课程文献中心 更多>>

关键词： 天然气驱   Haines跳跃   数学模型   微观驱替   界面运移  

摘要： 为研究天然气重力驱微观驱油机理，应用理论模型Navier-Stokes方程的浸入边界数值求解方法，分析天然气重力驱条件下孔隙填充的机制和Haines跳越两种模式形成机理，确定了天然气重力驱中油气界面运移的3种状态（稳定驱替、黏性指进和毛管力指进）的形成规律.在此基础上，通过开展天然岩心铸体薄片刻画而成的孔隙仿真模型高温高压微观可视化实验，验证了毛管数Ca增大过程中天然气重力驱油气界面运移由稳定驱替逐渐向黏性指进和毛管力指进转化的规律.研究结果表明：当毛管数Ca小于1.0×10-3时油气界面运移形成Haines折断跳跃，随着毛管数增加，Ca值大于2.5×10-3时形成Haines无折断跳跃；相对较弱的表面张力导致黏性指进一般简单地沿着速度流线运动；当天然气注入速度小于1μL/min时，驱替过程油气界面可以保持动态稳定，采收率较高，模型构造中上部动用程度高，而构造下部原油动用效果较差；稳定驱过程(Ca<1×10-2,θ<100°)中驱替前期的油气界面形态主要由毛细管力主导，重力次之，黏滞力最弱；驱替过程中期稳定的界面主要转为重力主导，气体突破后驱替过程由黏滞力主导.

关键词： 核心素养理念   物理课堂   教学情境   高中生  

摘要： 随着核心素养理念与物理课堂教学的深度融合，教师愈加注意物理教学的启发性、引导性、人文性以及建构性，开始积极探索提升高中生主体认知状态、独立学习能力、深度思维能力、合作探究能力的可行性方法。教师在多维探索中逐渐发现教学情境对高中生具有强大的感染力、促动力与影响力，尤其是能对高中生的认知思维与探究能力起到“点石成金”的作用，而且效果明显。因此，教师群体开始立足建构主义理论，积极探究物理课堂教学情境的科学创设方法，力求以此启迪高中生的物理思维，促进高中生学习能力与核心素养的发展。

关键词： 数学模型   模型思想   应用研究  

摘要： 数学是研究数量关系和空间形式的科学,兼具工具性与人文性的特征,在学校教育及日常生活中具有广泛的应用。小学数学的教学是,学生在教师的指导下,自己构建和应用模型的活动。通过建立模型的过程,将有助于实际问题的解决。模型思想是数学知识与实际生活沟通的有效途径。数学模型思想是基于核心素养,在数学思想方法层面的重要内容之一。教师在教学中应用模型思想,有助于提升学生的数学学科素养。因此,将模型思想应用于小学数学教学具有重要的意义和价值。本研究,运用问卷、访谈和课堂观察等调查方法,从教师的课堂教学出发,探寻模型思想在小学教学中的应用,并试图通过教材分析与案例设计,尝试提出教学建议,以助力一线教师教学实践。本文主要包括:第一章,绪论。阐明选题背景,确立研究目的,收集和分析国内外有关的研究现状等。第二章,确定以小学数学的人教版教材为研究文本,盘点教材中蕴含着的模型思想的具体内容,对模型思想的内容进行分类,为后期的案例教学设计提供资料支撑。第三章,模型思想在小学数学教学中的应用。运用问卷调查、访谈和课例分析,了解教师在应用模型思想教学时的实然情况。第四章,通过第三章现状的分析,研究教学时可能存在的问题,并且进行原因分析。第五章,对存在的问题提出可行的教学建议。第六章,根据模型思想的要求,教学设计的要求,进行教学设计,尝试为教育教学提供一定的辅助。通过调查发现,在应用模型思想教学时,教师存在一些困惑。在观念维度,部分教师对模型思想的认识程度存在偏差,对模型思想内涵的理解程度不同,仍有一部分教师仅将模型思想作为一种解题技巧,忽视了其作为教学的思想作用,淡化了学生高阶思维的培养。在教学实践维度,存在部分教师教学目标确立不够明确,模型思想难见踪迹;部分教师教材挖掘不深,模型内容较难呈现;部分教师教学方法简单化,模型建立避重就轻;部分教师评价方式单一,模型应用形同虚设。基于以上问题,本人尝试提出可行的改进建议,并以课程标准的要求、教材内容呈现的脉络和教学设计的基本要求进行教学案例设计。目的是为了能够给教师在模型思想教学的应用中提供可借鉴的案例参考。同时,也期望能够通过教师的改变,对学生的模型思想发展提供帮助。

