基于双光谱二维相关谱的葡萄糖溶液温度扰动分析方法研究

在近红外光谱分析应用中,温度扰动导致的光谱变化对于定量分析的准确度影响较大。针对温度扰动识别及定量分析的需要,研究了基于双光谱二维相关谱(2T2D-COS)的光谱扰动分析方法。选择葡萄糖水溶液为样本,根据人体血糖浓度范围和在体组织温度范围设计实验,测量样本在浓度扰动和温度扰动下的透射光谱。对其进行基线校正和滤波预处理后,通过2T2D-COS分析得到浓度扰动和温度扰动下的异步谱。结果表明,温度扰动引起的交叉峰出现在强氢键结合水对应的特征吸收波长(1474 nm)和弱氢键结合水对应的特征吸收波长(1410 nm)附近,而葡萄糖浓度扰动引起的交叉峰出现在水分子对应的特征吸收波长(1450 nm)和葡萄糖分子对应的特征吸收波长(1595 nm)附近。为了定量分析样品温度,进一步提取了温度扰动异步谱交叉峰1410 nm波长下的切片谱,其在1410~1600 nm波段的相关峰强度随温度的升高而增大,与样品温度之间具有较好的相关性;选择波长(1475±4)nm范围内的切片谱,对谱峰强度积分后进行线性拟合,建立样品温度的线性回归模型,对温度的预测均方根误差可以达到0.1259℃。以上结果表明,双光谱二维相关谱只需要对两条光谱进行运算,就可以通过异步谱中交叉峰的位置判别扰动来源,还可以根据交叉峰的强度对温度进行定量分析,且只需要较窄特征波段的光谱就可以建立高精度的温度预测模型,为简化在体光谱测量系统的设计,减少在体温度变化的影响提供了重要参考。

温度扰动对井壁稳定和油田开发的影响

文章在连续介质力学井壁稳定性分析的基础上 ,系统地计算分析了温度扰动对直井井周应力分布和井壁稳定性的影响。结果表明 ,当地层温度低于井筒内流体温度 ,地层受井筒内流体加热作用时 ,随着温差的增大 ,井壁所受井周周向应力和轴向应力也随之增大 ,井壁压性破坏的可能性增大 ;当地层温度高于井筒内流体温度 ,地层受井筒内流体冷却作用时 ,随着温差的增大 ,井壁所受井周周向应力和轴向应力也随之减小 ,周向应力和轴向应力逐渐由压应力变为张应力 。

温度扰动促进CO_2水合物生成特性的实验研究

根据水合物相区CO2气体溶解度的双重特性,在小型实验装置上研究了温度扰动对CO2水合物生成特性的影响。结果表明,纯水体系中实施温度扰动可以有效促进水合物的快速生成,气体压降提高了30%。在含0.3%十二烷基硫酸钠(sodium dodecyl sulfate,SDS)添加剂体系中采用温度扰动的促进效果更加明显,且生成量增多,反应更彻底。反应结束时的剩余气体压力非常接近设定温度下的的相平衡压力,系统的气体压降是未扰动的2.6倍。研究还发现,选择合适的温度扰动时机能够在很大程度上进一步缩短水合物的生成时间。

温度扰动对棱镜式激光陀螺特性的影响

考虑温度扰动的情况下,对光在棱镜表面反射和折射的传输矩阵进行了修正.根据激光环形腔自洽理论,建立了温度扰动下的棱镜式激光陀螺腔内光束传输物理模型,分析了温度扰动对陀螺频率偏移、标度因数等参数的影响.理论分析表明,当温度在-40~70℃范围波动时,激光陀螺光学腔长变化量、频率偏移量和标度因数变化量依次为10.04μm、0.011 MHz和1.96×10^(-10).建立了棱镜式激光陀螺变温实验系统,实验结果与理论分析相吻合.

温度扰动激发的重力波波包非线性传播过程的数值研究

采用谱配置方法建立了一个中层大气扰动传播的全非线性动力学数值模型,利用该模型对具有高斯分布的波状温度扰动在可压大气中的演变和传播过程进行数值模拟.模拟结果表明:温度扰动很快就会激发出两支重力波波包,其中一支向上传播,而另一支则向下传播;这两支重力波波包的传播路径与线性理论给出的射线路径有些差异.进一步的数值分析则表明,给定的温度扰动在经过了约3h的演变后,完全转化为波动,在这个转化过程中,79％的扰动能量转化为波动能量.

