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关键词： 番茄   番茄汁   高氧短激   贮藏品质   物理特性   调控规律  

摘要： 番茄（Solanum lycopersicum L.）作为茄科茄属草本植物,其果实的商业和食用价值极高。同时,随着社会的发展和人们对健康饮食提出更高的需求,非浓缩还原型番茄汁受到广泛好评。但番茄果实在在贮藏期间极易出现营养流失、采后衰老、风味损失等问题,而鲜榨番茄汁物理特性和口感提升也与番茄原料品质直接相关。因此,本论文针对以上问题,研究高氧短时处理对番茄果实采后生理生化调控效应和番茄汁加工因子对其口感风味的调控效应。 本文研究不同浓度（21%、40%、60%、80%O2）“高氧短激”对番茄贮藏期间贮藏品质、活性氧-抗氧化代谢和挥发性成分等保鲜品质的调控规律;同时,明确了不同超声时间（0、10、20、30 min）处理对鲜榨番茄汁物理稳定性、流变学特性等指标的影响,阐明其对番茄汁物性以及挥发性成分的调控效应。具体研究结果如下: （1）不同浓应高氧应激处理对番茄果实硬度、失重率等指标进行贮藏品质分析表明,在贮藏第15天时,80%O2应激处理组果实硬度仅下降25.70%,对照组为33.70%;失重率为0.55%;同时,SSC、ASA含量分别为6.63%、15.24 mg·100g-1,均优于其他组,延缓了果实硬度的下降、抑制了可溶性糖的转化、维持了果实亮度; （2）高氧处理后番茄果实贮藏期O2-、H2O2、CAT、SOD、MDA等相关酶活性及酶产物活性氧-抗氧化代谢分析表明,在贮藏第15天时O2-产生速率、H2O2和NOX活性分别为50.93 nmol·min-1·g-1、30.11μmol·g-1、1.44 U·g-1,均显著降低;CAT、SOD、GSH、GR等氧化-抗氧化系统中相关酶活性均提高了12.78-311.45%。总之,高氧应激处理提高了果实抗胁迫的能力,延缓了后熟进程的启动; （3）采用电子鼻和HS-SPME-GC-MS技术分析高氧应激处理对番茄贮藏前、中、后期的挥发性成分。研究表明,高氧短激促进了番茄果实挥发性成分的释放和保持了挥发性成分含量,尤其提高了酯类、酮类和醛类等主要特征性香气的比例; （4）研究超声处理鲜榨番茄汁0、10、20、30 min对物理稳定性、流变学特性和挥发性成分的处理效应,明确超声处理30 min的鲜榨番茄汁的TSI值最低,保持番茄汁较好的粘弹特性和黏度值。

关键词： 自动称量系统   散装中药饮片   数学模型   模糊PD   迭代学习  

摘要： 散装中药饮片自动称量系统是自动化中药房中药饮片自动调剂系统的重要组成部分,饮片的称量精度和称量速度分别影响中药处方的调剂质量和调剂效率。因此,自动称量系统的过程控制,在饮片调剂的过程中极为关键。国内一些企业研制的散装中药饮片自动调剂系统因为称量精度和稳定性无法保证,一直没有得到推广。目前,中药房处方调剂的自动化程度依然较低,主要依赖于传统“手抓捏称”的配药方式,效率低、精度差,无法满足当前社会需求。因此,本文以散装中药饮片作为称量对象,结合现有智能控制方法,设计一套嵌入式自动称量系统,实现散装中药饮片精确、快速称量十分必要。首先,针对自动称量系统存在的问题,以及中药饮片特性和中医处方调剂需求,采用三级给料的控制方式,设计散装中药饮片自动称量系统总体方案,包括自动称量控制方案、硬件选型、硬件电路设计和实验台搭建。其次,基于机械振动学、动力学原理和MATLAB系统辨识工具箱重点研究了振动给料环节的数学模型,同时分析了称量环节的数学模型,以及饮片特性与给药速度之间的关系,从而完成了散装中药饮片自动称量系统模型的搭建。然后,针对称量对象的随机性和称量过程的非线性、时变性与大惯性等特点,采用模糊PD型迭代学习控制方法设计自动称量控算法,保证系统称量结果的准确性和称量过程的快速性与稳定性,并基于MATLAB仿真工具和自动称量系统模型对控制算法进行仿真,验证模糊PD型迭代学习算法的可行性,为散装中药饮片自动称量系统的设计与实现提供理论依据。最后,采用EPC-287为控制核心,基于模糊PD型迭代学习的自动称量控制算法,对自动称量控制系统软件进行设计,包括程序设计和界面设计,完成自动称量控制系统的实现,并对散装中药饮片自动称量系统进行功能验证。实验结果表明,基于模糊PD型迭代学习控制算法的自动称量系统可以实现散装中药饮片的精确、快速称量,满足自动化中药房中药饮片调剂系统对中药处方的调剂需求。本论文有图65幅,表14个,参考文献93篇。