关键词： 五相感应电动机   绕组设计   数学模型   性能分析  

摘要： 五相感应电动机作为相数最少的多相感应电动机,因其具备容错性能好,控制自由度高,适合大功率驱动系统等优点,在压裂泵上得到了广泛应用。本文以一台输出功率为15k W的五相感应电动机为研究对象,分别对其星形,五边形,星五边形三种绕组结构进行设计优化,并对这三种绕组型式的电机在正常运行和故障运行状态下的电磁性能、容错性能进行研究和对比分析。首先,对五相感应电动机进行绕组的优化设计。针对传统的星形绕组结构进行优化,设计五边形单绕组结构,和一种新型的星五边形复合绕组结构,采用有限元方法对4种不同工况(空载、负载、满载、过载)下电机的磁场特性、起动特性等进行对比分析,通过对比研究可知,电机在正常运行状态下,其星五边形绕组性能较好。其次,通过不同绕组结构的空间分布推导三种绕组的空间解耦矩阵,建立三种绕组结构电机的数学模型,推导单绕组和复合绕组对应的磁动势表达式,对时空谐波磁动势进行研究,对比分析三种绕组的谐波含量,并基于MATLAB/Simulink平台搭建电机仿真模型,验证数学模型的正确性。最后,应用场路耦合方法对五相感应电动机在满载和过载工况下,发生不同故障状态(一相开断、两相开断)时的容错性能进行仿真计算,对比分析各相电流变化、转矩脉动、效率,通过对比研究可知五边形绕组具有较好的容错性能。对空载和50N·m负载下的电机特性进行实验研究,并对仿真计算结果进行验证。综合电机正常运行和故障运行两种应用场合的研究结果可知,所设计的星五边形绕组型式在不同工况下的综合性能最佳。

关键词： APOS理论   小学数学   抽象思维   数学模型  

摘要： 抽象思维能力作为数学核心素养之一，是数学建模中不可或缺的重要能力。本文结合APOS理论下概念学习的四个过程，将抽象思维能力概括为模型建立、模型验证以及模型应用三个阶段，分析小学生抽象思维能力培养策略。

关键词： 溶藻细菌   铜绿微囊藻   滤食性鱼类   数学模型   分岔动力学  

摘要： 目前,由水体富营养化引起的蓝藻水华现象已成为世界众多湖库污染的主要形态,给社会经济发展带来了严重危害,因此,亟需解决蓝藻水华预警预测与控制问题。本论文依据水域生态系统建模理论,构建了两类水域生态数学模型,对其进行定性分析与数值模拟,探究溶藻细菌和滤食性鱼类对水华藻类种群生长动态的影响作用。具体内容如下: 第一章,主要介绍了湖泊蓝藻水华问题研究背景和生态数学模型的研究现状及其意义,概述了后续章节用到的相关数学知识。 第二章,基于溶藻细菌和藻类种群之间的抑制作用,建立了一类具有Allee效应和非选择性收获的水域偏害共生数学模型,对其进行理论分析与数值模拟研究,推导出模型发生特定动力学行为的临界条件,模拟出模型的特定动力学行为。研究结果显示非选择性收获严重影响藻菌间的生存模式,Allee效应只对溶藻细菌生存和繁殖有一定影响。 第三章,为了考虑铜绿微囊藻的聚集行为,铜绿微囊藻种群被分为单细胞藻体和团聚藻群体,以此为基础构建了一类具有聚集效应和替代性食饵的藻鱼生态数学模型。数学理论工作不仅给出了模型平衡点存在和稳定的临界条件,还讨论模型发生跨临界分岔和Hopf分岔的阈值条件。研究结果发现铜绿微囊藻水华暴发不利于滤食性鱼类种群的持久生存,进而揭示了在较大聚集行为下滤食性鱼类不能很好地抑制铜绿微囊藻种群生长。 第四章,对本论文的主要内容进行总结,并对未来研究内容给出展望。

