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关键词： 历史地段   保护更新   形态类型学   尺度层级   数学模型   设计决策辅助工具  

摘要： 历史地段能够真实地反映一个地区的传统风貌和地方特色,是城镇历史记忆的物质载体。当前的历史地段保护与更新方法在城市设计层面的讨论主要集中在以下两个方面:一是分级分段的保护机制难以通盘认知各空间要素间的连贯性和关联性,二是与历史地段保护更新相关的居民、政府、开发商等多元人群诉求难以协调,给实际操作带来困难。因此在历史地段保护更新过程中,设计师急需一个能够整合历史地段复杂的空间形态信息并明确其相互关系,同时反映多元人群诉求的高效分析与辅助决策工具。中国历史地段的构成规则能够通过形态类型学领域多尺度层级的空间概念进行认知。而在中国历史地段保护与更新的历次实践中,基于微观空间元素的“小尺度、渐进式”的工作方法逐渐成为面对历史地段复杂问题的有效手段。两者分别从理论层面与实践层面印证了对于历史地段的认知、解析与保护、更新工作应从细微的空间元素入手,妥善考虑多尺度层级上的复杂信息并梳理其连接关系。随着信息技术的介入,数字驱动的解析方法以数据信息的递归建构起各尺度层级空间要素之间的整体关联,为相关研究提供了新的方法思路。本文以南京荷花塘历史文化街区的保护与更新为主要研究对象,基于Java语言编程,探索了历史地段多尺度层级结构的数字化建构方法,并依托所构建的数学模型编写了设计决策辅助工具,在“小尺度、渐进式”的工作模式中辅助设计师应对复杂的空间形态与多元人群的诉求,完成设计决策。主要研究内容包括:以形态类型学的尺度层级框架为基础对中国历史地段的空间结构进行认知与解析;通过Java语言编程,建构反映历史地段多层级空间要素信息且能够对其进行形态解析的数学模型,完成将空间形态转化为数据集的过程;为数学模型添加可视化互动界面,构建可进行空间要素的修改并获得城市设计层面实时分析结果反馈的设计决策辅助工具;邀请相关专业设计师基于南京荷花塘历史文化街区的保护更新设计这一实际场景对该工具进行试用,验证该工具在实际工作中的应用价值及适用范围,并提出进一步优化改进方向。

关键词： 中央空调系统   数学模型   控制算法   大空间   TRNSYS   CONTAM   节能  

摘要： “双碳”目标下建筑节能潜力巨大且任重道远,而在建筑能耗的构成中,空调能耗更是占据了半壁江山,因此降低空调能耗势在必行。空调系统中变风量空调系统以节能性和热舒适性好等优点备受关注,然而在运行过程中也存在一些问题,例如内部部件繁多、非线性高、时变性大、耦合性强等特点,由此造成系统容易出现控制不精确且调试困难等问题,特别是当该系统应用到高大空间中时,传统的控制方式容易造成能源的浪费和局部过冷或过热现象,进而影响室内人员的热舒适。为了解决上述变风量空调系统中存在的问题,本文以变风量空调系统为例,通过控制仿真建模、实验验证等方式对变风量空调系统的控制算法、控制策略进行了研究。首先对中央空调系统各个部件的数学模型进行了总结,并给出了部分传递函数表达式,为后续章节的空调系统建模提供理论基础;接着以一个实际的空调系统为例,对空调系统的运行数据进行整理分析,得到该空调系统中存在的共性问题,如控制精度不足和空间内冷热不均等;随后为了解决空调系统控制精度不足问题,通过Matlab/Simulink软件对空调系统末端控制进行建模,对比了PID(Proportional,Integral,Derivative)、模糊PID和MPC(Model Predictive Control)控制三种不同控制算法的控制效果,结果表明MPC控制算法对复杂多变的室内负荷能够做出快速响应,减少系统的频繁启停,同时提高系统的稳定性与控制精度,进而改善室内的热舒适;为了解决大空间局部过冷过热的问题,以TRNSYS和Matlab/Simulink软件对某大空间空调系统分别进行建模,其中把整个空间划分为几个无物理隔断的子区域,为了使控制结果更加贴合实际,加入了CONTAM软件与TRNSYS联合运行,本文中CONTAM用来计算相邻区域间的气流耦合,TRNSYS根据区域设定温度控制风量。为了进一步的节能,优化了分区需求控制策略,该策略根据房间负荷需求情况实时调节房间设定温度,避免了不必要的能源浪费。随后通过与传统控制的控制效果进行对比,分区需求控制可以实现风机能耗节约18%。