存在温度扰动的圆环旋转黏性液体射流稳定性

建立了同时存在速度扰动、压力扰动以及温度扰动的圆环旋转黏性液体射流稳定性色散方程。在此基础上,进行了存在温度扰动的圆环旋转黏性液体射流稳定性研究;通过气液温差分析了温度扰动强度对射流稳定性的作用,以贝克来数Pe为特征参数,分析研究了射流液体热量传递特性与温度扰动对射流稳定性作用的影响。研究结果表明,温度扰动的存在使得圆环旋转黏性液体射流最大扰动增长率、最不稳定频率和不稳定截断频率增大,并使射流扰动增长率随扰动频率的变化规律发生变化;温度扰动有利于提高一定扰动频率下射流的轴对称扰动稳定性,使射流扰动占优模式发生变化。圆环旋转黏性液体射流最大扰动增长率、最不稳定频率和不稳定截断频率随气液温差和贝克来数Pe增加而增大;气液温差不会改变射流扰动占优模式;轴对称扰动射流的最大扰动增长率大于非轴对称扰动射流,其差值随气液温差和贝克来数Pe增加而增大。

冷冻靶屏蔽罩温度扰动动态特性分析

针对屏蔽罩温度波动导致冷冻靶燃料冰层均匀性降低的问题,基于用户自定义函数和离散坐标辐射模型,研究了辐射环境变化时黑腔冷冻靶系统的温度场动态特性,得到套筒吸收率和封口膜透射率等参数对靶丸表面温度场稳定性、均匀性的影响规律。结果表明:屏蔽罩温度波动有两条传播路径,路径一为屏蔽罩封口膜靶丸,路径二为屏蔽罩套筒金腔氦气腔靶丸;典型工况下屏蔽罩振幅10 K的温度波动到靶丸外壁时衰减为0.85 mK,黑腔系统各表面温度振幅由大到小为靶丸外壁、套筒外壁、套筒内壁、金腔内壁;当封口膜透射率较小时减小套筒吸收率,或封口膜透射率较大时增大套筒吸收率,或减小封口膜透射率,均可显著提高靶丸表面温度场稳定性和均匀性。

考虑温度扰动的超磁致伸缩换能器电–磁–热–机耦合特性研究

超磁致伸缩电声换能器输入输出特性受到电–磁–热–机多场耦合作用的影响,呈现复杂的非线性。现有研究更多关注材料自身耦合行为,未能考虑换能器整体结构影响,如磁回路、材料切割后涡流和温度等,难以有效反映换能器整体非线性特性。该文在考虑漏磁和切割后涡流效应的基础上,建立非线性电–磁–热–机多物理场耦合下的换能器综合电路模型。该模型能够有效分析多参数耦合作用下的换能器输入–输出特性,并确定温度、偏置磁场、预应力与换能器工作性能间的映射关系;在此基础上,探究温度对换能器偏置点的扰动规律,并由此提出换能器最优输出策略;最后,搭建双端面电声换能器性能分析实验平台,以验证模型的有效性。实验结果表明:论文所提出模型能够有效追踪换能器输入–输出行为,且可在不同温度下,寻找最佳偏置点使得换能器输出性能最佳。

温度扰动对ODW结构影响的数值模拟

利用二维非稳态无黏可压欧拉方程模拟得到了能够稳定自持的斜爆震波(ODW)结构,在某时刻从进口边界施加一温度的瞬间变化(分别为下降100 K、上升100 K),从而得到一次温度扰动。模拟结果表明,ODW结构能够顺利过渡,但扰动传播过后,ODW的内部不稳定性被进一步被释放,胞格结构更加清晰;结合定量和定性分析发现,扰动主要以激波、膨胀波和弱压缩波3种形式在燃烧室内传播;对比2种扰动下的结果得出,3种波在爆震区内传播过程中的位置分布相同,但在爆燃区内却完全相反,造成这种结果的主要原因是2种扰动引发的弱压缩波的强度不同,从而对ODW结构调整所起到的作用也存在很大区别;在温降扰动下,3种波沿壁面向下游传播,其中激波会呈现出弓形激波、马赫反射、规则反射和近乎垂直于壁面的正激波4种形态,而在温升扰动下,3种波沿ODW面向下游传播,传播形态也较为稳定。

飞机座舱温度扰动实验研究

为研究飞机座舱引气温度扰动对座舱温度及舒适性的影响,在波音737飞机五排模拟座舱中分别采用天花板和天花板+侧壁两种送风形式进行座舱温度扰动实验。改变座舱引气温度,测量座舱总体和局部温度变化过程并简单评价了座舱的热舒适性。结果表明:引气状态相同,天花板送风对应的温度扰动值为0.32℃,天花板+侧壁对应的温度扰动值为0.59℃。两种送风形式所对应的座舱内总体温度平均值基本相等,为23.5℃,而天花板+侧壁送风形式使局部位置温度更接近人体舒适感觉温度范围。

