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关键词： 天然气销售   最优化   数学模型   管网拓扑图   仿真校核  

摘要： 随着我国天然气管网市场不断开放,以天然气市场化为导向的改革也在不断进行。国家管网公司的成立进一步提升了我国天然气管网互联互通的水平,但针对天然气产业的要求也在不断提高,天然气产业的供给侧和需求侧也需要更加灵活。在此背景下,如何采用更高效的方法去优化资源配置和天然气销售计划成为中石油等天然气销售企业亟待解决的问题。本文主要考虑了天然气产业链中的生产、运输、销售、储存和贸易等环节,首先对各环节之间的关系进行分析,根据各环节之间的关系绘制了中石油天然气管网拓扑图;其次以天然气销售效益最大化为目标函数,将各气源的供气量、各管段的管输量、各用户的购气量作为决策变量,在满足各环节的边界约束、基础设施能力约束、物料平衡约束等约束条件的前提下,建立了以实现天然气销售效益最大化为目标的中石油天然气销售优化数学模型;最后,使用TGNET软件对天然气销售方案进行仿真校核,通过引入XML文件,将仿真校核所需数据储存在XML文件中并被TGNET软件调用,实现对天然气销售方案的快速校核与调整。本课题研究为中石油天然气销售优化提供了决策工具。

关键词： 装配式ALC墙体   热湿耦合   等温吸附曲线   数学模型   霉菌滋生风险  

摘要： 为进一步深化生态文明建设,装配式建筑越来越受到国家层面的重视。蒸压加气混凝土(ALC)广泛应用于装配式建筑,研究装配式ALC用于围护结构的传热、传质特性,对评价其热湿物性、蓄热储湿能力、建立围护结构的热湿耦合迁移模型、预测墙体霉菌滋生风险、改善室内热湿环境有着重要的意义。通过文献总结分析,对ALC墙体热湿传递理论进行分析,以温度与相对湿度为驱动势,考虑湿迁移与热迁移相互作用建立ALC一维瞬态热湿耦合方程。对热湿耦合数学模型进行了案例验证和实验验证,验证结果显示新建数学模型的可靠。ALC物性参数对热湿传递有重要影响,实验分析了B05级ALC基本物性参数。通过扫描电镜对B05级ALC表观表征,ALC内部存在大量的球形泡和孔,确定了球形泡和孔的直径分布,球形泡和孔的存在对热湿传递产生影响。确定了B05级ALC等温吸湿曲线,建立了环境相对湿度与ALC平衡含湿率间数学联系,含湿率随环境相对湿度增大而增大。实验研究了B05级ALC不同平衡含湿率下ALC试块导热系数的变化,导热系数与含湿率成线性单调递增关系,给出了导热系数与平衡含湿率函数关系式。以上海市实际气象条件为例,利用验证后的数学模型计算夏热冬冷地区ALC墙体热湿耦合过程。对比分析南北墙体朝向的内保温形式与外保温形式各热湿参数变化规律,并将热湿耦合传递过程与单纯导热过程进行比对,进一步说明湿迁移在实际气象条件下对墙体热物性的影响。在此基础上,建立墙体霉菌滋生风险预测模型,计算分析南北墙体朝向、不同保温形式对墙体霉菌滋生风险影响,为实际工程提供参考。