关键词： 七自由度协作型机械臂   本体设计   数学模型   测试软件   试验测试  

摘要： 随着机器人技术不断地发展,人们对机器人完成生产制造任务的要求不断地提高,需要机器人能够适应生产制造任务的转变,协助人类完成独特的、复杂的、频繁转换的工作任务。为适应灵活性、安全性的生产要求,能够与人协同工作的协作型机械臂成为了国内外机器人领域的重要研究方向。结合课题组对协作型机械臂研究平台的实际需求,本文对七自由度协作型机械臂研制开展了相关研究。首先,针对课题组的实际需求提出设计要求,并结合对国内外协作型机械臂技术参数的分析,明确机械臂的设计指标。分析典型机械臂构型和关节结构,确定机械臂的构型,给出机电一体化关节的设计方案,完成了关键零部件的计算选型以及关节的详细设计,并通过Adams软件仿真对选型结果的正确性进行了验证,通过Ansys软件仿真对关键结构件强度进行了校核。其次,根据机械臂设计指标以及关节结构,完成了七自由度协作型机械臂本体设计,并对连杆、底座进行有限元仿真分析,分析结果表明其强度和刚度满足设计要求。为实现机械臂末端执行装置的快速自动更换,提出了一种机械臂末端快速自动接口装置。利用D-H参数法推导出机械臂正运动学方程,基于几何法实现逆运动学求解析解,通过Matlab仿真验证了正逆运动学推导的正确性,并基于蒙特卡罗法对机械臂的工作空间进行了分析。在此基础上,完成了机械臂关节空间和笛卡尔空间轨迹规划与仿真。接着,确定了机械臂测试软件的整体方案。对EtherCAT总线进行分析介绍,选择IgH作为通信主站并完成了应用层开发。在控制软件方面,基于ROS(Robot Operating System),利用Rviz软件实现机械臂URDF(Unified Robot Description Format)模型的可视化显示,完成了机械臂URDF模型在MoveIt中的配置;对ros＿control进行配置和开发,实现了对机械臂的运动控制。最后,完成了七自由度协作型机械臂的出图、外协加工、装配。设计试验方案,对单关节负载能力、轨迹跟踪能力等关键性能进行了测试,对机械臂负载能力和重复定位精度进行了试验验证。