关键词： 新课程   物理课堂   初中教学   激发活力  

摘要： 新课程背景下，初中物理的重要性日益凸显，只有打造富有活力的课堂，才能使物理教学取得应有成效。文章以此为背景，首先阐述了提升课堂活力的意义，其次分析了影响课堂活力的因素，最后围绕如何有效提升物理课堂的活力展开讨论，指出要想提升课堂活力，不仅要有科学、有效的学案作为基础，还需要教师转变自身观念，在以生为本理念的指导下，通过提问、引入物理实验等方式，创设良好情境，以此来保证良好的教学效果。

关键词： 再生骨料   裹浆改性   碱激发材料浆液   因子分析   形态综合指标   数学模型  

摘要： 随着“碳达峰、碳中和”战略的持续推进,工业固废与建筑垃圾资源化利用任务紧迫。再生混凝土作为工业固废与建筑垃圾的主要消纳方式正逐渐应用于实际工程建设中。然而,再生骨料经破碎、筛分等多级处理后表面存在许多微裂缝和残余砂浆,使其表观密度、吸水率、压碎指标等基本物理性与天然骨料相比较差,为提高再生混凝土性能,再生骨料制备混凝土前需进行改性处理。本研究利用碱激发材料浆液对再生骨料进行裹浆改性处理,填充再生骨料微裂缝,并在其表面生成壳膜结构,达到改善再生骨料性能的目的。利用单因素试验、响应面设计方法、BP-GA神经网络模型优化研究了不同浆液组分交互作用对再生混凝土强度的影响,并对裹浆改性用碱激发材料浆液配合比进行高精度优化;通过二维图像处理技术和三维扫描技术从不同维度研究了裹浆改性再生骨料的形态参数变化规律,并利用因子分析手段构建高效定量评价裹浆改性再生骨料形态的纹理因子（F1）、形貌因子（F2）、棱角因子（F3）等形态综合指标;通过多元回归分析将形态综合指标与鲍罗米公式中的回归系数αa、αb建立相关关系,得到体现骨料形态特征的αa（F1,F2,F3）、αb（F1,F2,F3）,进而构建新的水胶比计算数学模型,为裹浆改性骨料再生混凝土配合比设计奠定理论基础。主要研究结论如下:（1）基于响应面数据库利用BP-GA神经网络高精度优化后的裹浆改性用碱激发材料浆液配合比相对误差±1%内。不同碱激发材料浆液中激发剂体系为水泥熟料-氯盐和水泥熟料-硫酸盐时激发剂之间的交互作用对再生混凝土28d天强度的影响最显著。三种裹浆改性骨料再生混凝土中,浆液激发体系为水泥熟料-硅酸盐时再生混凝土强度最高。（2）圆形度（R）、轴向系数（KA）、棱角系数（AU）、粗糙度（RC）、分形维数（D）、球形度（DS）、扁平系数（FER）、形状因子（SF）等常规形态参数间包含了较多重复信息。因子分析手段降维处理得到的纹理因子F1、形貌因子F2、棱角因子F3能更加清晰、简洁地定量表征裹浆改性再生骨料宏观形貌、细观棱角、微观纹理。（3）相比于原状再生骨料,裹浆改性后的再生骨料表面粗糙程度降低,形貌更加接近球状,表面凹凸棱角相对减少。随粒径变化,不同浆液裹浆改性后的再生骨料形态变化趋势相同,其中再生骨料经水泥熟料—硫酸盐激发剂体系制备的碱激发材料浆液裹浆后,与水泥熟料—氯盐和水泥熟料—硅酸盐作为激发剂的浆液相比,改性后的再生骨料表面粗糙纹理更少,形貌更接近球状,凹凸棱角减少。（4）再生混凝土中裹浆改性再生骨料取代率为30%～50%时混凝土性能最好。形态综合指标与αa存在显著的线性关系,与αb存在显著的非线性关系。基于形态综合指标建立的回归模型αa（F1,F2,F3）、αb（F1,F2,F3）构建新的水胶比计算数学模型。采用该数学模型进行再生混凝土配合比设计时相对误差范围均在±5%以内,具有较高的精度。

