课程文献中心 更多>>

关键词： 无油涡旋压缩机   数学模型   热力学模型   泄漏模型   应力和变形   有限元分析  

摘要： 由于涡旋压缩机重量轻,结构简单,运行时产生的噪音低,运行可靠性以及容积效率高等优点,在制冷,空调和气体压缩领域中有着广泛的应用。但是,在某些特殊场合(例如食品加工、制冷,纺织加工,医疗设备等其他领域)必须使用无油的纯净气体。针对目前涡旋压缩机的研究现状,设计和研发了一种新型的无油空气涡旋压缩机样机。在设计和优化阶段,深入研究了涡旋压缩机的几何模型和热力学模型,对涡旋压缩机工作过程进行了数值模拟,并研究和分析了涡旋齿应力和变形分布。最后,通过样机的性能测试验证了数学模型的准确性。(1)基于几何参数定义了涡旋齿型线啮合原理。通过对工作腔的分析,求解得到了工作腔内的容积和容积变化率,获得了工作腔容积随主轴转角的变化趋势。(2)根据变质量系统热力学和控制容积法,分析了涡旋压缩机工作过程中的传热模型和泄漏模型,并建立实际工作条件下的数学模型。通过Fortran和MATLAB软件结合改进的Euler法获得了涡旋压缩机在工作过程中压力、温度和质量流量随主轴转角的变化规律。通过对所建立的热力学模型的分析发现,工作腔之间的热传递对压力和温度的影响较大,而内泄漏对容积效率的影响较大。(3)在温度和压力载荷束条件下,对无油涡旋压缩机进行了有限元分析,研究了涡旋齿的应力和变形的分布情况,同时考虑了实际和简化的载荷条件对动涡旋齿的影响。温度分布是通过热载荷条件所获得的,而结构和静载荷边界条件则用于获得静涡旋齿和动涡旋齿的应力和应变规律。分析和研究发现,流体工质是沿着动涡旋盘的转动方向流动的,在动静涡旋盘的啮合间隙处会存在着质量交换,使得每个工作腔内的温度分布不均匀。从进气区域到排气区域温度会逐渐升高,温度载荷会影响涡旋齿的应力和变形。在温度场和压力场的的耦合作用下,通过分析结果获得了最佳轴向间隙和径向间隙,同时为涡旋齿的局部修正提供了理论依据。(4)试验测试平台旨在评估所建立的数学模型和样机的性能参数.在不同转速下,测得了驱动电机功率,涡旋压缩机排气量和排气温度随排气压力的变化趋势,实验表明:涡旋压缩机有着较高的转速,温度,排气量和功率。通过将实验结果和数值模拟分析对比,进一步验证了数学模型的精确性,这为涡旋压缩机的分析和改进提供了一定的理论参考。