关键词： Nitrite-DAMO   腐殖酸   脱氮性能   中间产物   数学模型   微观特性  

摘要： 碳和氮是地球上生命的支柱,也是废水处理的两个主要元素。将它们的生物地球化学循环联系起来,是实现可持续生物处理及污水处理厂实现“碳中和”的关键。以甲烷为唯一碳源、硝酸盐或亚硝酸盐为电子受体的甲烷厌氧氧化耦合反硝化（Nitrate/Nitrite-Denitrifying Anaerobic Methane Oxidation,N-DAMO）过程是近年发现的偶联碳氮生物地球化学循环的反应,该过程在河流湿地、深水湖泊等大多数淡水沉积物深层和水稻田中均被证实存在,为废水处理提供了一个新的视角。腐殖酸（HA）是土壤和沉积物中天然有机质的氧化还原产物,因为其特有的醌官能团,可以作为电子受体或电子穿梭体与自然界中的甲烷厌氧氧化（AOM）过程耦合,消耗甲烷,在甲烷减排方面具有一定的生物学潜力,并被发现在自然界中与N-DAMO体系共存。本课题组在进行N-DAMO研究过程中发现在DAMO反应过程中也有腐殖酸的生成。为探明腐殖酸对N-DAMO过程的影响,本研究以亚硝酸盐驱动型甲烷厌氧氧化（Nitrite-DAMO）系统为研究对象,通过短期和长期试验考察了不同工艺参数下腐殖酸对Nitrite-DAMO系统生物反应过程的影响,以探明腐殖酸对Nitrite-DAMO过程的影响机制,包括系统性能变化、微观特性变化以及代谢途径变化,并进一步分析了腐殖酸对N-DAMO过程的动力学和热力学影响规律。 研究结果表明,Nitrite-DAMO系统内源腐殖酸最低浓度为9.24 mg/L,最高为15.40mg/L,亚硝酸盐添加初期会导致腐殖酸的短暂积累,甲烷的添加会促进腐殖酸的消耗;不同浓度梯度外源腐殖酸（0-2000 mg/L）对系统脱氮性能的促进作用随腐殖酸浓度的持续升高先增加后降低,当腐殖酸浓度为750 mg/L时,系统脱氮效率最高,七日平均脱氮速率为1.06 mg N/（L·d）;750 mg/L腐殖酸影响下,系统脱氮性能随亚硝酸盐浓度的增加（15-40 mg N/L）先上升后下降,在亚硝酸盐浓度为30 mg N/L时脱氮性能最好,平均脱氮速率为1.15 mg N/（L·d）;750 mg/L腐殖酸影响下,系统脱氮性能在不同p H（6.0-8.5）影响下也先促进后抑制,当p H=7.0时脱氮性能最佳,七日平均脱氮速率为1.19 mg N/（L·d）;750 mg/L腐殖酸影响下,系统脱氮性能随甲烷（75-125 mg/L）浓度的增加持续上升,在甲烷浓度为125 mg/L时,七日平均脱氮速率达到1.22 mg N/（L·d）。 长期试验结果表明空白组（0 mg HA/L）、促进组（750 mg HA/L）和抑制组（2000mg HA/L）最佳脱氮速率分别为0.83、1.12、0.53 mg N/（L·d）,平均甲烷氧化速率为0.37、2.60、0.65 mg/（L·d）;中间产物变化表明腐殖酸的添加对Nitrite-DAMO系统内甲醇产消影响不大,促进组和抑制组甲酸含量相较空白组在后期显著降低,促进组中乙酸含量在中后期几乎为0,而抑制组在试验末期出现了短暂的乙酸积累现象;各组N2O的产消随外源腐殖酸添加浓度的升高相应升高;SEM观察发现高浓度的腐殖酸试验后期导致细胞形态改变;相较空白组而言,促进组和抑制组EPS中的多糖、蛋白质、腐殖酸含量均呈现上升趋势;腐殖酸的添加会导致Nitrite-DAMO系统污泥聚合性能下降。动力学拟合结果表明Nitrite-DAMO系统与腐殖酸、p H的定量关系符合半级基质降解动力学模型。750 mg/L腐殖酸影响下Nitrite-DAMO系统脱氮过程符合Monod和Haldane模型,理论最佳脱氮速率为2.31 mg N/（L·d）;热力学分析结果表明750 mg/L腐殖酸的添加会促进系统生物量产量提升,2000 mg/L腐殖酸则会产生抑制。空白组、促进组与抑制组生物量产量分别为0.026、0.034、0.017 mol(CH1.8O0.5N0.2),然而化学计量结果表明系统实际生物量产量低于理论值(0.099 mol(CH1.8O0.5N0.2))。 根据高通量测序,Chao1算法结果显示长期试验初期样品中所含OTU数目指数为344.10,试验末期空白、促进和抑制组样品中所含OTU数目指数分别为492.03、569.59、297.00,OTU发育树分析表明促进组的OTU丰度高于空白组,抑制组的OTU丰度低于空白组;腐殖酸的添加会导致菌群结构的改变,然而各组优势菌门一直表现为Proteobacteria和Chloroflexi,促进组的Proteobacteria在试验末期占比高于空白组,而抑制组则低于空白组;促进和抑制组的Chloroflexi相较空白组占比均有提高,且在腐殖酸长期作用下,Nitrite-DAMO系统中未出现新的