非稳态温度场下无油活塞压缩机连杆轴承组件承载能力分析

为深入研究无油润滑活塞压缩机连杆轴承组件在温度扰动作用下的变形机理,以某无油润滑压缩机连杆轴承组件为研究对象,建立了多变工况下轴承受力模型,研究了宽温程下连杆与轴承变形机理,开展了基于温度扰动下连杆轴承组件配合关系的理论分析和数值仿真,分析得到了连杆轴承承载和润滑特性。基于研究结果,结合实际故障案例,对轴承连杆组件进行结构优化,提出改进方案并进行实验验证。结果表明:铝合金连杆极易受温度影响,宽温程下连杆与轴承配合间隙差异巨大。受零部件加工精度影响,轴承受到一定的轴向力,润滑脂沿配合间隙泄漏加剧了轴承偏移,严重影响轴承寿命。因此宽温程下轴承配合件需严格保证零部件位置关系,对与铝合金配合的轴承进行适当约束是极其必要的。

周期性的温度扰动对藻类群落结构演替的影响

为了研究水库生境扰动对藻类水华的作用机制,以中度扰动理论为基础,结合藻类群落生境选择学说和藻类生态功能组,开展了不同温度扰动周期、相同扰动幅度下藻类多样性变化特性和群落结构演替特征的室内控制实验.结果表明:1适度的扰动会促进藻类的生长且增加其多样性.中度扰动组Δ22℃/48 h藻类生物量最大,但多样性最高,不存在绝对占优藻种,而高频次扰动组Δ22℃/24 h生物多样性较小,但可降低藻类生物量.2温度的周期性变化对浮游藻类群落的演替有明显的影响,优势种也呈现一定的差异性.藻类优势功能组演替基本规律为:X_1(小球藻)→J(栅藻)→S_1(席藻)或X_2(衣藻),群落结构呈现出C/CR型藻类先行占优向R型演替的趋势.高温扰动频繁时,R型藻类(S_1)明显占优;无扰动或低扰动时,群落结构组成特点以C/R策略为主.适度的扰动组Δ22℃/48 h形成了多种生长策略的藻类共存的格局,且耐受高温胁迫的S策略藻类(L_0)开始出现.

水合物开发储层温度场扰动研究

天然气水合物的开采过程中,水合物会发生相变,不仅会降低岩石的强度,同时相变分解会吸收大量的热,从而对储层的温度场产生扰动。这与多孔介质中的冻融现象本质相同,根据Gibbs-Thomson方程,孔隙中的相变温度不再是一个定值,而是与孔隙的尺度有关,即小孔中的固态晶体先于大孔发生相变。同时,相变过程中热量以潜热形式转化,并不会引起温度的变化。针对这些特点,将理论公式中的潜热与比热考虑成等效热容,从而建立了带相变的热传导控制方程。控制方程中含冰量与温度间的关系可由孔径分布曲线得到。在这个理论模型的基础上,考虑了热对流边界条件,模拟了地层岩石温度随时间的变化规律。模拟显示储层的升温曲线有明显的平稳段,即温度随时间几乎不变化。分析同时进一步表明,该温度平段的位置和长度是由孔隙大小分布决定的。

基于渗流-温度双场耦合的油藏型储气库数值模拟

调峰保供是储气库的职能,建库指标的精确预测,事关新钻井数量和投资。复杂断块油藏改建储气库后,多周期高速注采过程均为油气水三相流动,油、气高压物性参数受温度影响极大,在进行复杂断块油藏型储气库数值模拟时,若忽略冷气注入温度场扰动和高速非达西附加压力损失,可能会导致储气库数值模拟指标预测精度降低。为提高指标预测精度,以复杂断块油藏型储气库为例,结合流体黏温及高速非达西实验,建立了渗流-温度双场耦合数学模型。基于有限体积法(FVM),在空间上采用两点通量近似方案(TPFA),在时间上采用后向(隐式)欧拉格式对模型进行离散求解。高精度拟合了衰竭开发阶段区块、单井物质平衡及压力,实例开展了储气库运行指标敏感性分析。结果表明:冷气注入温度场扰动、高速非达西效应分别是累产油、气量误差的主控因素;井控温度范围随注气速度增加呈对数上升,油气相渗流能力大幅下降时水相渗流能力反而上升,使得采出液量增多、地层压力下降;高速非达西附加压降造成天然气注入后部分采不出,随着储气库多周期运行,天然气储量及压力逐渐增加。

