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关键词： 中低品位磷矿   预处理   硝酸法   动力学   数学模型  

摘要： 磷矿是磷酸、磷肥多种磷化工产品生产制备的重要矿物原料,也是磷酸盐等一类精细化工产品制备的基础原料,在整个化工产业的发展中占有很大比重,对整个经济社会的发展起着支柱作用。随着磷产业的不断发展,磷资源日趋贫乏,我国能直接被用于湿法加工生产的优质磷资源已濒临枯竭。磷矿中除主要成分氟磷酸钙外,还存在大量对磷化工生产过程不利的杂质成分,其中镁杂质的影响尤为突出。磷矿中的镁杂质大部分以白云石(MgCO·Ca CO)的形式存在,其含量过高时将会对磷矿湿法加工过程以及磷产品的质量有着不利的影响。当磷矿中的ω(Mg)超过1%时,将导致磷矿无法直接进行湿法磷酸加工。针对我国磷矿资源禀赋差且现有中低品位磷矿预处理技术存在不足导致我国中低品位磷矿资源未能得到充分利用的问题,本论文提出硝酸法预处理中低品位磷矿技术思路,以乌斯河磷矿和晋宁磷矿为研究对象,分别开展了小试研究、模试研究和反应器流场模拟研究,得到主要研究结果如下:首先,通过正交实验探究磷矿脱镁过程,得到最优工艺条件为:液固比3.0、pH值2.0、磷矿细度80-100目、温度45℃、反应时间2.5 h、硝酸钙镁盐溶液含量为15%;分析得到磷矿在脱镁反应中,磷、镁的脱出率受磷矿初始粒度、液固比和反应过程pH值的影响较大,反应时间、硝酸钙镁含量和反应温度影响较小;以硝酸为脱镁剂对乌斯河磷矿进行脱镁,能够将中低品位磷矿加工到满足湿法磷酸生产的要求,有着良好的发展前景。其次,在正交实验得到的最优工艺条件基础上,探究了温度、磷矿初始粒度、反应时间和反应pH值对脱镁过程磷损失率和镁脱除率的影响。磷矿脱镁过程活化能为21.83 k J/mol,判断硝酸法磷矿脱镁属于混合控制,频率因子k为56.01 min;采用粒径不变的核收缩模型来描述磷矿脱镁过程,得到磷镁脱出的最终数学模型:(?)回归分析得到磷损失率模型拟合结果相关系数为0.9807,实验误差控制在-10%～+10%以内,均方根误差为0.12%;镁脱除率拟合结果相关系数为0.9744,实验误差控制在-10%～+10%以内,均方根误差为3.40%。并通过响应面(RSM)分析,直观地表述了不同因素对磷矿脱镁过程磷、镁脱出率的影响。第三,通过模试试验研究了pH值对晋宁磷矿和乌斯河磷矿模试装置脱镁过程脱镁效果的影响。结果表明:晋宁磷矿和乌斯河磷矿脱镁效果最佳的pH值均为2.0。在最佳pH值条件下进行脱镁试验,能够将不能直接采用湿法加工的乌斯河磷矿转变为符合酸法加工磷矿标准HG/T2673-1995中一等品Ⅰ类标准(PO含量大于30.0%,w(MgO/PO小于5.0%)的磷精矿。最后,利用ANSYS CFD软件对脱镁反应器进行反应过程内部流场模拟,通过分析不同搅拌转速下不同径向位置的轴向速度变化和不同转速下液固混合情况,得到雷诺数Re=133333.3时基本能够满足混合均匀和溢流出料的要求。本论文研究为我国中低品位磷矿预处理提供了一条新的工艺路线,对提高我国中低品位磷矿资源利用率具有重要价值,为该技术工程化应用提供了理论指导和重要支撑。

关键词： 特殊钢   智能化   定额成本   配料   数学模型  

摘要： 通过对实际配料过程进行数学模型建模,并通过建立和使用工装数据库、专家策略数据库对模型进行优化,开发了基于制造企业生产过程执行系统(manufacturing execution system, MES)的特殊钢智能化定额成本配料测算系统。将特殊钢智能化定额成本配料的输出结果与MES记录中测算过的1 543条人工配料信息进行对比,结果表明,单个配料可以节约配料人员0.5～3.0 h的工作时间,且测算系统具备批量测算的功能;测算系统100%获得最优解配料结果,而个人配料结果受个人能力影响会出现偏差和错误。智能化定额成本配料测算系统的投入使用,降低了配料人员的工作难度,加快了合同评审接单,也为生产控制提供了数据指导。