关键词： 茶叶   微波杀青   机器视觉   数学模型   模糊控制  

摘要： 杀青是茶叶加工过程中最关键的一项工艺,对茶叶品质起着决定性作用。微波杀青技术因具有升温迅速,节能高效等优点而取得广泛应用,但传统的杀青效果主要依靠制茶师的个人感官评价,主观性强且耗费人力。本文利用机器视觉代替人工感官,搭建了一种基于机器视觉的茶叶微波杀青试验系统,研究了杀青温度对茶叶物理特征、内在品质和感官品质的影响;通过建立数学模型,探讨了机器视觉技术在茶叶含水率快速检测中的应用;通过建立物理特征与内在品质的联系,设计了基于机器视觉的杀青温度模糊控制策略,实现了茶叶微波杀青过程中温度的自适应控制。主要研究内容如下:（1）搭建了基于机器视觉的茶叶微波杀青试验系统。微波杀青单元具有上位机控制功能,功率连续可调;温度检测单元利用光纤测温仪实时检测茶叶温度信号;重量检测单元利用电子秤实时检测茶叶重量;视觉检测单元利用工业相机实时采集茶叶图像;PC控制单元在线完成温度的换算与反馈控制,含水率计算,图像处理与特征提取以及数据的保存。系统恒温控制误差在±1℃以内,微波腔内不同位置的温度误差在±1.18℃以内。（2）研究了温度（60℃、70℃、80℃）对杀青过程中茶叶RGB、Lab色泽特征和对比度、差异性、熵、同质性、相关性、能量纹理特征的影响,对杀青过程中茶叶含水率和失水速率的影响,对杀青叶茶多酚含量、氨基酸含量、叶绿素含量、PPO活力的影响以及对成品茶感官品质的影响。研究表明,色泽和纹理特征值均呈规律性变化,且杀青温度越高,越有利于色泽的形成和纹理的表达;失水速率可以分为快速上升、恒速、快速下降、缓慢下降四个阶段,且杀青温度越高,含水率下降越快,失水速率越大,耗时越短;杀青温度越高,杀青叶茶多酚含量越高,氨基酸含量越低,酚氨比越大,叶绿素含量越低,PPO活力越低,成品茶的外形、香气和叶底越好。（3）利用相关性分析法、前进选择法、前进选择与相关性分析组合法对物理特征进行筛选,并以筛选出的特征变量为输入,分别建立了BP、ELM和GA-BP数学模型,同时还建立了以全部特征为输入的PLSR模型,探讨了机器视觉技术在茶叶含水率快速检测中的应用。研究表明,PLSR模型中最优的PLSR-6模型性能相对较低;组合法相比单一的筛选方法,可有效提高模型的检测性能;相同筛选方法下,BP、ELM和GA-BP模型的性能依次提高;以组合法筛选的G值、B值、相关性和|a|值为输入,建立的GA-BP模型性能最好,RC2、RP2分别为0.9947、0.9942,RMSEC、RMSEP分别为0.5503、0.5772。（4）设计了基于机器视觉的杀青温度模糊控制策略,实现了微波杀青过程中温度的自适应控制。研究表明,R值可作为判断条件把微波杀青过程分为前期和中后期两个阶段,当?R≥0时处于前期,当?R<0时处于中后期;杀青前期以|a|与|?a|值为输入控制温度来钝化PPO活力并减少叶绿素的破坏,中后期以R值与差异性变化量为输入控制温度来保证色泽的形成、风味物质的保留和芳香物质的转化;在模糊控制方案下,杀青叶的茶多酚含量为16.23%,氨基酸含量为6.67%,酚氨比为2.43,叶绿素含量为9.33 mg/g,PPO活力为4.98 U/m L,且成品茶感官评分为91.5,内在品质和感官品质均得到了提高。