关键词： 封闭火区   微观特征   复燃特性   活化能   火区治理   数学模型  

摘要： 煤是我国的重要能源,在国民经济发展中发挥着不可替代的作用,随着煤炭资源的大量开采,煤炭自燃火灾频发,既造成资源浪费,又影响矿山生产作业,对职工的生命安全构成极大威胁,对于条件复杂的煤炭矿井,直接灭火效果不佳时,往往采用封闭火区的方法进行灭火,但在启封火区时,经常发生复燃事故,造成人员伤亡和财产损失。因此火区复燃相关研究成为众多学者亟需研究解决的一大课题。本文通过自制物理模拟测试实验平台,对煤矿井下封闭火区熄灭与复燃过程进行模拟,监测火源中心温度的变化规律,得出温度与时间呈负相关关系,且可将降温过程分为两个阶段,快速降温阶段（950～200℃）及缓慢降温阶段（200～30℃）,对比0.25-1.00kg四组不同质量煤样的变化规律,可知随着煤样质量增加,降温速率减缓,熄灭所需时间延长,质量为1.00kg的煤样与0.25kg的煤样相比,熄灭时长增加了约3h。实验对照典型气体指标在封闭火区衰减过程中的变化规律,发现在火区封闭后,CO和H2与煤温衰减规律呈现良好的关联性,但考虑样品质量作为变量后,H2的规律性更为明显,在煤温降至200℃之前,1.00kg煤样所产生的H2浓度约为0.25kg煤样的3-9倍,显然在降温初期,不同质量样品释放的H2浓度相差较大。在燃煤自熄灭的过程中,选取降温衰减过程中500-100℃之间的5组温度点取样进行微观结构研究,傅里叶红外光谱FTIR表明,封闭火区煤样中代表醇酚醚类（C-O）官能团的含量占较大比重约73%,芳香环取代（C-H）结构相对较少约15%。对比峰面积,发现两者在火区熄灭降温的过程中均呈现出上升的趋势,C-O和C-H结构的含量分别以0.15%/℃和0.025%/℃左右的速率增加,其中C-O结构的增幅更为显著;表面孔隙结构测试表明,煤表面的孔隙分布随温度降低由复杂逐渐变为简单,联合比表面积和孔径分布测试实验,发现从500-100℃的过程中,比表面积由23.76 m2/g降至10.52 m2/g,孔容由0.06327 m3/g降至0.03326m3/g,微孔由1.1828nm降至1.0404nm,介孔由6.1314nm增至9.2933nm,可见在熄灭降温过程中,除介孔外的其余孔隙参数比例均在减小,煤样的孔隙连通性逐渐减弱。通过EDS能谱实验,发现煤样中的C和O两种元素含量变化呈反向关联,C由87.56%降至17.35%,O由7.91%增至52.21%,两者比例同样反映煤样复燃风险。采用容量1.5t的自制实验装置模拟开展火区复燃实验,选取封闭火区后的多个节点通风供氧,发现山西无烟煤复燃温度临界点位于250-300℃之间。对比降温灭火使用的CO2和N2两种惰性气体,降温速率分别为1.22℃/min和6.01℃/min左右,显然CO2降温更快。依据红外热成像观测结果可知,火势从中心向四周蔓延,关闭模拟火区后,煤以阴燃的形式持续蔓延,温度保持在约900-1000℃,偏向于供风侧。通过TG-DTG实验对比,发现火区温度500℃对应的煤样最大失重速率为0.58%/min,温度衰减后样品失重速率依次下降。选用Coats-Redfern及Achar两种模型进行动力学计算,煤样反应机理符合三位扩散Jander方程（n=2）,从火区温度从500℃降至100℃时,活化能值由99.56k J/mol上升至244.66 k J/mol,表明反应难度增加,复燃风险降低。选用凝胶、气溶胶与七氟丙烷三种灭火材料开展灭火实验,发现从980℃降至常温,气溶胶灭火仅需150min,七氟丙烷灭火器需要约200min,凝胶介于两者之间,凝胶与气溶胶的初期降温效果明显,表面温度从680℃降至200℃仅仅花费了3-5min,推断出固、液两种形态的灭火材料针对局部火灾能均匀分布,快速降温,并可以有效防止复燃,气体在空间较为开阔时,较为分散,灭火效率较低,且防治复燃效果较差。将小型实验装置作为物理模型,根据传热传质学理论,推导出能量平衡方程,建立温度场数学模型,并推导出火区从封闭到安全启封所需的时间,即t=Cm·ln[T1-T∞)/（T2-T∞）],将模型计算结果与温度变化实验结果进行对比,模型计算结果与实验结果贴合效果良好,可为矿井火区启封预测提供理论参考。

