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关键词： 分级恒定流   非恒定流   数学模型   冲积河流  

摘要： 冲积河流挟沙水流普遍为非恒定流,涉及复杂的泥沙输移与河床演变。非恒定水流-泥沙-河床耦合数学模型考虑了挟沙水流的非恒定性,而传统的分级恒定流数学模型则建立在恒定流假设之上,实质上忽略洪水波的传播过程,至今仍在工程实际和科学研究中有一定的应用。然而,分级恒定流模型与非恒定流模型应用于冲积河流时,计算结果之间的差异远未清楚。 本文试图研究一维分级恒定流模型的适用性问题。以一维非恒定流模型为参考,以长江中游宜昌至汉口河段为实例,对水位、流量、含沙量、冲淤量和河床高程进行计算分析,研究了河段长度和分级数对分级恒定流模型结果的影响,并对糙率进行敏感性计算分析。结果表明: (1)分级恒定流模型与非恒定流模型的流量差异和洪峰时间差异沿程增加,河段越长,流量差异和洪峰到达的时间差异越显著。分级恒定流模型与非恒定流模型的水位差异受多因素影响,与河段长度无明显单调变化关系。分级恒定流模型与非恒定流模型的含沙量和河床高程沿程呈现显著差异,河段越长,历时越长,差异越显著。 (2)分级恒定流模型与非恒定流模型水位、流量、含沙量和河床高程之间的差异随分级数的增加(或者分级时长的减小)并非一致单调地减小,而是非单调地变化。因此,长期以来认为分级数充分大(分级时长充分短)时分级恒定流模型结果会充分逼近非恒定流模型结果可能是偏离实际的。 (3)分级恒定流模型与非恒定流模型计算流量之间的差异对糙率的变化并不敏感;但是,水位、含沙量、河床高程之间的差异对糙率的变化则比较敏感,糙率增大将导致两个模型计算水位和河床高程的差异减小,但会使得计算含沙量的差异增大。 冲积河流一维数学模型主要是为模拟长河段、长历时水沙床过程而提出的。与非恒定流模型相比,传统的分级恒定流模型计算的水位、流量、含沙量和河床演变过程等可能存在显著差异;这些差异随河段长度、沿时间、空间呈现复杂、非单调一致的变化;当分级数充分大(分级时长充分短)时,分级恒定流模型结果并非充分、一致地逼近非恒定流模型结果。所以,建议采用不涉及恒定流假设的非恒定流模型。

