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关键词： 氧化球团   回转窑   温度场   数学模型   数值模拟  

摘要： 生产氧化球团矿是钢铁生产中重要的一环。回转窑作为处理氧化球团的热工设备,其球团生产工艺已趋于成熟,但设备封闭,而且涉及的生产参数多,掌握其内的温度分布和参数关系十分重要。为实现设备的内部可视化与生产过程的智能化,需要结合计算机技术等对设备的温度场情况进行研究,以此指导回转窑生产氧化球团。本文分析了氧化球团回转窑的设备结构与运作过程,按照传热对象详细描述了回转窑内以及回转窑周围环境的传热过程。在合理简化设备结构、物理化学反应以及传热过程的基础上,采用数学建模方法,考虑物料与窑壁接触部分内的复杂传热现象,以传导传热模型、辐射传热模型和对流传热模型作为子模型,建立了回转窑的传热数学模型。对模型相关的传热系数进行了计算。利用经典牛顿迭代法对传热数学模型进行了求解。利用某球团厂生产现场提供的数据对模型进行了验证,模型误差在15%以内。在数学模型基础上,利用MATLAB软件建立了计算机模型,并以窑内烟气、物料及窑外壁的温度分布为对象,设计了基于GUI图形用户界面的回转窑温度场模拟系统,实现了显示回转窑温度分布信息及保存参数和温度数据等功能。基于回转窑传热数学模型和温度场模拟系统,研究了净风、煤风、二次风和回转窑转速对温度场的影响,其中火焰整体、火焰根部和燃烧区长度与净风的体积流量分别为负相关、正相关和负相关关系,与煤风的质量流量都为正相关关系;回转窑转速和二次风的体积流量分别增加都会使回转窑整体温度降低。图29幅,表5个,参考文献87篇

关键词： 中尺度涡旋   多源观测资料   数据集   物理特性   叶绿素  

摘要： 中尺度涡旋是海洋环流的重要组成部分,对海洋中的物质、能量、热量等的传输和混合起着重要作用。基于高度计数据、多卫星融合水色数据、全球漂流浮标数据、海表面温度数据等多源观测资料,对海洋中尺度涡旋的表面和垂向基本特性进行研究,并探讨其对周围叶绿素的影响作用。首先选取两个特殊海域——孟加拉湾和日本海进行初步分析。孟加拉湾两种极性的涡旋数量相当,在气旋涡的影响下,周围海表面叶绿素浓度可增加约11%,反气旋涡则相反,且叶绿素均在涡旋的成熟期和强化期迅速变化。日本海涡旋较为不同,涡旋多发区域呈西南-东北分布,西部和南部受东韩暖流和对马暖流的驱动,涡旋移动方向与流场方向基本一致,北部涡旋则可能与黎曼寒流以及副极地锋流有关。随后对上述工作进行改进和扩展,构建首个“全球中尺度涡旋海-气-生相互作用观测数据集”,并公开发布,综合全面地展示近30年涡旋对海洋-大气-生物影响的观测结果。利用该数据集对全球涡旋的基本特性研究显示,黑潮、湾流、南极绕流区等急流区,存在着大量且具有较大变形率和强度的涡旋,绝大多数涡旋自东部产生后向西移动,同时有着向极地和赤道的小偏转。此外,大尺度背景场也会对涡旋不同物理特征产生一定的影响。涡旋可引起垂向水体特性异常,最大变化深度约为100～200 m,北印度洋和南大洋温度异常最大深度略深,约为180 m,北太平洋和北大西洋则为盐度异常最大深度较深,约为150 m。最后利用该数据集并结合全球涡旋统计特征,分析涡旋对周边叶绿素的影响。在不同极性涡旋的作用下,叶绿素多呈现单核结构,且随深度呈正异常,高核中心约在80 m处。同时发现涡旋所捕获的叶绿素异常表现出显著的季节特征,相关性分析表明,北半球叶绿素变化与涡旋特性有关,而南半球则主要受涡旋的平流作用。个例研究显示涡旋影响叶绿素变化因素不一,不同生命阶段存在不同机制。

