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关键词： 聚酯   酯化   预缩聚   终缩聚   数学模型   工艺条件  

摘要： 本文对年产50万吨聚酯生产装置的酯化系统、预缩聚系统和终缩聚系统建立了数学模型,使用MATLAB进行了数值模拟,得出了每个反应器液相出口处各组分的浓度和技术指标,并与设计值进行了对比分析。本文考察了工艺条件对第一酯化反应器、第二预缩聚反应器和终缩聚反应器液相出口处参数的影响趋势,并就提升技术指标的问题给出了相应的工艺条件的调节措施。第一酯化反应器和第二酯化反应器液相出口处酯化率、聚合度、BHET的浓度和PET的浓度,它们的模拟值与设计值的相对误差均分别在5%和3%以内。第一酯化反应器和第二酯化反应器的体积分别约为146 m3和40m3,开车过程消耗的时间分别约为30h和7h。对于第一酯化反应器,若需要进一步提升液相出口处的技术指标,可以采取升温、降压、适当减小浆料醇酸摩尔比的措施。第一预缩聚反应器和第二预缩聚反应器液相出口处酯化率、聚合度和PET的浓度,它们的模拟值与设计值的相对误差均分别在2%和5%以内。第一预缩聚反应器和第二预缩聚反应器的体积分别约为30 m3和93 m3,开车过程消耗的时间分别约为5 h和20 h。对于第二预缩聚反应器,若需要进一步提升液相出口处的技术指标,可以采取降压的措施。终缩聚反应器液相出口处酯化率、聚合度、PET的浓度和DEG的质量分数,它们的模拟值与设计值的相对误差均在1%以内。终缩聚反应器的体积约为78m3,管长为15 m。对于终缩聚反应器,若需要进一步提升液相出口处的技术指标,可以采取降温、降压、减小物料停留时间的措施。

关键词： 绕线型   无刷双馈电机   软起动   数学模型   绕组设计  

摘要： 无刷双馈电机(BDFM)作为一种新型多端口感应电机,由于实现了无刷化,极大的简化了电机结构,且具有安全性、可靠性较高,功率因数可调等特点。无刷双馈电机定子上有两套极对数不同的绕组即功率绕组和控制绕组,转子结构常为绕线型,笼型和磁阻型,因此该电机在设计上灵活性强。通过改变定子两套绕组供电类型,无刷双馈电机可以工作在异步、同步、双馈状态。由于无刷双馈电机出色的调速性能,在风力发电,煤矿运输等领域有着广泛的应用前景。实现电机软起动一直是带式运输领域的重要研究内容,由于传统电机实现软起动大多借助外部设备实现,如变频器等电力电子设备。随着电机容量的提升,相匹配的变频器等设备价格成本倍增加。这不仅会导致电机系统综合成较大,而且会使得系统的可靠性降低。针对该问题,本文提出一种仅通过改变绕组连接方式便能实现软起动的新型绕线式无刷双馈电机。通过设计的定、转子绕组,使其在起动和正常运行状态产生不同的工作特性进而实现无刷双馈电机的软起动。该方法在保证电机起动性能的同时,极大的降低电机系统综合成本,在实用性和经济性上有较好的平衡,推动了无刷双馈电机在带式运输领域的发展,也为电机实现软起动提供了新思路。本文的研究内容主要包括以下几个方面:首先,通过总结大量国内外文献资料,充分分析无刷双馈电机的结构特点,发展历史以及研究现状。简要概括无刷双馈电机的分析方法和参数计算方法。并发现软起动在电机领域的研究价值以及存在的不足。同时详细介绍无刷双馈电机的运行原理,引出软起动型绕线式无刷双馈电机的基本设计思路。其次,基于常规感应电机极槽配合原则的基础上推导出软起动型绕线式无刷双馈电机较为通用的极槽配合选择原则。基于软起动型绕线式无刷双馈电机的设计思路的基础上设计了3种不同结构的功率绕组,并详细介绍了其设计方法,工作方式,通过槽号相位图选定每相具体槽号,分析了绕组各次谐波磁动势含量。基于不等匝绕组的基础上,设计复合线圈转子绕组,使其能够与定子绕组配合,在不同极对数磁场下产生不同工作特性,进而实现无刷双馈电机的软起动。之后,通过研究分析常规绕线转子无刷双馈电机参数计算和数学模型的基础上,推导和设计了考虑谐波影响的软起动型绕线式无刷双馈电机数学模型。并通过Matlab软件对比分析3种不同结构绕组应用于电机软起动时的起动特性。最后,通过有限元软件构建软起动型绕线式无刷双馈电机有限元模型,进一步优化电机绕组结构,详细分析和对比了3种方案的电磁特性和起动特性。选择最佳方案的软起动性能与异步起动性能作对比,并制作样机进行实验验证。实验所得结果与理论分析结果具有一致性,充分说明了分析方法的准确性和设计理论的可行性。