关键词： 间歇性输水   数学模型   地下水位模拟   生态响应   地下水蒸发  

摘要： 地下水人工补给是干旱区水资源管理的重要组成部分，在不影响区域水平衡情况下，定量分析“河流-含水层”系统中“地表水-地下水”的相互作用，对于实现含水层的可持续管理目标和获得预期的生态环境效益具有重要意义。近年来，解析模型在地下水人工补给研究中得到了广泛应用。然而，现有的解析模型主要集中在使用单一事件的数据来模拟短期补给期内的瞬态水位波动上，而对间歇性补给条件下集水区地下水动态的多年模拟研究非常罕见。本文以塔里木河下游间歇性生态输水过程为研究，通过对河岸带“地表水-地下水-生态系统”连续体进行野外定点试验、模型构建及遥感提取，系统的研究间歇性补给条件下地下水位波动过程及生态响应规律。主要研究结论如下:　　(1)塔里木河下游地下水位变化依赖于间歇性生态输水过程，且不同河岸距离响应规律存在一定的差异。通过定性与定量分析，对多年地下水位变化进行了研究，结果表明:2010-2017年地下水补给过程引起的地下水响应范围超过1000m，基本在1000-1500m左右，随着河岸距离的增加，地下水位呈现梯度递减的趋势。另外，由于地下水渗流速度的限制，地下水位变化存在一定的滞后效应，且随着河岸距离的增加，滞后期逐渐增加。其中，在河岸50-300m范围内，地下水位变化滞后期一般持续到地下水补给后的1-2个月内;而对于500-1050m范围内，滞后期较长，一般在3个月以上。　　(2)线性化的Boussinesq方程的解析解对瞬态补给阶段地下水位变化具有较好的模拟结果。通过瞬态补给阶段解析模型与数值模型及实测值对比分析，结果表明:在不同时间尺度上，基于解析模型得到的地下水位变化拟合结果与数值模型模拟结果和实测值均有较好的一致性，没有明显的偏差。通过参数敏感性分析表明，解析模型具有较好的稳定性和收敛性，能较好地估计瞬态补给阶段地下水位的变化。　　(3)综合考虑多阶段地下水补给过程中地下水扩展补给效应及地下水位波动响应滞后效应的改进的解析模型，在多年地下水位波动变化研究中得到了较好的拟合结果。将改进的解析模型应用于塔里木河下游多阶段地下水补给研究，结果表明:在不同监测断面，与改进前解析模型模拟结果相比，改进后的解析模型得到的地下水位多年变化模拟结果与观测结果吻合得更好。在多阶段补给条件下，NSE和R2值均显著增加，模拟值与实测值具有较好的拟合优度和一致性，改进后的解析模型得到了较高精度的结果。　　(4)随着多年间歇性生态输水的持续，河岸带地下水位抬升的同时，生态也逐渐恢复，然而不同河岸距离生态响应特征存在一定差异。通过塔里木河下游多年植被变化趋势分析，结果表明:由于干旱区植被在不同水分环境条件下自我调节策略，在河道断流阶段，短期内地下水位下降对植被变化影响较小，随着水分胁迫的持续，植被将出现衰败现象。在河道输水阶段，随着地下水位的抬升，河岸带逐渐达到植被生长所需地下水埋深条件，以输水河道为中心，河岸植被覆盖度逐渐增加。其中，随着河岸距离的增加，植被覆盖度由中、低水平向无植被变化，近河岸位置形成了以稀树林、草地或沙生灌丛向裸地、沙地或戈壁过渡的空间分布格局。　　(5)由于多阶段地下水补给过程的变化，自2009至2017年，河岸地下水蒸发量呈现“增-减-增”变化。研究结果表明:随着多阶段输水过程的持续，近河岸位置地下水埋深逐渐减小并且植被覆盖度逐渐增加，导致地下水蒸发量也逐渐增加。在现有地下水埋深条件下，多年平均地下水蒸发量为乔木类植物＞灌木类植物＞草本植物＞裸地。