关键词： 42CrMo4坯料加热   氧化与脱碳   数学模型   工艺优化  

摘要： 42CrMo4偏航轴承是风力发电机中的核心部件,用于风电机机舱的偏航转动,性能要求高。环件生产过程可粗分为坯料锻前加热、自由锻制坯加环轧和锻后热处理三个阶段。锻坯的锻前加热质量直接影响到其内部质量和性能;加热时表层的氧化和脱碳直接影响材料的利用率和产品表层的综合力学性能。现有锻前加热工艺是基于普遍适用的经验加热规范,并没有针对某一具体产品进行合理的分析设计。本文以某公司42CrMo4偏航轴承的坯料加热工艺作为研究对象,首先分析42CrMo4的高温氧化和脱碳行为,建立其相应的数学模型,借助有限元模拟软件Deform-3D探究坯料加热过程中温度、应力和组织转变的变化过程并借助数学模型预测氧化层和脱碳层的理论厚度,然后通过优化加热工艺参数来降低总加热时间、氧化层和脱碳层理论计算深度,最后分析试制产品的综合力学性能和金相组织,主要研究内容如下:测定42CrMo4氧化增重曲线,拟合计算出氧化激活能Q值为217k J/mol,可换算出不同温度下氧化速率常数KP·T。借助SEM分析不同温度下氧化层的表面形貌和截面形貌。通过OM对不同温度下试样脱碳层的形貌结构进行观察分析并测量计算平均脱碳层厚度。根据菲克第二定律整理出理论脱碳层厚度计算公式,并结合已烧损的氧化层厚度和氧化层对脱碳的抑制设置修正系数n=1.05,使理论计算获得的脱碳层深度与实验测量值接近。总结整理并设计出高温下42CrMo4在变温条件下的氧化和脱碳数学模型。计算获得坯料在火焰炉膛中的近似综合传热系数。基于Jmatpro计算出42CrMo4的热物性参数。根据自由锻件加热通用技术条件制定经验加热工艺。采用有限元模拟软件Deform-3D,结合相应参数,模拟经验加热规范下坯料加热过程中温度、相变、应力的变化过程。其中,因坯料径向尺寸过大,在加热过程中分别出现三次峰值温差值293.41℃、321.81℃和521.49℃。低温区间的前两次峰值温差对应的轴向应力和径向应力均低于同温度下材料屈服强度。基于42CrMo4的氧化和脱碳数学模型,以加热过程中的温度和时间作为变量,对坯料在加热过程中的氧化脱碳行为进行计算预测。以相变保温温度、相变保温时间和始锻温度作为试验设计因素,以总加热时间、理论计算氧化层脱碳层厚度为响应目标。单因素分析表明:提高相变保温温度、相变保温时间、降低始锻温度有利于降低氧化脱碳程度,但提高相变保温时间会大大增加总加热时间。基于BBD设计试验方案,选取合适的试验设计因素,使用Deform-3D模拟获得样本数据,建立优化目标和试验设计因素的响应面模型,再使用Design-expert选取出最优的加热工艺:始锻温度1200℃、相变保温温度900℃、相变保温时间为25min。试制后产品的力学性能和金相组织经分析符合要求。本课题将实验分析、数学模型计算、有限元分析、响应面模型相结合,设计出有效降低加热时间,减少氧化脱碳的加热工艺参数,为同类型大型锻件的坯料加热工艺提供了理论依据和技术支持。

关键词： 物理课堂   核心素养   培养策略  

摘要： 新课程改革背景下,核心素养越来越受到重视。高中物理教学活动中,教师通过引导学生认识物理学习的价值以培养其核心素养,树立正确的学习态度。就目前情况来说,部分教师依然不重视核心素养培养,有必要做好研究分析工作。联系教学实践,探讨物理课堂上培养学生核心素养的策略。

关键词： 近海电厂   取排水工程   温排水   温升影响   数学模型  

摘要： 近海滨岸电厂循环冷却水排放方式不同,其影响也不同。为了减小温排水对周围环境的影响,近海滨岸电厂循环冷却水往往采用隧洞暗管深排模式。以广东陆丰核电取排水工程前期研究为例,通过数学模型研究了深排模式不同运行方式下取水温升变化及温排水影响范围。研究结果表明,一般排水口位置水深越大,温排水对周围环境的影响越小,取水温升越小。机组运行台数越多,排水量越大,取水温升越高,温升影响范围越大。取水温升、温升影响范围和排水口位置、工程海域水动力条件有密切关系,研究成果可为类似电厂取排水工程设计提供参考。