关键词： 谷蛋白大聚体(GMP)   挤压面条   物理特性   储存   干燥  

摘要： 面粉加水混合的过程中,麦谷蛋白大聚体(Glutenin macropolymer,GMP)发生聚集和解聚,达到平衡后将形成具有刚性和弹性的网络结构,醇溶蛋白等填充其中形成面筋。面筋网络的大小和刚性取决于麦谷蛋白大聚体的数量及其所能形成聚合体的体积大小。能否形成体积较大和刚性较高的面筋网络还取决于面粉加水形成面团的混合程度,以及后续的储存、干燥等加工工艺。理论上,体积较大和刚性较高的面筋网络有助于形成弹性和硬度高的面制品,能更好的抵抗外界的剪切、拉伸作用,使制作的面条有更高的硬度、韧性、较大的延伸性,较低的蒸煮后损失率。本实验采用师栾02-1品种三种籽粒不同部位形成的2M、1M、B等粉路粉,获得了相同基因型的不同GMP特性的试验材料。通过挤压一次和三次制作为挤压鲜面,经过4℃3d、-18℃15d、40℃80%RH风干4h、40℃60%RH风干10h、-50℃冻干2d制成了冷藏面、冻面、半干面、风干面和冻干面;经过烹煮制备了对应的熟制品。参试面条的GMP含量在0.053[g/g样品]至0.106[g/g样品],GMP在总蛋白中的占比在0.476[g/g蛋白]至0.763[g/g蛋白];储能模量G'的范围在575 Pa至2125 Pa,损耗模量G”的范围在117 Pa至298 Pa。研究结论认为:1.面粉中GMP在总蛋白中的占比较高,所制挤压面条中GMP的G'平台值较高,其可冻结水含量和烹煮损失率均较低,所形成的面筋网络较完整,易形成硬度、弹性较高的生面。2.促进面筋网络形成的方法,如增加挤压次数,挤压面条中GMP含量减少,由0.084[g/g样品]降至0.062[g/g样品],G'平台值由1252 Pa降至575 Pa,但可冻结水由5.82%降至3.35%和蒸煮损失由0.19[g/g干基样品]降至0.17[g/g干基样品];挤压面条的硬度、弹性增加。***解聚,连续相内部相互作用减弱,面筋结构被破坏。如4℃3d的冷藏和-18℃15d的冻藏,挤压面条中GMP含量由0.078[g/g样品]降至0.071[g/g样品]和0.064[g/g样品],G'平台值由1893 Pa降至1840 Pa和1682 Pa。挤压面条可冻结水分由4.9%增至5.4%、6.0%,蒸煮损失率由0.018[g/g干基样品]增至0.027[g/g干基样品]、0.053[g/g干基样品];硬度和弹性减小。***聚集,内部蛋白质分子间相互作用增加,但面筋网络结构被破坏。如40℃80%RH风干4h、40℃60%RH风干10h和-50℃2d,挤压面条GMP含量由0.078[g/g样品]升至0.089[g/g样品]、0.082[g/g样品]、0.078[g/g样品],G'平台值由1200 Pa升至1627 Pa、1351 Pa、1200 Pa。蒸煮损失率由0.018[g/g干基样品]增至0.027[g/g干基样品]、0.051[g/g干基样品]、0.061[g/g干基样品];较低的含水率导致挤压面条的表观密度增大,硬度增高。5.熟制导致GMP聚集,挤压面条熟制品GMP含量由0.077[g/g样品]增至0.097[g/g样品],G'平台值由1328 Pa增至2484 Pa;熟面的面筋结构完整程度可能取决于熟制前面筋网络。

关键词： 马尾松毛虫   数学模型   高峰期   始盛期   发生量  

摘要： 本课题源于国家林业公益性行业科研专项(201404410),马尾松毛虫一直是我国森林上主要害虫之一,严重制约我国林业的发展,影响森林资源的安全。因而,及时准确地对马尾松毛虫的发生动态进行预测预报是亟待解决的问题。本研究以历年的马尾松毛虫发生动态的相关数据作为研究样本,利用期距法、回归分析法、平稳时间序列法、Bayes判别分析法、马尔科夫链法、人工BP神经网络法、列联表多因子多级综合相关法、GM(1,1)灾变预测法、模糊数学综合评判法等9种方法对潜山市马尾松毛虫的发生资料进行数学分析,对该虫幼虫和卵的发生期和发生量等发生动态进行预测,以预测结果的历史符合率作为评价标准,对多种方法预测结果的优缺点进行比较分析,以期为马尾松毛虫的综合治理提供科学依据。不同方法以及预报因子的选取影响预测模型的准确率,对安徽省潜山市马尾松毛虫发生动态进行数学分析结果:在对马尾松毛虫卵高峰期的预测中,BP神经网络法、回归分析法、Bayes判别分析法和马尔科夫链法的历史符合率达到95%以上,平稳时间序列的预测结果与实际值偏差最大,预测效果相对较差;在对马尾松毛虫幼虫始盛期的预测中,BP神经网络法、回归分析法、Bayes判别分析法以及模糊综合评判法、列联表多因子多级相关分析法等五种模型的预测性能优于其他方法,历史符合率均达到90%以上;在对马尾松毛虫幼虫高峰期的预测中,Bayes判别法预测二代幼虫的历史符合率(100%)高于一代幼虫(91.07%),而在对马尾松毛虫幼虫发生量的预测中,Bayes判别法预测一代幼虫的历史符合率(96.97%)高于二代幼虫(81.82%),表明筛选与预报量关系密切的预报因子是该方法预报准确性的关键。灾变法对马尾松毛虫幼虫高峰期发生量的预报历史符合率达到90%以上。对于马尾松毛虫一代卵高峰期的组合预测模型优于单一模型的预测。综合比较分析,回归分析法、BP神经网络法以及Bayes判别法的模型精确度最高,提高模型预报准确率的关键是预报因子的选择及科学的分级标准。组合模型的预测精度优于单一模型,组合模型预报准确率的高低在于不同的数学方法的组合。