关键词： 水电站   水轮机   数学模型   最小二乘法   模型辨识  

摘要： 水轮机调节系统动态特性复杂,其控制质量的好坏与电站的安全稳定运行、整个电力系统电能质量好坏有着重大关系。水轮机作为调节系统的重要组成部分,其数学模型是保证调速器PID参数整定是否合理、调节系统动态特性分析是否正确的重要基础。近年来,随着风电、光伏发电等清洁能源技术的大规模应用推广,风电、光伏发电与水电的联合互补问题已经成为研究的热点。其中,参与互补系统的水轮机调节系统动态特性分析研究是热点之一。由于水力发电机组具有工况变化范围宽、响应速度快的特点,因此在互补系统中,其担负了频繁地功率调整与系统负荷曲线平滑的重任。在此情况下,水轮机调节系统性能的优良与否显得更为重要。而水轮机数学模型的正确与否对开展水轮机调节系统动态特性分析、进行调速器参数优化整定有重要作用。目前大多使用的水轮机数学模型是近似线性化处理得到的理想水轮机数学模型,对水轮机的动态特性的描述不够准确。因此,开展水轮机数学模型参数辨识具有重要的意义。作者结合国家重点专项“分布式光伏与梯级小水电互补联合发电技术研究及应用示范课题5”项目研究,以四川省阿坝州某水电站2#机组为研究对象,在现场空载试验数据的基础上,通过外延插值得到传统的水轮机数学模型,基于重构的水轮机数学模型,利用系统辨识工具箱和最小二乘法进行辨识得到两种水轮机数学模型,通过MATLAB/Simulink平台,对基于三种水轮机数学模型的水轮机调节系统进行数值仿真,验证重构模型的合理性与辨识的正确性。具体研究工作如下:(1)基于传统混流式水轮机数学模型,建立了水轮机调节系统数学模型,为后续研究奠定了基础;(2)通过对比分析根据传统水轮机数学模型和相关规范提出的非理想刚性水轮机数学模型,提出并构造了一个普适性更宽的水轮机数学模型,并研究了对该数学模型进行辨识的方法;(3)为了开展对比研究,依据该电站所安装运行的水轮机,利用其模型综合特性曲线,使用外延插值的方法,获取了空载工况点的6个传递系数,得到了空载工况点处的传统水轮机数学模型,定义为模型1;(4)以现场空载试验数据为依据,针对重新构造的水轮机数学模型,利用系统辨识工具箱,开展水轮机数学模型参数辨识工作,得到模型2;(5)以现场空载试验数据为依据,针对重新构造的水轮机数学模型,利用最小二乘法,开展水轮机数学模型参数辨识工作,得到模型3;(6)利用MATLAB/Simulink平台,采用数值仿真的方法,分别对基于三种水轮机数学模型的水轮机调节系统动态特性进行仿真分析,研究所构造的水轮机数学模型结构的合理性,以及辨识的正确性。

关键词： 初中   物理课堂   有效性   教学策略  

摘要： 在新时期的教育发展过程中,初中物理教学也经历了一系列的变化,对物理教学效果的要求也随之越来越高。在这样的教学目标下,初中物理教学中暴露出各种各样的教学问题,阻碍了课堂的有效性。因此,作为初中物理学科的教师就需要关注日常教学方法和学生给予的学习反馈,从这些因素中汲取教学低效性的原因。对教师而言,提高课堂教学有效性是日常教学工作的题中之一,应该结合学生的学习特点和教学模式的发展创新进行有效教学方法的实施。本文分析了当前导致初中物理教学低效的主要原因;提升初中物理教学有效性的重要性;以及在新时期构建有效初中物理课堂的教学策略等几个方面展开详细探究。

关键词： 微笑   物理课堂   初中生   教学  

摘要： 初中物理教学具有很强的抽象性和逻辑性,需要学生通过探究性物理实验对现象进行加工整理,但初中生正处于青春期的过渡时期,思想不成熟,抽象思维水平低,对事物的认识主要依靠直觉经验,缺乏较强的逻辑思维能力。为此,本文从初中物理课程的特点出发,阐述微笑在物理课堂教学中的作用及应用。