关键词： 木质材料   热解动力学   结晶动力学   活化能   数学模型  

摘要： 全球人口的增加,碳固存和碳中和等新兴问题将推动木材在特定方向的使用趋势。开发具备新型性能的木质材料是实现木质材料更高效利用的有力手段。木质材料的热解性能和结晶性能是重要的特性参数,其可用场景极大程度上受到这些参数的约束,因此探究木质材料的热解性能和结晶性能对其在特定方向的使用具有指导作用。通过热解动力学计算得到的热分解反应温度和活化能等参数是描述木质材料在热分解过程的重要的评价指标,但是不是所有的热分解模型都可以用来计算木质材料的热分解参数且对于相关模型的系统比较分析目前也较为缺乏。本文使用F-W-O模型、C-R模型、Friedman模型、Kissinger模型和高斯多峰拟合模型对不同种类实木材料,木塑复合材料以及辐射松基碳量子点薄膜进行热解动力学的探究,讨论上述木质材料在热分解过程中的变化规律以及各个模型的适用情况。使用Avrami模型和Avrami-Ozawa模型进行非等温结晶过程探究,讨论上述木质材料在结晶过程中的变化规律和模型适用情况。主要研究结果如下:(1)8种实木的平均活化能范围为120-140 k J/mol,木塑复合材料(WPC)的平均活化能范围在144-205 k J/mol,碳量子点(CQDs)薄膜的平均活化能范围在108-140 k J/mol。塑料作为增益材料的加入可以显著提高木质材料的热稳定性,反映在活化能值上是材料平均活化能的增加。但是木质材料尺寸更小,达到纳米尺寸后,木质材料的平均活化能反而降低。此外,在同一木种内,心材活化能略高于边材。(2)F-W-O模型、C-R模型、Friedman模型和高斯多峰拟合模型可以较准确地计算木质材料的热分解过程中的部分参数。其中,高斯多峰拟合模型可以拟合并预测木质材料在热分解过程中的转化率曲线,模型预测所得到的转化率的曲线与实际转化率的曲线较为吻合。但是Friedman模型计算得到的表观活化能与其他三种模型计算得到的表观活化能差距较大,这意味着Friedman模型并不适用于计算木质材料的活化能。(3)天然实木和木塑复合材料的结晶度随着升温速率的增加而增加。在木塑复合材料中,天然实木质成的木粉和玄武岩纤维充当成核剂的作用。玄武岩纤维和木粉的添加改变了木质复合材料的结晶度。此外,玄武岩纤维和木粉作为成核剂,可加速木质复合材料结晶的能力,且不会改变这些复合材料的结晶机理。

关键词： 数学模型   连续水膜   水膜破裂   溪流流动   稳态防冰  

摘要： 飞机在含有过冷水滴的云层中飞行时,飞机和发动机部件的迎风表面会发生结冰现象。在结冰和防冰条件下,表面未凝固水受气流吹拂向下游流动,通常会由连续态破裂为溪流,并可能导致溢流冰的产生,且未凝固水的流动也与防冰温度的分布密切相关。目前结冰和防冰计算大多将未凝固水处理为连续水膜,未考虑其形态变化及对流动的影响。基于此,本文采用数值模拟方法对防冰表面连续水膜流动与破裂、溪流流动及防冰的特性进行研究。 首先,在已有三维结冰模型的基础上,建立连续水膜流动的三维数学模型并发展数值计算方法。以NACA0012翼型为对象,对其表面连续水膜高度、速度随时间变化的特性进行数值模拟。结果表明,来流速度增大,翼型表面连续水膜的流动速度增大,水膜完全覆盖防冰表面的时间缩短;连续水膜高度分布趋势和试验一致,在水滴撞击区的下游,水膜高度的计算值与试验符合较好。 其次,在连续水膜流动计算的基础上,根据连续水膜于溪流的质量、能量守恒原理,建立了水膜破裂为溪流的模型以及溪流流动的数学模型,分别发展相应的计算方法,并对NACA0012翼型表面破裂处溪流高度和宽度及沿程溪流的高度变化进行了模拟。计算结果表明,破裂位置处溪流高度计算值与试验的误差在0.01mm以内,溪流宽度的计算误差在10%以内;沿程溪流高度的分布趋势与试验结果一致,其高度的大小分布和试验存在差距。 最后,借鉴Messinger模型的思想,建立基于连续水膜流动的稳态防冰数学模型及数值计算方法。以NACA0012翼型为对象,对其防冰表面温度进行数值模拟。计算结果表明,在大功率加热工况下防冰表面温度的计算误差不超过10℃,在小功率加热工况下计算防冰表面温度的误差在5℃以内。