关键词： 酚醛树脂浸渍石英纤维   热物性   烧蚀试验   数学模型   数值仿真  

摘要： 因为酚醛树脂浸渍石英纤维复合材料具备极低的导热系数、密度以及优秀的抗烧蚀性能,而被广泛应用于各类飞行器。在高气动热环境下,酚醛树脂浸渍石英纤维复合材料会发生烧蚀反应,包括受热升温、热解反应、热解气体的扩散流动、热阻塞效应、表面后退等复杂的物理—化学变化。如何有效分析预测热防护材料的烧蚀行为是其研究的一个热点,但由于其在高温下的物理—化学变化过程十分复杂。所以对酚醛树脂浸渍石英纤维复合材料的热防护机理的研究是必要的,以此来预测复合材料在高温下的热响应情况。本论文以酚醛树脂浸渍石英纤维复合材料为研究对象,开展复合材料的热物性、热分析和烧蚀试验研究并在构建的复合材料烧蚀的物理模型与数学模型的基础上,采用有限元对其进行了热响应分析,具体内容如下: 首先通过各种技术手段,获得了酚醛树脂浸渍石英纤维复合材料的热物性参数。采用热重分析、热重—傅里叶红外光谱、热裂解气质联用仪对材料的热解过程和热解产物进行了分析,研究结果表明:酚醛树脂的热解过程与三阶段热解规律一致,石英纤维不参与酚醛树脂浸渍石英纤维复合材料的热解过程,酚醛树脂浸渍石英纤维复合材料的热解气相产物主要为二氧化碳、水、一氧化碳、苯酚等。采用高斯分峰法和Kissinger法用Arrhenius方程构建了多过程的热解动力学模型,计算出了酚醛树脂的热动力学参数。利用烧蚀试验,研究了酚醛树脂浸渍石英纤维复合材料在高热流短烧蚀和低热流长烧蚀两种工况下的烧蚀行为,研究结果表明:材料在短烧蚀过程中出现了因为剪切力而产生的表面后退现象,在长烧蚀过程中出现了因为炭层氧化、石英熔融蒸发与硅-炭反应的表面后退现象,同时各探测点的温度均未超过100℃,说明复合材料具有优秀的热防护性能,且在烧蚀过程中可描述为表面后退层、熔融层、炭化层、热解层以及原始层的多层次的物理模型。 基于酚醛树脂浸渍石英纤维复合材料热解和烧蚀过程的分析,以热解度为基础构建了材料的热物性参数的数学模型。基于局部热非平衡机制以及质量和动量守恒定律,构建了描述热解气体的产生与流动的体烧蚀模型。基于表面炭—硅反应、石英熔融蒸发和表面气动剪切力构建了线烧蚀模型,并确定了边界条件。 最后在推导出的数学方程的基础上,利用COMSOL有限元软件实现了多维度的模型构建,并进行了多物理场的强耦合瞬态求解,采用变形几何模块实现材料的表面后退过程。通过烧蚀试验与数值仿真结果对比发现:高热流短烧蚀试验不同位置最大温度的相对误差为0.6%和2.0%,且通过云图发现在材料表面升高到600℃时,材料内部的温度仍低于50℃,且热解深度大约为5mm;低热流长烧蚀试验不同位置最大温度的相对误差为2.0%和26.1%,且通过云图发现在材料表面升高到1200℃时,材料内部的温度仍低于200℃,且热解深度大约为20mm。从而证明了该模型具有高保真度,可以较为准确地对该材料的热响应进行预测。