关键词： AZ80镁合金板材   弯曲中性层偏移   去孪生   数学模型   模拟  

摘要： 镁合金由于其特殊的密排六方结构,在室温下可以开动的滑移系较少。这使镁合金在室温下的塑性变形能力较差,并严重限制了镁合金发展。弯曲是镁合金工业生产中常用的变形方式之一,而弯曲回弹对弯曲成形工艺和产品精度有着重要影响。本文通过金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射衍射计算(EBSD)等表征方法对AZ80镁合金的微观组织进行分析,研究了第二相粒子和孪生-去孪生机制对AZ80镁合金板材弯曲中性层偏移和回弹的影响。得出以下结论:(1)室温条件下对轧制态AZ80镁合金板材沿横向进行预压缩变形量为1%、3%、5%变形随后时效处理。沿横向反向拉伸变形,预孪晶镁合金去孪生行为发生,试样屈服强度降低,而预孪晶时效处理后镁合金去孪生行为受到析出第二相粒子抑制,试样屈服强度高于单纯预孪晶试样。(2)室温条件下对轧制态AZ80镁合金板材沿横向进行预压缩变形量为1%、3%、5%变形随后时效处理。预压缩时效试样在100℃下进行90°V型弯曲变形。弯曲内侧和外侧产生拉压不对称性,应变中性层向外侧偏移。随着预压缩程度的增大,回弹逐渐增大。而预孪晶时效处理后,去孪生受到第二相粒子抑制,拉压不对称性增强,中性层偏移系数K值增大,回弹小于单纯预孪晶试样。(3)室温条件下对轧制态AZ80镁合金板材分别沿着横向和轧制方向进行预压缩变形量为1%、3%、5%变形随后时效处理。分别沿着横向、轧制方向、45°方向反向拉伸变形。沿着横向、轧制方向反向拉伸变形时,镁合金产生去孪生行为,屈服强度降低。预孪晶时效处理后去孪生行为受到第二相粒子抑制,试样的屈服强度相较于单纯预孪晶试样增大。而沿45°方向反向拉伸变形时,去孪生行为较弱。(4)室温条件下对轧制态AZ80镁合金板材分别沿着横向和轧制方向进行预压缩变形量为1%、3%、5%变形随后时效处理。预压缩时效试样在100℃下进行90°V型弯曲变形。弯曲外侧发生拉伸变形,内侧发生压缩变形。内外侧产生拉压不对称性,应变中性层向外侧偏移。回弹随着预压缩程度的增大逐渐增大。而预孪晶时效处理后,外侧去孪生行为受到第二相粒子抑制。弯曲内外侧拉压不对称性增强,中性层偏移系数K值增大,回弹相较于单纯预孪晶试样变小。(5)通过Abqaus软件对弯曲过程进行模拟,并利用数学计算弯曲应变中性层和弯曲回弹角之间理论模型,对模拟结果进行验证。模拟结果说明弯曲变形后AZ80镁合金试样发生回弹,镁合金的弯曲应变中性层向外位移。与实际实验结果和数学理论模型计算结果一致。

关键词： HAN基推力器   重点结构参数   数学模型   仿真计算   结构优化  

摘要： HAN基单组元推力器作为新一代绿色、无毒、高能的航天推力器,近年来逐渐成为众学者的研究热点。然而,通过实验的方式研究HAN基单组元推力器的工作过程具有一定的局限性。为此,本文通过数值模拟的方式对HAN基推力器的工作过程进行了研究,并探究了重点参数对HAN基推力器工作过程的影响规律。同时,本文以推力器的推力作为评价指标,通过数值模拟的方式对HAN基推力器的重要结构参数进行了优化。HAN基推力器的工作过程包含着复杂的物理化学过程,本文通过对HAN基推力器工作过程的分析,耦合了雾化模型、多孔介质模型以及化学反应模型等多个模型,建立了HAN基推力器工作过程的数学模型。然后,基于搭建的数学模型模拟了HAN基推力器的工作过程。通过仿真结果与实验结果的对比,发现仿真计算结果与实验测量结果之间的偏差较小,仿真模型较为准确。随后,本文基于搭建的数学模型展开了深入的研究。首先,本文对HAN基推力器的具体工作过程进行了分析研究。分析了HAN基推力器的启动过程以及稳定工作时的温度、压力、速度以及组分分布情况,解析了HAN基推力器工作过程中不同阶段的工作状态。其次,本文通过对不同参数下推力器内压力、温度、速度以及组分分布情况的分析,研究了推进剂入口流量、催化床孔隙率、催化床长度以及催化床直径等关键参数对HAN基推力器工作过程的影响规律。最后,本文基于BBD(Box-Behnken Design)响应面法对HAN基推力器的重点结构参数进行了优化设计研究。通过BBD设计方法对仿真计算方案进行设计,对方案中的每个样本点进行仿真计算,求解不同结构参数条件下推力器的推力。以推力作为优化评价指标,求得了推力关于重点结构参数的响应函数,得到了最优结构参数组合,并对比了优化前后推力器的工作过程,为HAN基推力器的优化设计提供了参考。