ISBN: (纸本)9787302575498

关键词： 图像识别   近红外光谱技术   无损检测   数学模型  

摘要： 我国的苹果产量世界领先,但近几年的出口量依旧落后于其他发达国家,反映了我国苹果产业缺少足够国际竞争力。主要原因在于我国水果产业在采摘后的后处理工作流程不够完善,检测技术和装备落后导致水果在储藏和运输途中发生病变或者造成的机械损伤不能被及时发现,影响到周边的水果劣变,造成严重危害。因此,为了提高我国水果产业国际竞争力,同时满足人们对于苹果内外品质的要求,越来越多的研究者将视角关注于利用现代信息技术检测苹果品质的领域。本文以山西红富士苹果为主要研究对象,结合计算机图像识别技术和近红外光谱检测技术,对苹果内外品质做出检测。论文主要研究内容如下:(1)用手机在自然光下拍摄的照片所含有的不稳定因素太大、噪声太高。文章对计算机图像识别中图像增强等预处理方面提出了相关的理论方法。对图像用Gamma灰度变换和直方图均衡化方法进行灰度调整,加强对比度,尽量减少光照阴影的影响,并用中值滤波后的图像结合小波变换去噪,得到增强的图像后,对图像用最大类间方差法分割苹果图像、抽取苹果严重破损/病斑的部位。研究表明,该方法对苹果图像特征的分割有很好的作用。(2)针对苹果表面图像的特征提取,分别从颜色特征、纹理特征和形状特征三个方面进行分析,运用RGB模型结合图像汇成颜色直方图作为颜色特征;用模型法中的分形维数算法计算图像的分形维数,提取出不同种类苹果的分形维数范围作为其纹理特征;根据图像破损部位的几何特征及二值化方法提取主要的5个参数作为形状特征,取得了较好的效果。(3)针对完好苹果和轻微损伤苹果/严重损伤苹果建立DPLS数学判别模型,研究表明可以从预测集数据中轻易判别出苹果内部品质的好坏,对严重损伤苹果和轻微损伤苹果判别分析正确率分别为100%和98.15%,可以对苹果进行有效科学分类。(4)结合光谱数据和水果的可溶性固形物(SSC)、硬度理化参数,建立偏最小二乘(PLS)数学模型,分析了在不同预处理方法下的模型预测精度和适用范围。实验结果表明,不同预处理方式对SSC和硬度所得到的模型预测精度有一定的差异性,其中光谱使用归一化预处理并与可溶性固形物浓度建模后,模型达到最优,校正集相关系数为0.9171,校正均方根误差为0.7533,预测集相关系数为0.8707,预测均方根误差为0.8049,四种预处理方法并不能使苹果硬度和光谱进行建模后的精度和稳定性有所提高,与原始光谱数据建模效果最佳,其中校正集相关系数为0.7101,校正均方根误差为0.3182,预测集相关系数为0.6533,预测均方根误差为0.3436。文章主要通过将计算机图像识别技术与近红外光谱无损检测技术相结合共同对苹果内外品质做出判别,研究结论对于促进我国研发一款先进的水果产业的品质检测设备具有一定的借鉴意义。