关键词： 大枣炭药   物理特性   吸附力   化学成分   止血活性  

摘要： 目的：大枣为鼠李科植物枣（Ziziphus jujuba Mill.）的干燥成熟果实，具有补中益气，养血安神，缓和药性的功效。根据相关文献报道，大枣炒炭后产生了收敛止血的作用，但是产生收敛止血药效学的物质基础并不明确，因此本研究对大枣“炒炭止血”的科学内涵进行初步研究，并对大枣生品及所制不同程度的轻炭、中炭、重炭、煅炭的物理特性、吸附力、化学成分进行对比分析，有望初步阐明大枣炭药的物质基础变化及大枣“炒炭止血”的科学内涵。　　方法：参照《中国药典》2020年版四部（炮制通则0213），将大枣分别制成四种不同程度的炭药，采用扫描电镜（SEM）比较生品与炭药的物理特征变化，并利用Image J软件计算其孔隙率;利用电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）计算生品与炭药钙离子的变化;利用紫外分光光度仪（UV）测定其吸附力以及总黄酮、鞣质等的含量变化以及Maillard反应底物氨基酸与还原糖的含量进行测定;利用热重-差热同步热分析仪探索大枣的最佳炮制温度;对其生品及炭药进行体外凝血活性筛选，以期为深层次的开发利用鉴定基础。　　结果：不同制炭程度对大枣化学成分的影响不同，大枣制炭后物理特征变化明显，与生品相比，扫描电子显微镜下观察发现大枣炭与生品相比均产生了疏松多孔的结构，且随着制炭程度的变化而改变。同时枣炭的吸附力也随着制炭程度的变化而增大，有机酸，总黄酮，鞣质，钙离子的含量随制样条件的差异而发生不同程度的变化。与美拉德反应有关的底物如还原糖和氨基酸随着制炭程度的增加其含量均有所减少;进而对其进行热重分析，根据对大枣生品及相关对照品的热重分析数据进行分析，结果显示大枣制炭的最佳炮制范围是237.2℃~391.5℃;体外凝血实验结果表明生大枣和大枣轻炭组无止血作用，大枣中炭和重炭能够缩短凝血时间。　　结论：大枣制炭后产生的疏松多孔结构是其产生收敛止血作用的关键因素，钙离子的增加是大枣炭止血的主要机理，而有机酸、总黄酮则是其产生止血作用的辅助成分，鞣质与其止血的关系还有待进一步探索。根据大枣生品及相关对照品的热重数据做以分析，推测大枣制炭的最佳温度范围，为炭药物质基础的进一步研究提供科学依据。

关键词： 船舶事故   发生频率   非线性   数学模型  

摘要： 传统船舶事故发生频率估计模型对评估数据的维度过高,导致部分有效评估因素因维度限制,无法参与模型的评估,降低了模型评估输出结果的严谨性,无法适应事故发生频率评估的非线性特征。为了解决传统评估模型存在的不足,提出船舶事故发生频率估计的非线性数学模型研究。首先根据非线性特征对模型构建数据信息进行归一化整理,然后对归一化数据进行降维计算,重构模型参量定义。最后,按照重构参量维度,完成船舶事故发生频率估计模型的建立。为了验证建立模型的准确性,采用数据对比方法,利用实例数据调试,与传统模型进行对比,调试结果证明提出模型的评估准确率能够到达97.6%以上。

关键词： 城市轨道交通   牵引供电回流系统   杂散电流   数学模型   MATLAB仿真  

摘要： 当前,随着经济社会和城市的快速发展,以地铁为代表的城市轨道交通系统由于具有运输能力强、城市空间利用率高、运营成本低、环境污染小等显著优点,因而在现代化城市中城市综合交通系统对于城市建设和发展方面的作用日益凸显。与此同时,城市轨道交通系统所造成的杂散电流等问题给城市轨道交通系统的正常运营和人们的生产生活带来了严重隐患。正是由于这一原因,城市轨道交通回流系统中杂散电流的防治已然成为城市轨道交通系统建设和运营中的一个重要课题。本文介绍和阐述了城市轨道交通牵引供电回流系统的结构及其原理、城市轨道交通回流系统杂散电流的产生机理及其危害,以及现有的回流系统杂散电流的防护和治理措施。以此为基础,对于“轨道-大地”、“轨道-埋地金属-大地”和“轨道-排流网-埋地金属-大地”三种结构的单边供电方式的牵引供电回流系统,建立了回流系统杂散电流相应的数学模型,推导出轨道返回电流、杂散电流和轨道电位等相关电气量的解析表达式,并推广到双边供电方式城市轨道交通回流系统的情况。借助MATLAB软件的数值分析与仿真功能,对建立的城市轨道交通回流系统的数学模型进行了仿真分析研究,得到了不架设排流网和架设排流网,以及相关电气参数变化的情况下,轨道返回电流、杂散电流和轨道电位等电气量的分布曲线,通过对仿真结果进行全面的对比和分析,探讨了城市轨道交通回流系统中轨道返回电流、杂散电流和轨道电位等电气量的分布规律及其影响因素。