关键词： 钙果   物理特性   风筛式清选   EDEM-Fluent   台架试验  

摘要： 钙果是我国特有的矮小灌木果树,因其具有较高的经济与营养价值,发展前景广阔。近几年,为了实现钙果机械化采收,国内相关学者致力于研究设计钙果机械收获装置,并取得了一定的成果。但是机械采收后钙果的含杂率高,不利于钙果后续精深加工。为了降低机械采收后钙果的含杂率,本文通过测定钙果机械收获脱出物相关物理特性,借助EDEM-Fluent耦合仿真技术为清选装置的设计提供理论参考,加工制造钙果清选装置,设计台架试验验证。结果如下:（1）采用国标测量方法测量了钙果机械收获脱出物相关物理特性,其中包含脱出物组成及组成比,形态尺寸、质量、密度、悬浮速度、与不同材料间的摩擦系数、恢复系数。所测得的相关物理特性参数为后续耦合仿真及装置的设计研究提供了数据支持。（2）根据钙果物理特性和《农业机械设计手册》要求,设计了一种风筛式钙果清选试验装置,并介绍其组成与工作原理,并初步选定试验因素。（3）本文进行了Fluent与EDEM耦合仿真试验,采用eulerian-eulerian数学模型。其中EDEM采用Hertz-Mindlin无滑动接触模型来模拟颗粒间、颗粒与筛面、颗粒与清选筛内壁间的碰撞,Fluent采用rng-k流场模型模拟清选装置中的气体流速与压力大小的变化规律。（4）以风机风速、振动筛振幅、频率为试验因素,钙果清洁率与损失率为评价指标,用EDEM-Fluent耦合设计单因素仿真模拟试验,并对试验结果进行分析,根据仿真试验结果优化了试验台的结构参数,并确定了影响含杂率的试验因素为风机风速、振动筛振幅、频率。（5）以风机风速、振动筛振幅、频率为试验因素,钙果清洁率与损失率为评价指标,进行台架试验验证。单因素试验结果表明:当风机风速、振动筛振动频率与振幅逐渐增加时,钙果风筛式清选装置的清洁率先增大后减小,损失率逐步增大。其结果与仿真结果基本一致。正交试验表明:风机风速为10m·s-1,振动筛振幅为10mm,振动筛振动频率为9Hz为钙果风筛式清选装置最优清选参数组合。在最优清选参数组合下,装置的清洁率为96.3%,损失率为3.4%。

关键词： 压电俘能   I-L组合压电梁   磁力非线性   数学模型   实验研究  

摘要： 目前,新型无线传感网络在军民产业、环境监测、临床医疗和智能农工业生产中得到广泛应用。传统的化学电池由于存贮量少,需定期更换,容易造成环境污染,尤其是在一些极端环境中工作人员不能随意到达等问题,已经不能满足他们的需求。为了保持这些设备能进行长期可靠的工作,科研工作者转而利用压电发电机将其他易获得的清洁能源转化为电能。而环境俘能由于其自身的优势在实现无线传感网络的自供电操作方面具有巨大潜力,因此引起了学术界的极大关注。本文主要针对线性的压电振动俘能器俘能频带过窄,输出较低等问题,在探究单一I和L型压电俘能器发电特性的基础上,提出了一种I-L组合压电梁的新型俘能系统。并根据能量法、欧拉-伯努利梁理论、拉格朗日方程以及材料力学知识对I型、L型和I-L组合梁结构的压电俘能器进行动力学分析、对压电振子进行振动模态分析,建立起I型、L型和I-L组合俘能系统的机电耦合数学模型,通过MATLAB?软件平台进行模型求解。通过改变外界激振频率、负载阻值以及俘能系统中的结构参数,文章从多个方面分析了I型、L型和I-L组合压电俘能器的动力学特性和发电性能,为提高非线性组合式压电俘能器的输出性能提供了理论依据。尤其是在I-L组合压电俘能器中,通过调节两永磁铁间的水平距离,得到了不同的非线性磁力耦合效应。实验结果表明:当外界激振频率改变时,总存在一个最优阻值使的压电俘能系统的输出功率达到最大值;对比无磁力系统,磁力耦合的I-L组合压电梁俘能器共振频率发生了明显的偏移:I型压电梁向左偏移,L型压电梁向右偏移,拓宽了系统的俘能频带;在激励加速度为0.2g、水平距离为20 mm、激振频率为18.4 Hz时,俘能器最大可得到1.2 m W的输出功率。