关键词： 模型思想   数学模型   初中数学   圆   教材  

摘要： 数学是人类文化的重要组成部分,数学素养是现代社会每一个公民应该具备的基本素养。在《义务教育数学课程标准(2011年版)》中模型思想首次加入了十大核心概念且作为唯一的数学思想被提出,课标同时也强调:模型思想的建立是学生体会和理解数学与外部世界联系的基本途径。教育研究者对模型思想的研究由来已久,但在我国数学课堂教学中对模型思想的融入依然处在初级阶段,且大多数研究都是有关高等教育,对义务教育阶段的研究则较少。平面几何的教学中也蕴含着非常重要的模型思想,本文在研究模型思想融入教学的基础上,以人教版九年级上册第二十四章“圆”为例进行分析。本文采用文献研究法首先通过阅读文献对国内外研究模型思想的现状有了一定了解,其次通过问卷调查和教师访谈了解当前模型思想融入课堂教学的现实情况,发现部分教师已经尝试将模型思想融入教学中,但仍然存在着对模型思想的认识不够透彻、没有合适的融入模型思想的教学方法、没有从多角度分析教材中的模型思想等问题;小部分学生对模型思想有了一定的认识,能够通过数学问题建立数学模型,但大部分学生还是不具备模型思想且不能熟练的将自然语言与数学语言、符号语言相互转化。通过上述发现的问题,本文重点从微观把握知识点的角度对人教版教材第二十四章“圆”的内容进行分析,通过生活的视角、教的视角、学的视角、工具化的视角、横向比较的视角研究教材中所包含的模型思想,并设计如何利用这些素材将模型思想更好的融入教学传递给学生。基于以上思考本文以圆周角这一节内容为例,设计了模型思想融入教学的教学设计并进行实践,通过与学生教师的课后交流以及对整个授课过程进行反思后得出以下教学建议:(1)重视教材内容的分析;(2)重视情境创设的“贴地性”;(3)重视对学生的启发;(4)重视总结与反思。

关键词： 太阳能真空集热管   集热效率   集热温度   热管   热阻   数学模型   导热胶  

摘要： 对太阳能的高效利用是助力碳中和的重要手段。现阶段建筑对太阳能的主要用能形式仍是热能,集热器是太阳能热利用的核心部件,热管式真空集热器是太阳能热利用市场中的重要应用种类。本文工作的主要目的是通过对内插热管太阳能真空集热管(solar vacuum collector tube with an inserted heat pipe,SVCTIHP)内部结构进行优化以切实提高热利用效率,主要研究工作内容如下:1、建立了SVCTIHP的物理模型和稳态传热数学模型。以SVCTIHP内构件本身热阻为基础,结合微尺度边界热阻和纳米尺度传热过程,建立了热量传递阻力数学模型。并以实验用集热管性能参数确定传热数学模型的边界条件,求得了集热管的理论瞬时集热效率表达式和单根集热管各构件表面温度分布情况。2、搭建了SVCTIHP和集热器系统热性能测试试验台。通过集热管冷凝端温度测量和对原型与改型集热管进行的空晒系数测定研究,实验结果与模拟值平均误差为3.32%,验证了所建模型对单管描述的准确性。通过开式集热器系统测试集热工质单次循环集热效率和闭式水循环系统测试不同集热工质温度时集热效率变化平均误差为6.8%和2.4%,验证了所建立集热效率公式的可靠性。3、利用所建模型对SVCTIHP的传热过程进行了量化分析,根据主要热阻对集热器进行了结构优化和实验验证,结果显示:1)集热管内部主要传热构件热阻占内部总热阻比例分别为内层玻璃管的14.4%、玻璃管与翅片接触部分的4.6%、翅片的0.8%、翅片与热管接触部分的22.2%和热管的58%。结合集热管结构改进成本与效果,以翅片与热管接触热阻作为主要热阻的集热管结构优化会有较好的效果。2)通过传热数学模型解析预测翅片与热管接触热阻的优化,集热管冷凝端温度将提升7.99%,集热器系统全天集热效率将提升5%。3)实验使用三种不同导热胶优化翅片与热管间接触热阻,冷凝端温度和空晒实验与预测结果平均偏差为0.14%和0.85%,理论模型计算结果符合预期。集热器集热效率预测与实验结果平均偏差为0.34%,优化结果与模型预测具有良好的一致性,并进一步明确了结构优化使集热器启动速度平均提升了40.6%。