关键词： 含裂纹混凝土   预制裂纹   冻融循环   物理特性   力学性能   冻融损伤模型  

摘要： 随着国民经济的不断发展,我国的建筑行业也面临着越来越艰难的挑战。其中,寒冷地区的基础设施建设得到了各界的广泛关注。而混凝土作为在基础设施建设领域使用范围最广、用量最大的复合材料之一,其对工程建设的安全使用以及经济发展的重要性也越来越受到人们的重视。在实际工程中,混凝土结构大多带有预制裂纹或在服役过程中产生裂纹。带有裂纹的混凝土结构在受到冻融作用后,其强度会低于普通混凝土结构,而不同形式的裂纹对混凝土结构的力学性能会造成不同的影响。国内外在混凝土损伤和断裂方面取得了显著的研究成果,但大多数研究忽略了环境因素对混凝土耐久性的影响,尤其对于含裂纹混凝土结构在冻融循环下耐久性变化的研究甚少。针对以上情况,深入研究冻融循环作用下,含裂纹混凝土结构的各项力学性能变化以及不同的裂纹分布条件下混凝土结构的破坏形式,具有重要的理论价值和现实意义。本文针对含预制裂纹混凝土在冻融循环作用下的破坏情况,分别设计了四组含不同形式裂纹的混凝土试件以及一组无裂纹的试件作为对比。试验设计冻融循环次数分别为0、25、50、75和100次,在各组试件完成预定的循环次数后,对各组试件分别进行单轴压缩试验,分析试验结果得到各组混凝土试件经冻融循环后表面损伤变化规律,以及混凝土抗压强度和弹性模量等力学性能变化与不同预制裂纹形式和冻融循环次数的关系。在此基础上,基于WEIBULL分布和等效应变原理建立含裂纹混凝土再冻融和荷载作用下的损伤模型。本文主要结论如下:1.冻融循环次数增加后,各组试件的损伤程度均有所加重。在达到设定的冻融循环次数后,含有预制裂纹的混凝土试件表面损伤劣化情况较无预制裂纹的混凝土试件更严重。试件的质量在25次冻融循环时并未下降,反而上升了一小部分。在达到试验设计的最大冻融循环次数后,无预制裂纹的一组混凝土的质量损失率为1.12%。含不同形式预制裂纹的混凝土试件质量损失率范围1.52%到1.65%之间。在冻融循环次数不断增加后,混凝土的超声波速呈下降趋势。在达到试验设计的最大冻融循环次数后,含预制裂纹的混凝土试件波速损失率最高值为51.3%,无预制裂纹的混凝土试件超声波速损失率为47.4%。2.混凝土材料受压破坏主要是由于受压过程中局部拉应力集中产生拉裂纹引起的,在冻融循环次数为25次时,试件受压破坏主要体现在端部的块状掉落,随着冻融循环次数的增加,试件破坏时表现为表层混凝土向外凸起、掉落。对于含预制裂纹的混凝土试件,其破坏模式根据预制裂纹形式的不同可以分为拉破坏模式和混合破坏模式。3.在冻融循环次数达到试验设计的最大值100次后,含预制裂纹的混凝土试件强度损失率最大为63.3%,无预制裂纹的混凝土试件强度损失率为54.5%。其中,预制裂纹倾角为60°的试件强度损失率最高。4.混凝土的抗压强度和弹性模量大小与冻融循环次数为反比关系,当经历50次到75次冻融时,两者的下降速率最大,说明此时冻融循环引起的混凝土内部损伤严重。冻融循环次数达到75次以后,下降速率有所缓解,此时试件内部原始裂纹已贯通,新裂纹产生速度缓慢。当经历100次冻融循环后,五组混凝土试件的弹性模量分别下降至冻融前弹性模量的0.682倍、0.603倍、0.633倍、0.651倍和0.675倍,其中,裂纹倾角为60°的两组弹性模量下降幅度最大。5.基于Weibull分布函数和等效应变原理,建立了混凝土在冻融和荷载耦合作用下的损伤模型,通过引入裂纹损伤变量进而推导出含裂纹混凝土在冻融和荷载耦合作用下的损伤模型,并通过与试验结果的比较,验证了模型的可靠性。

关键词： 高中数学   数学文化   自主探究   数学模型  

摘要： 数学文化不仅具有专业价值,而且具有人文价值,有利于激发高中生对数学知识的学习兴趣,开拓学生在数学领域的眼界,与素质教育的培养内容密切相关。因此,在素质教育深化发展的趋势下,高中数学教师需要对数学文化在课堂教学中的渗透意义和途径进行研究,以充分提升课堂教学效率。

关键词： 高中物理   问题引领   思维张力   物理课堂  

摘要： 高中的物理知识具有抽象性,学生的思维逻辑可能会跟不上,因此,教师在教学的过程中要合理地利用问题引领的方式进行教学,采用一些有效的方法提升学生的思维能力,不断激发学生对于物理知识的探究欲。教师要把控物理课堂的氛围,做到松弛有度,不断地培养学生的物理知识学习能力以及学生的思维能力。