关键词： 深度学习   学习任务   物理课堂  

摘要： 高中学习任务多种多样,其中前置性学习任务、过程学习任务和探究学习任务,因在教学过程中任务明确,其教学效果十分显著。如何在物理课堂教学中通过布置学习任务促进学生的深度学习呢?笔者以绳-球模型和杆-球模型为例:布置前置性学习任务完成自制水流星模型和杆-球模型,使学生在活动中体验真实情景;布置整理-归纳-寻因-发现过程学习任务,有利于培养学生的高阶思维能力;布置探究学习任务,引导学生对学习内容批判的学习和对知识的理解及知识的迁移,追求高投入、有效率的深度学习。

关键词： 数学建模素养   数学模型   高中数学   优化  

摘要： 数学建模是高中数学学科核心素养的重要构成部分,重要性不言而喻.高中数学教学实践中为更好地落实数学建模素养,应做好以往教学经验总结,在把握高中阶段数学模型的基础上,灵活运用多种教学方法,做好数学建模素养培养工作,进一步优化高中数学课堂.

关键词： 熔渣离心粒化   转杯   数学模型   CFD数值模拟   渣粒直径  

摘要： 高炉渣是炼铁过程中产生的主要副产品,全国每年产生的高炉渣所富含的热量相当于一千多万吨标准煤的发热值,是目前高炉炼铁生产过程中唯一未被有效的回收利用的能源。目前对高炉渣的处理大多采用底滤法和因巴法等湿法处理工艺,这种工艺除了不能回收余热的缺陷之外,还存在产生硫化物污染环境、消耗大量水等缺点。离心粒化法是一种干式粒化方法。此方法处理高炉渣与湿法处理工艺相比,不需要消耗水资源、不污染环境、能回收余热,而且处理后的炉渣仍然能够满足后续的水泥生产需要,因而受到了国内外的广泛关注。本文针对转杯离心干式粒化熔融高炉渣过程进行了数值模拟与冷态模拟试验研究。本研究首先建立了描述转杯离心粒化工艺中熔渣在转杯内壁上铺展过程的二维稳定态CFD模型和熔渣液膜飞离转杯边缘之后破碎成液滴过程的三维非稳定态CFD模型。所建的二维稳定态模型用来模拟熔渣在转杯表面流动和铺展行为并且预测熔渣液膜在转杯边缘处的厚度;以该液膜厚度和熔渣流量为输入条件,三维非稳定态模型用来模拟熔渣离开转杯后形成液丝进而破碎成液滴的过程。两个模型相结合运行可以较高效率地实现对转杯离心粒化整个过程的数值模拟。本研究考察了熔渣流量、转杯转速和转杯直径等关键参数对转杯边缘渣膜厚度的影响,探究了渣膜厚度、液丝直径和液滴直径三者之间的关系。此外,针对转杯离心粒化所特有的液丝破碎模式,本文还建立了CFD模型用来模拟单根液丝遵循瑞利破碎机理(Rayleigh disintegration mechanism)的粒化过程,并且在实验室建立试验装置以水和液态石蜡为工质进行了单根液丝粒化冷态模拟试验。CFD模拟和试验研究考察了液体流量和液丝直径等参数对粒化形成的液滴直径的影响规律。数值模拟和试验结果验证了转杯离心液丝粒化的模式近似遵循瑞利破碎机理以及所建立的转杯粒化CFD模型的有效性。因此,本文运用所建立的数学模型结合单根液丝粒化冷态模拟试验能够较为系统地探究各个参数对转杯离心粒化的渣粒直径的影响规律,以获得合适的转杯结构和操作参数,为转杯离心粒化技术的工业化应用提供理论指导。