关键词： 信息技术   物理课堂   初中生   高效  

摘要： 首先阐述信息技术与物理课堂的契合性,确定研究基点;然后详细论述巧用信息技术构建高效物理课堂。

关键词： LHAASO   电源   噪声   数学模型   计数率  

摘要： 高海拔宇宙线观测站(Large High Altitude Air Shower Observatory,LHAASO)位于四川省稻城县海子山,是国家12五时期重大科技项目之一,其核心科学目标是探索高能宇宙线起源,其中1平方公里探测器阵列(KM2A)包含5195个电磁粒子探测器(ED),电源在高海拔环境下保持良好性能是探测器正常运行的基本保证。为此专门研发出一种为电磁粒子探测器提供电力的程控电源,该电源具有体积小噪声低等优点。在项目初期,许多常规参数测试结果良好的电源被送至稻城实验场地,电源实地运行情况并不理想,因此研究ED探测器的性能指标——计数率,计数率体现探测器的噪声水平及性能稳定性。作者团队研发的计数率测试系统通过测试电源计数率,可保证测试结果合格的电源在观测站实地运行情况良好,目前测试结果良好的5381块电源已在观测站正常运行,使得ED探测器能够正常工作,为项目的顺利实施提供重要保障,具有重要的科学意义。计数率测试系统由光电倍增管、读出电子学、White Rabbit交换机和数据采集系统组成,为使系统在低阈值下稳定运行,前期进行大量实验寻找影响计数率的因素,如组件间距离等,经不断优化升级,研发出12路并行测试系统,可同时测试12块电源,该系统可长时间稳定运行,计数率测试系统的研发和实验探索是本文的创新点之一,具有一定的实用价值和现实意义。针对观测站现场气温低时电磁粒子探测器计数率出现升高现象,研究了低温下电源噪声特性和读出电子学阈值效应,发现温度降低会使电源噪声幅值升高和空间噪声辐射增强,导致探测器计数率升高,为解决低温环境下过高电源噪声对探测器计数率影响,根据本文实验拟合公式可求出消除电源噪声所需补偿的阈值量,以使计数率平稳,但该方案阈值调节幅度过大,会增加探测器阈能导致信噪比降低。因此本文提出的解决方案是对电源采取保温措施,以遏制空间噪声辐射增加,提升探测器性能及稳定性。对该解决方案进行实验验证,证明该方案可行,这是本文的工作重点和创新点之一,按本文解决方案实施,可减少电源噪声对ED探测器计数率的干扰,解决ED探测器低温下计数率不稳定问题,具有一定的实用价值和科学意义。另外,可根据本文实验方法,对读出电子学有效阈值进行补偿,可使探测器工作在最佳信噪比下。最后论文总结了文章的主要内容及创新点,对所做研究工作进行论述,并对下一步工作进行展望。

关键词： 炼钢-轧钢流程   合同排程   多目标   变邻域搜索算法   数学模型  

摘要： 提高钢铁企业合同排程优化水平可以减少生产过程中品种及规格切换,稳定产品质量,降低能源消耗和生产成本。针对钢铁企业炼钢-轧钢流程合同排程优化问题,建立了多目标优化数学模型,设计了多目标变邻域搜索算法。针对问题特点,设计了3种邻域结构的局域搜索过程。通过实际案例对模型和算法进行了验证,并把算法嵌入到实际应用系统中。计算实验和实际应用效果表明模型和算法有效,可以求得分布较好的Pareto解集,便于决策者决策。

关键词： 静电纺丝   纳米纤维   平均孔隙宽度   关联分形维数   多射流   辅助电极   数学模型   临界条件  

摘要： 近年来,静电纺丝技术纳米纤维在制备与应用的领域中研究较多、应用较广的技术之一.由于静电纺丝纳米纤维膜的复杂、混沌特征,分形理论恰好是一个合适的数学框架.本文首先利用数学中的分形理论、Matlab等计算机软件研究了静电纺丝纳米纤维膜的平均孔隙分布的分形性质,借助G-P算法,根据用费根鲍母常数处理的样本数据计算得到了样本的关联分形维数;其次,研究了样本的关联分形维数与非织造布物理性质之间的关系,分析了静电纺丝纳米纤维膜平均孔隙宽度分布的关联分形维数与空气流阻力之间的关系,并得到了它们之间具有二次函数关系;最后,本文研究辅助电极静电纺丝纳米纤维的产生机理,探索多射流产生的数学模型,得到了产生多射流的临界条件,且产生射流数量数也随着电场强度的增大先增多后减少,用实验数据拟合结果与理论推导基本上相符合,从而从解决了多射流产生的条件和影响射流数目的数学机理,为该技术的进一步的完善和规模性生产提供了技术支持.