关键词： 温度控制   温度测量   数学模型   半导体制冷片  

摘要： 针对透析患者在疫情防控期间的庞大需求,以及当前血液透析机体积过大、使用不便等问题,本文提出并设计一种新型透析液温度控制系统,该系统在体积、精度和调节时间上得到很大提升,以促进血液透析机家用化的创新性发展。本文提出的便携式血液透析机快速温度控制系统,首先确定了体外循环系统整体结构,设计了高精度和高稳定的铂电阻测量系统,其温度分辨率可达0.01℃。分析半导体制冷片原理并建立数学模型,对影响其制冷制热能力的因素进行总结,划分成包含热面和冷面之间的温差和电流两个主要因素,通过有限元分析进行验证后进行设计了可使半导体制冷片高效工作的驱动电路。结合模糊控制提出模糊PID算法的温控系统架构,通过仿真实验证实温控系统的控制效果突出,可达到快速精准控温的目标。最后对温控系统进行了结构设计,并且完成了血液透析机整体系统的搭建。验证了温度控制系统的快速稳定温控能力,实现了升温平均速率最高达0.167℃/s,稳态误差在±0.01℃之内的温度控制系统。本文给出的便携式血液透析机温度系统设计,也可合理运用至动力电池温控系统,或为其他实验提供更加稳定的环境温度条件。

关键词： 卷烟   共线分拣   数学模型   卧式分拣机   仿真分析  

摘要： 近年来细支卷烟凭借其外观时尚、刺激性小、焦油含量低等特点,其销量以及品规数都呈现爆炸性的增长。为了保证细支卷烟在高增长速度下的分拣效率,细支卷烟分拣模式逐渐从纯手工分拣或电子标签人工分拣逐步演变为细支卷烟、标准卷烟共线分拣模式。其中卧式分拣机作为可同时分拣标准卷烟和细支卷烟的条烟分拣设备,不仅具有烟仓储量大、烟仓尺寸可调的特点,同时还可以实现条烟全自动补货、分拣。因此卧式分拣机在细支卷烟、标准卷烟共线分拣中得到广泛的应用。本文以某烟草物流配送中心多子线复杂烟草分拣系统为研究对象,以提高分拣效率为目标。对该分拣系统的补货、分拣、输送等关键环节进行数学建模。通过数学模型中各影响因素权重的分析,发现影响该系统分拣作业效率的主要因素是全自动补烟时间以及全自动分拣时间很短,码垛包装时间过长,致使卧式分拣机自动分拣、自动补烟环节效能未能完全发挥,分拣效率低。基于以上问题,本文提出了两个改进方案。方案一:保持系统各项参数不变,增设一台码垛包装机,从而提升分拣效率;方案二:对卧式分拣机结构进行优化设计,将原来的单口出烟改进为双口出烟,并对应新增一条卷烟分拣输送线。为了能够验证两套方案的可行性,本文利用物流仿真软件,对优化前后的分拣系统进行建模分析。分析结果表明,两套改进方案相比于原始方案均能提升系统分拣效率,但方案二更优,分拣效率得到了大幅提升。所以本文选择方案二作为优化后的分拣系统,并对优化后的分拣电控系统进行设计,对关键环节的控制程序进行了分析。最终将优化后的分拣系统应用于实际现场,能满足现场实际生产需求,验证了该方案的可行性与实用性。