关键词： 黄芪   双螺杆挤压   有效化学成分   物理特性   抗氧化特性  

摘要： 双螺杆挤压工艺是在食品和农副产品加工中利用的一项新技术,具有工艺多变、可连续生产、原料适应性广等优点,这种技术的应用可以改变产品的理化性质,可促进产品的综合开发利用。黄芪(Astragalus mongholicus Bunge)是豆科黄耆属的重要的药食兼用植物,具有多种功效。本试验以黄芪为原料,研究双螺杆挤压过程中物料水分含量、螺杆转速和机筒温度对黄芪有效化学成分、物理特性及抗氧化特性的影响。试验结论如下:(1)双螺杆挤压处理后,黄芪的的有效成分含量发生明显变化。物料水分含量、螺杆转速和机筒温度3因素对黄芪挤压物中总黄酮、总皂苷和毛蕊异黄酮苷含量均有影响。总黄酮含量挤压最佳工艺条件为物料水分含量26%、机筒温度120℃和螺杆转速180 rpm。黄芪总皂苷含量挤压最佳工艺条件为物料水分含量27%、机筒温度105℃和螺杆转速125 rpm。黄芪毛蕊异黄酮苷含量最佳挤压条件为物料水分含量25%、机筒温度125℃和螺杆转速200 rpm。黄芪挤压物中总黄酮含量响应面优化值(3.22 mg/g)与原料相比无显著性差异,但总皂苷含量(19.59 mg/g)和毛蕊异黄酮苷含量(0.5186 mg/g)均低于原料。(2)双螺杆挤压工艺对黄芪挤压物的膨化率和水溶性指数均有显著影响。当物料水分含量为24%、螺杆转速为275 rpm、机筒温度为135℃时,挤压物的膨化率最高,为66.53%。挤压处理后,物料水分含量为21%、机筒温度为135℃、螺杆转速为200 rpm的水溶性指数最大,为35.29%,比黄芪原料提高32.8%。(3)挤压处理后,黄芪的的抗氧化特性发生明显变化。物料水分含量27%、机筒温度120℃、螺杆转速125 rpm处理的DPPH自由基清除率最大,物料水分含量24%、机筒温度120℃、螺杆转速200 rpm处理的羟自由基清除率最大,物料水分含量24%、机筒温度120℃、螺杆转速200 rpm处理的还原力最大,其3个抗氧化指标与黄芪原料相比,分别提高16.72%、27.99%和132.86%。

关键词： 球杆仪   数控机床   误差检测   数学模型   结构设计   误差分析   分辨率  

摘要： 几何误差测量是数控机床误差补偿和提高加工精度的关键。球杆仪作为一种数控机床圆轨迹误差检测仪器,具有结构紧凑、操作简单、测量精度高、检测结果可靠等优点,被广泛应用于数控机床的误差诊断和精度评定。现有球杆仪的测量半径由所配备的不同加长杆长度决定,其测量范围被限制在几个不同半径的圆上。因此,现有的球杆仪无法实现机床工作范围内几何误差的全尺寸测量,且更换加长杆时的操作导致误差检测的不连续,降低了球杆仪的检测效率,且引入了重复安装误差。本文针对上述问题,提出了一种基于可分度旋转关节的新型球杆仪(以下简称分度式球杆仪),可以在单次安装的条件下(避免重复安装、定位),检测数控机床任意选定工作平面内不同半径的圆轨迹误差。分度式球杆仪有利于扩大球杆仪的误差检测范围,提高检测效率,为机床加工区域内的几何运动误差检测提供更多半径可选择的检测圆轨迹。本文通过理论分析、数值仿真和实验验证等手段,重点研究基于分度式球杆仪的机床误差检测原理和其精度影响因素。本文主要从以下几方面展开:(1)设计分度式球杆仪的机械结构,建立基于分度式球杆仪的数控机床误差检测数学模型。对影响数控机床精度的误差因素进行分析和分类。基于分度式球杆仪的误差检测模型对数控机床的常见误差源进行仿真分析,验证分度式球杆仪误差检测原理的可行性。(2)建立分度式球杆仪的机械误差模型,并进行数值仿真研究,分析了倾角、连杆长度、分度角误差等结构参数对分度式球杆仪测量精度的影响,提出各结构参数的合理设计范围。(3)搭建基于分度式球杆仪的数控机床误差检测原理验证实验系统,设计并研制分度式球杆仪的实验装置,进行实验验证。验证基于分度式球杆仪的数控机床误差检测原理的正确性,以及分度式球杆仪实验方案的可行性。(4)研究分度式球杆仪的误差放大特性,计算分度式球杆仪的分辨率。设计对比实验,对比分析分度式球杆仪与商用球杆仪的误差检测效果,验证分度式球杆仪的误差放大特性。