关键词： 教学设计   学思案   物理课堂  

摘要： 在技术发展与国际形势瞬息万变的今天,我国对人才的培养不断提出新要求,2021年中共中央办公厅、国务院办公厅印发《关于进一步减轻义务教育阶段学生作业负担和校外培训负担的意见》,2022年教育部颁布了《义务教育物理课程标准(2022年版)》,我国持续发布的改革政策与新课标无不释放着要改良教学生态的信号,而教育改革的重点在于课堂教学质量的提升,学思案凭借其优势对提升课堂质量、减轻学生课外负担等方面有良好的效果,因此,开发能够应用于实际教学的案例有较高的研究价值。 本文在已有的物理教学各环节设计研究与现有的学思案研究的基础上,结合物理教学的特点,提出基于学思案的初中物理教学各环节的设计原则,如“一致性原则”、“显化物理核心素养原则”、“驱动性原则”、“情景化原则”、“助思性原则”等等。并且提出了对应学思案中各个教学环节的设计策略。依据理论研究的结果,设计了4个不同课型的物理教学案例,将设计的教学案例进行课堂实施,选取该学校的两个平行班进行对比实验,实验班使用基于学思案的物理教学设计进行教学,对照班使用传统教学设计进行教学。最后通过课堂观察、学生后测等手段进行数据收集,分析学思案对提升课堂教学质量等方面的有效性。得出以下的研究结论: 1.本文针对物理学科的特点提出基于学思案的物理教学设计各个环节的设计原则,并提出了各个环节设计的相关策略,对如何基于学思案进行初中物理教学设计提供了有效的指导。 2.针对不同物理课型设计了4个基于学思案的初中物理教学设计,分别是“压强(第一课时)”概念课、“牛顿第一定律”规律课、“平面镜成像”实验课、“光学”复习课。 3.基于学思案的物理教学设计能够适用于不同课型的物理课,能保证教学活动的有效性以及教学目标的达成,并对提升课堂教学质量有较好的效果。

关键词： 废水最小化   过程集成   水网络   数学模型  

摘要： 工业为社会发展提供了丰富的物质条件,带来的污染问题也不容忽视。为了缓解水资源短缺问题和改善水体环境,国家推出了一系列的水污染防治政策,同时不断提高工业园区废水处理的排放标准。本文从系统优化的角度考虑了企业用水网络优化对废水排放的影响,基于全局用水网络模型探究了企业水网络、废水处理网络和排放标准之间的关系。 首先,对工业园区废水排放模式和工业废水排放标准进行了梳理,总结了不同发展阶段的工业废水排放模式的特点,以及国家、地方的工业废水排放标准的完善过程,分析了工业废水排放标准变化与工业废水排放模式变化的关系;然后,利用水夹点技术对单个间歇化工企业的用水网络进行优化,结果表明,增加水回用环节或改变操作单元的顺序,能够减少企业生产过程的新鲜水消耗量,但导致废水浓度增加。然后,基于工业园区废水排放模式,建立工业园区基于全局用水网络的园区排放标准模型,以总成本最小化为目标函数,对工业园区水系统进行集成优化,并考虑了单杂质和多杂质问题。案例分析结果表明,增加水回用环节,依然能够减少新鲜水的消耗量;集中式废水处理网络不仅能够减少新鲜水消耗量,并且能够减少企业的资金投入;提高园区废水处理厂排放标准,会导致企业用水网络和废水处理网络的结构发生变化,从而导致新鲜水消耗量和处理成本的变化。最后,本文将废水处理环节划分为四个阶段,建立不同阶段不同技术的数学模型,以总成本最小化为优化目标,求解模型后可得到符合工业园区废水处理排放标准的最佳废水处理技术组合,并对废水处理厂进行初步设计。 本文基于全局用水网络同时考虑了工业园区用水网络和废水处理网络的优化,以及排放标准对用水系统总成本、用水网络和废水处理网络的影响。建立的园区废水处理厂集成模型,能够快速得到园区废水处理厂的最优技术组合和相关参数,对于实现工业园区节水减排具有重要意义。本研究提出的方法可为工业园区工业废水排放标准的计算提供方法支持。