关键词： 主动配液式蒸发器   热力性能   数学模型   优化设计  

摘要： 随着全球能源消耗的增加,提高能源转换效率成为了节能减排的核心问题,流动沸腾是一种高效的能量传递方式,在微电子冷却、暖通设备和热力发电等领域都有着广泛地应用。目前常见的强化传热手段主要是采用扩展表面或扰流装置等被动式强化技术,这些强化传热技术通过流体扰动的增加提高传热系数,但同时流动阻力增加,不可避免地造成系统耗功增加,因此,亟需发展新的强化传热技术。主动配液式强化传热基于工质流动沸腾特性,通过气液分配实现工质干度和质量流速的重新调配,充分利用高效传热区,有望实现流动沸腾传热系数提升的同时流动压降减少、有效提升蒸发器的热力性能,因此针对主动配液式蒸发器的热力性能研究和优化设计具有重要的工程价值和科学意义。首先,介绍了主动配液式流动沸腾强化传热原理,揭示其可行性。随后介绍了主动配液式流动沸腾在蒸发器中的结构实现,建立配液式蒸发器的数学模型,并通过实验获得普通蒸发器与主动配液式蒸发器在不同工况下的平均传热系数及压降数据对模型进行了验证,结果表明模型计算的平均传热系数误差小于35%,压降误差小于30%。然后,利用数学模型对主动配液式蒸发器的强化传热机制及各参数的相互关系作深入分析,主要讨论了不同分液效率下蒸发器热力性能参数的整体和局部变化规律。发现在不同入口干度下传热系数随分液效率的增加,先下降后上升达到峰值后急剧下降,相比普通蒸发器最高提升了4%。相比传热系数其压降改善情况更加明显,主动配液式蒸发器压降均低于普通蒸发器且随流量增加而愈加明显,最大降幅达到37.7%,因此主动配液式蒸发器压降降低效果更加显著。对比两种蒸发器的局部性能表现发现主动配液式蒸发器的高效传热区提前出现,并且所占面积大于普通蒸发器,是导致其传热性能提升的主要原因。最后,采用多目标优化算法对主动配液式蒸发器进行优化设计,并获得5种最优方案,其中管程布局为2-4-5-6-7,分液效率分别为46%和41%的方案综合性能最优,相比普通蒸发器提升了15.3%。针对两种蒸发器的优化结构进行性能研究,对比发现主动配液式蒸发器对压降改善最为显著,其换热量提升主要集中在后面管程。对这种蒸发器进行变工况的适应性研究,虽然在流量超过25g/s后换热量出现一定的波动变化,但在较大的流量范围内仍高于普通蒸发器,具有良好的适应性。证明了主动配液式蒸发器具有优异的综合性能和巨大的应用潜力。

关键词： 负载模拟器   摩擦加载   摩擦力矩波动   数学模型  

摘要： 负载模拟器作为飞行器舵机性能测试的主要地面测试装备,可模拟舵机真实工况下的各种受力情况。在多种力矩模拟过程中,摩擦力由于自身的复杂性和非线性,使其高精度模拟成为当前负载模拟的一大难题。基于此,本课题针对动静低波动摩擦特性进行研究,致力于解决低波动摩擦力矩模拟问题。在实现过程中针对摩擦本身非线性引起的波动,通过摩擦本身的动静态特性分析,找到引起摩擦力矩波动的原因,主要在于最大静摩擦和动摩擦的转换、stribeck效应和粘滞摩擦。对近年来提出的摩擦模型对比分析,确定以Lu Gre摩擦模型为基础,借助摩擦模型中参数对应的实际物理意义,分析结果表明摩擦模型表面刚度系数和阻尼系数对摩擦加载波动影响较大,为摩擦材料选取和摩擦条件提供理论基础。对于机械结构和工况导致的力矩波动,在确定摩擦加载方式后,分析摩擦结构中摩擦副贴合度、传感器连接刚度、加载间隙等对于摩擦加载造成加载滞后、加载过程中波动现象。根据微积分算法,推导出摩擦力矩的计算公式,分析摩擦片结构参数对摩擦力矩波动的影响,并分析由于摩擦引起的温度变化,通过降低润滑膜粘性和表面剪切刚度造成摩擦加载波动。其为摩擦加载结构优化、摩擦片参数设计、摩擦加载温度提供理论依据。为考核其低波动摩擦对舵机性能测试影响,对负载模拟系统和舵机系统进行数学模型的建立,通过Simulink仿真分析发现摩擦加载波动对舵机测试造成位置误差增加相位滞后、舵机控制电流突变等影响舵机测试可靠性。最后,在所搭建的负载模拟器上进行摩擦力矩加载测试实验,通过不同材料性能测试和不同摩擦加载结构加载试验,发现摩擦加载的波动得到了有效的抑制,可以满足负载模拟器低波动摩擦加载试验要求。