关键词： 汽车温差发电系统   换热器设计   结构优化   数学模型   台架试验  

摘要： 当前,传统内燃机汽车的市场份额仍然远远高于新能源汽车,导致汽车燃油消耗占据着国内石油消耗总量的较大比重,因此汽车领域成为国家缓解能源压力和实现“碳达峰、碳中和”战略的关键领域之一。基于半导体塞贝克效应的温差发电系统可将汽车尾气废热能直接转化为电能,且具有无运动部件、寿命长和重量轻等优点,是实现尾气能量回收和减少汽车燃油消耗的有效途径。但限制其推广应用的关键问题之一是热端换热器沿尾气流动方向的温度分布不均导致的温差发电系统输出功率低下。因此,本文提出了一种新型的分段渐缩式热端换热器及其结构优化方法,旨在切实提高温差发电系统的输出性能。本文的主要研究内容如下:首先,介绍了温差发电技术的基本原理以及影响其热电转化能力的重要因素,基于温差发电系统的结构组成和材料属性,建立了一种考虑尾气流动和热电材料温度依变性的流热电多物理场数学模型,并构建了温差发电系统的输出性能评价指标。其次,提出了分段渐缩式热端换热器的结构优化方案,以各区域的渐缩角为优化变量,以沿尾气流动方向各区域温差发电片的两端温差接近相等为优化目标,利用数学模型求解得到优化结果。进而分析了分段渐缩式热端换热器对提高系统输出性能的有效性,研究了尾气参数变化对热端换热器分段渐缩结构的影响。然后,以传统平板式温差发电系统为比较对象,分析了分段渐缩式温差发电系统的输出响应特性,包括尾气温度和流量变化对系统各区域温度分布与输出性能的影响。此外,对比了分段渐缩式与传统平板式热端换热器引起的排气背压功率损失,研究了分段渐缩式温差发电系统输出性能对最优渐缩角发生偏离的敏感性。最后,为了验证流热电多物理场数学模型的准确性,搭建了传统平板式温差发电系统试验台架,将试验得到的系统输出结果与模型结果进行对比,验证了两者的一致性。此外,搭建渐缩式温差发电系统试验台架,比较了渐缩式与平板式温差发电系统的输出功率,验证了渐缩结构设计对提高系统输出性能的有效性。理论分析与试验研究表明:(1)分段渐缩式热端换热器可以有效提高温差发电系统的输出性能,在尾气温度和流量分别为500 K和20 g/s的条件下,各区域的最优渐缩角分别为0°、2°、1°和1.8°,相较于平板式温差发电系统,输出功率提高12.5%;(2)分段渐缩式换热器可引起更低的背压功率损失,当尾气流量为20 g/s时,相较于平板式换热器,背压功率损失降低14.8%;(3)与试验结果相比,模型输出功率的最大误差仅为3.8%,且渐缩式温差发电系统的输出功率明显高于平板式温差发电系统。

关键词： 自感知执行器   MSMA   数学模型   前馈-位置反馈   DSP  

摘要： 作为一种新兴智能材料,磁控形状记忆合金(Magnetic Shape Memory Alloy,简称MSMA)受到研究者广泛关注的原因是其具有大位移,快速机械响应以及大驱动力等特点。本文所研究的自感知执行器是以MSMA可逆特性为基础,对以MSMA为核心元件的自感知执行器系统的数学模型进行推导,研究消除振动的控制算法。具体工作如下:分析MSMA微观特性,外部特性以及材料特性,研究其形变与磁场强度及应力的关系。利用等效磁路法以及前人经验建立MSMA自感知执行器等效磁路模型,进而推出等效总磁阻公式。利用动力学原理推导出MSMA自感知执行器输出力模型及阻尼模型。从传感及执行两部分对MSMA自感知执行器系统的电压-位移模型进行分析与推导,为后续控制算法的提出奠定理论基础。根据实验系统特点研究用于消振的控制算法。综合前馈控制算法与反馈控制算法的优缺点,提出前馈-位置反馈控制算法。利用捕获单元CAP1捕获定时器Timer1输出的PWM波上升沿,并将此时定时器Timer2的计数值进行读取。在进行两个周期后,DSP芯片便可以学习信号规律,从而在传感信号输出前确定切入信号的时间点。利用电涡流传感器对位移进行反馈控制。利用时分复用的思想,将传感信号与控制信号解耦,进而获取准确传感信号,提高实验系统的精确性与实时性。利用控制变量法,通过改变励磁电流与励磁电压验证数学模型的可行性。最后,在不同激振力频率下,将MSMA自感知执行器系统应用于主动消振的实验中,验证应用前馈-位置反馈控制算法后系统消振的有效性,激振力与位移的波形均大幅衰减。

