摘要： 本研究以新疆喀什地区岳普湖县和阿克陶县驴场的第3、4、5胎次新疆驴为研究对象,依据120头泌乳母驴20周的产奶记录总结泌乳规律,筛选最佳泌乳曲线拟合模型。并用20周校正产奶量回归方程来评价新疆驴的泌乳性能。将10个月采集到3840条泌乳数据整理分析建立泌乳量统计表,利用SAS 9.4软件对比Wood模型、逆多项式模型、六次多项式模型和立方模型四种模型分别拟合新疆驴8时、20时以及全泌乳期的泌乳曲线,分析各拟合模型的参数值和拟合度,利用SPSS 26.0分析8时、20时和最高日产奶量与20周校正产奶量之间的相关性,建立相关性回归方程,为今后培育高产奶量乳用驴、评价其泌乳性能提供思路参考,为乳用驴的选育提供理论基础。本研究结果如下:1、新疆驴单日内早晚产奶量变化规律通过对第3、4、5胎次新疆驴早晚泌乳曲线的拟合及差异性分析发现,六次多项式回归模型为新疆驴早8点、晚20点的最佳拟合模型,第3、4、5胎次8时的拟合度分别为0.9257、0.9567、0.9666,20时的拟合度分别为0.9641、0.9392、0.9343;三个胎次新疆驴8时、20时平均产奶量为1.18kg、1.07kg,8时产奶量均高于20时;第5胎次在8时、20时产奶量与第3、4胎次有显著差异（P<0.05）,产奶量显著低于其他两个胎次。以上结果表明新疆驴在单日内8时、20时的产奶量具有特殊规律性。2、新疆驴全泌乳期日产奶量变化规律通过对第3、4、5胎次新疆驴全泌乳期产奶量泌乳曲线进行拟合及差异性分析发现,六次多项式回归模型为新疆驴全泌乳期最佳拟合模型,第3、4、5胎次拟合度分别为0.9585、0.9641、0.9570;新疆驴泌乳前、中、后期平均产奶量为2.28kg、2.37kg、2.08kg,在泌乳前、中期平均日产奶量第3胎次均显著（P<0.05）高于4、5胎次,而泌乳后期第4胎次平均日产奶量极显著（P<0.01）高于第三胎次;第3、4、5胎次新疆驴20周校正累计产奶量分别为346.46、358.63、287.42,与实际20周累计产奶量进行差异性分析结果均为不显著（P>0.05）。3.新疆驴最高日产及不同时间泌乳性状与20周校正产奶量相关性分析通过对8时、20时产奶量与20周校正产奶量进行相关性分析,结果为两个时间点和最高日产奶量与20周校正产奶量均呈极显著相关（P<0.01）,相关系数分别为为0.967、0.938、0.885;对新疆驴不同时间点以及最高日产奶量与20周校正产奶量的相关分析得出,8时、20时以及最高日产奶量与20周校正产奶量呈极显著相关;8时、20时以及最高日产奶量共同预测新疆驴20周产奶量的回归方程为Y=196.53+73.42 X1+46.35X2-0.97 X3,回归方程相关性显著。

关键词： 重组竹   热压成型   热量迁移   酚醛树脂固化   数学模型  

摘要： 重组竹是我国最先研制成功并拥有自主知识产权的复合材料,它在户外家具、室内外地板、建筑结构材料等领域有着广泛的应用。重组竹目前主要采用冷进冷出的热压成型工艺,该工艺存在着能耗较高、效率低等问题,提高重组竹生产成本,且热压成型过程中热量迁移与胶黏剂固化机理尚不明确,这严重制约了重组竹材产品的市场竞争力和我国竹材资源的大规模开发利用。本文以重组竹为研究对象,探究其热压成型过程中酚醛树脂胶黏剂的固化规律,揭示重组竹热压成型过程中热量的迁移机理,获得重组竹热压过程中热量迁移及胶黏剂固化模型,为优化重组竹热压工艺提供理论依据。基于上述研究内容,本文得到以下结论:(1)利用TG-DSC、SEM等表征手段和数理统计分析方法,系统研究了水分与温度对酚醛树脂固化的影响规律,结果表明:限制酚醛树脂胶液中水分挥发,酚醛树脂会发生交联固化,未挥发的水分存在于固化后酚醛树脂分子之间,固化后酚醛树脂硬度和强度较低,微观构造较为圆润、吸附位点较少;不限制酚醛树脂胶液中水分挥发,固化后酚醛树脂硬度和强度较高,微观构造较为粗糙、吸附位点较多,有利于酚醛树脂与竹材充分结合;温度对酚醛树脂的固化影响较大,量化分析了温度对酚醛树脂固化速率的影响规律,构建了酚醛树脂固化速率与温度的非线性模型,为定量表征重组竹热压成型过程中酚醛树脂固化规律提供了理论基础。(2)利用热压机、物理反问题算法及数理统计分析方法,系统研究了热压温度与热压压力对重组竹热压过程中板坯厚度和孔隙率影响规律,结果表明:在不同热压温度和热压压力条件,重组竹板坯厚度随着温度和压力增加呈现非线性增加趋势,构建了重组竹热压成型过程中板坯孔隙率随温度和压力变化的模型,为定量研究变孔隙率对传热和酚醛树脂胶黏剂固化规律提供了基础数据。(3)基于傅里叶导热定律和能量守恒方程,结合酚醛树脂温度固化模型与孔隙率变化模型,构建了重组竹热压成型传热及胶黏剂固化的模型,定量表征了重组竹热压成型过程中热量迁移和酚醛树脂固化规律,结果表明:传热模型可以较为准确的反应重组竹热压成型过程中升温传热和降温冷却过程,板材表层实测升温曲线与模型预测曲线拟合效果较好,并基于此模型获得了不同厚度和温度情况下重组竹热压成型工艺,并选取15mm和25mm厚重组竹进行热压成型工艺试验验证,按照模型预测工艺压制重组竹板材力学性能均达到国标要求,证明模型预测的热压成型工艺合理,该模型可为重组竹热压成型工艺优化提供了一定科学依据和理论支撑。