关键词： 无轴承电机   单绕组结构   数学模型   有限元仿真   耦合特性  

摘要： 无轴承无刷直流电机是在传统无刷直流电机上应用磁悬浮技术的一种新型结构电机。因其采用电磁力取代机械轴承支撑转子旋转,故不存在由于机械轴承摩擦引起的损耗和振动,也没有润滑液的污染,这极大提高了电机的转速范围,延长了其使用寿命。因其具有转速高、无污染等的特点,故在新能源交通、生物医学、超高速工具等领域具有广泛应用前景。传统双绕组结构的无轴承电机存在绕组利用率低,输出功率密度小、磁悬浮系统耦合严重等问题。为解决以上问题,本文提出并研究了一种新型单绕组结构的无轴承无刷直流电机。具体研究工作主要包括以下几个方面:(1)结合无轴承电机的发展历程,简要介绍了国内外研究与发展现状,在各种类型的无轴承电机中特别阐述了无轴承无刷直流电机的特点及当前研究中所存在的问题;介绍了本文研究的新型单绕组结构无轴承无刷直流电机的结构和基本工作原理。(2)从单绕组结构无轴承无刷直流电机的本体结构和径向悬浮力产生机理出发,研究了单绕组无轴承无刷直流电机悬浮系统和转矩系统的“分时”控制方式,并给出了各相绕组的导通原则。基于麦克斯韦张量法和虚位移法原理,推导了无轴承电机的径向悬浮力数学模型,通过有限元电磁场模型进行验证,分析了数学解析模型的正确性和准确性;结合有限元计算分析结果,对解析模型进行了误差分析和纠正。(3)针对本文所研究的单绕组结构无轴承无刷直流电机的磁悬浮系统,从本体结构的角度分析了电机各项参数对悬浮系统的影响,参考输出悬浮力的幅值、稳态脉动及不同方向悬浮力的耦合程度等指标,总结了无轴承电机径向悬浮力随电机结构参数的变化规律。(4)结合目前国内、外已研究的单绕组结构无轴承无刷直流电机,从控制电路元器件数量、电机结构复杂程度、加工工艺难度及应用场景等多个方面和本文提出的单绕组无轴承电机进行了对比分析。并运用ANSYS软件构建无轴承无刷直流电机的二维电磁场仿真模型,根据有限元仿真实验结果验证了本文研究的单绕组结构无轴承无刷直流电机的优势。

关键词： 煤自燃   预报指标   数值统计   数学模型  

摘要： 煤矿自燃是导致矿井火灾的主要因素之一,会间接诱发瓦斯爆炸等矿井灾害,造成人员伤亡和经济损失,因此,构建有效的煤自燃预测预报模型尤为重要。通过广泛网上调研,查阅文献,采用程序升温系统,整理变质程度不同的煤样在煤自燃过程中生成指标气体的体积分数、变化率以及出现的初始温度、临界温度实验数据,选取其中8家矿井煤样进行程序升温实验,运用灰色关联度理论和斯皮尔曼相关性分析煤自燃发火的主要预测指标,并以温度为同一参考量对指标气体进行回归分析,对煤自燃定量指标进行分析。采用函数拟合分析以及SPSS数据处理软件,从中筛选出最贴合的预测模型,对煤自燃早期的预测预报指标体系以及煤自燃早期预测模型的构建方法进行研究。取得如下研究成果:首先,通过文献综合确定国内矿山使用频率较高的煤自燃预测指标主要为CO、C2H4气体浓度,煤样氧化升温的平均出现温度为30℃和130℃,临界温度约为80℃、150℃;通过相关性分析,优选Graham指数、CO2/CO作为煤自燃预测预报指标。其次,确定Graham指数作为煤自燃程度预测的首选指标,选取Logistic回归模型、指数函数模型、多项式等拟合模型,选择R2、残差评价拟合优度,优选了Logistic模型构建基于复合气体Graham指数、CO2/CO与温度,单一气体CO、C2H4浓度与温度的煤自燃评判模型,运用统计学方法,选取4组检验样本对拟合参数有效性检验,提出预测煤自燃早期氧化过程的判定模型。最后,依托函数模型划分指标预警等级并提出了响应防灾响应对策。图19幅;表23个;参59篇。