大气变量物理分解法在极端温度事件前期信号提取中的应用

观测的高空大气位势高度和温度可以应用物理分解的思路估算出纬圈平均的对称气候态、非对称气候态、纬圈平均的瞬变对称扰动和非对称扰动等四个分量。本文用美国NCEP/NCAR再分析资料分解出的非对称高度扰动和温度扰动可以作为发生在华北的2005年6月区域热浪和12月区域低温事件的早期信号。结果得到:地面区域极端气温事件是对流层和平流层大气扰动在地面的表现。这次热浪最强日对流层上部(250 hPa)正的高度扰动和对流层低层(850 hPa)正的温度扰动是在7d前从欧洲传播而来的,而这次低温最强日对流层上部(300 hPa)负的高度扰动和对流层低层(850 hPa)负的温度扰动也是在13 d前从欧洲传播而来的。物理分解后的瞬变扰动天气图是地面热浪和低温事件预报的一种可用工具。

中国热浪事件的大气扰动结构及其稳定性分析

利用对流层至平流层大气变量的物理分解,本文发现400hPa上的天气尺度温度扰动正值和250hPa上的天气尺度高度扰动正值能够指示地面上的高温和热浪事件.理论和观测分析发现,当扰动静止波中心出现在40°N—45°N时,准静止波波长较长,影响范围大,持续时间久,容易在中国形成区域持续性热浪事件.在江南—华南、长江沿江及河套—华北的区域,干热浪事件静止波的稳定时间在6.5天以上.对流层大气天气尺度扰动波动在垂直方向具有倾斜特征,250hPa高度上,静止波稳定位置比地面热浪区域中心普遍偏北6～12个纬距.在低纬度(副热带高压带南侧),大气中向西北方向移动的天气尺度扰动,只有到达副高脊线以北的西风带后,才能形成静止波.

具有线性温度分布的射流失稳研究

基于线性稳定性理论,针对具有线性温度分布的液体射流分裂过程,建立了射流扰动控制方程,给出了扰动方程在气/液分界面上应满足的边界条件,推导出了描述存在温度扰动的圆柱形液体射流自由表面三维扰动发展的色散关系;模型中同时考虑了空化气泡、射流周围气体的旋转以及射流和周围气体的可压缩性;对建立的数学模型及相应的求解方法进行了验证.在此基础上,分析了非轴对称扰动下具有线性温度分布的射流表面扰动波数和扰动增长率的演化,讨论了存在温度扰动时,空化气泡、气体旋转以及射流和气体可压缩性对射流稳定性作用的变化.结果表明:温度扰动的存在不仅会对液体射流稳定性产生较大影响,使得最大扰动增长率明显增大,扰动波波数范围显著拓宽,而且还会对空化气泡、气体旋转以及射流和气体可压缩性对射流稳定性的作用产生一定的影响.

高真空冷黑环境下大面阵黑体定标器控温应用研究

为满足某产品在高真空冷黑环境下的红外载荷辐射定标,设计采用了一种复合PID控制算法,在开展大面阵黑体多分区定标器真空试验中,较好地完成了大面阵黑体多分区交叉耦合控温的高精度指标要求。基于工程实践性强的模糊控制与传统PID相结合的分段逼近式控温验证,整体系统控温精度达到±0.1 K,满足设计控温要求。

温度分层流体中潜航器激发内波试验

当水下航行体在温度、密度沿垂向存在分层现象的流体环境中航行时,海水微团会因潜航体的扰动偏离其初始平衡位置并在浮力和重力的作用下往复振动进而形成内波.内波的传播会对原有的温度场产生扰动,因此可以通过对水温扰动特性展开研究来逆向分析潜航体的运动状态.现阶段关于温度变化研究大多停留于理论探讨和数值仿真阶段,缺乏模型试验进行对照,同时温度受环境影响较大,更需要从模型试验角度进行探究.基于上述因素,文中建立了一套试验系统,在试验室尺度下通过温度变化模拟海洋温度跃层环境形成并探究其温度变化情况.研究发现在存在温度分层的流体环境中,潜航体行进过程中存在一个临界速度U_(c),在航速达到U_(c)之前,潜航体产生的温度扰动效果与航速之间近似于线性正相关关系;在航速达到U_(c)后,即使继续增大航速,其产生的温度扰动效果依旧不会有明显增幅;直到航速突破极限速度U_(d)后温度扰动效果才会继续增加.为进一步模拟海洋环境及反潜隐身相关研究提供参考.

中国冬半年区域持续性低温事件的前期信号

大气变量物理分解的方法应用于寻找中国区域持续性低温事件的前期信号。1960～2008年的冬半年期间,总数115次强的区域持续性低温事件的对流层低层出现了天气尺度温度的负值扰动,而在对流层中高层至平流层出现了天气尺度位势高度的负值扰动。其中,112次事件分别在850hPa和300hPa上出现了温度扰动负值中心和位势高度扰动负值中心。追踪850hPa层的温度扰动能够提前5～9天预示中国区域持续性低温事件的出现。