关键词： 恢复策略   数学模型   重大公共危机   供应链中断  

关键词： 电动施肥车   移动端控制   根系施肥   数学模型   离散元仿真  

摘要： 施肥车可在平原、丘陵、山地等区域广泛作业,并在实现精量施肥、降低生产成本、增强环境保护等方面具有积极效果。因此,在分析国内外施肥车发展现状的基础上,针对扩大施肥量调控范围、减小排肥能耗、提高肥料利用率、降低劳动强度、增强通用性、减少应用成本等集成需求,课题设计一种适用于不同株距根系精量施肥的扇形开口错漏式电动施肥车及其移动端控制系统,进一步形成针对性的设计与分析方法。课题主要开展的工作如下:(1)整体结构设计与原理分析,明确施肥调节机构关键部件方案的合理性,获得扇形开口错漏式施肥装置与电动底盘相结合的完整结构布局,为后续的控制系统构建、数学建模、离散元仿真、实验验证提供支撑;(2)结合(1)中所述模型,完成包括移动端、蓝牙模块、中央控制单元、电机、电机驱动单元、电推杆、电池组等在内的控制系统硬件方案开发与布局,实现信号层、处理层、驱动层的控制软件架构设计,为引导遥控作业与实验验证提供重要依据;(3)结合(1)、(2)中所设计的结构和系统,构建根系施肥量和施肥间距关键参数的数学模型,依此明确根系施肥量和施肥间距的相关参数,进一步优化整体施肥结构和控制程序中的关键参数,并为离散元仿真和实验验证提供参数;(4)结合(3)中根系施肥量和施肥间距关联参数的数学模型,实现电动施肥车及其施肥装置的离散元仿真;进一步完成数据对比,揭示电动施肥车及其施肥装置控制根系施肥量与施肥间距的可行性,依此证明数学模型的可靠性与结构设计的合理性,为实验验证提供数据依据;(5)结合制作的电动施肥车及其施肥装置,完成移动端控制施肥装置的台架试验与田间现场模拟试验;进一步结合数学模型、仿真模型、试验的数据对比验证,分析电动施肥车控制根系施肥量与施肥间距的精确性,依此明确仿真的可靠性与控制系统的可行性,为持续优化与应用做准备。完成上述工作,课题可明确移动端控制电动施肥车对适应不同株距根系精量施肥的精确调节和控制机制,进一步推动精准农业机械智能化的发展趋势。

关键词： 干冰烟丝   干燥   数学模型   含水率   膨胀塔   机器学习  

摘要： 因具有减少烟丝单耗、降低焦油含量、增加烟丝填充性等优点,干冰膨胀烟丝被广泛应用于烟草工业,但现有的干冰烟丝膨胀工艺仍存在一些问题。本文针对某厂干冰烟丝膨胀后含水率逐步降低的问题,基于机器学习方法,传热传质等基本原理,并结合干冰烟丝膨胀实验,得到了适用于某厂的干冰烟丝膨胀后含水率的数学模型和机器学习模型。最终基于以上模型对某厂干冰烟丝膨胀段提出了有效的改善措施。主要研究包括以下内容: (1)基于某厂干冰膨胀烟丝车间历史运行数据,利用随机森林算法,构建了干冰烟丝膨胀后含水率与工艺气体回风温度的机器学习预测模型,结合模型结果与对冷却输送的分析,对膨胀后烟丝含水率检测器位置进行改善。改善后机器学习预测模型得到了提升,同时系统对干冰烟丝膨胀后含水率的监控准确度也得到提升。 (2)基于传热传质等基本原理,以物料衡算和热量衡算为基础,并结合适当的工程简化,建立了干冰烟丝膨胀过程中烟丝颗粒出口温度、工艺气体回风温度和膨胀后烟丝含水率的初步数学模型,并基于某厂的1140 kg/h膨胀烟丝生产线的工业数据对数学模型完成标定。其中回风温度和膨胀后烟丝含水率数学模型的平均绝对百分比误差分别为0.24%和1.99%,最大绝对百分比误差分别为0.83%和6.33%,可较好地描述工艺条件对二者的影响。该模型对膨胀后烟丝含水率的调控有良好的指导意义。 (3)针对某厂干冰烟丝膨胀后含水率逐渐降低的问题,基于以上机器学习预测模型与膨胀后烟丝含水率数学模型结果,提出持续降低工艺气体温度的调控方案和增加中途热风吹扫的方案,并在产线进行实施,烟丝膨胀后含水率逐渐降低的异常得到了缓解。同时对膨胀塔污垢层进行分析,并实施进料前后长时间高温吹扫来削弱壁面污垢层的累积,以削弱其不良影响。