关键词： 地中海贫血   缺铁性贫血   数学模型   红细胞参数   筛查   鉴别诊断  

摘要： 研究目的:利用红细胞参数建立数学模型筛查与诊断地中海贫血(thalassemia trait,TT),在小细胞低色素性贫血中鉴别α-TT、β-TT与缺铁性贫血(iron deficiency anemia,IDA)。方法:回顾性收集2019年01月至2020年12月北京大学深圳医院地贫筛查人群的八项红细胞参数:RBC、HGB、HCT、MCV、MCH、MCHC、RDW-SD、RDW-CV;根据地贫基因结果,分为TT组与对照组,比较两组间的红细胞差异;分析地贫的基因型分布及不同分型间的红细胞差异;比较红细胞单个参数诊断地中海贫血的效能;利用logistic回归建立新公式及在Dx AI智慧科研平台建立AI模型筛查地中海贫血、鉴别α-TT与β-TT。追踪2021年01月-12月北京大学深圳医院地贫筛查人群作为外部验证集,用于验证新建公式及AI模型的效能。选取小细胞低色素性贫血中的α-TT、β-TT及IDA人群,分析不同组间的红细胞差异,通过logistic回归建立新公式及在Dx AI智慧科研平台建立AI模型进行鉴别诊断,与国外13个公式比较诊断效能,并进行外部验证。结果:本次研究人群3150例,其中TT组有1545人,对照组1605人。红细胞八项参数除HCT外的参数,在TT组与对照组间均有统计学差异。红细胞单项参数诊断效能最高是MCV,AUC为0.922。通过logistic回归新建公式BDS=0.401*RBC+1.969*MCV-6.468*MCH-0.314*RDW-SD+0.468*RDW-CV+0.49*MCHC-144.635对诊断地中海贫血有较高的效能,AUC为0.953,约登指数0.745,灵敏度、特异度、阳性似然比、阴性似然比分别为0.895、0.850、0.852、0.894,cut-off值为-0.50。利用Dx AI智慧科研平台使用四种机器学习法建立四个AI模型用于诊断地贫,其中基于支持向量机学习法(SVM)的Model-4诊断效能最优,AUC为0.970,准确度0.913,灵敏度0.891,特异度0.935。建立AI模型BDA用于鉴别诊断α-TT与β-TT,模型BDA在训练集的AUC为0.936,灵敏度0.939,准确度0.874;在验证集中AUC为0.906,灵敏度0.910,准确度0.843,能较好地将α-TT与β-TT区分开,有较高的临床价值。在β-TT与IDA的鉴别诊断中,本文新建公式BDZ=8.059*HCT-8.744*RBC-0.185*MCV-2.279*HGB-1.501*RDW-SD+1.96*RDW-CV+0.875*MCHC-221.376的诊断效能高于国外的13个公式,AUC为0.992,约登指数0.917,灵敏度、特异度、阳性似然比、阴性似然比分别为0.958、0.959、0.957、0.959,cut-off值为0.157。新建AI模型BDB能较好地鉴别诊断α-TT、β-TT及IDA。模型BDB的AUC为0.993,准确度0.938,灵敏度0.935,特异度0.969。结论:红细胞参数中除HCT外,其余参数在TT组与对照间均存在统计学差异。以单项参数筛查地中海贫血时,MCV的AUC最高。新建公式BDS及Model-4对诊断地中海贫血具有较高的应用价值。AI模型BDA能较好地将α-TT与β-TT区分开。新建公式BDZ对鉴别诊断β-TT与IDA有较高得诊断价值;AI模型BDB对鉴别诊断α-TT、β-TT与IDA诊断效能较好。

关键词： 经济效益   数学模型   生产成本  

摘要： 建立了经济极限含水模型，确定不同产液量下的极限含水，当单井含水达到经济极限含水时，调整单井的产液结构降含水，提高油田开发效果；通过单井的产油量预测单井有无效益，当单井产油量在无效益区域时，采取降成本措施改善单井效益，为油田的持续稳产提供强有力的技术支撑。