关键词： 马铃薯   无人机多光谱影像   地面实测农学参数   地上部氮积累量   数学模型  

摘要： 马铃薯是我国主要粮食作物,具有高产、适应性强、生育周期短的特点。合理施氮是保证马铃薯高产优质的重要措施之一,快速准确地进行氮素营养诊断是合理施氮的前提。氮含量是指示田间作物氮素营养生长状况的常用农学参数,地上部氮素积累量既涵盖了氮含量信息也涵盖了植株地上部生物量信息,是比氮含量更为准确的重要氮素营养诊断指标,但因需要破坏性取样,且工作量巨大,直接用于指导生产应用有一定局限性。基于无人机多光谱遥感的方式获得作物植株氮素营养信息,是近些年在大田粮食作物研究与生产中应用较多、便捷无损的智慧监测方法,但在马铃薯作物上的研究还较少。本研究以2个马铃薯品种东农310和东农317为试验材料,于关键生育期进行无人机多光谱影像数据获取,同时采集田间株高、冠高、SPAD值、叶绿素荧光参数、植株地上部氮积累量等实测数据。处理多光谱图像获得7种植被指数NDVI、RVI、DVI、EVI、GNDVI、RDVI和MSAVI,以植被指数及实测数据利用多元线性回归（MLR）和支持向量机回归（SVR）的方法构建马铃薯叶片和地上部氮素积累量模型,分析比较模型精度,筛选最优模型,以期为旱作条件下马铃薯关键生育时期的营养诊断提供参考。主要研究结果如下:（1）关键生育时期与马铃薯株高、冠高、叶片SPAD值均与马铃薯叶片、地上部氮积累量呈极显著正相关;NPQt值与叶片、地上氮积累量呈极显著负相关,Phi2值与Fv/Fm值与叶片、地上部氮积累量呈正相关,小区产量与叶片、地上部氮积累量呈极显著正相关。（2）构建了基于田间实测农学参数的叶片和地上部氮积累量估算模型。叶片氮积累量MLR估算模型精度最高,东农310品种的R2和RMSE分别是0.78和0.032,东农317品种的R2和RMSE分别是0.73和0.048;地上部氮积累量模型为MLR精度最高,R2分别为0.84和0.82,RMSE分别为0.07和0.09。（3）构建了基于无人机多光谱数据的氮积累量估算模型。东农310和东农317两个品种的叶片氮积累量估算模型精度均为SVR模型最佳,R2分别0.92和0.88;RMSE分别为0.021和0.04,明显优于MLR模型;两个品种地上部氮积累量估算模型均为SVR模型最佳,R2分别为0.90和0.89;RMSE分别为0.09和0.12。（4）结合两个不同品种两种不同自变量的叶片和地上部氮积累量估算模型评价指标,SVR模型均优于MLR模型,两个品种的叶片氮积累量估算模型R2和RMSE分别为0.92、0.88和0.021、0.04;地上部氮积累量估算模型R2分别为0.90和0.89,RMSE分别为0.09和0.12。（5）全生育期两个品种结合无人机多光谱数据的SVR模型均优于MLR模型,使用机器学习中支持向量机回归的方法构建马铃薯地上部氮积累量估算经验模型效果最佳。马铃薯地上部氮积累量与产量显著相关,模型具有一定的适用性。

关键词： 滑动弧放电   物理特性   流场分布   色度学   CO2转化  

摘要： 滑动弧放电在常温常压下产生的等离子体兼具热等离子体能量密度高和非热等离子体能耗低、选择性好的特点,该技术制作成本低、操作灵活,成为等离子技术领域的研究热点之一。目前,用于产生滑动弧等离子体的电源多数为直流电源、工频电源和高频电源,有关调制脉冲电源的研究报道相对较少。这种电源单位时间内注入的能量集中,有利于激发化学反应。为此,本文研究了由调制脉冲电源驱动的滑动弧放电等离子体,在分析电弧物理特性的基础上,仿真分析放电装置内的气流场分布,并基于数字图像识别技术,建立起色度指标与放电强度和放电稳定性之间的关联,最后将滑动弧放电用于转化CO2的研究。本文的主要研究内容如下:通过分析滑动弧放电过程中的电信号和图像特征,发现滑动弧放电具有明显周期特性,并在放电过程中存在火花放电模式、辉光放电模式以及短路放电模式。考察了放电参数对滑动弧电学特性的影响,发现适当提升进气流速会增加放电强度,但是进气流速超过8 L/min后会使得放电强度减弱,提升输入电压和占空比均可以增加放电强度。通过仿真软件对放电装置内气流场分布进行仿真,并分析了气流量对放电模式、击穿电压和放电周期的影响。发现在反应装置内,进气口、电极底部以及出气口的气体流速最大,气体在侧部出口的反应罩内会形成回旋气流。进气流速增大使得火花放电模式的持续时间增长,对击穿电压几乎没有影响,但是会降低滑动弧放电周期的持续时间。基于数字图像识别技术从放电图像色度学的角度,发现灰度值与放电面积、G分量占比与放电稳定性存在正向关联。在滑动弧放电装置中,研究了不同放电参数、反应器结构参数以及气相参数对CO2转化效果的影响。通过优化放电参数,当进气流速为6 L/min,输入电压为10 k V,占空比为80%时,CO2的转化率和能量效率分别达到3.8%和39.6%。通过优化反应器结构参数,当采用长度为10 cm的刀片电极、直径为2.5 mm的喷嘴、2.5 mm的电极间距以及侧部出口的反应罩时,CO2的转化率和能量效率分别提升到5.5%和52.8%。为了进一步提升CO2的转化率,在反应体系中分别添加Ar和N2,添加气占比达到90%时,CO2的转化率分别提升到14%和16.8%,此时的能量效率分别为16.7%和17.6%。