关键词： CTRST   并流   流型   压降   数学模型  

摘要： 随着国内对环保的重视,“碳达峰、碳中和”目标被提出,在碳吸收过程中,所用吸收塔板易造成流通堵塞,且结构复杂不易拆卸安装,极大降低了实际生产和处理的效率。为实现“双碳”目标,开发高效、大通量、流动特性优异的塔内件一直是CO2捕集技术的重要目标。本文针对塔板的抗堵、大处理量、高传质的发展趋势和工业需要,参考复合塔板的优点将立体旋流筛板（Tridimensional Rotational flow Sieve Tray,TRST）和具有高比表面积的填料结合,设计了一种抗堵性强、操作范围广和效率高的新型复合式立体旋流筛板（Composite Tridimensional Rotational flow Sieve Tray,CTRST）。以空气-水为操作介质,对CTRST的流动特性和压降展开研究。通过图像法记录并、逆流操作模式下塔板流动特性,并结合压差序列标准偏差分析法和功率谱密度分析法对并流模式下塔板的流型和操作域进行定义与划分。对气液并流时塔板流动情况进行分析,当气液流量变化时,内填料型塔板TRST区流型分别为膜状-滴柱流、泡沫-栓塞流,外填料型塔板填料区流型分别为泡状流、乳沫-带状流。分析了塔板流型转变与气液量变化的关系,明晰了塔板填料区横截面占比和塔板高度变化对流型转变边界的影响。测量气液并流操作下CTRST的压降,考察塔板结构参数（填料位置、叶片顺逆旋向、填料区横截面占比、塔板高度）对压降的影响。结果表明:整体上,干板压降在160 Pa以内,湿板压降在900 Pa以内。实验操作条件内,相同结构参数下,内填料型塔板压降高于外填料型塔板压降,且填料区横截面占比对塔板整体压降影响最为显著。对比并、逆流模式下CTRST的压降、CTRST与其他类型塔板的压降,确定CTRST在压降、通量和流体分布上的特点。建立CTRST干湿压降预测模型,误差分别在10%和15.5%以内。复合式立体旋流筛板具有低压降、高通量、气液分布良好的优点,塔板结构利于板内空间的利用,具有工程应用的潜力。本研究可为CTRST后续的发展和优化提供理论基础和新思路。

关键词： 浓缩磷脂   脱油   反胶束   振荡流   数学模型  

摘要： 卵磷脂由于其表面活性和抗氧化活性而广泛用于食品、化工等行业。传统卵磷脂提纯方法为丙酮萃取法,但是过量的丙酮可能发生缩合反应生成异亚丙基丙酮,对人体造成危害。膜分离技术具有能耗低,收率高等优点,在水处理、食品浓缩等领域有着广泛的应用。本课题利用反胶束原理并耦合振荡流超滤实现浓缩磷脂脱油,主要研究内容如下: （1）卵磷脂反胶束形成机理及规律探索,结果表明磷脂在非极性溶剂的环境中可形成反胶束结构,其在尺寸上与油脂有着明显差异。同时,反胶束粒径与溶液极性、进料浓度和温度有关。磷脂在极性0-2.9范围内的溶剂中均可以形成反胶束,且随着极性减小,反胶束粒径逐渐增大,在极性为3.4-6.9范围内的溶剂中,磷脂不能形成反胶束;磷脂在磷脂浓度为0.1-50 wt%、温度20-40℃范围内都可以形成反胶束,且磷脂浓度越大、温度越低,反胶束的粒径越大。 （2）基于超滤膜分离方法,对磷脂反胶束溶液脱油过程和膜污染机理进行了系统的研究。结果表明,在50 k Da聚醚砜膜（PES）、0.30 MPa、1 m L·min-1、60℃、进料溶液9.1 wt%、0.15 m、回流比20:1的条件下,所得磷脂含量为84.97%,收率为96.4%,膜通量为4.65 m·s-1。其次,进行膜稳定性性能研究,结果表明,聚醚砜膜在分离过程中具有良好的膜通量恢复性。最后,进行膜污染机理研究,结果表明磷脂的存在增加了膜表面疏水性,促进磷脂脱油过程进行;膜污染主要归结于在膜表面形成卵磷脂凝胶层及小分子磷脂在孔道内的附着,但经过正己烷清洗后可恢复其膜分离性能,说明膜污染因素是可逆的。 （3）探究振荡流技术对浓缩磷脂脱油过程的作用机理,结果表明,与传统错流膜分离相比,耦合振荡流技术可以有效提高膜通量和磷脂含量,且随着振荡强度的增加,膜通量和磷脂含量先增大后减小。主要原因是耦合振荡技术可以有效地破坏凝胶层和浓差极化现象,延缓膜污染。 （4）建立浓缩磷脂脱油过程无振荡和振荡数学模型,对膜通量进行预测。基于二维浓差极化模型,建立无振荡膜通量数学模型,结果表明,相比于扩散效应速率,膜通量主要受对流效应速率控制,且该模型可以很好地预测不同操作条件下的膜通量。同时对无振荡数学模型进行修正,通过引入速度比,得到振荡数学模型,该模型可以很好地预测不同振荡条件下的膜通量。 本文阐明了反胶束形成机理和振荡流技术对脱油过程的作用机理,对膜分离技术工业化生产磷脂粉末具有重要意义。