关键词： 提曼纳亚河   数学模型   水动力   流场特征   Mann-kendall  

摘要： 提曼纳亚河位于我国东北边界区域,属于内陆河流且具有明显的洪枯季差异,常年多发洪水,影响了周边人类的生活,不利于社会发展和未来进一步配合国家宏观水资源调配的水利建设,且目前针对该河流的洪枯季水流差异研究较少。本文以天津大学河流泥沙实验室自主研发的二维水利数学模型为工具,首先从水文分析的角度入手,对提曼纳亚河近50年的水文序列进行了特征分析和变异点判断,在此基础上选取出具有代表性的多个洪枯季特征流量值和一个具有代表性的来洪过程序列,建立起提曼纳亚河二维数学模型,对洪枯季特征流量值和来洪过程下的水流流场动力环境进行拟真分析。具体的研究工作和结论如下: 1.在搜集到提曼纳亚河长达50年的水文资料的基础上,对水文序列进行多种角度的特征分析,运用Mann-kendall等趋势检验法对水文序列进行变异点检测。总结了提曼纳亚河50年期间的水文序列变化特征,检测出提曼纳亚河在此期间水文序列不存在明显趋势,没有较为明显的变异点。 2.建立了提曼纳亚河二维数学模型,利用实测水位、流速等资料对所建立的二维数学模型进行合理性验证。验证结果表明,本文所建立的数学模型能较好地模拟出真实的提曼纳亚河流场环境,可以用以进一步研究提曼纳亚河的洪枯季和来洪过程的流场差异特征。 3.对不同特征流量值下的提曼纳亚河水动力流场结果进行模拟和分析,进行流速大小、流场分布等方面的分析总结;对选取的来洪过程进行模拟,对重要地点的水位变化、流速变化等进行分析总结。选取一具有代表性的历史洪水进行来洪过程模拟,研究其多个测点在来洪过程中的水位与流速变化。 4.综合本文工作,分析研究河段洪枯季水动力特征,指出最不稳定河段区域,并对进一步研究分析。

关键词： 环路热管   液线毛细芯   性能对比   温度振荡   数学模型  

摘要： 随着电子集成技术的不断发展,电子设备的微型化和集成化已成为当今的主流趋势,随之出现的是电子设备热流密度过大,局部热点及散热困难等问题,如何在有限的空间内高效散热成为新的难题。然而,传统风扇散热体积大,效率低;浸沉式液冷散热成本高,系统复杂,维护困难,均不适合大范围推广。环路热管作为一种被动式的两相传热设备,利用工质的蒸发冷凝相变来传输热量,具有体积小,传热效率高,运行安全稳定等优点,是解决电子芯片散热问题的优良方案。本文设计制造了一种无储液室,液线内填充有毛细芯的新型液线毛细芯环路热管。该结构设计,一方面有效减小了蒸发器的体积,另一方面,增大了蒸发器和液线间的热阻。通过充液率实验确定了其最佳充液率为25%。本文为了说明液线毛细芯环路热管较传统储液室结构环路热管仍具有可行性和部分优势。通过实验测试了该新型环路热管在水平状态下的启动和传热性能,并与相同条件下传统平板式环路热管的传热性能对比分析。与传统环路热管相比,液线毛细芯环路热管在低负荷启动时热阻明显较小,10 W时仅为传统环路热管的7/10,且有效消除了温度振荡现象。高负荷启动时热阻略大但启动时间大幅减少,在130 W时启动时间仅为传统环路热管的1/2。本文通过对液线毛细芯环路热管的不同初始气液分布、变功率及重力辅助条件下的运行性能进行测试分析,发现新型环路热管在初始蒸发器及气线充满液体的最不利工况下,10 W负荷时仍能成功启动,但出现了11.9℃的温度超调现象;在水平状态下有良好的变工况运行性能,响应较快,无温度振荡,且液线毛细芯进口温度受负荷变化影响有限,可以维持在一个较低的温度,利于系统在变工况下的迅速响应和稳定运行;在重力辅助运行时运行性能较水平运行有很大的提升,10°或20°重力辅助时运行性能提升明显,极限热负荷分别达到了230 W和250W。重力倾角继续增大时运行性能提升效果衰减。本文基于液线毛细芯环路热管运行过程中的工质质量守恒方程,能量守恒方程和热动力方程,建立了液线毛细芯环路热管的稳态数学模型以预测其蒸发温度、压降等运行参数,与实验数据吻合良好。通过对不同充液量、不同液线毛细芯长度的模拟计算,对液线毛细芯环路热管结构及性能进行优化。