关键词： 传染病   COVID-19   数学模型   基本再生数   防控策略   高危人群  

摘要： 在人类历史中,人类与传染病的斗争从来没有停止过。进入21世纪,我们更是不断面对新发传染病的威胁。2019年12月以来爆发的新型冠状病毒肺炎（COVID-19）疫情给世界人民带来了沉重的灾难。如何科学防控、管理、尽快控制疫情的蔓延是我们关注的焦点。传染病动力学模型是基于种群和疾病自身特点、传播扩散规律,建立的数学模型,通过对模型定量、定性分析和数值模拟等,可以预测传染病的发展和变化趋势,为制定最佳的公共卫生防控策略提供指导。本文针对新冠肺炎疫情的科学防控问题,立足于中国疫情实际传播情况,通过建立传染病动力学模型结合统计分析方法探讨COVID-19的防控策略,提出防控建议,展望世界。主要围绕以下四个问题展开:（1）如何建立传染病动力学模型能更好的模拟疫情的发展规律?（2）各种防控措施的实际效果如何?（3）哪些人群是新冠感染的高危人群,即重点防控对象?（4）面对目前疫情,如何采取防控措施呢?主要内容如下:1、传染病动力学模型理论研究。我们构建了一类带有潜伏期和无症状感染者的SEIAHR传染病动力学模型,且潜伏期和无症状感染者均具有传染性。同时引入确诊速率（?）,增加了确诊治疗仓室H;基于第二代再生矩阵的方法计算了基本再生数0R的表达式;利用数学知识证明了模型无病平衡点的存在性和稳定性,并利用MATLAB软件进行了数值模拟。2、国内疫情传播规律研究。我们根据全国2020年1月10日-5月1日真实疫情数据,建立了多阶段传染病动力学模型,即无干预措施的SEIAHDR模型—带追踪隔离措施的SEIAQHDR模型—变系数函数的SEIAQHDR模型。数据拟合结果表明:所建模型预测结果与实际数据比较吻合,平均误差较小,比较符合疫情的传播规律。特别是,我们考虑了接触率、确诊速率、隔离率和治愈率随时间变化的变系数函数模型,准确性更高（Bias=0.76%）。同时,分析了疫情传播的时间分布、空间分布、死亡率和境外输入状况,得到境外疫情输入的重点防控城市:上海、广州和北京。最后,研究了有效再生数R（t）随时间变化情况,并对干预措施下的控制再生数cR进行了灵敏性分析,得到重要影响参数,为如何采取COVID-19的防控措施提供了理论指导。3、防控措施的实际效果评估。我们基于改进的SEIAHDR传染病模型,变换参数、模拟仿真研究了中国政府、社会、公民为控制新冠肺炎的传播采取的一系列防控措施的实际效果。数值结果表明:隔离感染者与密切接触者、媒体宣传、减少出行、提高确诊速率、消毒、戴口罩等措施能有效降低疫情爆发的规模,措施落实越严格,防控效果越好。4、COVID-19感染的高危人群研究。我们基于数据挖掘技术,整理提取全球新冠肺炎患者临床数据,结合meta分析的方法,计算不同性别、年龄组、BMI和其他疾病人群的感染风险、危重病风险和死亡风险,最后得出:男性、50-70岁、肥胖患者、糖尿病患者和高血压患者感染新冠肺炎的风险高于正常人群,且更容易发展为危重病患者和死亡。因此,这些人群是新冠感染的高危人群,应当更加严格的遵守我们的防控措施。5、综合防控策略的制定。基于前几个章节的分析结果,我们给出了综合防控建议,提出了防控的“总原则”、“防控硬措施和软措施”以及“防控核心”。并根据当下国内外疫情发展状况,认为目前中国疫情防控的重心是防止境外输入患者,隔离感染者和密切接触者、加快发现和确诊速率、出行佩戴口罩仍然是切实有效的防控手段。

关键词： 乘法分配律   数学   数学模型  

摘要： 《义务教育数学课程标准》明确指出:"让学生亲身经历将数学实际问题抽象成数学模型并进行解释与应用的过程。"笔者以《乘法分配律》为例,从"借助几何直观,初步感知模型;串联知识体系,丰富模型具象;提炼定律表述,完善模型建构;对比凸显异同,扩展模型外延"四个层面逐步推进,引导学生亲历数学建模过程,感悟模型思想,增强模型的应用意识。