关键词： 氯化钠溶液   高温热泵   数学模型   运行特性   评价指标  

摘要： 蒸发结晶是基础的化工单元,在化工生产中极为常见。常规的蒸发结晶系统需要消耗大量生蒸汽,同时产生压力低、品位低的二次蒸汽。由于达不到应用条件,这部分二次蒸汽多被直接排放进大气或被冷却系统冷凝,造成能源浪费。而热泵技术能够通过消耗电能,将低位能提升为可利用的高品位能量,已经被广泛应用于工业余热回收领域。因此本文提出将二次蒸汽作为低温热源,通过热泵生成高品位热能为结晶设备供能的蒸发结晶系统新形式。由于结晶器所需热源一般为85℃及以上,因此该系统中的热泵属于高温热泵范畴,故将此系统形式称为高温热泵蒸发结晶(High temperature heat pump evaporative crystallization,HPC)系统。HPC系统耦合了热泵子系统与导流筒-挡板(Draft Tube Baffle,DTB)结晶子系统,形成了二次蒸汽潜热的闭式循环,同时使得两个子系统产生了新的运行特性。常规DTB结晶系统中二次蒸汽参数由结晶器内部参数决定,而HPC系统中二次蒸汽能通过热泵系统影响到结晶器内部状态。相似地,常规热泵系统的蒸发温度与冷凝温度仅通过制冷剂相互关联,而HPC系统中蒸发温度与冷凝温度还可以通过二次蒸汽相互影响。由于以上特点,耦合后的HPC系统运行特性更为复杂,同时热泵与蒸发结晶领域的常规评价指标并不能全面评价HPC系统的性能。本文以盐溶液作为结晶原料,针对高温热泵蒸发结晶系统的运行特性与评价进行了以下四个方面的研究:(1)DTB结晶子系统模型分析及应用。深入分析并建立DTB结晶子系统数学模型,采用粒数衡算模型完成结晶器有效体积建模,同时结合文献研究成果完善结晶器结构模型。根据DTB结晶子系统的数学描述,完成求解程序编写,依据已知条件构建DTB结晶子系统模型应用案例。(2)HPC系统数学建模与验证。构建热泵子系统的热力模型,完成传热性能研究,选择壳管式换热器结构形式并建立结构优化模型。在完成热泵子系统与DTB结晶子系统的分别建模后,构建耦合模型,梳理得到HPC系统求解方法,并完成数学模型验证。(3)HPC系统构建与运行特性研究。为掌握不同设计参数对HPC系统设计结果的影响,利用求解程序分析关键参数对设计结果的影响规律。基于分析结论结合已知条件,构建蒸发能力为300kg/h的HPC系统应用案例,案例的COP达到5.85。为模拟不同工况下HPC系统的运行特性,采用迭代法设计仿真程序,分析四种运行参数改变对系统的影响规律。(4)HPC系统技术经济性评价方法与应用。结合热泵与结晶领域常用指标,完成HPC系统在工艺控制性、节能性、环保性以及经济性四方面的评价指标建立,基于运行数据分析各指标的影响因素及影响规律。本文提出了高温热泵蒸发结晶系统,丰富了蒸发结晶领域的节能技术选择,研究了HPC系统构建过程中关键设计参数对设计结果的影响规律、运行过程中的特性变化,并建立了全面的评价方法,为HPC系统的优化设计、工程方案比选以及运行调试提供理论和数据参考。