关键词： 致密砂岩   可动流体   渗流特征   数学模型   渗吸  

摘要： 为研究鄂尔多斯盆地延长组长6和长8储层致密砂岩可动流体分布特征与渗流规律,基于核磁共振和恒速压汞实验对致密砂岩进行孔隙结构与可动流体分析,利用毛细管束模型和分形理论,推导致密油藏驱替-渗吸数学模型,同时开展岩心动态渗吸、静态渗吸与驱替实验,明确致密油藏自发渗吸驱油规律及其影响因素。研究结果表明:致密砂岩岩心内部流体可分为完全不可动,部分可动和完全可动三部分,完全不可动的流体约占致密砂岩总孔隙体积的18%,部分可动流体约占72%,而完全可动的流体仅约占总孔隙的10%,且致密砂岩部分可动和完全可动流体几乎贡献致密砂岩全部的渗透率。建立驱替压力梯度-渗透率双对数图版,可将驱替与渗吸对注水驱油速率的贡献分为驱替为主、渗吸为主和驱替-渗吸共同作用三种类型,并能定量表征驱替与渗吸对注水开发驱油速率的贡献,并明确了动态接触角对自发渗吸驱油速率的影响。通过静态渗吸、动态渗吸和岩心驱替实验,发现裂缝能大幅度提高渗吸采油速率,动态渗吸采收率高于静态渗吸的采收率,动态渗吸可以渗吸出静态渗吸尚未动用的部分残余油,并且动态渗吸有助于原油与表面活性剂发生乳化。致密砂岩岩心驱替实验后仍有部分储量可以通过渗吸采出,渗吸实验后仍有部分储量可以通过驱替采出,研究成果有助于阐明致密油藏渗吸驱油机理,为致密油藏注水开发方案设计提供一定的理论依据。

关键词： 自动调剂   控制系统   数学模型   模糊PID   中药饮片  

摘要： 随着生活水平的不断提高,人们开始追求天然药物的使用,越来越多的患者选择和使用中药,中药房的发药量日益增加。然而目前大部分中药房仍然沿用“手抓戥称”的调剂方式,这种调剂方式具有配药效率低、称量精度差、劳动强度大等诸多弊端,中医医院迫切需要一款能够实现中药饮片自动调剂的设备代替人工抓药以提高中药房的工作效率和降低药房的运营成本。调剂效率、精准度、安全性是中药调剂需关注的三大核心问题。要实现中药饮片自动化调剂,最关键的是实现中药饮片精确定量称量。因此,本文以散装中药饮片为调剂对象,以中药饮片自动调剂系统为基础,从中药饮片定量称量系统的控制算法出发,设计中药房中药饮片自动调剂控制系统,以实现对中药饮片的自动化精确调剂。针对中药饮片定量称量系统存在的问题,确定采用模糊PID的中药饮片定量称量控制策略;根据中药饮片自动调剂系统的控制需求,完成中药饮片自动调剂控制系统的总体方案设计。采用机理分析与系统辨识结合的方式,建立了中药饮片定量称量系统数学模型:通过对电磁振动给料机进行动力学分析和系统辨识,建立了电磁振动给料机的给药速度模型;通过对称量斗的工作原理进行分析,确定了称量装置的传递函数。在中药饮片定量称量系统数学模型的基础上,设计了模糊PID控制器对中药饮片定量称量过程进行控制;将该控制算法与常规PID控制算法仿真对比,验证了模糊PID算法在中药饮片定量称量系统中的可行性、有效性和优越性。在建立数学模型和控制算法的基础上,结合中药饮片自动调剂系统的调剂流程和控制需求,以PLC为下位机控制核心,对中药饮片自动调剂控制系统进行详细设计,包括控制系统的整体架构设计、硬件设计、软件设计和组态界面设计。最后以中药饮片自动调剂系统样机为测试平台,对控制系统进行了调试,对基于模糊PID的中药饮片定量称量控制算法的实际应用效果进行了实验测试。实验结果表明该控制系统可以实现中药饮片的精确称量和中药饮片的自动化调剂,达到了控制系统的要求。论文最后对所做工作进行了总结,并对中药饮片定量称量控制算法和中药饮片自动调剂控制系统的研究方向进行了展望。本论文有图73幅,表26个,参考文献105篇。