关键词： 非饱和沥青混合料   水分特征曲线   基质吸力   数学模型   物理机制  

摘要： 路面内部天然存在非饱和的水分传输现象,引发沥青混合料遭受不可避免的水分损伤及水-热-力等耦合损伤,构建有效的水分特征曲线及其数学模型是从理论上准确描述沥青混合料非饱和水分传输行为的前提。目前,大量研究忽视沥青等胶结材料与水分的交互作用,基于多孔特征在宏观尺度上相似的假定,采用土体水分特征曲线或者依饱和度折减的方式确定沥青混合料水分特征曲线,并借此计算沥青路面的非饱和渗流响应,致使分析结果的准确性有待商榷。因此,明确沥青混合料水分特征曲线的基本性质,并建立相应的数学模型十分必要。 本文基于控制吸力的脱湿实验,结合X射线断层扫描和数值模拟手段,开展非饱和沥青混合料水分特征曲线及其模型研究。探讨沥青混合料中基质吸力的作用特征,重点揭示水分特征曲线的关键性质及影响机制,进一步构建适用于沥青混合料的水分特征曲线数学模型,基于此明确饱和与非饱和分析方法对沥青混合料渗透特性的影响。主要的研究工作和结果如下: 借助恒定控制基质吸力的减湿过程,选择失水量、失水速率和平衡状态失水量作为指标,分析了饱和沥青混合料减湿时程的变化规律,探讨了材料密实状态、混合料类型、集料岩性和胶结料类型对基质吸力调控过程的影响,并进一步明确了减湿过程的环境调节效应,发现材料孔隙结构特征变化对于沥青混合料吸力作用特征具有显著影响,而组成材料的影响较低。 利用逐级调节基质吸力的脱湿方法,获取了沥青混合料由饱和到干燥全过程水分特征曲线,探讨了密实水平、混合料类型、胶结料种类、集料岩性、冻融循环、轴向应力水平和干湿交替等多个因素对沥青混合料水分特征曲线的影响,明确孔隙结构差异是影响沥青混合料水分特征曲线的关键因素,据此进一步讨论了沥青混合料孔径分布状况与水分特征曲线的内在联系,初步揭示了沥青混合料水分特征曲线形成的物理机制,指出优势孔径决定水分特征曲线转化段的形成。 依据多孔介质水分特征曲线典型模型和沥青混合料基质吸力-饱和度离散关系的总体特征,归纳提出了适于描述沥青混合料水分特征曲线的数学模型,实现了沥青路面非饱和渗流理论分析关键参数的构建。在此基础上,对比分析了饱和参数与非饱和参数对沥青路面渗流过程理论计算的差异,说明了沥青混合料水分特征曲线模型对沥青路面渗透特性的影响。 本文阐明了非饱和沥青混合料水分特征曲线基本性质并构建了相应数学模型,将为沥青路面渗流行为理论研究及服役性能演化分析提供关键参数。