关键词： 无轴承开关磁阻电机   数学模型   有限元分析   控制策略  

摘要： 随着环境保护要求的不断提高、介质泄漏的严格控制,越来越多的工厂选用无泄漏的屏蔽泵。针对普通屏蔽泵中驱动电机启动轴向力大、轴承损坏及效率低的问题,设计了一种无摩擦、能耗低、鲁棒性好、效率高的片状无轴承开关磁阻电机。本文首先介绍无轴承开关磁阻电机(Bearingless Switched Reluctance Motor)的国内外发展现状,通过不同结构无轴承开关磁阻电机的对比,分析了本课题研究的无轴承开关磁阻电机的优越性,如轴向力小、悬浮与转矩无耦合等。其次,阐述了无轴承开关磁阻电机的结构、工作原理。通过等效磁路法推导出了无轴承开关磁阻电机悬浮力和转矩的数学模型。根据计算的参数,利用Mag Net 3D软件建立无轴承开关磁阻电机的有限元模型,对无轴承开关磁阻电机进行有限元分析,包括气隙磁场、力与电流关系、转矩特性以及耦合特性等。结果表明,无轴承开关磁阻电机的仿真结果与理论值近似相等,转矩与悬浮力无耦合。最后,根据无轴承开关磁阻电机悬浮力与转矩自然解耦的特点,设计了一种简单的基于PID控制的控制策略,并设计了控制系统的软硬件,利用Matlab软件进行仿真,分析结果表明无轴承开关磁阻电机在很短时间内运行达到稳定,说明了控制策略的有效性。

关键词： 燃气热值   抽气控制   数学模型   燃烧  

摘要： 抽气装置是Rossini型气体热值测量装置的重要组成部分,其主要功能是控制燃烧室的压差波动、维持稳定的燃烧过程,其次是收集燃烧后的尾气以用于成分分析。本文结合理论和实验情况,对控制抽气装置的算法进行优化研究。主要研究内容如下:(1)结合抽气装置控制要求,设计控制抽气装置运行所需硬件电路。在此基础上,编写相应的上位机程序和下位机程序,以实现抽气过程的精确控制。分析实验过程中观测到的电磁噪声,依据噪声特性设计FIR数字滤波器来降低噪声对装置的影响。(2)根据抽气装置的响应特性建立数学模型。以M序列输入下位机程序得到输出信号,并用AIC准则确定模型阶次,最后以梯度校正法计算模型参数。通过模型仿真与实际抽气测试对比验证模型,最终得到抽气装置的数学模型,并用BP神经网络整定PID算法的三个参数。(3)在恒速抽气时和PID控制抽气的工况下,分析燃烧室进、排气口两端的压差的变化,从测试结果看,PID控制抽气时更好地保持压差的稳定,甲烷能稳定燃烧。对硅胶干燥剂和无水氯化钙干燥剂的吸湿性能进行实验分析,在干燥剂质量、实验时间、吹扫气流速度均相等情况下,变色硅胶干燥剂吸湿率在11%左右,满足尾气干燥的需求。